物理机械波工具软件设计与应用研究

马艺航

(鹤岗市第一中学高中三年十八班， 黑龙江 鹤岗 154100)

物理机械波工具软件设计与应用研究

马艺航

(鹤岗市第一中学高中三年十八班， 黑龙江 鹤岗 154100)

机械波是机械运用中相对比较复杂的运动形式，由于机械波的产生与传播都是动态的，这一部分的内容相对比较抽象，常规的教育教学手段没有办法完全展现出机械波的动态过程，而且学生在学习这部分知识的时候也会遇到很大困难。针对此类现象，主要提出了基于整合点理论的工具软件设计思路及原则，并根据实际需求设计物理机械波的平台。

物理；机械波；工具软件；设计；应用；分析；研究

物理学是人类科学文化的重要组成部分。是研究物质以及相关运动规律的自然性质科学，而信息技术在我国物理发展的应用要比其他领域学科的应用更加广泛一些，但是信息技术在物理发展中的应用不是顺着传统的发展理念进行，而且实施了创新教学的思路，这样才能够对物理发展产生本质的提升。

1 物理工具软件开发和应用存在的问题

1.1 知识内容问题

物理软件，顾名思义就是对物理这一领域的全面理解之后形成的一种信息化手段，目前大部分的物理软件都是知识内容的动态化解释，主要展现的是物理中的相关概念及原理，而在物理的教学阶段，由于物理教师将大部分的时间和精力都放在了物理知识的讲解上，对整个学习过程中的监控以及学习者掌握方法、提高能力的支撑度是不够的，方法论指导相对比较缺乏，使得学生在教学阶段没有全面的了解物理知识，导致后续的物理软件设计出现了问题。

1.2 软件设计问题

当前对于物理发展，主要缺乏的就是对软件的整体设计，现阶段大部分的物理知识点都是独立设计存在的，物理开发团队对整合点的分类不明确，一旦整合点出现不准确的问题，就会直接造成软件没有实质性的内容，知识点与实际的生产生活存在脱节的现象。

1.3 软件应用问题

现阶段，大部分的软件主要是用来激发人们的兴趣，客观感知会体会的多一些，但是用概念来巩固物理知识就非常少。虽然物理软件具备一定的教育功能，但是物理软件没有办法对实际情况进行修改，说得直白一些就是物理软件的通用性相对比较缺乏。理想化的物理工具软件也要能够符合教学的实际需求，满足不同用户需求才能够将知识转化为能力，更好地促进物理工具软件的发展。

2 机械波工具软件的总体设计

2.1 设计原则

2.1.1 可视化原则

在物理的机械波知识中，有一部分知识点都是在教学阶段学习的，因为学生在日常教育活动中看不到机械波，所以学生在现阶段就对机械波缺乏直观的了解，尤其是对波的传播以及叠加等知识更是知之甚少。

2.1.2 快捷化原则

在教学阶段开展机械波学习的过程中，物理教师通常会画各种波的图形和振动图像，然后再让学生将二者进行对比分析，这样的教学模式虽然可以很好地发散学生的思维，但是软件设计则能够更加直接地让物理学科的内容变得更加受学生欢迎，同时也更加精准，出现误查的几率会非常小。

2.2 设计思路

当研究人员在对软件进行设计的时候，首先要做的就是明确设计的目标，只有目标明确，才能够理清设计的思路，然后对软件的内容进行具体的分析和理解，最后在进行教学过程的设计，找到其中的整合点。

2.3 目标定位

对机械波进行学习前，首先要为学生和用户营造一个机械波的智能仿真模拟环境，这样做可以让学生和用户真切的感受到机械波运行的真正状态，有助于学生和用户对机械波进行深入理解。而且在教学阶段，教师和学生可以任意改变波环境，这样对非常直观的分析机械波的产生和传播过程都非常有帮助，而且还能够及时的发现波介质中质点的运动特点。

2.4 内容本体分析

2.4.1 概念本体分析

对机械波进行分析前，由于其中的部分教学知识主要是帮助学生理解机械波的产生和传播的。而研究人员也是在这样的一种理念下建立起的机械波。另外，要会分析横波的图像，能够根据波的传播情况分析质点的运动情况，同时也能够根据质点的运动情况来判断波的传播情况。二者相互促进，相互补充。

2.4.2 方法本体分析

在机械波的学习过程中，除了要理解上述内容以外，还要掌握以下方法。首先是理想化方法，这一方法就是在机械波中，将振动物体理想化成为质点的一种方法。其次就是分析法，这种方法在多个领域都有非常广泛的应用。在研究机械波的传播问题上，一般都会用到这种方法，而且有时候根据实际情况还会用到条件分析方法和逆推方法。

3 理想机械教学设计

3.1 教学阶段设计

这里所说的教学设计，主要是按照教学的实际内容以及学习过程，在没有考虑教学条件的前提下，实现的一种突破时间和空间来构造教学课堂的步骤，这样能够极大的提升教学阶段学生的学习质量。而对于机械波部分的学习，最好就是能够营造机械波的生成过程，能够对任意振动质点进行细致的观察。首先要观察的是波的形成过程，其次是观察任意时刻波形的变化，再次是观察两列波相遇的时候出现的各种状况，并做好详细的记录。

3.2 整合点分析

在完成教学阶段设计之后，还要及时诊断出教学过程中存在的相关整合点，对于机械部分来说，波的形成过程以及任意时刻对波形的观察和分析都是非常重要的。除此之外，还要注意的是简谐振动过程中各物理量变化难以直观呈现。再就是教学过程中，教师绘图不是特别的直观，学生观察不到实际运动情况，所以很多的学生只能是依靠想象力来完成相关的学习任务。而且手绘图像必定会出现较大的误差，只要是出现了误差，无论大小都会对最终的教学效果产生误导。

4 功能设计

此次设计的机械波平台主要提供的是机械波的图像和质点的振动情况。总体设计情况如图1所示。

图1 机械波平台总体设计Fig.1 Overall design of mechanical wave platform

4.1 机械波

在整个机械波运行过程中，主要提供的是振子和坐标系，因为在任意一个波形中，机械波都可以对振幅、频率等组成结构进行设置，能够显示振子的位移、加速度、速度等物理量。而且为了能够观察振子的振动情况，研究人员还将辅助线进行了显示。这样一来，就可以更好地为广大用户理解波传递的知识能量。

4.2 振动图像

为了能够更好地理解某一振子的振动情况，还要对机械波中的任意一个振子进行观察，在振动图像中要能提供相位和坐标轴。

5 结语

在物理机械波工具软件的设计及应用中，技术只是一种手段，而工具软件的出现正好是与技术的有机整合。在设计工具软件时，不仅要对其有详细的了解，还要理解教学内容，掌握教学方法。这样的工具软件才能真正地有利于物理机械波工具软件的设计，将其更好地运用在实际的生产生活中，为社会创造真正的价值。

[1] 钟绍春，张琢，李吉南，等.信息技术与课程有效整合的方法与实践[J].中国电化教育，2007，(10)：129-130.

[2] 舒炎保.高中物理“机械波”教学中的疑难问题浅析[C]//湖北省物理学会、武汉物理学会2004’学术年会论文集.2004.

Research on design and application of physical mechanical wave tool software

MA Yi-hang

(Hegang No.1 High School, Class 18 Grade 3, Hegang 154100, China)

Mechanical wave is a relatively complex form of motion in mechanical application. Since the generation and propagation of mechanical wave is dynamic, the content of this part is relatively abstract. The conventional teaching method can not fully show the dynamic process of mechanical wave, and students will also encounter great difficulties in learning this part of the knowledge. The design idea and principles of tool software based on integration point theory are proposed, and the platform of physical mechanical wave is designed according to the actual demand.

Physics; Mechanical wave; Tool software; Design; Application; Analysis; Research

2016-09-23

马艺航(1999-)，女，高中学生。

G634

B

1674-8646(2016)23-0036-02