《机械振动 “简谐运动”》教学设计与反思
刘志坚
一、教学设计
教学目的：
1、知道机械振动是物体机械运动的另一种形式，知道机械振动的概念；
2、知道什么是简谐运动，理解简谐运动回复力的特点；
3、理解简谐运动中各物理量的变化情况；
教学重点：
1、简谐运动的定义，
2、培养学生的观察能力、逻辑思维能力和实践能力。
教学难点：简谐运动的回复力特征。
教学用具：弹簧振子、单摆、摆钟、一端夹紧的钢条、音叉
课件：PPt文稿（带Flash动画）
教学过程：
1、提问：到目前为止，大家所了解的机械运动有哪几种？
（匀速直线运动，匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动„„）。
2、学生观察实验、动画。并说说是什么样的机械运动。
演示：单摆、竖直弹簧下的钩码的振动。
动画：钟摆，荡秋千，
思考：这些运动与我们以前了解的运动相比有什么区别？——往复运动
引出“机械振动”概念。
动画举例：衣物在微风中的摇摆，木板的颤动、人走路时手臂的摆动，地震。
3、思考：物体为什么会做往复运动呢？物理学对物体运动的研究：（1）受力特征；（2）运动规律。物体做机械运动时，受力有何特征？运动规律怎样？
学生继续观察演示和动画，然后讨论机械振动的受力特征——明确：物体一旦离开平衡位置，就会受到一个指向平衡位置的力的作用。
引出“回复力”概念：
4、教师讲述：从今天开始，我们来了解机械振动的一些最基本的知识。研究振动也从最简单、最基本的振动着手，这种振动叫简谐运动。
演示：气垫弹簧振子的运动。引出理想模型：
弹簧振子：在忽略摩擦和空气阻力以及弹簧质量的情况下，小球和弹簧组成的系统。
5、弹簧振子的运动是机械振动，必定受到回复力作用。请注意观察振子的运动，思考：是什么力在充当回复力呢？这个力的大小和方向有什么特点呢？
请大家分组讨论，填写思考题。
思考题：振子由A向O运动时，弹簧弹力的方向指向__O__点；振子由O向A运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；振子由A向O运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；振子由’ ‘
O向A运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；根据胡克定律，弹簧弹力的大小F= kx 。是 弹 力充当回复力。
思考提示：动画
归纳：弹簧振子所受弹力是使振子振动的回复力
方向：总是指向平衡位置，
大小：F=kx （填表）
式中：k为常数，叫劲度系数，简称劲度； x为弹簧的形变量
6、请仔细观察，看看在振动过程中振子到平衡位置的距离跟弹簧的形变量x有怎样的关系，(动画)
振动物体总在平衡位置附近作往复运动，根据这个特点，我们对振动的位移作规定： 振子的位移：以平衡位置为起点，叫做偏离平衡位置O的位移。
提问：这样规定位移后，振子振动过程中，位移的大小与弹簧的伸长量或缩短量有怎样关系？位移的方向有什么特点？（动画） （填表）
7、提问：弹簧振子的回复力的大小、方向与振动的位移大小、方向有怎样的关系？（动画）引出简谐运动概念。
8、教师：当振动物体所受回复力满足F=-kx时，物体的振动就叫简谐运动。那么，做简谐运动的物体的运动规律又是怎样的呢？我们已经知道了简谐运动的受力情况。
现在，先请证明：简谐运动的加速度a=-kx/m
9、接下来，请同学们思考并填写下面的表格
填表（大小填“增大”或“减小”或“不变”等；方向填“指向O”或“指向A”或“指向A
10、小结并布置作业：练习一（2）、（3）、（4）
二、教学反思
（一）信息技术与课程整合的设想
1、“机械振动”概念的引入：
（1）演示单摆的运动，竖直弹簧振子的运动。应用媒体：单摆；弹簧、重锤。
（2）演示秋千和钟摆的运动动画（文稿“秋千”页）。应用媒体：用“控件工具”插入PPt文稿的Flash动画（以下简称“动画”）。让学生观察得出运动的共同点：“往复运动”
2、“机械振动”概念学习的反馈：（学生举出一些其它的振动实例）
应用媒体：动画：衣物在微风中的摇摆，木板的颤动、人走路时手臂的摆动，地震。（文
稿“地震”页）。
3、“回复力”概念的引入：
（1）演示气垫弹簧振子的运动。应用媒体：气垫弹簧振子。
（2）动画模拟，显示振子的受力。应用媒体：动画（文稿“动画”页）。
4、研究“弹簧振子”的运动
（1）观察弹簧振子的运动，重点：振子的运动快慢变化。应用媒体：气垫弹簧振子。
（2）动画模拟弹簧振子的运动，学生观察振子的运动，分组讨论，填写思考题，归纳出振子所受回复力的大小、方向特征。应用媒体：动画（文稿中的“动画”、“思考”页）。
5、引入“简谐运动”概念：
（1）观察动画，看看在振动过程中振子到平衡位置的距离跟弹簧的形变量x有怎样的关系。应用媒体：动画（文稿中的“动画”页）
（2）引入“对平衡位置的位移”概念。应用媒体：动画（文稿中的“弹簧”页）。
（3）继续观察动画，看振子振动过程中，位移的大小与弹簧的伸长量或缩短量有怎样关系？位移的方向有什么特点？应用媒体：动画（文稿中的“动画”页）
（4）引入“简谐运动”概念
6、“简谐运动”学习反馈：
观察弹簧振子运动的动画，填写表格。应用媒体：动画（文稿“动画”、“表格”页）
7、整合教学过程结构：
（二）信息技术与课程整合的反思
“媒体”这一概念，从教学的角度来说，是联系学生与他们所学知识以及教师与他所传授知识的媒介。在物理教学中，在计算机多媒体技术得以应用以前，教师所能利用的，只有实验器材和挂图这样一些传统的媒体。计算机多媒体技术的应用，使传统的教学方式发生了很大的变化，计算机的多媒体以其良好的集成性和灵活的交互性以及动态的直观性，为优化课堂教学提供了一个宽广的舞台。
在物理教学中，计算机多媒体技术与传统的教学媒体相比较，有它独具的优势。关于这一点，本人曾经写了一篇文章“谈多媒体在物理教学中的应用”谈及。在此只是结合本课时的多媒体应用谈谈自己的认识。
在进行教学设计时，首先应当明确一点，那就是：多媒体技术是辅助教学的一种手段。这一点，在物理教学中是尤其重要的，因为物理是一门实验的科学，物理概念和规律都是建立在实验事实的基础之上。所以，我们不能以辅代主，比如说，以多媒体动画取代物理实验。因此在教学过程中，我注意以实验为主，以动画为辅。
“机械振动”概念的教学：单摆和竖直弹簧振子的运动是直观的，由学生亲眼目睹；而秋千和钟摆的运动也是学生所熟悉的，这里引入动画，也是为了使学生把实际的物理现象与抽象的“振动”概念更好地联系起来。
“回复力”概念的教学：学生观察气垫弹簧振子的运动，可以指出振子所受弹力大小的变化情况，但对力的方向所具有的特征，分析起来就比较吃力，而借助于动画，则可以把力的方向直观地展现在学生的眼前，使学生对回复力的概念有更深切的感受。
“简谐运动”概念的教学：这是本课时的重点和难点所在。教材以“弹簧振子”为例而引入这一概念。这一概念的教学，第一步是让学生认识“弹簧振子”的运动特点，包括对运动情况和受力特征的认识。在此，多媒体动画显示出实验器材不具有的优越性：我制作的动画，可将振动过程放慢，让学生看得更仔细；可随时将运动暂停，把实验以动、静结合的形式展示出来进行分析。第二步是让学生了解“简谐运动”的概念，这里有一个从“弹簧形变量”到“振子离开平衡位置的位移”——由形象到抽象——的过渡，借助于动画，使得这一过渡比较平稳、自然，学生易于接受。第三步是对“简谐运动”知识的学习反馈。对“简谐运动”规律的认识，包括对回复力、离开平衡位置的位移、加速度、速度以及振动能量这些物理量的变化规律的认识。面对这么多的变量，如果让学生只是眼盯着实验器材去思考，很难取得好的教学效果，而在我设计的动画中，以上这些物理量的变化情况都以可变化长度的箭头形象地表示了出来，其目的是希望能将这些抽象的变化规律以形象的动画形式印入学生的脑海中。
将计算机多媒体技术应用于辅助教学，可以说是一项创造性的工作。它应尽可能地体现先进教学理论，以创设情境为主要任务。为了使创设情境得以实现，需要对多媒体课件进行精心设计，这就需要设计者充分理解教材，明确教学和学习目标，把握学习的重点和难点；据此理顺教学思路，考虑学生的认知水平等等。然后是如何将自己的设想尽可能完美地通过
多媒体体现出来——这一工作就与设计者对多媒体技术掌握的程度有极大的关系。多媒体辅助教学的功能是极其强大的，在多年来应用计算机多媒体技术的过程中，我越来越感觉自己对多媒体技术的了解还很不够，可以说现在还只是了解了它的一些皮毛，像Flash和Authorware软件所包含的强大的函数功能，Fireworks、Photoshop所包含的图像、图片制作功能，3D的三维制作技术等，是制作更高质量、更能反映物理概念、规律特征的动画所必需掌握的。所以相比之下，本课时所用到的课件，还是相当粗糙、简单的，一些更好地针对教学内容的设计理念还无法得以体现，所以使教学的效果受到制肘，这不能不说是一大遗憾。
《机械振动 “简谐运动”》教学设计与反思
刘志坚
一、教学设计
教学目的：
1、知道机械振动是物体机械运动的另一种形式，知道机械振动的概念；
2、知道什么是简谐运动，理解简谐运动回复力的特点；
3、理解简谐运动中各物理量的变化情况；
教学重点：
1、简谐运动的定义，
2、培养学生的观察能力、逻辑思维能力和实践能力。
教学难点：简谐运动的回复力特征。
教学用具：弹簧振子、单摆、摆钟、一端夹紧的钢条、音叉
课件：PPt文稿（带Flash动画）
教学过程：
1、提问：到目前为止，大家所了解的机械运动有哪几种？
（匀速直线运动，匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动„„）。
2、学生观察实验、动画。并说说是什么样的机械运动。
演示：单摆、竖直弹簧下的钩码的振动。
动画：钟摆，荡秋千，
思考：这些运动与我们以前了解的运动相比有什么区别？——往复运动
引出“机械振动”概念。
动画举例：衣物在微风中的摇摆，木板的颤动、人走路时手臂的摆动，地震。
3、思考：物体为什么会做往复运动呢？物理学对物体运动的研究：（1）受力特征；（2）运动规律。物体做机械运动时，受力有何特征？运动规律怎样？
学生继续观察演示和动画，然后讨论机械振动的受力特征——明确：物体一旦离开平衡位置，就会受到一个指向平衡位置的力的作用。
引出“回复力”概念：
4、教师讲述：从今天开始，我们来了解机械振动的一些最基本的知识。研究振动也从最简单、最基本的振动着手，这种振动叫简谐运动。
演示：气垫弹簧振子的运动。引出理想模型：
弹簧振子：在忽略摩擦和空气阻力以及弹簧质量的情况下，小球和弹簧组成的系统。
5、弹簧振子的运动是机械振动，必定受到回复力作用。请注意观察振子的运动，思考：是什么力在充当回复力呢？这个力的大小和方向有什么特点呢？
请大家分组讨论，填写思考题。
思考题：振子由A向O运动时，弹簧弹力的方向指向__O__点；振子由O向A运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；振子由A向O运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；振子由’ ‘
O向A运动时，弹簧弹力的方向指向 O 点；根据胡克定律，弹簧弹力的大小F= kx 。是 弹 力充当回复力。
思考提示：动画
归纳：弹簧振子所受弹力是使振子振动的回复力
方向：总是指向平衡位置，
大小：F=kx （填表）
式中：k为常数，叫劲度系数，简称劲度； x为弹簧的形变量
6、请仔细观察，看看在振动过程中振子到平衡位置的距离跟弹簧的形变量x有怎样的关系，(动画)
振动物体总在平衡位置附近作往复运动，根据这个特点，我们对振动的位移作规定： 振子的位移：以平衡位置为起点，叫做偏离平衡位置O的位移。
提问：这样规定位移后，振子振动过程中，位移的大小与弹簧的伸长量或缩短量有怎样关系？位移的方向有什么特点？（动画） （填表）
7、提问：弹簧振子的回复力的大小、方向与振动的位移大小、方向有怎样的关系？（动画）引出简谐运动概念。
8、教师：当振动物体所受回复力满足F=-kx时，物体的振动就叫简谐运动。那么，做简谐运动的物体的运动规律又是怎样的呢？我们已经知道了简谐运动的受力情况。
现在，先请证明：简谐运动的加速度a=-kx/m
9、接下来，请同学们思考并填写下面的表格
填表（大小填“增大”或“减小”或“不变”等；方向填“指向O”或“指向A”或“指向A
10、小结并布置作业：练习一（2）、（3）、（4）
二、教学反思
（一）信息技术与课程整合的设想
1、“机械振动”概念的引入：
（1）演示单摆的运动，竖直弹簧振子的运动。应用媒体：单摆；弹簧、重锤。
（2）演示秋千和钟摆的运动动画（文稿“秋千”页）。应用媒体：用“控件工具”插入PPt文稿的Flash动画（以下简称“动画”）。让学生观察得出运动的共同点：“往复运动”
2、“机械振动”概念学习的反馈：（学生举出一些其它的振动实例）
应用媒体：动画：衣物在微风中的摇摆，木板的颤动、人走路时手臂的摆动，地震。（文
稿“地震”页）。
3、“回复力”概念的引入：
（1）演示气垫弹簧振子的运动。应用媒体：气垫弹簧振子。
（2）动画模拟，显示振子的受力。应用媒体：动画（文稿“动画”页）。
4、研究“弹簧振子”的运动
（1）观察弹簧振子的运动，重点：振子的运动快慢变化。应用媒体：气垫弹簧振子。
（2）动画模拟弹簧振子的运动，学生观察振子的运动，分组讨论，填写思考题，归纳出振子所受回复力的大小、方向特征。应用媒体：动画（文稿中的“动画”、“思考”页）。
5、引入“简谐运动”概念：
（1）观察动画，看看在振动过程中振子到平衡位置的距离跟弹簧的形变量x有怎样的关系。应用媒体：动画（文稿中的“动画”页）
（2）引入“对平衡位置的位移”概念。应用媒体：动画（文稿中的“弹簧”页）。
（3）继续观察动画，看振子振动过程中，位移的大小与弹簧的伸长量或缩短量有怎样关系？位移的方向有什么特点？应用媒体：动画（文稿中的“动画”页）
（4）引入“简谐运动”概念
6、“简谐运动”学习反馈：
观察弹簧振子运动的动画，填写表格。应用媒体：动画（文稿“动画”、“表格”页）
7、整合教学过程结构：
（二）信息技术与课程整合的反思
“媒体”这一概念，从教学的角度来说，是联系学生与他们所学知识以及教师与他所传授知识的媒介。在物理教学中，在计算机多媒体技术得以应用以前，教师所能利用的，只有实验器材和挂图这样一些传统的媒体。计算机多媒体技术的应用，使传统的教学方式发生了很大的变化，计算机的多媒体以其良好的集成性和灵活的交互性以及动态的直观性，为优化课堂教学提供了一个宽广的舞台。
在物理教学中，计算机多媒体技术与传统的教学媒体相比较，有它独具的优势。关于这一点，本人曾经写了一篇文章“谈多媒体在物理教学中的应用”谈及。在此只是结合本课时的多媒体应用谈谈自己的认识。
在进行教学设计时，首先应当明确一点，那就是：多媒体技术是辅助教学的一种手段。这一点，在物理教学中是尤其重要的，因为物理是一门实验的科学，物理概念和规律都是建立在实验事实的基础之上。所以，我们不能以辅代主，比如说，以多媒体动画取代物理实验。因此在教学过程中，我注意以实验为主，以动画为辅。
“机械振动”概念的教学：单摆和竖直弹簧振子的运动是直观的，由学生亲眼目睹；而秋千和钟摆的运动也是学生所熟悉的，这里引入动画，也是为了使学生把实际的物理现象与抽象的“振动”概念更好地联系起来。
“回复力”概念的教学：学生观察气垫弹簧振子的运动，可以指出振子所受弹力大小的变化情况，但对力的方向所具有的特征，分析起来就比较吃力，而借助于动画，则可以把力的方向直观地展现在学生的眼前，使学生对回复力的概念有更深切的感受。
“简谐运动”概念的教学：这是本课时的重点和难点所在。教材以“弹簧振子”为例而引入这一概念。这一概念的教学，第一步是让学生认识“弹簧振子”的运动特点，包括对运动情况和受力特征的认识。在此，多媒体动画显示出实验器材不具有的优越性：我制作的动画，可将振动过程放慢，让学生看得更仔细；可随时将运动暂停，把实验以动、静结合的形式展示出来进行分析。第二步是让学生了解“简谐运动”的概念，这里有一个从“弹簧形变量”到“振子离开平衡位置的位移”——由形象到抽象——的过渡，借助于动画，使得这一过渡比较平稳、自然，学生易于接受。第三步是对“简谐运动”知识的学习反馈。对“简谐运动”规律的认识，包括对回复力、离开平衡位置的位移、加速度、速度以及振动能量这些物理量的变化规律的认识。面对这么多的变量，如果让学生只是眼盯着实验器材去思考，很难取得好的教学效果，而在我设计的动画中，以上这些物理量的变化情况都以可变化长度的箭头形象地表示了出来，其目的是希望能将这些抽象的变化规律以形象的动画形式印入学生的脑海中。
将计算机多媒体技术应用于辅助教学，可以说是一项创造性的工作。它应尽可能地体现先进教学理论，以创设情境为主要任务。为了使创设情境得以实现，需要对多媒体课件进行精心设计，这就需要设计者充分理解教材，明确教学和学习目标，把握学习的重点和难点；据此理顺教学思路，考虑学生的认知水平等等。然后是如何将自己的设想尽可能完美地通过
多媒体体现出来——这一工作就与设计者对多媒体技术掌握的程度有极大的关系。多媒体辅助教学的功能是极其强大的，在多年来应用计算机多媒体技术的过程中，我越来越感觉自己对多媒体技术的了解还很不够，可以说现在还只是了解了它的一些皮毛，像Flash和Authorware软件所包含的强大的函数功能，Fireworks、Photoshop所包含的图像、图片制作功能，3D的三维制作技术等，是制作更高质量、更能反映物理概念、规律特征的动画所必需掌握的。所以相比之下，本课时所用到的课件，还是相当粗糙、简单的，一些更好地针对教学内容的设计理念还无法得以体现，所以使教学的效果受到制肘，这不能不说是一大遗憾。