以驻波为例的“三位一体”教学模式过程分析

肖奎 肖发新 谢朝阳

摘 要：本文以驻波教学为例，阐述了理论教学、数值模拟、实验验证相结合的“三位一体”教学模式的开展过程。同时，考虑到“三位一体”教学模式与以往教学模式之间存在差异，本文简述了该教学模式下的评价体系。

关键词：三位一体；理论教学；数值模拟；实验验证

大学物理是工科类院校的公共必修课，其承担着提高大学生素质、为大学生专业课奠定基础的任务。现今，随着大学生对计算机了解的深入，以板书或者多媒体讲解的大学物理教学模式不能满足学生的需求，有必要对大学物理教学进行改革。笔者根据多年教学经验，提出了理论教学、数值模拟、实验验证相结合的“三位一体”教学模式。为了更好地了解该模式的教学过程，本文以驻波教学为例，阐述各个环节的教学过程。

一、理论教学

驻波是干涉现象的一个特例。在同一介质中两列振幅相同的相干波，在同一直线上沿相反方向传播叠加后就形成驻波。以往教学过程中，理论教学是以教师板书和推导为主。“三位一体”教学模式中的理论教学部分，我們分五步走：

首先给出问题：两列相干波y1，y2在同一直线沿相反方向传播，当它们叠加后，会出现什么现象？第二步，让学生利用已学知识单独进行数学推导，得出一定的结论，并让一个或者几个学生介绍结论。第三步，利用绳驻波演示仪进行演示，让学生观察现象，并和推导的结论进行对比。第四步，请之前介绍的学生说明自己的分析。第五步，教师对整个过程进行分析说明，并得出驻波的特征。

二、数值模拟

学生的数值模拟，也可以认为是一个实验过程，该过程是建立在理论教学的基础上。理论教学的五步之后，学生对驻波模型已经有了一定的了解，能够建立起基本的驻波模型。为了能使学生能更快地利用MATLAB模拟得出驻波特征，将驻波的数值模拟分为三个模块。第一个模块是在同一个窗口绘制两列相向传播的相干波的波形图；第二个模块是导出驻波形成的动画；第三个模块是在同一个窗口绘制出在同一窗口中绘制y1，y2，y1与y2，y1+y2的动画，观察不同波的特征，从而得出驻波的振动特征，并将模拟的驻波振动特征和理论教学中自己得出的特征以及教师讲授的特征进行对比，加深对驻波特征的理解。

三、实验探索

实验探索分为两个部分：数学实验和物理实验。数学实验，就是利用MATLAB的GUI功能，通过编程模拟声速测量实验的具体过程，使学生发现可能存在的问题；物理实验，是指学生在实验室进行实验探索。利用MATLAB的GUI模拟声速测量实验，已有详尽的讨论，不再赘述。物理实验部分，我们利用“声速测量”对驻波特征的应用进行讲解。我校“声速测量”实验采用的是干涉法测量，所谓的干涉法，其实就是测量超声波在发射器和接收器之间形成的驻波的波峰之间距离和波谷之间距离后求得超声波在空气、水两种介质中传播的速度。利用该方法，有利于学生清楚驻波的特征以及其应用。另一方面，我们可以让学生在第一步演示实验的基础上，利用演示实验室的仪器（比如音叉、吉他弦、重锤等），自己设计驻波发生器。

前文中，我们以驻波为例，介绍了“三位一体”教学模式的教学过程。“三位一体”教学模式的重点在于将之前的以教师讲授、学生被动接受为主的教学模式转换为教师主导、学生主动探究的教学模式。“三位一体”教学模式的最大好处，就在于在整个教学过程中，加大了学生的参与力度，提高了学生分析问题、探索问题、解决问题以及问题推广的能力。

“三位一体”教学模式下，学生的参与力度加大了，提高了学习兴趣。但兴趣的提高并不意味着学生对知识掌握得就更好，还是有必要对现有的评价体系进行改革。“三位一体”教学模式下，学生参与度加大，因此有必要对学生参与过程进行评价。在新评价体系中，将原有的平时成绩和卷面成绩比重3：7改革为2：3：5，即20%的出勤、作业分值，30%的小论文、课堂发言、小设计比重和50%的闭卷考试成绩比重。采用2：3：5的模式，有利于督促学生在提高兴趣的同时，确实学到知识，提高素质，锻炼能力。

“三位一体”教学模式是针对当今大学物理教学过程中出现的教师传授知识内容陈旧、手段单一、学生学习兴趣不高、学习内容不能为专业服务而提出来的。该教学模式的目标是将学生被动学转为学生主动学，从“学为考”转为“学为用”，最终使学生乐学、善学，学有所获，学有所用。

参考文献：

曾凡平，田浩，MATLAB模拟超声波声速测量实验[J].高校实验室工作研究，2009， 99（1）：11-13.