[职称论文]初中物理教学论文 运用科学探究方式 启迪创新思维

1 运用科学探究方式 启迪创新思维 摘要：本文通过多普勒效应一节为例，设计探究性方案，让学生自主思维、动手实验，体验探究过程的曲折和乐趣，发展其科学探究能力，增强他们的创新意识。 关键词：科学探究 ；多普勒效应 ；创新思维 新课程标准指出：高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。笔者在教学实践过程中，精心设计探究性课题，把学生置于开放、多元的学习环境中，确立 学生在学习中的主体地位，增进独立思考能力，启迪创新思维。现在以全日制普通高级中学教科书物理 (人教版 )第二册多普勒效应一节为例，谈谈自己在这方面的做法。 1 探究性学习的前期准备 先简单介绍多普勒效应源于 1842 年奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时，听到火车汽笛声音调变化，启迪学生应留意生活中的物理知识，知道伟大的发现就在自己身边，从而激发学生探索的兴趣。 然后让学生预习并自学本节的知识，以求对物理知识的大致认识，同时介绍一课外小制作，完成探究性活动的准备工作。 小制作叫 蝉 民间玩具 叫蝉是一种竹木制的民间玩具，由鸣蝉 (发音体 )、系线和甩棒构成，如图 1 所示。转动甩棒，使系线带动鸣蝉做圆周运动，将听到一阵阵音调起伏的鸣叫声，类似蝉鸣。而且叫蝉以顺时针、逆时针、低速和高速旋转时能发出不同的蝉鸣声。 制作方法取一小筒，用烧红的细铁钉在竹筒的低部戳穿一小孔，让一细线穿孔系牢。再取一根筷子，在粗端刻一凹槽，在槽中熔入少许松香，细绳的另一端在凹槽中，可以自由转动。用万能胶粘一对透明薄绢作翅膀，稍加修饰，便成一叫蝉。甩动筷子，即能出音调起伏的鸣叫声。 原因 解释声音是由于物体的振动产生的。叫蝉是由蝉体 (空腔、空腔底膜和系线组成。 甩棒使叫蝉作圆周运动时，系线被接紧，系线的一端在棒上的凹槽中转动，由于有松香细末的参与，加大了系线与棒的摩擦，从而通过系线使得竹筒底膜发生振动，膜的振动又推动竹制空腔的空气，产生共鸣，便听到了声音。 布置学生课外自己制作 “ 叫蝉 ” ，并启迪：大家能不能设计方案探究多普勒效应呢 ? 2 探究性学习实施过程 学生制作完成后，到学校操场完成探究性学习。让学生先旋转自己制作的鸣蝉，发现 “ 知知 ” 的声音，不发声的教师指导改进， 并让学生汇报自己的探索设计方案。然后，确定以下探究方案 (学生兴奋不已 )： 2 (把学生分成十组，选出叫声较响的十个叫蝉做实验。 )指导学生完成以下探索，研究在哪些条件下会发生多普勒效应 ?(或者让学生做实验并设计方案自主探索研究。 ) 第一种情况：一人在水平面内匀速率快速旋转细线 (如图 1)，使叫蝉发声，该组其他同学站在原地仔细听，判断音调是否变化，是否有多普勒效应发生 ?探究后，学生回答：有。 第二种情况：一人在水平面内匀速率快速旋转细线 (如图 1)，使叫蝉发声，该组的其他同学靠近或远离叫蝉，判断音调是 否变化，是否有多普勒效应发生 ?探究后，学生回答：有。效果比第一种情况更明显。 第三种情况：一人在水平面内旋转细线，使声源 (叫蝉 )绕着人做匀速率圆周运动，此人在转动轴心处倾听，判断音调是否变化，是否有多普勒效应发生 ?探究后，学生回答：有。 第四种情况：一人在水平面内旋转较长的细线，使叫蝉做匀速率圆周运动，另一人随着叫蝉一起运动，此人、叫蝉和圆心始终三点共线 (如图 2)，该人判断音调是否变化，是否有多普勒效应发生 ?探究后，学生回答：有。 第五种情况：让每组学生拿出事先带来的小录音机，并用粉笔在操场上画出标准圆圈，录音机的喇叭口放在圆心处，使其口朝上放出某一音调的音，每人沿着圆圈做圆周运动，判断音调是否变化，是否有多普勒效应发生 ?探究后，学生回答：无。每组学生都积极主动地进行实验，认真感知、分析，沉浸在探究的愉悦之中，在愉快中进行学习。等几组实验都完成后，分别让他们汇报究结果，从而可以培养学生的信息收集处理能力、语言交流表达能力、团队协调合作能力等等。最后，下课铃响以后，学生们依依不舍地离开了操场。 为什么会出现这些现象呢 ?让我们一 起仔细探讨一下： 设观察者相对于均匀介质不动，而波源运动 (就像我们站在铁道旁听驶来、驶去的火车的汽笛声 )，这时波源发出的波，其波面，如图 3 所示。当波源向右运动时，观察者不动，波源由 S1 运动到 S2，波源右方的波面变得密集，波长变化，左方的波面变得稀疏，波长变长，但波在介质中的传播速度并没有改变。观察者在波源右侧时，在单位时间内接收到的完全波的个数增多，观测频率增大，音调变高。同理，观察者在波源左侧时，其观测频率减小，音调变低。 第一种情况：当观测者站着不动时，叫蝉转过去，属于远离观测者，人站在前面 单位时间内接收到的完全波的个数减少，观测频率小于波源频率，故音调变低 ；反之，叫蝉转过来属于靠近观测者，故音调变高。 3 第二种情况也是如此，只不过观测者还在做靠近或远离运动，使观测者单位时间内接收到的完全波的个数更多或更少，效果更为明显。 第三种情：当波源 (叫蝉 )绕着圆心 (人 )做匀速率圆周运动时，沿圆 O 的法向波面发生了变化，如图 4 所示，使人耳单位时间内接收到的完全波的个数发生了变化，故音调发生了变化。在这种情况下，波源与观察者之间既没有靠近，也没有远离，却有多普勒效应发生。 第四种情况：人随着叫蝉沿圆 O 的切向一起前进，匀速率旋转的叫蝉所形成的波面，如图 5 所示。在圆的法线方向，人始终与波源 S 的间距不变 (人、叫蝉和圆心始终三点共线 )，沿圆的法线方向波面发生了变化，故人单位时间内接收到的完全波的个数发生了变化，会发生多普勒效应。 第五种情况：人在其中的一个波面上绕着波源做圆周运动，人耳单位时间内接收到的完全波的个数并没有改变，故不会发生多普勒效应。 3 探究性学习成果，对课本知识的创新拓展 该探究性实验，拓宽了学生的思路，启迪了创新思维。课本上只描述 源与观察者相对运 4 动中的相互靠近或远离会产生多普勒效应。通过探究性学习，同学们提出了一些新的观点：波源和观察者即使没有靠近或远离，也会有多普勒效应发生。如第三、四种情况。即使有相对运动，也不一定有多普勒效应发生，如第五种情况。所以教科书最好略作修改，最好多定性探讨一些其他情况，以丰富学生对多普勒效应的深入认识。 4 探究性学习能激发学生强烈的好奇心和求知欲，使他们提出一些新的问题 学生通过实验探究，兴趣大增，思维的闸门打开，提出一系列新的问题： 人耳听到警车发出的 “ 哇呜、哇呜 ” 的报警声是否属于 多普勒效应 ?