高中物理課堂的有效性
——以《多普勒效應(yīng)》為例

江蘇省鄭梁梅高級(jí)中學(xué)高贏

多普勒效應(yīng)作為物理學(xué)中的重要內(nèi)容，所描述的內(nèi)容與波源、觀察者介質(zhì)運(yùn)動(dòng)存在關(guān)系，或者觀察接收的頻率與波源存在的差異，波源與觀察者靠近，觀察者接收的頻率比波源高，若波源與觀察者距離遠(yuǎn)，則低于波源頻率。此類現(xiàn)象在人們的生活中也經(jīng)常出現(xiàn)，包括醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、交通領(lǐng)域、天文學(xué)。對(duì)此，在教學(xué)過程中還需思考重點(diǎn)內(nèi)容，讓學(xué)生初步掌握多普勒效應(yīng)，思考波源與觀察者接收頻率的差異，并思考多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因，掌握多普勒效應(yīng)的應(yīng)用方法，并形成科學(xué)的思維，培養(yǎng)學(xué)生探索知識(shí)的能力。

一、形成科學(xué)思維，規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

1.構(gòu)建情境，分析物理問題。

高中物理教師在教學(xué)過程中，利用多媒體工具教學(xué)有利于提升課堂教學(xué)效率，引發(fā)學(xué)生對(duì)結(jié)果的思考，比如，在多媒體工具中播放頸部彩超，讓學(xué)生思考體表儀器能感受到血液流速的原因，并創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣。比如，教師播放賽車視頻，讓學(xué)生思考賽車自遠(yuǎn)到近的變化過程。教師提問：“你們聽到視頻中車輛聲音有什么變化？”通過該問題，幫助學(xué)生思考音量及音調(diào)內(nèi)容，通過軟件技術(shù)，適當(dāng)對(duì)音量調(diào)整，學(xué)生會(huì)感受其中的變化特點(diǎn)。在蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)中，學(xué)生分析由遠(yuǎn)到近及由近到遠(yuǎn)的聲音變化，獲得頻率相關(guān)內(nèi)容，掌握波源及觀察者距離發(fā)生變化后的差異，并引出多普勒理念，讓學(xué)生在思考及觀察過程中形成知識(shí)理念。

2.小組合作，探究試驗(yàn)過程。

物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)，在多普勒效應(yīng)教學(xué)過程中，不僅讓學(xué)生感受音調(diào)變化，也要在實(shí)驗(yàn)過程中通過儀器記錄頻率數(shù)值變化。教師將學(xué)生分成兩組，使用智能手機(jī)進(jìn)行研究，從而引出多普勒效應(yīng)，在手機(jī)中安裝音頻軟件，可發(fā)出不同的聲響，此手機(jī)作為波源，選擇另外一部手機(jī)安裝頻率計(jì)算軟件，接收周圍的聲音，記錄周圍較強(qiáng)頻率，即觀察者。物理規(guī)律在研究過程中，自簡(jiǎn)單的規(guī)律入手，逐漸過渡到具有深度的內(nèi)容。在多普勒效應(yīng)教學(xué)過程中，先讓學(xué)生思考觀察者及波源的動(dòng)靜變化，幫助學(xué)生理解波源及觀察者相互影響的結(jié)果。在小組討論過程中，獲得觀察者接受頻率比波源頻率小波源頻率條件。

3.動(dòng)畫演示，深入分析成因。

在多普勒效應(yīng)教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)其中的重點(diǎn)概念，包括波源頻率及觀察者接收的頻率，分析頻率差異性及相互性關(guān)系。在探究中，學(xué)生掌握波源不變的情況下，觀察者也不會(huì)發(fā)生變化。一定時(shí)間內(nèi)觀察者接收的波數(shù)量與波源單位時(shí)間所產(chǎn)生的波源類似，此時(shí)會(huì)接收到一致的波源。波源不發(fā)生變化，觀察者處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，波源介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，觀察者在接近過程中，接收的波源數(shù)量增多。在靠近波源時(shí)，接收頻率較大。觀察者不動(dòng)的情況下，波源開始移動(dòng)，教師使用生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解讀，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，使用多媒體水波運(yùn)行方法，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到波源前進(jìn)方向波源密集，反向則是波源稀疏，通過多媒體呈現(xiàn)場(chǎng)景，說明波源運(yùn)動(dòng)中的λ指標(biāo)變化，其中，λ變小，波動(dòng)速度并未發(fā)生變化，單位時(shí)間中遇到完全數(shù)量的波，導(dǎo)致波源數(shù)量增多。

4.解決問題，培養(yǎng)學(xué)生思維。

學(xué)生學(xué)習(xí)的各類知識(shí)均來自生活，學(xué)習(xí)知識(shí)的目的也是服務(wù)生活，教師以生活中的知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)有深刻的認(rèn)識(shí)。比如，在教學(xué)中，教師使用雷達(dá)儀器進(jìn)行測(cè)速，非常常見的交警檢查行車速度，在行車過程中，會(huì)出現(xiàn)電磁波，汽車行駛發(fā)生反射反應(yīng)，從而用儀器檢查到頻率變化，得到汽車的行駛速度。在多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)中，教師也可播放醫(yī)生檢查心率的方法，通過聽診器可以聆聽人們的心臟動(dòng)態(tài)變化，從而分析血流情況是否正常，幫助人們及時(shí)診斷疾病，在聽診過程中屬于一種計(jì)算的過程，便于計(jì)算出血液流動(dòng)速度。在天文學(xué)領(lǐng)域中，多普勒效應(yīng)可分析星系運(yùn)動(dòng)，分析星系不同朝向運(yùn)行方法，比如，多普勒效應(yīng)應(yīng)用過程中提出紅移現(xiàn)象。

二、培養(yǎng)學(xué)生思維，展開課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

1.關(guān)注教學(xué)方法，培養(yǎng)思維能力。物理作為一門以思維為主的學(xué)科，教師在教學(xué)過程中遵循“授之以魚，不如授之以漁”的教學(xué)理念。物理知識(shí)探索過程中，教師不只傳授科學(xué)的探究方法，也要讓學(xué)生形成科學(xué)的思維能力，從而促進(jìn)學(xué)生綜合能力發(fā)展。

2.把握學(xué)科特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生興趣。針對(duì)多普勒效應(yīng)知識(shí)，學(xué)生可通過課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，讓學(xué)生掌握其中的知識(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)思考。課堂教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)問題框架，搭建教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生的思維能力不斷拓展。課后則是在網(wǎng)絡(luò)上查詢資料，使學(xué)生將學(xué)習(xí)的知識(shí)回歸生活，為生活提供服務(wù)。

3.掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在物理知識(shí)探索中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)成功與否的關(guān)鍵，通過電子白板幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，展示本節(jié)課重點(diǎn)知識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，獲得物理原理，幫助學(xué)生真正理解多普勒效應(yīng)，在學(xué)習(xí)多普勒效應(yīng)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，提升學(xué)生在思想上的認(rèn)知，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具有科學(xué)探索的態(tài)度，在探索過程中希望找到結(jié)果，而并非是探索即可。實(shí)驗(yàn)過程中受到的影響因素眾多，教師應(yīng)當(dāng)說明受到影響的因素，避免學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑，甚至質(zhì)疑教師的教學(xué)能力。在實(shí)驗(yàn)探索后，獲得數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的合理性。

三、物理進(jìn)階設(shè)計(jì)，全面定性定量分析

1.設(shè)計(jì)模擬，展開定性定量教學(xué)。

高中物理教材中針對(duì)多普勒效應(yīng)展開物理實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生認(rèn)識(shí)多普勒效應(yīng)機(jī)理，但無法說明波源運(yùn)動(dòng)引發(fā)的多普勒效應(yīng)機(jī)理。對(duì)此，高中物理教師可重新對(duì)多普勒效應(yīng)教學(xué)進(jìn)行規(guī)劃，在教學(xué)過程中對(duì)發(fā)波水槽定性實(shí)驗(yàn)與多媒體動(dòng)畫結(jié)合讓學(xué)生理解水波運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)機(jī)理。教學(xué)環(huán)節(jié)隨著教師的教學(xué)設(shè)計(jì)拓展，深化知識(shí)、拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生們結(jié)合相對(duì)運(yùn)動(dòng)知識(shí)進(jìn)行探究，在探究原理過程中會(huì)遇到困難，或者走一些彎路，獲得不同的結(jié)果，教師先讓學(xué)生進(jìn)行研究，隨后針對(duì)學(xué)生的問題提出對(duì)應(yīng)的處理辦法，讓學(xué)生沿著一個(gè)方向大膽的探索，最終在教師的引導(dǎo)下獲得正確的結(jié)果。

2.結(jié)合學(xué)習(xí)者，確定教學(xué)目標(biāo)。

自學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)角度展開分析，多數(shù)學(xué)生對(duì)身邊的多普勒效應(yīng)沒有留意，這也是學(xué)生感性認(rèn)知不足的體現(xiàn)，學(xué)生具有扎實(shí)的理論功底，但對(duì)問題理解不透徹，存在認(rèn)知障礙。對(duì)此，在高中物理多普勒效應(yīng)教學(xué)過程中需發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)學(xué)習(xí)充滿熱情。高中學(xué)生已經(jīng)擺脫過往的形象思維，構(gòu)建起抽象的思維模式，對(duì)此，在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，并結(jié)合理論判斷獲得的新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力。教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)以感性認(rèn)識(shí)作為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)展開形象化分析，讓學(xué)生理解及掌握全新的知識(shí)。在多普勒效應(yīng)教學(xué)過程中，教師設(shè)定合理的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)問題具有重要意義，也要適當(dāng)介紹多普勒效應(yīng)在物理學(xué)歷史中的應(yīng)用，根據(jù)學(xué)生真實(shí)性的水平合理調(diào)整教學(xué)難度，做到因材施教，以免制約學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展，在講解內(nèi)容過程中結(jié)合多媒體手段，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握生動(dòng)及形象的內(nèi)容，從而獲得良好的課堂教學(xué)成果。比如，自知識(shí)技能過渡到物理運(yùn)動(dòng)觀念：①在定性分析中感受多普勒效應(yīng)；②半定量解釋多普勒效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理；③利用相遇模型定量計(jì)算波源頻率及觀察者接受的信息頻率關(guān)系。自過程方法形成科學(xué)思維：對(duì)多普勒效應(yīng)進(jìn)行分析及體驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，形成深刻及廣闊性的思維品質(zhì)。自情感態(tài)度轉(zhuǎn)變科學(xué)態(tài)度：在多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生感受到物理知識(shí)對(duì)生活的影響，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，對(duì)科學(xué)知識(shí)有正確的認(rèn)識(shí)。

3.掌握學(xué)習(xí)重點(diǎn)，科學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

自定性到定量完成進(jìn)階學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握多普勒效應(yīng)及相關(guān)實(shí)際案例。該內(nèi)容教學(xué)的難點(diǎn)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)知識(shí)定量分析，讓學(xué)生掌握接收到的頻率變化。在教學(xué)后，教師也要展開科學(xué)的評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)分。比如，在學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，引入游戲內(nèi)容。教師利用多媒體播放無聲疾馳的視頻，詢問學(xué)生視頻是否精彩，并追問：“請(qǐng)你結(jié)合畫面給視頻配上汽笛聲音，讓畫面變得更加生動(dòng)。他的配音準(zhǔn)確嗎？真實(shí)的汽笛聲是什么樣的？”在此過程中，教師讓學(xué)生實(shí)事求是的回答問題，學(xué)生回答：“沒有聲音，就不夠精彩。”結(jié)合畫面模擬配音，讓學(xué)生思考相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并總結(jié)多普勒效應(yīng)的相關(guān)概念，使課堂氛圍變得更加活躍。在活動(dòng)過程中，關(guān)注游戲?qū)?，確定課程的基調(diào)，激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)熱情，并引出教學(xué)環(huán)節(jié)。隨后教師讓學(xué)生探索定性實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)桌擺放向心力演示儀及細(xì)繩、蜂鳴器、音叉、透明黏膠。設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題：“我們是否能利用實(shí)驗(yàn)器材在教室中完成多普勒實(shí)驗(yàn)？”學(xué)生設(shè)計(jì)聽得見實(shí)驗(yàn)，并完成討論交流。在實(shí)驗(yàn)過程中，手持被敲音叉并快速推出及回縮，反復(fù)靠近及人力人群，保持聲音的持續(xù)性，其他學(xué)生將音調(diào)調(diào)節(jié)到4012-3899Hz間，感受波源的變化，讓大家思考波源與觀察者遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)的情況。最后，在教學(xué)結(jié)束后，教師評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中是否集中注意力，是否積極探索問題，問題解決的情況，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)中的問題，并調(diào)整自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

四、設(shè)計(jì)微課程序，提升教學(xué)質(zhì)量

1.提出問題：在高中物理教學(xué)中，針對(duì)多普勒知識(shí)，設(shè)計(jì)微課程序具有重要意義，良好的微課設(shè)計(jì)有利于吸引學(xué)生興趣。在微課設(shè)計(jì)中，可以選擇一些熱點(diǎn)新聞，比如，前幾年比較出名的“馬航失聯(lián)”事件，在各個(gè)國(guó)家救援過程中，馬來西亞宣布飛機(jī)墜毀，在圖片及視頻的引導(dǎo)下，激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣，以事件為導(dǎo)向，有利于為后續(xù)學(xué)習(xí)提供幫助。

2.分析問題：教師提出問題“我們?nèi)绾伪O(jiān)督飛機(jī)的運(yùn)行情況”，其中通過簡(jiǎn)單的原理說明雷達(dá)工作定理，并在學(xué)習(xí)探究后點(diǎn)題，引出多普勒效應(yīng)。此時(shí)學(xué)生興趣完全被吸引，想要了解多普勒效應(yīng)。

3.學(xué)習(xí)知識(shí)：物理知識(shí)學(xué)習(xí)不僅局限在本身的知識(shí)，以免學(xué)生成為背公式的機(jī)器，應(yīng)當(dāng)在傳授知識(shí)的同時(shí)，融入一些物理知識(shí)。比如，教師通過微課表達(dá)多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)過程，讓學(xué)生對(duì)多普勒效應(yīng)有感性認(rèn)知，通過變量控制及定量分析，觀察運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生效應(yīng)的因素。

4.解決問題：在分析過程中，將多普勒效應(yīng)與電磁波結(jié)合，拓展學(xué)生的多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)視野，從而結(jié)合電磁波多普勒效應(yīng)，對(duì)馬航航向問題進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)的思維解決問題。

5.可視化問題：在學(xué)習(xí)過程中，教師可以為學(xué)生展示仿真軟件，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的進(jìn)步，通過計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)物理知識(shí)，制作微課動(dòng)畫，以動(dòng)態(tài)的方式呈現(xiàn)飛機(jī)在運(yùn)行過程中的頻率及物理量變化，這種演示效果也更為明顯。

6.問題拓展：在高中物理教學(xué)中，微課視頻帶給學(xué)生全新的體驗(yàn)，讓學(xué)生帶著問題開始研究、帶著問題結(jié)束研究，通過啟發(fā)性的視頻讓學(xué)生掌握聲波的多普勒效應(yīng)，代入生活情景，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活情景進(jìn)行思考，學(xué)生無法目睹情景，但通過聽覺會(huì)判斷交通工具在運(yùn)行，可以判斷運(yùn)行的距離遠(yuǎn)近。為強(qiáng)化學(xué)生對(duì)多普勒效應(yīng)的學(xué)習(xí)成果，教師為學(xué)生預(yù)留課后任務(wù)，讓學(xué)生模擬多普勒效應(yīng)，可以分析觀察者靠近波源或者靜止?fàn)顟B(tài)、遠(yuǎn)離波源的情況，為學(xué)生鞏固知識(shí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之，高中物理教學(xué)活動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，高中物理教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到高中生知識(shí)掌握情況，針對(duì)性的補(bǔ)習(xí)或者鞏固，為高中生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)及下一步學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高中物理教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生構(gòu)建起高效課堂環(huán)境，對(duì)學(xué)習(xí)成果展開評(píng)價(jià)，適當(dāng)進(jìn)行反思。多普勒效應(yīng)作為高中物理教學(xué)中的難點(diǎn)問題，教師對(duì)此應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，并采取科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生積極學(xué)習(xí)物理知識(shí)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。