浅议物理有效教学设计——以机械波教学为例

【摘 要】：本文从理论上论述了高中物理课堂中有效的教学设计的步骤，并以机械波教学为例对学科教学中的教学设计进行了应用方面的有益探索。本文的探讨有助于物理课堂授课效率的提高。

【关键词】：：教学设计 机械波 模型

引言

教学设计是一门新兴的实践性很强的科学，也是日益受到重视、应用范围广阔的多学科研究领域。在教育技术的五个研究范畴中，教学设计被认为是“教育技术对整个教育科学领域具有最大理论贡献的”一个范畴，在教育技术学科体系中占据着核心地位。为此，本文结合本人所授课程对高中物理有效教学设计进行探讨。

1．物理有效教学设计的基本步骤

（1）利用前概念引入概念，再转变错误前概念，建立正确概念

如果在教学过程中，教师草率地用所谓的正确的观点去覆盖学生原有的想法，那么其教学效果就可想而知了。所以在教授新概念之前，教师应充分了解学生已有的认知情况，尤其是与新概念有密切关系的已有概念和原理的认识，才能选择有效的教学策略和方法进行有的放矢的教学。

（2）建立模型，给学生以创造学习的空间

从教学内容中选择和确定要研究的物理模型，根据此模型学生要能够建立起相应的物理情境，在这个问题情境中有供学生进行假设、猜想的空间。学生经过思考形成一定的假设或猜想。并通过学生的探究活动能够从中受到某种启发、或得到阶段性的结果。比如教材在分析弹簧振子振动的过程中，提出了简谐运动的概念，这样的处理比较具体、直观，教师在利用弹簧振子帮助学生理解简谐运动的概念时，最后一定要让简谐运动的概念从弹簧振子这一具体形态中“脱胎”出来，成为独立的物理模型。

（3）提出一些研究的课题，帮助学生进一步发展概念，巩固概念

课堂教学过程中向学生明确的提出研究的课题：弹簧振子、单摆的振动周期与哪些因素有关。提出课题后一定要给学生时间使学生形成自己的假设和猜想。在此期间，教师要做好引导、也可在小组内进行适当的讨论。学生在形成假设和猜测的过程中是在进行积极地思维，在用自己的直接经验和间接经验做着各种判断。

2 机械振动和机械波概念教学设计案例

以机械波的形成和传播一节为例，设计教学案例。这一节的教学目的要求是，让学生知道什么是机械波，产生机械波的条件，波是传递能量的一种方式，知道机械波的两种形式；横波、纵波及横波波形图。

（1）创设情景，发展学生“机械波”的概念

基于大部分学生都承认水波是机械波这一事实，教学之初从分析讨论水波这一常见的现象对学生“机械波”概念进行发展。

教学中教师先提出一个总体性的问题：水波是如何形成的？然后层层设疑，将问题引向教学核心：水波是否与水做机械振动有关系？一个水分子是否可以形成机械波？针对 教 师 的问题，师生共同讨论后得出正确的认识。① 水波是大量水共同形成的，是大量质点的集体行为，是一种宏观现象；② 水波和水上下振动有关。 （2）建立机械波传播的物理模型，转变学生机械波中错误前概念

a.实验演示现象，引发学生的认知冲突

由调查可知，不少学生认为机械波是由于介质不停的向前传播而形成的。因此，首先通过实验或生活中的例子让学生看到实际情况并非如此，从而引发认知冲突。

演示:在水波中人一小的纸屑或泡沫，可以看到，纸屑或泡沫只是在上下振动，并没有随着水波传到盛水盒的边缘。

这个实验说明，机械波的形成与传播，并非因为介质向前运动.介质仅在原来的位置附近振动。此时学生头脑中就产生了强烈的疑问:机械波到底是如何形成的?

b.通过实验，建立正确的机械波形成与传播的概念

为了便于分析机械波是如何形成与传播的，必须建立波传播的简化模型:一维波传播模型。该模型不能从水波直接建立，通过下面过程逐步进行:

演示“绳波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前传播，水平振动，可以看到连续完整的波向前传播。

比较绳波与水波，找出二者共同点;介质各部分均振动、均形成凹凸相间的形状向前传播。最后得出结论:绳中传播的是机械波，它的形成与传播原理，就是所有机械波的形成与传播的原理。

第一步：建立理模型，将软绳简化为若干质点连接而成，第二步：利用箱式横波演示仪演示机械波是如何形成与传播的，

通过以上教学过程，学生建立如下概念:① 在介质中，前面质点振动，带动后面质点也跟着振动，但时间上有延迟，大量质点相互“配合”形成机械波；②质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移；机械波传播的是“机械振动”这种运动形式。

（3）进一步发展科学概念，让科学概念理解更全面深刻

前面所分析的机械波均属于横波，对于一个完整科学的概念而言，还需分析纵波的情况:

演示弹簧中传播机械波的情况并分析此现象，让学生明确该现象传播的也是一种振动形式，是机械波并给出横波与纵波的概念；借助箱式纵波演示仪说明纵波是如何形成与传播的;

总结对机械波的形成与传播概念的理解，不论是横波还是纵波，均有:

理解1，机械波的形成是因为前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点运动；

理解2，介质中的质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动；

理解3，机械波是大量质点的集体行为，机械波传播的是振动这种形式。

由于教学内容的不同，采取的教学策略也会不相同，“概念变化”策略并不排斥其它策略，甚至是同一堂课的教学设计，也有可能会多种教学策略并用。但是，关注学生原有的知识经验，采取恰当的教学策略有效促进学生对物理概念的理解，是每一个教师应当具备的教学理念，这也正是新课程中所提倡的。

【1】苏刚：皮亚杰理论与物理教学[M]，黑龙江科学技术出版社，1990年.