淺談物理有效教學(xué)設(shè)計(jì)-以機(jī)械波教學(xué)為例
【摘 要】：本文從理論上論述了高中物理課堂中有效的教學(xué)設(shè)計(jì)的步驟，并以機(jī)械波教學(xué)為例對(duì)學(xué)科教學(xué)中的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了應(yīng)用方面的有益探索。本文的探討有助于物理課堂授課效率的提高。【關(guān)鍵詞】：：教學(xué)設(shè)計(jì) 機(jī)械波 模型
引言
教學(xué)設(shè)計(jì)是一門(mén)新興的實(shí)踐性很強(qiáng)的科學(xué)，也是日益受到重視、應(yīng)用范圍廣闊的多學(xué)科研究領(lǐng)域。在教育技術(shù)的五個(gè)研究范疇中，教學(xué)設(shè)計(jì)被認(rèn)為是“教育技術(shù)對(duì)整個(gè)教育科學(xué)領(lǐng)域具有最大理論貢獻(xiàn)的”一個(gè)范疇，在教育技術(shù)學(xué)科體系中占據(jù)著核心地位。為此，本文結(jié)合本人所授課程對(duì)高中物理有效教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
1．物理有效教學(xué)設(shè)計(jì)的基本步驟
（1）利用前概念引入概念，再轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念，建立正確概念
如果在教學(xué)過(guò)程中，教師草率地用所謂的正確的觀點(diǎn)去覆蓋學(xué)生原有的想法，那么其教學(xué)效果就可想而知了。所以在教授新概念之前，教師應(yīng)充分了解學(xué)生已有的認(rèn)知情況，尤其是與新概念有密切關(guān)系的已有概念和原理的認(rèn)識(shí)，才能選擇有效的教學(xué)策略和方法進(jìn)行有的放矢的教學(xué)。
（2）建立模型，給學(xué)生以創(chuàng)造學(xué)習(xí)的空間
從教學(xué)內(nèi)容中選擇和確定要研究的物理模型，根據(jù)此模型學(xué)生要能夠建立起相應(yīng)的物理情境，在這個(gè)問(wèn)題情境中有供學(xué)生進(jìn)行假設(shè)、猜想的空間。學(xué)生經(jīng)過(guò)思考形成一定的假設(shè)或猜想。并通過(guò)學(xué)生的探究活動(dòng)能夠從中受到某種啟發(fā)、或得到階段性的結(jié)果。比如教材在分析彈簧振子振動(dòng)的過(guò)程中，提出了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念，這樣的處理比較具體、直觀，教師在利用彈簧振子幫助學(xué)生理解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念時(shí)，最后一定要讓簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念從彈簧振子這一具體形態(tài)中“脫胎”出來(lái)，成為獨(dú)立的物理模型。
（3）提出一些研究的課題，幫助學(xué)生進(jìn)一步發(fā)展概念，鞏固概念
課堂教學(xué)過(guò)程中向?qū)W生明確的提出研究的課題：彈簧振子、單擺的振動(dòng)周期與哪些因素有關(guān)。提出課題后一定要給學(xué)生時(shí)間使學(xué)生形成自己的假設(shè)和猜想。在此期間，教師要做好引導(dǎo)、也可在小組內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠懻�。學(xué)生在形成假設(shè)和猜測(cè)的過(guò)程中是在進(jìn)行積極地思維，在用自己的直接經(jīng)驗(yàn)和間接經(jīng)驗(yàn)做著各種判斷。
2 機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波概念教學(xué)設(shè)計(jì)案例
以機(jī)械波的形成和傳播一節(jié)為例，設(shè)計(jì)教學(xué)案例。這一節(jié)的教學(xué)目的要求是，讓學(xué)生知道什么是機(jī)械波，產(chǎn)生機(jī)械波的條件，波是傳遞能量的一種方式，知道機(jī)械波的兩種形式；橫波、縱波及橫波波形圖。
（1）創(chuàng)設(shè)情景，發(fā)展學(xué)生“機(jī)械波”的概念
基于大部分學(xué)生都承認(rèn)水波是機(jī)械波這一事實(shí)，教學(xué)之初從分析討論水波這一常見(jiàn)的現(xiàn)象對(duì)學(xué)生“機(jī)械波”概念進(jìn)行發(fā)展。
教學(xué)中教師先提出一個(gè)總體性的問(wèn)題：水波是如何形成的？然后層層設(shè)疑，將問(wèn)題引向教學(xué)核心：水波是否與水做機(jī)械振動(dòng)有關(guān)系？一個(gè)水分子是否可以形成機(jī)械波？針對(duì) 教 師 的問(wèn)題，師生共同討論后得出正確的認(rèn)識(shí)。① 水波是大量水共同形成的，是大量質(zhì)點(diǎn)的集體行為，是一種宏觀現(xiàn)象；② 水波和水上下振動(dòng)有關(guān)。 （2）建立機(jī)械波傳播的物理模型，轉(zhuǎn)變學(xué)生機(jī)械波中錯(cuò)誤前概念
a.實(shí)驗(yàn)演示現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突
由調(diào)查可知，不少學(xué)生認(rèn)為機(jī)械波是由于介質(zhì)不停的向前傳播而形成的。因此，首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)或生活中的例子讓學(xué)生看到實(shí)際情況并非如此，從而引發(fā)認(rèn)知沖突。
演示:在水波中人一小的紙屑或泡沫，可以看到，紙屑或泡沫只是在上下振動(dòng)，并沒(méi)有隨著水波傳到盛水盒的邊緣。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，機(jī)械波的形成與傳播，并非因?yàn)榻橘|(zhì)向前運(yùn)動(dòng).介質(zhì)僅在原來(lái)的位置附近振動(dòng)。此時(shí)學(xué)生頭腦中就產(chǎn)生了強(qiáng)烈的疑問(wèn):機(jī)械波到底是如何形成的?
b.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，建立正確的機(jī)械波形成與傳播的概念
為了便于分析機(jī)械波是如何形成與傳播的，必須建立波傳播的簡(jiǎn)化模型:一維波傳播模型。該模型不能從水波直接建立，通過(guò)下面過(guò)程逐步進(jìn)行:
演示“繩波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前傳播，水平振動(dòng)，可以看到連續(xù)完整的波向前傳播。
比較繩波與水波，找出二者共同點(diǎn);介質(zhì)各部分均振動(dòng)、均形成凹凸相間的形狀向前傳播。最后得出結(jié)論:繩中傳播的是機(jī)械波，它的形成與傳播原理，就是所有機(jī)械波的形成與傳播的原理。
第一步：建立理模型，將軟繩簡(jiǎn)化為若干質(zhì)點(diǎn)連接而成，第二步：利用箱式橫波演示儀演示機(jī)械波是如何形成與傳播的，
通過(guò)以上教學(xué)過(guò)程，學(xué)生建立如下概念:① 在介質(zhì)中，前面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，帶動(dòng)后面質(zhì)點(diǎn)也跟著振動(dòng)，但時(shí)間上有延遲，大量質(zhì)點(diǎn)相互“配合”形成機(jī)械波；②質(zhì)點(diǎn)只是在各自的平衡位置附近振動(dòng)，不會(huì)隨波遷移；機(jī)械波傳播的是“機(jī)械振動(dòng)”這種運(yùn)動(dòng)形式。
（3）進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)概念，讓科學(xué)概念理解更全面深刻
前面所分析的機(jī)械波均屬于橫波，對(duì)于一個(gè)完整科學(xué)的概念而言，還需分析縱波的情況:
演示彈簧中傳播機(jī)械波的情況并分析此現(xiàn)象，讓學(xué)生明確該現(xiàn)象傳播的也是一種振動(dòng)形式，是機(jī)械波并給出橫波與縱波的概念；借助箱式縱波演示儀說(shuō)明縱波是如何形成與傳播的;
總結(jié)對(duì)機(jī)械波的形成與傳播概念的理解，不論是橫波還是縱波，均有:
理解1，機(jī)械波的形成是因?yàn)榍懊娴馁|(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；
理解2，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，只是在各自的平衡位置附近振動(dòng)；
理解3，機(jī)械波是大量質(zhì)點(diǎn)的集體行為，機(jī)械波傳播的是振動(dòng)這種形式。
由于教學(xué)內(nèi)容的不同，采取的教學(xué)策略也會(huì)不相同，“概念變化”策略并不排斥其它策略，甚至是同一堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)，也有可能會(huì)多種教學(xué)策略并用。但是，關(guān)注學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的理解，是每一個(gè)教師應(yīng)當(dāng)具備的教學(xué)理念，這也正是新課程中所提倡的。
參考文獻(xiàn)：
【1】蘇剛：皮亞杰理論與物理教學(xué)[M],黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1990年.
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