王 勇

(常州高級(jí)中學(xué) 江蘇 常州 213003)

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》把“以學(xué)生發(fā)展為本”作為新課程的基本理念，提出“改變過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手”.“問題解決教學(xué)”提倡學(xué)生在嘗試、探索的活動(dòng)中進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生靈活地掌握知識(shí)，發(fā)展批判性思維和創(chuàng)造性思維，提高解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)合作精神與自主學(xué)習(xí)觀念.問題解決教學(xué)方式能很好地體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為本”的基本理念.

問題解決教學(xué)是一種高效發(fā)展性的教學(xué)，它對(duì)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者、教師都有較高的要求.

(1)教學(xué)內(nèi)容能體現(xiàn)學(xué)科知識(shí)體系，又能適合學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn).學(xué)生在解決問題后獲得科學(xué)的知識(shí)體系且養(yǎng)成科學(xué)的思維方法.

(2)學(xué)生應(yīng)具有強(qiáng)烈的問題意識(shí)、良好的知識(shí)建構(gòu)和必要的解決問題策略.

(3)教師應(yīng)具有解決問題的教學(xué)思想意識(shí)和嫻熟的技能，提出恰當(dāng)?shù)膯栴}情境.教學(xué)中應(yīng)充分注重教認(rèn)知過程、問題結(jié)構(gòu)的形成、模式再認(rèn)、解決問題的程序、知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成、能力傾向等.

“波的干涉”一節(jié)內(nèi)容在教材中具有承前啟后的地位，是學(xué)生以后學(xué)習(xí)“光的干涉”的基礎(chǔ)，也是學(xué)生對(duì)波的形成和傳播理解的深化.在教材中“波的干涉”教學(xué)按照“觀察現(xiàn)象—?dú)w納特征—得出結(jié)論”的順序編寫.若按照該順序教學(xué)，則學(xué)生對(duì)波的干涉的認(rèn)識(shí)只能停留在表象，但不能對(duì)波的干涉現(xiàn)象的成因和波的干涉條件有本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，知其然，而不能知其所以然.

本節(jié)課結(jié)合學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)領(lǐng)會(huì)波是“振動(dòng)形式的傳播”的特點(diǎn)，在課前通過學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)感知?dú)w納出波的疊加原理.課中以“問題解決”為主要的形式，以“波是振動(dòng)形式的傳播”和“波的疊加原理”兩知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ).學(xué)生獨(dú)立思考,合作共同探究持續(xù)線波相遇和平面波相遇問題，然后再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.自主建構(gòu)波干涉的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，主動(dòng)突破“波的干涉”學(xué)習(xí)難點(diǎn)，同時(shí)也進(jìn)一步深化對(duì)波的理解.以下為課堂學(xué)習(xí)過程.

問題1：兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的小球相遇后發(fā)生碰撞而各自改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài).那么在空間傳播的兩列波相遇后又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？是否也像兩小球那樣各自改變其原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？

【設(shè)計(jì)目的】

創(chuàng)設(shè)與學(xué)生的先前經(jīng)驗(yàn)相矛盾的問題，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).

【解決過程】

(1)學(xué)生實(shí)驗(yàn)演示：兩位學(xué)生先后在地面上各自抖動(dòng)繩子的一端，觀察沿繩方向傳播的繩波；然后兩位學(xué)生同時(shí)在地面上抖動(dòng)一下繩子的一端，觀察兩列波相遇前、相遇時(shí)、相遇后出現(xiàn)的情況.

(2)flash動(dòng)畫演示

【知識(shí)生成】

(1)波傳播的獨(dú)立性:兩列波相遇后，它們都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，彼此都沒有受到影響.

(2)波的疊加原理:在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移矢量和.

圖1

【設(shè)計(jì)目的】

為學(xué)生搭建認(rèn)知支架;學(xué)生以“波是振動(dòng)形式的傳播”和“波的疊加原理”兩知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)解決問題，自主合作建構(gòu)繩波(線波)相遇現(xiàn)象，為水波(平面波)相遇現(xiàn)象的理解作鋪墊.

【解決過程】

學(xué)生: 自主作圖，向左、向右分別平移兩個(gè)波，將兩波疊加，作圖生成新波形圖，如圖2～圖5所示.

圖2 圖3

圖4 圖5

教師：結(jié)合四幅波形圖觀察新波形圖有哪些特點(diǎn).

學(xué)生：繩上有些點(diǎn)始終不振動(dòng)(如P點(diǎn)振動(dòng)幅度為零)，有些點(diǎn)振動(dòng)幅度加大(如Q點(diǎn)振動(dòng)幅度最大).

教師：我們通常將P點(diǎn)稱為振動(dòng)減弱點(diǎn)，Q點(diǎn)稱為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，Q點(diǎn)是始終處在最大位移處嗎？

學(xué)生：不是.Q點(diǎn)僅是振動(dòng)振幅最大，它仍然在平衡位置上下振動(dòng).

教師：flash動(dòng)畫展示兩列波相遇后生成新波的動(dòng)態(tài)圖景;為什么P點(diǎn)始終不振動(dòng),Q點(diǎn)的振動(dòng)幅度始終最大？

學(xué)生：繩上某一點(diǎn)的振動(dòng)本質(zhì)上是兩個(gè)振動(dòng)而合成的.Q點(diǎn)的振動(dòng)幅度最大是由于參與該點(diǎn)的兩振動(dòng)的步調(diào)始終相同，振動(dòng)合成如圖6所示.P點(diǎn)不振動(dòng)是由于參與該點(diǎn)的兩振動(dòng)步調(diào)始終相反，振動(dòng)合成如圖7所示.

圖6

圖7

學(xué)生疑問：剛才是兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的兩個(gè)振動(dòng)的疊加，那么假如頻率不同的兩個(gè)振動(dòng)疊加情況還是那樣嗎？

教師：PPT展示頻率不同的兩個(gè)振動(dòng)疊加后的振動(dòng)圖像，如圖8所示.

圖8

教師：某一點(diǎn)若同時(shí)參與兩個(gè)頻率不同的振動(dòng)，兩個(gè)振動(dòng)合成后發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)的振動(dòng)不穩(wěn)定，振動(dòng)幅度動(dòng)態(tài)變化，而本問題中Q點(diǎn)始終振動(dòng)最強(qiáng)與P點(diǎn)始終不振動(dòng)的本質(zhì)原因也就是兩列波的頻率相同.

問題3：在同一平面內(nèi)向各個(gè)方向傳播的兩列頻率相同的波相遇時(shí)，如水波相遇.你能猜想出兩列水波相遇時(shí)水面有什么特點(diǎn)嗎？

【設(shè)計(jì)目的】

發(fā)揮學(xué)生的想象力，應(yīng)用知識(shí)，使波的干涉知識(shí)的生成水到渠成.

【解決過程】

學(xué)生：由問題2可知水面上肯定有振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)(該點(diǎn)水面是平的).

教師：那么水面上哪些點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)(減弱點(diǎn))？

學(xué)生：只要在該點(diǎn)參與的兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)始終相同(始終相反)就行.

教師：水面上又有哪些點(diǎn)參與的兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)始終相同或相反呢？這些點(diǎn)滿足哪些條件？

學(xué)生共同討論得出結(jié)論：當(dāng)某點(diǎn)到兩個(gè)波源的距離之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，一個(gè)波源的波峰傳播到該點(diǎn)時(shí),另一個(gè)波源的波峰也一定傳播到該點(diǎn)，此時(shí)在該點(diǎn)的兩振動(dòng)同步，該點(diǎn)就為加強(qiáng)點(diǎn).同理,當(dāng)一個(gè)波源發(fā)出的波的波谷到達(dá)該點(diǎn)時(shí),另外一個(gè)波源發(fā)出的波的波谷也一定傳播到該點(diǎn)，該點(diǎn)是振動(dòng)的加強(qiáng)點(diǎn).當(dāng)某點(diǎn)到兩個(gè)波源的距離之差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，一個(gè)波源的波峰傳播到該點(diǎn)時(shí)，另一個(gè)波源的波谷也一定傳播到該點(diǎn)，此時(shí)在該點(diǎn)的兩振動(dòng)異步，該點(diǎn)就為減弱點(diǎn).同理,當(dāng)一個(gè)波源發(fā)出的波的波谷到達(dá)該點(diǎn)時(shí),另外一個(gè)波源發(fā)出的波的波峰也一定傳播到該點(diǎn)，該點(diǎn)是振動(dòng)的減弱點(diǎn).

教師：這些加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)在水面上的分布有什么特點(diǎn)？

學(xué)生：若平面上點(diǎn)到兩個(gè)定點(diǎn)之間的距離差為定值，則這些點(diǎn)的結(jié)合為雙曲線如圖9所示.

圖9

教師用發(fā)波漕演示水波的干涉現(xiàn)象如圖10所示，驗(yàn)證猜想.

圖10

【知識(shí)生成】

(1)波的干涉現(xiàn)象.兩列水波相遇后，在它們重疊的區(qū)域里出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對(duì)平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開.

(2)波的干涉條件是兩列波的頻率相同.

(3)干涉是波的特有現(xiàn)象.

問題4:我們能觀察到水波的干涉，在日常生活中還能感受到哪些波的干涉現(xiàn)象.

【設(shè)計(jì)目的】親身體驗(yàn)波的干涉，知識(shí)遷移應(yīng)用，用已學(xué)知識(shí)運(yùn)用到真實(shí)問題情境中，提升運(yùn)用和解決問題的能力.

【解決過程】

學(xué)生：課間操在操場(chǎng)走時(shí)感覺到有的地方聲音高，有的地方聲音低.好像這是干涉.

教師實(shí)驗(yàn)演示.用音頻發(fā)生器產(chǎn)生頻率2 000 Hz左右的聲波，連接兩只音箱A和B，兩音箱發(fā)出的聲波在空間相遇.

學(xué)生繞音箱一圈，聽到有的地方聲音強(qiáng)，有的地方聲音弱.

教師用聲傳感器繞音箱一圈，在電腦上觀察聲信號(hào)強(qiáng)弱，證明聲波也有干涉現(xiàn)象.

教師：利用聲波的干涉又有哪些具體的應(yīng)用？

學(xué)生：消聲器.

教師：內(nèi)燃機(jī)、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等在排放各種高速氣流的過程中都發(fā)出噪聲. 請(qǐng)根據(jù)你所學(xué)的干涉原理設(shè)計(jì)一種消聲器削弱這種噪聲.

學(xué)生：只要將聲波分為兩路，兩路的路程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍即可實(shí)現(xiàn),如圖11所示.

圖11

問題解決教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生有更多的參與機(jī)會(huì);學(xué)生在解決問題的過程中了解掌握了知識(shí)，獲得了解決問題的能力，養(yǎng)成了主動(dòng)探究的習(xí)慣.但也存在一些問題，如學(xué)生獲得的知識(shí)缺乏系統(tǒng)性，課堂上的不確定性因素增多等.對(duì)這些問題我們也要加以關(guān)注和研究.

參考文獻(xiàn)

1 張大均，王映學(xué)．教育心理學(xué)新視點(diǎn)．北京：人民教育出版社，2002．355

2 中華人民共和國(guó)教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)．北京：人民教育出版社，2003．44