有“形”更要有“神”

——对机械波模拟活动的思考与实践

    机械波是怎样在介质中产生的，振动是怎样在介质中传播的，这是一个学生感到抽象而又不易懂的物理过程，是教学中的难点。普通高中《物理课程标准（实验）》在第42页给了一个活动建议：“学生们站成一排，依次下蹲、起立，模拟机械波。”同事在一节公开课上组织学生模拟了机械波，模拟过程简记如下：
    教师请南面走道两侧的14个学生站到走道里，面向前，要求每个学生都做同样四种动作：踮脚引体向上，还原，直体蹲下，还原。要求从排头开始，每一个学生依次比他前面的一个同学慢一拍，十几个学生都动起来以后，其他同学看到此起彼伏的“波形”。很多学生似乎心有所悟：“原来波是这样产生的！”
    但是在后续的学习活动中学生遇到了困惑：后一个质点为什么要跟前一个质点振动，为什么各个质点的振动频率都和波源相同？面对这些问题，不论教师怎样说“质点间存在相互作用力，后一个质点做受迫振动”，部分学生依然是一脸的困惑。听课时我一再思考：原因在哪里呢？
    回顾学生对机械波模拟的过程，我认为教师在组织学生模拟活动的操作上存在问题：没有表现出质点间的相互作用力。模拟中后一位同学的动作只是受自我意识控制“主动振动”，而不是“受迫”的，使得模拟过程有“形”而无“神”，缺少了本质内容的表现。
    针对这一问题，笔者在教学实践中作了这样的改进：请南面走道两侧的学生站到走道里，面向一侧，胳膊横挎在一起，笔者站在第一位同学的身边，用手按、提第一位同学的肩膀，使之反复下蹲、起立（先缓慢动作，使学生有个适应的过程，然后逐渐加快至适当的节奏），在整体上形成波的形状。后面的每位同学都能感受到做“受迫振动”，其他同学也通过此次活动有了相同的感受。这样操作把“前带后，后跟前，机械振动向后传”这一波的产生和传播过程表现得淋漓尽致，使模拟的效果“形”“神”兼备。
    在模拟纵波时，笔者要求学生转身向教室后方，脚前后稍分开些，要求学生胳膊放松，把两手搭在前一位同学的肩上，把靠近笔者的一位同学前后反复推、拉（先慢些，小幅度，让学生适应，再逐渐加快至适当的节奏和幅度），使学生脚不动，上身前后晃动，模拟疏密相间的纵波。实践表明，在后来的学习活动中学生没有产生前面提到的困惑，模拟效果明显好于前一位同事的操作。
    对此，笔者建议普通高中《物理课程标准（实验）》中的相关表述改为：“学生站成一排，胳膊横挎在一起，依次下蹲、起立，模拟机械波”，避免一线教师在理解操作时再出现有“形”而无“神”的现象。