以駐波為例的“三位一體”教學(xué)模式過程分析

肖奎 肖發(fā)新 謝朝陽

摘 要：本文以駐波教學(xué)為例，闡述了理論教學(xué)、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的“三位一體”教學(xué)模式的開展過程。同時(shí)，考慮到“三位一體”教學(xué)模式與以往教學(xué)模式之間存在差異，本文簡述了該教學(xué)模式下的評價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：三位一體；理論教學(xué)；數(shù)值模擬；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

大學(xué)物理是工科類院校的公共必修課，其承擔(dān)著提高大學(xué)生素質(zhì)、為大學(xué)生專業(yè)課奠定基礎(chǔ)的任務(wù)。現(xiàn)今，隨著大學(xué)生對計(jì)算機(jī)了解的深入，以板書或者多媒體講解的大學(xué)物理教學(xué)模式不能滿足學(xué)生的需求，有必要對大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行改革。筆者根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了理論教學(xué)、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的“三位一體”教學(xué)模式。為了更好地了解該模式的教學(xué)過程，本文以駐波教學(xué)為例，闡述各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)過程。

一、理論教學(xué)

駐波是干涉現(xiàn)象的一個(gè)特例。在同一介質(zhì)中兩列振幅相同的相干波，在同一直線上沿相反方向傳播疊加后就形成駐波。以往教學(xué)過程中，理論教學(xué)是以教師板書和推導(dǎo)為主?！叭灰惑w”教學(xué)模式中的理論教學(xué)部分，我們分五步走：

首先給出問題：兩列相干波y1，y2在同一直線沿相反方向傳播，當(dāng)它們疊加后，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第二步，讓學(xué)生利用已學(xué)知識單獨(dú)進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出一定的結(jié)論，并讓一個(gè)或者幾個(gè)學(xué)生介紹結(jié)論。第三步，利用繩駐波演示儀進(jìn)行演示，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，并和推導(dǎo)的結(jié)論進(jìn)行對比。第四步，請之前介紹的學(xué)生說明自己的分析。第五步，教師對整個(gè)過程進(jìn)行分析說明，并得出駐波的特征。

二、數(shù)值模擬

學(xué)生的數(shù)值模擬，也可以認(rèn)為是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，該過程是建立在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上。理論教學(xué)的五步之后，學(xué)生對駐波模型已經(jīng)有了一定的了解，能夠建立起基本的駐波模型。為了能使學(xué)生能更快地利用MATLAB模擬得出駐波特征，將駐波的數(shù)值模擬分為三個(gè)模塊。第一個(gè)模塊是在同一個(gè)窗口繪制兩列相向傳播的相干波的波形圖；第二個(gè)模塊是導(dǎo)出駐波形成的動畫；第三個(gè)模塊是在同一個(gè)窗口繪制出在同一窗口中繪制y1，y2，y1與y2，y1+y2的動畫，觀察不同波的特征，從而得出駐波的振動特征，并將模擬的駐波振動特征和理論教學(xué)中自己得出的特征以及教師講授的特征進(jìn)行對比，加深對駐波特征的理解。

三、實(shí)驗(yàn)探索

實(shí)驗(yàn)探索分為兩個(gè)部分：數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是利用MATLAB的GUI功能，通過編程模擬聲速測量實(shí)驗(yàn)的具體過程，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)可能存在的問題；物理實(shí)驗(yàn)，是指學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。利用MATLAB的GUI模擬聲速測量實(shí)驗(yàn)，已有詳盡的討論，不再贅述。物理實(shí)驗(yàn)部分，我們利用“聲速測量”對駐波特征的應(yīng)用進(jìn)行講解。我?！奥曀贉y量”實(shí)驗(yàn)采用的是干涉法測量，所謂的干涉法，其實(shí)就是測量超聲波在發(fā)射器和接收器之間形成的駐波的波峰之間距離和波谷之間距離后求得超聲波在空氣、水兩種介質(zhì)中傳播的速度。利用該方法，有利于學(xué)生清楚駐波的特征以及其應(yīng)用。另一方面，我們可以讓學(xué)生在第一步演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用演示實(shí)驗(yàn)室的儀器（比如音叉、吉他弦、重錘等），自己設(shè)計(jì)駐波發(fā)生器。

前文中，我們以駐波為例，介紹了“三位一體”教學(xué)模式的教學(xué)過程?！叭灰惑w”教學(xué)模式的重點(diǎn)在于將之前的以教師講授、學(xué)生被動接受為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)換為教師主導(dǎo)、學(xué)生主動探究的教學(xué)模式。“三位一體”教學(xué)模式的最大好處，就在于在整個(gè)教學(xué)過程中，加大了學(xué)生的參與力度，提高了學(xué)生分析問題、探索問題、解決問題以及問題推廣的能力。

“三位一體”教學(xué)模式下，學(xué)生的參與力度加大了，提高了學(xué)習(xí)興趣。但興趣的提高并不意味著學(xué)生對知識掌握得就更好，還是有必要對現(xiàn)有的評價(jià)體系進(jìn)行改革?！叭灰惑w”教學(xué)模式下，學(xué)生參與度加大，因此有必要對學(xué)生參與過程進(jìn)行評價(jià)。在新評價(jià)體系中，將原有的平時(shí)成績和卷面成績比重3：7改革為2：3：5，即20%的出勤、作業(yè)分值，30%的小論文、課堂發(fā)言、小設(shè)計(jì)比重和50%的閉卷考試成績比重。采用2：3：5的模式，有利于督促學(xué)生在提高興趣的同時(shí)，確實(shí)學(xué)到知識，提高素質(zhì)，鍛煉能力。

“三位一體”教學(xué)模式是針對當(dāng)今大學(xué)物理教學(xué)過程中出現(xiàn)的教師傳授知識內(nèi)容陳舊、手段單一、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)內(nèi)容不能為專業(yè)服務(wù)而提出來的。該教學(xué)模式的目標(biāo)是將學(xué)生被動學(xué)轉(zhuǎn)為學(xué)生主動學(xué)，從“學(xué)為考”轉(zhuǎn)為“學(xué)為用”，最終使學(xué)生樂學(xué)、善學(xué)，學(xué)有所獲，學(xué)有所用。

參考文獻(xiàn)：

曾凡平，田浩，MATLAB模擬超聲波聲速測量實(shí)驗(yàn)[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2009， 99（1）：11-13.