高中物理人教版4第十一章機械振動1簡諧運動-參賽作品

《簡諧運動》教學設(shè)計揚州中學教育集團樹人學校王俊一、設(shè)計思路人教版老教材從動力學特征的角度定義簡諧運動，不符合學生用運動學特征對質(zhì)點運動進行分類的認知習慣。人教版新教材把“位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)規(guī)律的振動”稱為簡諧運動，尊重學生的認知規(guī)律，有利于簡諧運動的教學。正因為如此，通過科學探究，讓學生認識彈簧振子的振動圖象是一條正弦曲線，是本節(jié)課教學的關(guān)鍵所在。本節(jié)課的教學以“探究彈簧振子的振動圖象”為線索而展開，將學生的認知過程和探究過程合理鏈接，實現(xiàn)了物理知識和科學方法、定性探究和定量探究、實驗探究和理論探究的有機融合，讓學生在學習物理知識的同時應(yīng)用物理思想方法，體驗科學探究的一般過程：“提出問題→制定方案→收集數(shù)據(jù)→處理數(shù)據(jù)→猜想結(jié)論→分析論證→得出結(jié)論→誤差分析”。本節(jié)課的實驗探究和理論探究都是教師引導(dǎo)下的學生探究，主要引導(dǎo)方式：問題鏈。兩個探究實驗分別是水擺和模擬頻閃照片。設(shè)計水擺實驗的目的是：（1）定性驗證學生對振動圖像圖樣的猜想；（2）讓學生理解振動圖象“時間軸”的展開過程。設(shè)計模擬頻閃照片實驗的目的是：（1）讓學生體驗利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法；（2）讓學生經(jīng)歷利用假設(shè)法定量論證振動圖象函數(shù)性質(zhì)的過程。水擺是用飲料瓶制作而成的，實驗中利用毛筆書法水寫布代替照相機的底片。模擬頻閃照片的實驗原理也很簡單，就是利用視頻播放軟件獲得彈簧振子振動視頻的每一幀照片，根據(jù)照片記錄不同時刻振子的位移并繪制振動圖像。從實驗結(jié)果上看，這兩個實驗都沒有利用位移傳感器精確，但這樣做可以讓學生建立一種觀點：科學探究并不是遙不可及的，它不一定要借助很先進的工具和儀器，最簡單易行的方法也是好方法。二、教學目標1．知識與技能（1）知道彈簧振子理想模型和簡諧運動的運動學定義；（2）知道彈簧振子的振動圖象是一條正弦曲線，并理解振動圖象的物理意義；（3）理解振動圖象“時間軸”的展開過程，會將底片的位移轉(zhuǎn)換成振動時間。2．過程與方法（1）引導(dǎo)學生經(jīng)歷探究“彈簧振子振動圖象”的過程，發(fā)展學生“猜想假設(shè)”、“設(shè)計實驗”、“處理數(shù)據(jù)”、“分析論證”和“誤差分析”的能力，培養(yǎng)學生思維的靈活性和深刻性；（2）引導(dǎo)學生經(jīng)歷誤差分析的過程，讓學生體驗建立物理模型的思想方法。3．情感態(tài)度與價值觀（1）通過對彈簧振子振動圖象的探究，培養(yǎng)學生認真、合作、實事求是的科學態(tài)度，同時讓學生體驗成功探究的快樂，增強學生參與科學探究的興趣；（2）觀察生活事例，了解實際應(yīng)用，培養(yǎng)熱愛科學、樂于探究的品質(zhì)，增強學生的實踐意識。三、教學重點（1）彈簧振子的位移概念；（2）彈簧振子的振動圖象是一條正弦曲線。四、教學難點（1）彈簧振子的位移概念；（2）設(shè)計實驗方案確定彈簧振子在各個不同時刻位移；（3）論證彈簧振子的振動圖象是一條正弦曲線的思路和方法。五、教學資源太陽能搖擺花、水擺（由飲料瓶制成）、氣墊導(dǎo)軌、氣源、彈簧振子（改裝滑塊）、在豎直方向振動的彈簧振子、彈簧振子頻閃照片、教師自拍的彈簧振子實驗視頻、“豪杰解霸”視頻播放軟件、多媒體教學課件。六、教學流程活動活動1：觀察現(xiàn)象并概括機械振動的基本特征活動活動2：探究彈簧振子的位移隨時間的關(guān)系提出問題→制定方案→收集數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)處理→猜想結(jié)論→分析論證→得出結(jié)論→誤差分析活動活動3：了解記錄振動的方法在實際中的應(yīng)用活動活動4：形成知識結(jié)構(gòu)，總結(jié)探究思路七、教學過程教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖活動1：觀察現(xiàn)象并概括機械振動的基本特征復(fù)習舊知，引入新課。板書：“一、機械振動”展示：“太陽能搖擺花”問題1–1：想一想，搖擺花的運動具有哪些明顯的特征？問題1–2：搖擺花的運動關(guān)于“誰”對稱？引導(dǎo)：平衡位置的意義和機械振動的定義。板書：“平衡位置、往復(fù)運動”銜接：由生活中的振動現(xiàn)象引入并展示實驗室中的振動裝置——彈簧振子。過渡：在演示彈簧振子實驗的過程中，向?qū)W生指出：滑塊的位置在不斷地發(fā)生變化。在教師的引導(dǎo)下，學生回憶重點學習過的幾種運動形式，并明確本節(jié)課的學習內(nèi)容是機械振動。觀察現(xiàn)象并分析概括搖擺花的運動特征。觀察并了解彈簧振子的基本結(jié)構(gòu)。讓學生意識到機械振動是一種新的運動形式。培養(yǎng)學生的觀察和分析歸納能力。觀察生活事例，培養(yǎng)學生熱愛科學和樂于探究的品質(zhì)，增強學生的實踐意識。教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖活動2：探究彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系問題2–1：想一想，描述物體位置變化的物理量是什么？問題2–2：什么是位移？問題2–3：在A、O、B三點中，選取哪一點作為彈簧振子位移的初始位置最能夠反映振動的對稱性？問題2–4：如果規(guī)定水平向右的方向為正方向，那么t1、t2兩個時刻，彈簧振子的位移分別是什么？問題2–5：這兩個時刻的位移大小相同嗎？方向相同嗎？問題2–6：同學們猜想一下，位移的變化具有什么明顯的特點？展示：動畫展示彈簧振子位移的變化特點。過渡：在總結(jié)彈簧振子位移的變化特點之后，明確指出：以彈簧振子為例，探究位移隨時間的變化關(guān)系。板書：“彈簧振子的位移隨時間的關(guān)系”觀察振子位置變化→自主建構(gòu)“振動位移”概念→猜想并驗證“振動位移變化的特點”→提出探究問題——彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系。合理整合“知識序”和“認知序”，設(shè)計遞進式問題鏈。運用問題鏈引導(dǎo)學生思維，培養(yǎng)學生流暢性思維品質(zhì)。教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖活動2：探究彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系展示：課前自己拍攝的彈簧振子實驗視頻。問題2–7：請同學們想一想，如何確定不同時刻彈簧振子的位移？問題2–8：如果我們直接拍攝彈簧振子的頻閃照片，那么留在底片上的像會形成什么樣的圖案？演示：利用水擺實驗來驗證猜想。問題2–9：如果拍攝的時間比較長，不同時刻的像會發(fā)生什么現(xiàn)象？問題2–10：為了讓像在底片上不重疊，我們怎樣改進？問題2–11：請同學們猜想一下，改進后拍出來的頻閃照片會是什么樣子？提出多種方案→比較各種方案的優(yōu)劣→確定最好的實驗方案。在自由落體和平拋運動頻閃照片的基礎(chǔ)上，學生能夠想象出彈簧振子頻閃照片的圖樣。發(fā)現(xiàn)像會重疊→提出改進實驗的方法→猜想改進后圖樣→分組完成水擺實驗→得到彈簧振子頻閃照片的正確圖樣。讓學生設(shè)計實驗方案并分析方案的優(yōu)劣，能夠讓學生體驗到設(shè)計實驗方案的基本要求：精確性、方便性。培養(yǎng)學生的想象能力。先“猜想現(xiàn)象”后“實驗驗證”，這樣可以提高學生的課堂參與的深度。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。先“猜想現(xiàn)象”后“實驗驗證”，這樣可以提高學生的課堂參與的深度。教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖活動2：探究彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系過渡：實驗結(jié)果告訴我們，彈簧振子的頻閃照片是一條平滑的曲線。問題2–12：我們怎樣利用這一條平滑的曲線來反映不同時刻彈簧振子的位移？板書：“→振動圖象（x-t圖象）”演示：利用視頻播放軟件分離彈簧振子實驗視頻的每一張照片。板書：“三、簡諧運動←正弦曲線”問題2–13：同學們，在彈簧振子實驗中，產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？追問1：振子具備怎樣的特點，可以減小空氣阻力的影響？追問2：如果忽略大小和形狀，振子就是什么？追問3：那么，彈簧應(yīng)該具備怎樣的特點？板書：“理想模型：無質(zhì)量彈簧+質(zhì)點”勻速拉動水寫布→將時間均勻展開→建立直角坐標系→建構(gòu)振動圖象→明確振動圖象不是振子的運動軌跡→猜想振動圖象是正弦曲線。記錄不同時刻彈簧振子的位移→利用電子表格繪制出振動圖象→利用假設(shè)法論證振動圖象是正弦曲線→利用圖象擬合的方法論證證振動圖象是正弦曲線→構(gòu)建“簡諧運動”概念。在誤差分析的過程中，自主建構(gòu)彈簧振子理想模型。讓學生理解振動圖象“時間軸”的展開過程。讓學生體驗利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。讓學生經(jīng)歷利用假設(shè)法、比較法定量論證振動圖象函數(shù)性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學生思維的靈活性和深刻性。培養(yǎng)學生建立物理模型的思想方法。教學流程教師活動學生活動設(shè)計意圖活動2：探究彈簧振子的位移隨時間的變化關(guān)系演示：這是一個在豎直方向振動的彈簧振子，它的振動是簡諧運動嗎？展示：播放直接記錄豎直方向彈簧振子振動圖象的實驗視頻。課后思考兩個問題：（1）模仿老師上課的做法，設(shè)計實驗，利用相關(guān)的軟件定量論證彈簧振子在豎直方向的振動也是簡諧運動；（2）實驗中，為什么必須要勻速拉動水寫布？為學生的學習留有一定的出口，延伸學生的學習興趣。活動3：了解記錄振動的方法在實際中的應(yīng)用引導(dǎo)：同學們，這個實驗中，記錄振動的方法在生活中有很多的應(yīng)用。比如：心電圖和地震曲線的繪制。課后，查閱相關(guān)資料，了解更多的實際應(yīng)用。了解實際應(yīng)用，培養(yǎng)熱愛科學、樂于探究的品質(zhì)，增強學生的實踐意識?；顒?：課堂小結(jié)引導(dǎo)：最后，請同