打开文本图片集

摘要：本节课以问题式探究进行课堂教学，通过回顾位移时间图像，再运用数学列表作图，得到简谐运动图像和公式，并理解图像和公式的意义，以及运用图像解决简谐运动的相关问题，培养学生的科学思维，数学思维与物理相结合，从而达到培养学生物理学科科学素养的目的。

关键词：问题探究  物理图像  数学思想

一、课题的提出

本节课是高中物理选修3-4的第一章第三节——简谐运动的图像和公式，在之前的学习中，学生已经知道了什么是简谐运动，以及相关模型，包括弹簧振子模型，单摆模型等。这节课重点是让学生理解简谐运动的图像和公式及其意义。

在传统教学方法中，会以沙漏单摆为实验（如图1所示），通过沙子形成的轨迹反应简谐运动的图像。但这种实验会引起学生的错误理解，会将简谐运动的轨迹理解为简谐运动的图像。

而在我们问题式探究中，将通过竖直方向振动的弹簧振子，通过频闪照相，记录每个时刻的位置，再通过列表作图，得到简谐运动的图像，真正让学生理解简谐运动的物理意义。

二、课堂教学片段

【教学片段一】振动图像的引出

利用PPT展示地震仪的振动视频，引出振动的图像。

师：同学们，请看这是地震仪工作的视频，请问你们看到了什么？

生：振动的指针，在白纸上绘出了图像，振动得越厉害，绘出得幅度越大。

师：非常好，说明研究振动可以用图像去研究。那同学们，回顾一下我们学过的运动图像，有哪些？

生：位移时间图像，速度时间图像，加速度时间图像……

师：好，那我们以位移时间图像为例，匀速直线运动的位移时间图像是怎么样的？并绘画出来。斜率又代表什么？

生：（学生作画）斜率代表速度。

师：如果是加速直线运动呢？

生：（学生作画）根据速度的变化，以及斜率的变化，可以判断物体做怎么的变速运动。

设计反思：通过视频引出振动和图像的关系，再通过回顾之前学过的运动图像，引出简谐运动也可以用图像来描述和研究。

【教学片段二】探究竖直方向振动的弹簧振子的运动图像

利用PPT展示竖直方向振动的弹簧振子，如图3所示。

师：这是一个竖直方向上振动的弹簧振子，请问弹簧振子的轨迹是怎样的？

生：上下移动，轨迹是直线。

师：如果我们要得到它一个时刻的状态，可以采用怎样的方法？

生：拍照。

师：拍了照，怎么描述它的位置呢？

生1：可以将振动最低点为原点，向上为正方向建立坐标系。

生2：可以将振动最高点为原点，向下为正方向建立坐标系。

生3：可以以平衡位置为原点，向上或向下为正方向都行。

师：综合大家的建议，我们通过频闪照相，拍了各个时刻的弹簧振子位置。一个时刻一个位置，怎么利用这些数据呢？

生：列表作图。以时间为横轴，偏离平衡位置的位移为纵坐标建立坐标系。再将之前的时间位置数据描绘到坐标系中。

师：通过大家的绘图，可以看出，图像有规律吗？

生：图像比较接近正弦或余弦图像。

师：我们通过更精密的仪器将图像绘出，非常接近正弦或余弦图像。所以我们的简谐运动图像就是正弦或余弦图像。

设计反思：通过问题式探究，不断提问和探究，层层递进，引出学生的求知欲，让学生联系自己学过的数学知识，列表绘图，从而得到简谐运动的图像。这样得到的简谐运动图像，学生对其来源更加清晰，也更有利于理解简谐运动的图像所代表的物理意义。

【教学片段三】通过数学公式，得到简谐运动的表达式，再通过月相的变化，理解简谐运动公式中相位的概念。

师：既然简谐运动的图像是正弦或余弦图像，那它也可以用数学的方法写出它的表达式来。

生：书写y=Asin（ωt+φ）

师：如果简谐运动从平衡位置开始振动，那表达式可以有？

生：y=Asin（ωt）或y=Acos（ωt）

师：y=Acos（ωt）也可以写成y=Asin（ωt+π/2），那这括号里面的大小在反应什么？

生1：括号里面对应做简谐运动所在不同位置。

生2：不仅是位置，还反应了它即将向哪运动。

师：这是月相，它有怎样的特点？

生：它在周期性变化。

师：每个相，对应一个状态，那我们学的简谐运动公式里面的相位，是不是也有相似的特点？

生：相位也是在周期性变化，每个相对应简谐运动的一个状态，反应了做简谐运动的物体所在位置及状态。

设计反思：先通过数学知识，将简谐运动图像用数学公式表达出来，再理解公式中的各个物理量，特别是相位的理解。最后通过月相的引入，帮助学生进一步理解简谐运动的表达式中相位的意义。

三、总结与反思

探究式教学，就是指以“问题”为中心的教学模式。本节课将地震仪图像引出振动图像，教师把教学内容化作问题，引导学生在解决问题的过程中掌握课堂知识，形成学习能力并养成良好的学习心理品质。又将数学的列表绘图引入，在问题探究式教学中，教师不再是知识的传授者，而是问题情景的创设者、学生活动的引导者、学习讨论的组织者和评价者，最后引入月相的变化，让学生更深刻理解，学生也由知识的被动接受者变为知识的主动建构者。问题探究式教学的核心在于问题情景的设置，教师要善于立足教材，将教学过程以问题的形式向学生展示出来。同时，问题情景的创设既要符合学生的认知规律，注意难度和梯度把握，让学生有成功的可能，又要有利于培养学生的发散思维和创造性思维。对难懂的问题要化难为易、对易懂的问题要独辟蹊径，对易忽略的问题要注意层层铺垫、加深印象。问题探究式教学有助于提升学生核心素养，培养学生科学思维，促进学生终身发展，但是具体的操作过程和最终的实效需要每一位教师在实践中不断探索和反思。

参考文献

[1]探究式教学模式在高中物理课堂中的实践研究[J]. 刘武军.中国校外教育，2014（S3）