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摘要：新課程理念下的課堂教學提倡教師在教學中實施創造性教育，注重通過實驗培養學生的科學態度，訓練學生的科學思維，激發學生創新潛能。人教版高中物理選修3-4中關于波動和振動的學習中學生通過圖像的方式理解簡諧振動的規律，但是在學習波動圖像和振動圖像隨時間變化的知識時學生容易將兩者規律混淆。因此設計并制作了一款可以演示波動振動圖像對比的教學儀器，該儀器可以動態展示兩者圖像隨時間變化的規律。解決波動圖像和振動圖像隨時間變化的關系，通過波動振動圖像對比演示使學生建立空間想象，將知識融會貫通，學以致用。
關鍵詞：新課程；創新波動動態演示儀；教學儀器
一、選題背景
在講授人教版高中物理選修3-4《質點的振動》和《機械波》兩部分知識時，學生對質點振動圖像和波在介質中傳播的波動圖像產生混淆。振動圖像和波動圖像從圖形上看很相似，但實際上它們有本質的區別。(1)物理意義不同：振動圖像表示同一質點在不同時刻的位移，波動圖像表示介質中的各個質點在同一時刻的位移。(2)圖像的橫坐標的單位不同：振動圖像的橫坐標表示時間，波動圖像的橫坐標表示距離。(3)從振動圖像上可以讀出振幅和周期，從波動圖像上可以讀出振幅和波長。在常規教學中經常用到列表法使學生比較學習波動圖像與振動圖像的區別與聯系(如圖1所示)。但是該方法的不足之處是學生不能直觀地感受波動和振動圖像的動態變化規律，尤其是學生在解決時間變化時，波動和振動兩個圖像的變化問題，學生不容易畫出正確的變化后的圖像形狀。再如，學生解決兩種圖像隨時間變化的問題有較大難度(如圖2所示)。因此萌生了制作一個可以動態展示波動和振動圖像的教具的想法。
二、基本思路
1.思路
通過對波動中常見的問題進行匯總和思考，得出了最終要做一個波動振動同步變化又能分開展示的教學儀器的目標。于是查閱了相關書籍和網上的參考資料，又向高級教師咨詢了相關專業知識，最終確定了研究的思路和方向：設計方案，繪出圖紙，準備材料，制作完成，進行驗證，探究使用。確定項目后，就開始著手做各種準備。
2.設計方案
由于質點的振動圖像和機械波的波動圖像在形狀上具有相似性，因此用同一個正弦圖像表示振動和波動。為了達到同步效果，兩個圖像顯示采用共軸轉動原理。根據振動和波動的動態變化特點，選擇使用錯位遮擋法區別圖像。變化規律的不同。考慮到學生接受能力弱的特點，首先初步分開演示，然后再同步比較演示，所以設計了遮幕實現分開展示的效果。為了突出波源振子的振動，設計了放大管突出波源運動，可以使學生更容易理解波源在波傳播過程中的波動和振源振動之間的關系。
三、使用的材料
廢棄門框1個，鋁塑板2塊，轉軸2根，噴繪幕布1條，調速電機1臺，有機玻璃管1根。
四、制作方法
將各種準備好的材料收集起來開始制作，制作的具體實施步驟：依據項目的制作原理，構思演示儀的輪廓和結構；根據演示儀的輪廓和結構，繪制草圖；準備所需的材料、器材和工具。制作探究儀的具體步驟如下?？蚣艿闹谱鳎嚎蚣懿捎昧四举|材料制作而成。選擇合適的尺寸切割，再把框兩邊的中部掏一個長方形的空槽用來安裝和固定前后的鋁塑板。幕布的制作：量好鋁塑板上開口的尺寸，將幕布需要裁剪的部分進行剔除，并將幕布首尾相接，做成閉合的傳送履帶。傳動軸的安裝：將軸承架用長螺絲固定在框架上(注意兩個軸要平行)，將軸纏上橡皮膏防止打滑，然后安裝到軸承架上。放大管的制作：將一個有機玻璃管選擇合適的長度裁剪，在管中加滿水并將兩頭用橡膠塞密封。為了便于安裝，在放大管兩端加裝粘連，便于在前顯示板固定和拆卸。最后調試：調節變速開關，使電機運行速度快慢適中，檢查遮布的遮光效果和中間幕布的轉動情況。制作過程：在學校創新實驗室將各種部件材料組裝制作成最終的儀器。
五、作品結構實物圖及使用
使用方法。首先將放大管固定好，并將要演示的窗口上的遮布取下，接通電源；打開電機開關，調節轉速使幕布以適當的速度勻速轉動，在窗口處展示動態圖像；轉換遮擋窗口，進行下一個圖像的展示；根據需要進行兩個圖像的同步動態展示，并在適當位置關閉開關暫停，讓學生觀察瞬時狀態。
六、創新點
可以演示質點簡諧振動過程，動態演示簡諧振動時位移—時間圖像的描繪過程，演示波動的傳播過程，觀察振源振動和波動傳播的關系，演示振源振動和波動傳播隨時間變化時的動態規律。現象明顯、安全可行，能將振動波動圖像進行分開和同時動態展示，也可以隨時暫停對學生進行即時講解。使用簡單，操作方便，原理準確，科學環保。
七、結語
在實驗教學中，隨時注意觀察生活，用發現的眼睛和智慧的雙手、發現、制作。這樣能夠發明創造出各式各樣、新奇獨特的教具，給教學帶來意想不到的妙處。創新教具在素質教育實施的今天，能夠照亮發明創造征程。
作者:喬曉午 張靜 單位:河北省曲周縣第一中學 河北省曲周縣河南疃校部