“简谐振动”历来是教学的重点,又是教学的难点,引起广大物理教师的关注。笔者在30多年的教学中,曾多次教过这节课,也多次观摩过同行教这节课,体会到就学科内容而言,简谐振动的内容已是定论了;然而,就教学方法而言,却是没有定论。只要有心研究,每教一次就有新的心得,就有新的方法,体现了教学艺术是无止境的。下面从本课教学方法的变化谈教学的艺术。
一、介绍“机械振动”的两种方法。
本课第一个问题是介绍什么是机械振动,怎么介绍呢?这个问题并不难,但方法不同,效果也不一。一种方法是老师根据课本的例子,结合演示,归纳出各种振动的共同特点,给出机械振动的定义。这是以讲授为主的方法,教师讲授不难,学生听的轻松。另一种方法是在讲台上摆出几个振动的演示实验,如钟摆或单摆的振动(轨迹曲线),弹簧振子的振动(轨迹直线),弹簧片的振动(物体的一部分振动)等,要求学生认真观察,找出它们的共同特点。学生的注意力很快被吸引过来,人人开动脑筋,有的小声议论,通过讨论得出答案。这是发现式教学法,虽然知识难度不大,教师却设置一个有一定难度的获取知识的教法,培养观察能力。
二、分析弹簧振子振动过程的两种方法。
振子振动过程的分析既是本课的重点,又是本课的难点和关键。难在振子在变力作用下做交加速运动,这是学生过去很少接触的;更困难的是,一个全振动包含四个过程,每个过程要分析位移、回复力、加速度和速度四个量的方向、大小变化情况(因此一个全振动要分析32项),并要从32项中找出规律。“实际情况往往是单独分析各量情况时,学生们能够说清楚,综合起来讨论,就会出现混乱、胡乱猜的情况”。(人教社教学参考书)。但这又是非搞清楚不可的,因为只有分析好振动过程,才能总结出简谐振动的特征F=-kX,才能认识振动的规律,所以振动过程分析是教学的关键。怎么抓住关键,突破难点呢?
传统的方法是列表法,课本和教参也是此法:在分析振子振动过程后,把四个过程中位移、回复力、加速度、速度的方向和大小变化填入表格中(表格略、见课本或教参,表格中共有32个空格),然后归纳出振子振动规律。一般地说列表法是一种好的研究方法,但由于这个表格有32项变量,要从中总结规律相当不易,教参说的“综合起来讨论,就会出现混乱”,就包含这种情况。可以说列表法是用较难接受的方法解决难点知识,这样做更是难上加难。

笔者在前两年教这一节课时采用图示法,似乎更直观、鲜明,克服了列表法存在的缺点。这种教法很简便,在教师指导下,让学生分析四个过程、四个物理量的变化情况,如图一所示(图中不同的物理量用不同色笔表示,便于总结归纳)。由图不难看出,位移方向总是背离平衡位置;回复力方向总是指向平衡位置,即与位移方向相反,运用胡克定律,很容易得出简谐振动的特点F=-kX;然后再归纳加速度、速度的变化规律。图示法改变了长时间习惯的教法──表格法,不仅学生容易接受,教师的工作量也减少了(列表法要课前在黑板上画一个大表格,经常还感到黑板不够用),听课老师一致认为它比表格法更便于突破难点。

三、两种不同的分析顺序。四个过程、四个量的分析顺序也有艺术。传统的分析顺序(例如课本或教参)是,先分析振子从B到O过程x、F、a、v的变化情况,填入表格或图示中,然后引导学生分析O-C,C-O,O-B各过程四个量的变化,最后再综合四个过程的分析结果,找出规律。因为前面说过的原因,学生一综合起来讨论就糊涂了,给教学带来困难。笔者最近又教这一节课,改变了上述分析顺序,采用一个量全过程分析、归纳的方法,并配以复合幻灯片和教学提纲(见附录),取得较好的效果:第一步,引导学生分析位移在四个过程中的方向和大小变化情况,让学生画在教学提纲上,教师用幻灯片显示(如图二),很快就归纳出位移的方向总是背向平衡位置;第二步分析回复力在四过程的方向和大小变化情况,也让学生将分析结果记在教学提纲上,教师用第二张幻灯片复合在第一张幻灯片上(如图三),很容易从图中归纳出回复力的方向总是指向平衡位置,即与位移方向相反。有了上述基础,运用胡克定律提出简谐振动特点F=-kx就不难了。接下去分析加速度、速度的变化,总结出运动性质。由于采用单一量分析,又配有复合幻灯片和教学提纲,学生接受起来难度大大减小。一位青年教师连续听了四位老师上这节课后,感到用图示法,加上这种分析顺序,最容易接受,效果最好。

“教学是一门艺术,而且是一门很难掌握的艺术”,从一节课教学方法的演变也说明了这一点。这里需要教师有很高的自觉性、创造性和灵活性,教学美学家克莱德·E·柯伦认为:“达到了某些要求的创造性工作便是艺术。”就课堂教学艺术来说,必须注意以下问题:
1.优选教学方法,多种教学方法互相配合,互相补充。教无定法,教学有法,贵在得法。根据教材、学生、教师和学校条件,优选最佳教学方法,是教学的重要艺术。以简谐振动这节课为例,讲“机械振动”采用发现式教学法,分析弹簧振子的振动采用讨论法,总结简谐振动特征用讲授法,这样多种教法互相配合,互相补充,有利于学生各种器官交替使用,有利于多种能力(如观察、思维能力)获得培养,学生的注意力也得到适时调整。
2.恰当设置教学的难度和坡度。教学要有一定的难度,学生经过努力,攻克了难关,便尝到学习的乐趣,但难度不能过大,否则会使学生失去信心;对难度较大的问题还必须设置适当的教学坡度,帮助学生突破难点。因此设置适当的教学难度和坡度,也是教学的艺术。如“机械振动”难度不大,本课运用发现法,提高一点难度;弹簧振子振动分析和简谐振动特征,难度太大,通过图示法,并优选分析顺序,降低坡度,突破难点。两个问题的处理,一“高”一“低”好像矛盾,但这恰好是教学艺术的体现。
3.充分发挥学生的主体作用。教育学家第斯多惠认为“教学的艺术不在于传授的本领,而在于激励、唤醒、鼓舞”,教学过程要千方百计调动学生学习的积极性,使他们做课堂的主人。如振子振动过程分析、归纳,通过教学提纲(附录)让学生参与活动。
4.充分发挥教学媒体作用。除演示实验外,要充分运用现代教学手段,如幻灯、录像等。本课采用复合式幻灯片,层次分明(一个量一个量分别研究),色泽鲜艳(不同量用不同颜色表示),很容易从中得出所需的结论。如果能用高速录像机录下振子做交加速运动的情况那当更富启发性。没有幻灯、录像的学校,用磁性黑板也能鲜明地显示运动规律。运用好教学媒体,也是很重要的教学艺术。提高教学艺术的关键是教师必须对教学工作有高度的责任心、事业心,只有把教师职业视为崇高的艺术事业,才会对教学有执着的追求。
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