馬藝航

(鶴崗市第一中學高中三年十八班， 黑龍江 鶴崗 154100)

物理機械波工具軟件設計與應用研究

馬藝航

(鶴崗市第一中學高中三年十八班， 黑龍江 鶴崗 154100)

機械波是機械運用中相對比較復雜的運動形式，由于機械波的產生與傳播都是動態(tài)的，這一部分的內容相對比較抽象，常規(guī)的教育教學手段沒有辦法完全展現(xiàn)出機械波的動態(tài)過程，而且學生在學習這部分知識的時候也會遇到很大困難。針對此類現(xiàn)象，主要提出了基于整合點理論的工具軟件設計思路及原則，并根據(jù)實際需求設計物理機械波的平臺。

物理；機械波；工具軟件；設計；應用；分析；研究

物理學是人類科學文化的重要組成部分。是研究物質以及相關運動規(guī)律的自然性質科學，而信息技術在我國物理發(fā)展的應用要比其他領域學科的應用更加廣泛一些，但是信息技術在物理發(fā)展中的應用不是順著傳統(tǒng)的發(fā)展理念進行，而且實施了創(chuàng)新教學的思路，這樣才能夠對物理發(fā)展產生本質的提升。

1 物理工具軟件開發(fā)和應用存在的問題

1.1 知識內容問題

物理軟件，顧名思義就是對物理這一領域的全面理解之后形成的一種信息化手段，目前大部分的物理軟件都是知識內容的動態(tài)化解釋，主要展現(xiàn)的是物理中的相關概念及原理，而在物理的教學階段，由于物理教師將大部分的時間和精力都放在了物理知識的講解上，對整個學習過程中的監(jiān)控以及學習者掌握方法、提高能力的支撐度是不夠的，方法論指導相對比較缺乏，使得學生在教學階段沒有全面的了解物理知識，導致后續(xù)的物理軟件設計出現(xiàn)了問題。

1.2 軟件設計問題

當前對于物理發(fā)展，主要缺乏的就是對軟件的整體設計，現(xiàn)階段大部分的物理知識點都是獨立設計存在的，物理開發(fā)團隊對整合點的分類不明確，一旦整合點出現(xiàn)不準確的問題，就會直接造成軟件沒有實質性的內容，知識點與實際的生產生活存在脫節(jié)的現(xiàn)象。

1.3 軟件應用問題

現(xiàn)階段，大部分的軟件主要是用來激發(fā)人們的興趣，客觀感知會體會的多一些，但是用概念來鞏固物理知識就非常少。雖然物理軟件具備一定的教育功能，但是物理軟件沒有辦法對實際情況進行修改，說得直白一些就是物理軟件的通用性相對比較缺乏。理想化的物理工具軟件也要能夠符合教學的實際需求，滿足不同用戶需求才能夠將知識轉化為能力，更好地促進物理工具軟件的發(fā)展。

2 機械波工具軟件的總體設計

2.1 設計原則

2.1.1 可視化原則

在物理的機械波知識中，有一部分知識點都是在教學階段學習的，因為學生在日常教育活動中看不到機械波，所以學生在現(xiàn)階段就對機械波缺乏直觀的了解，尤其是對波的傳播以及疊加等知識更是知之甚少。

2.1.2 快捷化原則

在教學階段開展機械波學習的過程中，物理教師通常會畫各種波的圖形和振動圖像，然后再讓學生將二者進行對比分析，這樣的教學模式雖然可以很好地發(fā)散學生的思維，但是軟件設計則能夠更加直接地讓物理學科的內容變得更加受學生歡迎，同時也更加精準，出現(xiàn)誤查的幾率會非常小。

2.2 設計思路

當研究人員在對軟件進行設計的時候，首先要做的就是明確設計的目標，只有目標明確，才能夠理清設計的思路，然后對軟件的內容進行具體的分析和理解，最后在進行教學過程的設計，找到其中的整合點。

2.3 目標定位

對機械波進行學習前，首先要為學生和用戶營造一個機械波的智能仿真模擬環(huán)境，這樣做可以讓學生和用戶真切的感受到機械波運行的真正狀態(tài)，有助于學生和用戶對機械波進行深入理解。而且在教學階段，教師和學生可以任意改變波環(huán)境，這樣對非常直觀的分析機械波的產生和傳播過程都非常有幫助，而且還能夠及時的發(fā)現(xiàn)波介質中質點的運動特點。

2.4 內容本體分析

2.4.1 概念本體分析

對機械波進行分析前，由于其中的部分教學知識主要是幫助學生理解機械波的產生和傳播的。而研究人員也是在這樣的一種理念下建立起的機械波。另外，要會分析橫波的圖像，能夠根據(jù)波的傳播情況分析質點的運動情況，同時也能夠根據(jù)質點的運動情況來判斷波的傳播情況。二者相互促進，相互補充。

2.4.2 方法本體分析

在機械波的學習過程中，除了要理解上述內容以外，還要掌握以下方法。首先是理想化方法，這一方法就是在機械波中，將振動物體理想化成為質點的一種方法。其次就是分析法，這種方法在多個領域都有非常廣泛的應用。在研究機械波的傳播問題上，一般都會用到這種方法，而且有時候根據(jù)實際情況還會用到條件分析方法和逆推方法。

3 理想機械教學設計

3.1 教學階段設計

這里所說的教學設計，主要是按照教學的實際內容以及學習過程，在沒有考慮教學條件的前提下，實現(xiàn)的一種突破時間和空間來構造教學課堂的步驟，這樣能夠極大的提升教學階段學生的學習質量。而對于機械波部分的學習，最好就是能夠營造機械波的生成過程，能夠對任意振動質點進行細致的觀察。首先要觀察的是波的形成過程，其次是觀察任意時刻波形的變化，再次是觀察兩列波相遇的時候出現(xiàn)的各種狀況，并做好詳細的記錄。

3.2 整合點分析

在完成教學階段設計之后，還要及時診斷出教學過程中存在的相關整合點，對于機械部分來說，波的形成過程以及任意時刻對波形的觀察和分析都是非常重要的。除此之外，還要注意的是簡諧振動過程中各物理量變化難以直觀呈現(xiàn)。再就是教學過程中，教師繪圖不是特別的直觀，學生觀察不到實際運動情況，所以很多的學生只能是依靠想象力來完成相關的學習任務。而且手繪圖像必定會出現(xiàn)較大的誤差，只要是出現(xiàn)了誤差，無論大小都會對最終的教學效果產生誤導。

4 功能設計

此次設計的機械波平臺主要提供的是機械波的圖像和質點的振動情況?？傮w設計情況如圖1所示。

圖1 機械波平臺總體設計Fig.1 Overall design of mechanical wave platform

4.1 機械波

在整個機械波運行過程中，主要提供的是振子和坐標系，因為在任意一個波形中，機械波都可以對振幅、頻率等組成結構進行設置，能夠顯示振子的位移、加速度、速度等物理量。而且為了能夠觀察振子的振動情況，研究人員還將輔助線進行了顯示。這樣一來，就可以更好地為廣大用戶理解波傳遞的知識能量。

4.2 振動圖像

為了能夠更好地理解某一振子的振動情況，還要對機械波中的任意一個振子進行觀察，在振動圖像中要能提供相位和坐標軸。

5 結語

在物理機械波工具軟件的設計及應用中，技術只是一種手段，而工具軟件的出現(xiàn)正好是與技術的有機整合。在設計工具軟件時，不僅要對其有詳細的了解，還要理解教學內容，掌握教學方法。這樣的工具軟件才能真正地有利于物理機械波工具軟件的設計，將其更好地運用在實際的生產生活中，為社會創(chuàng)造真正的價值。

[1] 鐘紹春，張琢，李吉南，等.信息技術與課程有效整合的方法與實踐[J].中國電化教育，2007，(10)：129-130.

[2] 舒炎保.高中物理“機械波”教學中的疑難問題淺析[C]//湖北省物理學會、武漢物理學會2004’學術年會論文集.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

馬藝航(1999-)，女，高中學生。

G634

B

1674-8646(2016)23-0036-02