《多普勒效应》教学设计.docx
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《多普勒效应》教学设计
《多普勒效应》教案
【比赛课题】多普勒效应
【教学时间】45分钟
【教学对象】高中二年级
【选用教材】粤教版高中物理（选修3-4）第二章第五节
【教学内容分析】
1.本节课的地位和作用
本节内容是基础教育课程改革在机械波部分的扩展内容，是新教材新加的一节内容，体现了课程改革精神，加强了与近代物理的衔接；体现了物理学与技术和社会的联系。
多普勒效应是一种常见的现象，是在学习了波的有关知识后编排的，学生对多普勒效应的初步研究，是对波动知识的巩固、深化和提高。
通过这节课的学习，有助于学生形成更丰富更深刻的波动知识；更重要的是这节课可以开拓学生眼界，激发学生学习物理的兴趣，同时也初步培养了学生探索科学的能力。
2.课程标准对本节内容的要求
课程标准要求“通过实验感受多普勒效应；解释多普勒效应产生的原因；列举多普勒效应的应用实例；设计一种利用多普勒效应的实用装置。
”可见课程标准要求从“听”“看”“讲”“做”等方面定性理解多普勒效应，培养学生的学习兴趣和动手能力，并渗透物理思想和方法。
3.教材的内容安排
粤教版教材体现了课程改革的要求，教材的内容按如下顺序进行编排：
⑴编者通过设置生活中“多普勒效应”的物理情景——警车从远处驶来，警笛声会发生变化，让学生初步感受到当波源和观察者之间有相对运动，观察者会感觉到波的频率变化，这种现象叫做多普勒效应。
⑵认识多普勒效应：
通过快速转动蜂鸣器的演示实验，让学生再次感受到多普勒效应，并提出探究的问题：
为什么会出现这种现象？
⑶分析、探究多普勒效应的成因：
以声波为例结合示意图，通过学生之间的讨论交流，分析、探索、寻找、发现产生多普勒效应的原因。
以示意图的方式说明波源频率与观察者接收频率的区别。
⑷总结归纳规律：
通过让学生完成表格“波源和观察者相对位置变化与频率变化的关系”，总结多普勒效应的产生规律，加强认识。
⑸介绍多普勒效应在现代生产和生活中的广泛应用，加强对多普勒效应的理解。
教材这一结构（提出问题→分析探究问题→总结结论）体现自主性学习的一般方法，符合课程改革的要求。
4.教材的特点
本节课的内容为新教材新加的一节内容，因此更加体现课程改革的要求。
具体表现如下：
⑴贴近生活，联系实际。
教材从学生身边的事物出发，设置实际的物理情景，如从警车由远到近呼啸而过时声调的变化引入多普勒效应，从而激发学生的学习兴趣，更重要的是让学生意识到物理问题从生活而来；而在理论学习之后，教材又列举了多普勒效应在科学、技术以及社会等方面的应用实例。
让学生了解到物理从生活而来，并走向社会，理论学习是为了更好地联系实际。
学生了解到物理学的研究成果及其技术应用改变了人类的生活，还可以树立社会可持续发展的意识，实现情感态度与价值观的教育。
⑵重视学生的“讨论与交流”。
多普勒效应现象简单，可不易理解，如果以传统的讲授法讲述，学生将难以掌握。
因此教材中不断让学生展开讨论与交流，亲身感受现象，主动思考、分析，从而发现多普勒效应的产生原因。
而经历“提出问题——分析解决问题——得出结论”的过程，学生不仅可以主动建构知识，更重要是学会研究物理问题的过程和方法。
5.对教材的处理
现行教材的内容安排没有考虑以下两个问题：
⑴没有区分音调和响度。
教材主要以声波为例，辨别声波的音调是本节课的重点，而学生对声波的音调和响度难以区分，常常混淆。
教材没有内容涉及音调和响度的区分，不利于学生对本节课的学习。
⑵没有重点说明波源频率和观察者接收频率的区别。
理解多普勒效应的前提是理解波源频率和观察者的接收频率，可教材只是通过示意图介绍了波源频率和观察者的接收频率。
学生难以形成深刻的认识。
考虑到以上两个问题，并参照其他教材，我做了如下调整：
⑴向学生表演神奇网球，引起认知冲突，激发学生兴趣。
为了让学生更好地观察实验现象，在表演之前先通过演示实验帮助学生用耳朵区分声音的音调和响度。
⑵让学生列举生活中类似的例子，将实验现象联系到实际生活中，从而引出多普勒效应。
⑶为了让学生更好地理解多普勒效应，教师强调波源频率和观察者接收频率的区别，并通过“数人游戏”中的“过人频率”与“接收频率”进行对比，加深学生的理解。
⑷在学生对多普勒效应有了一个初步认识之后，再给学生提供一定的器材，让学生从中选取器材，进行随堂小实验，探究体验不同情况下的声音频率的变化。
学生在实验过程中讨论、交流、合作、动手、动笔，促进自身的全面发展。
另外通过实验得出实验结论，印象深刻，理解透彻。
在学生实验的基础上，再配用flash动画，加深学生的理解，让学生从“听”“看”“讲”“做”全方位进行学习。
⑸说明除声波外的其它机械波、电磁波、光波均会发生多普勒效应，使学生完整理解多普勒效应。
理论学习之后，让学生列举生活中多普勒效应的各种应用，并用学到的知识进行解释。
⑹最后，让学生动手制作一个多普勒效应演示仪，加强学生的认识理解，同时锻炼动手能力。
【学生情况分析】
1.学生的兴趣
作为高二的学生因果认识兴趣增强，对科技在社会中的应用兴趣增强，乐于探索物理世界的奥秘，揭示物理规律的本质，表现出一定的概括认识兴趣。
2.学生的知识基础
已经学过音调、响度等相关知识，但理解不够深刻，难以区分音调和响度；学过了波动规律，知道波以球面波的形式向外传播。
3.学生的认知特点
缺乏感性认知，抽象分析思维能力不够。
学生感觉多普勒效应就在身边，但感性认识不足，理论基础虽然有，但没有涉及波动领域，学生有认知的障碍，比如，学生已学过f=v/λ，但这样的公式是有条件的，一旦波源相对介质对接收对象有相对运动时，这个规律就要发生变化，学生的认识和理解就有困难。
【教学目标分析】
1.知识与技能
⑴了解多普勒效应及其产生原因；
⑵知道一些多普勒效应的应用实例，并会解释。
2.过程与方法
⑴通过观察与思考多普勒效应在日常生活与演示实验中的现象，感受多普勒效应；
⑵通过观察实验、多媒体课件，经历体验探究实验，认识多普勒效应产生的原因。
3.情感态度与价值观
⑴通过观察实验，感受多普勒效应的奇妙，激发学习兴趣；
⑵体会问题解决的过程，养成良好的学习习惯。
【教学重点】
多普勒效应及其成因
【教学难点】
区分波源的频率和观察者的接收频率
【教学策略设计】
新课程提倡以自主、合作、探究的教学组织形式来进行课堂教学，本节课采用教师引导，学生自主体验探究、分析总结的教学组织形式，教师通过一个个问题来引导学生进行分析探究，学习物理知识，并通过一个个实例引导学生联系实际，学以致用，坚持“教师为主导，学生为主体”“理论联系实际”的教学原则。
1.教学方法
⑴实验法
实验法能让学生经历解决问题的过程和方法，帮助学生主动建构知识。
为此，本节课通过演示实验引起学生的认知冲突，引发思考，激发学习兴趣，用体验实验让学生经历探究的过程，帮助学生更深刻地理解多普勒效应，形成自身的见解，更重要的是学会解决问题的方法；。
⑵演示法
多普勒效应现象简单，但学生理解起来存在一定困难，因此通过各种动画、视频将形象直观的物理情景物理过程呈现给学生，将复杂的原理简单化，将抽象的模型形象化，帮助学生突破难点。
⑶谈话法
根据学生的已有知识和经验，提出一系列有逻辑顺序的问题，引导学生思考或回答，从而使学生获得新知识或检查、巩固已有知识、发展能力。
这样可以激发学生的思维活动，培养学生独立思考能力和语言表达能力，唤起和保持学生的注意力和兴趣。
本节课在一开始就提问学生：
如何区分音调和响度？
让学生巩固已有知识。
而在学生知道多普勒效应的概念之后，进一步提问：
难道是声源的频率发生了变化吗？
引起认知冲突，使学生获知新知识。
通过跟学生展开对话，一步步突破重点。
⑷讲授法
让学生进行实验，并不是单纯丢给学生一大推器材；让学生观察动画演示，并不是让学生胡乱看；教学的任何环节都需要教师的引导，将讲授法贯穿整节课，在适当的时候，对学生混淆、模糊不清的知识点以及本节课的重点进行讲解引导；有助于学生纠正错误概念，从而形成清晰的学习思路，同时突出重点。
2.学法指导
高中学生学习物理的兴趣已发生转化，他们的思维已从形象思维向抽象思维过渡，具备一定的探索能力，不再满足于对物理现象的感知，对现象产生原因有较强的求知欲。
因此引导学生学法如下：
⑴随堂探究小实验。
让学生通过实验主动建构知识，教师注意引导学生实验的方法和纠正错误操作。
⑵讨论交流。
学生通过主动跟其他同学交流看法，解决问题，教师注意引导学生学会合作学习，从而合作解决问题。
⑶观察、类比、归纳。
学生通过认真观察各种现象，实验，并会用类比的方法进行学习，尝试用自己的语言进行分析归纳。
教师注意引导学生善于观察、勤于思考、乐于归纳。
3.教学媒体设计
充分利用图片、动画、视频等资料，提供学生学习物理规律的感性材料。
通过自制会发生的神奇网球，激发学生探索的欲望。
经历电动汽车驶过观察者等探究体验实验，提高学生参与课堂的兴趣。
利用多媒体课件将复杂的实验过程简单的重现，使物理现象更加形象直观，并辅助课堂分析，提高教学效率。
【教学用具】
多媒体课件、音叉、蜂鸣器、网球、电池、铁架台、收音机、复读机、可录音的手机等。
【教学流程图】
【教学过程设计】
教学环节和教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
时间
【引入新课】
甩动会发生的神奇网球，使其音调发生变化。
为了学生更好地观察现象，插入回顾音调和响度等相关知识，并通过演示实验让学生从听觉上比较两者的区别。
演示实验2：
让学生注意倾听网球发出的声音，并引导学生思考为什么会产生这样的变化？
在学生产生认知矛盾的情况下，引导学生回顾：
音调：
声音的高低；由声音的频率决定。
可用“尖锐”“低沉”等词描述。
响度：
声音的强弱；由声音的振幅决定。
可用“大”“小”等词描述。
演示实验1：
位置不变改变喇叭频率，让学生感受音调变化；频率不变改变位置，让学生感受声音响度的变化。
主动思考音调及响度的相关知识，仔细观察实验，聆听声音，通过实验能区分声音的音调变化和响度变化。
学生仔细聆听网球声音变化，并思考其中的原因。
能听出音调变化和响度变化的差异是本节课学习的基础，通过知识回顾和演示实验，纠正前概念并加强认识，为后面的学习做好知识铺垫。
通过网球实验，激起学生的学习兴趣，并引发认知冲突，激起学生的理性思维
3
分
钟
【建立概念】
先让学生列举生活中类似的实例。
再播放视频：
飞机、火车、汽车经过观察者时，观察者听到的音调变化。
讲解多普勒的故事。
在复习的基础上，引导学生仔细听飞机、火车、汽车经过观察者时音调发生的变化，并让学生尝试总结三种情况下的共同点，从而得出多普勒效应。
讲述多普勒名人事迹及其发现多普勒效应的过程。
仔细聆听声音的变化，并认真思考，从而总结。
从生活现象发现问题、总结规律，让学生经历发现问题的过程。
同时利用名人事迹，开阔学生视野，对学生进行情感态度与价值观的教育。
5
分
钟
【探究规律】
1、明确问题：
进行“数人游戏”，配合使用flash动画演示“数人游戏”。
提问：
如何理解观察者感觉到的频率变化呢？
思考
引导学生在发现问题的基础上提出问题，大胆怀疑。
25
分
钟
让学生思考哪种情况下数得最快，得出“过人频率”。
在游戏的基础上，将飞机等经过观察者时的频率与“过人频率”进行比较，然后结合学生学过的“波以球面波的形式向外传播”的知识点，讲解波源频率与观察者接收频率。
引导学生用“单位时间内完全波的个数”代表频率。
学生进行游戏，体验“过人频率”。
并对比学习。
通过数人游戏，让学生亲身体验“过人频率”，从而拓展到接收频率，使学生能区分波源频率和观察者的接收频率，进而突破难点。
2、随堂小实验：
让学生明确波源跟观察者之间的相对运动是相对介质运动，然后再学生分组探究体验不同情况下的多普勒效应：
⑴人和车都静止的情况；
⑵车运动人静止的情况；
⑶车静止人运动的情况；
由于运动情况很多，所以引导学生从简单的直线情况出发，且引导学生明确直线运动有哪些情况，然后让学生分组进行实验，让学生亲身体验多普勒效应，从而加强对多普勒效应的认识。
提示学生注意进行实验的方法——控制变量法。
在老师的引导下，进行实验设计，强化控制变量法的适用。
通过小组实验，学生可以在做中学，了解不同情况下发生的多普勒效应，突破难点，更重要的是培养学生的观察、实验能力、动手操作能力以及合作能力。
3、归纳总结实验现象：
学生用自己的语言总结实验现象。
让学生实验完成后填写表格（如下表所示），并组织各小组同学向全班同学汇报小组实验现象和结果，并分析其原因。
讨论
记录
聆听
交流
让学生自己总结实验现象，培养学生的语言表达能力。
小组汇报，培养学生分工协作的精神。
声源和观察者相对位置变化与音调变化的关系
4、总结得出结论
播放flash动画，和学生一起进一步讲解多普勒效应的形成原因。
在学生总结的基础上，纠正学生的不足，再播放flash动画，让学生分组数出不同情况下波源发出完全波的个数和观察者接收到的完全波的个数，得出频率的变化。
观察
类比
记录
学生的归纳总结不一定完全科学，教师的补充使知识学习更严谨，这也充分体现了教师主导，学生主体的教学原则。
而再配合使用flash动画，可以将抽象景象形象化，有利于强化学生的认识，突破难点。
【联系生活】
1、播放水波中的多普勒效应
2、判火车运动的方向和快慢（声波）
3、判断汽车运动的速度（电磁波）
4、判断遥远天体相对于地球的速度（光波）
5、运用超声波来测定血流速度——彩超（超声波）
由
引导学生，频率发生变化，速度也会发生变化，以此为主线向学生介绍多普勒效应在STS中的广泛应用，并尝试让学生解释STS中的多普勒效应。
让学生课后搜集更多关于多普勒效应的资料。
思考
回答
将学习的知识应用的生产生活中，让学生体会到物理从生活中来，又到生活中去，只有将物理联系实际，才能发挥更大的作用。
而课后搜集资料是为了培养学生的自学能力。
10
分
钟
【总结拓展】
课堂小结，播放“红移现象”视频，并让学生课后动手制作多普勒效应演示装置。
先让学生自己小结，教师再完善补充，并引导学生课后自学，将自己观察到的多普勒效应拍摄下来。
最后附上“神秘网球“的制作器材、步骤等，让有兴趣的同学自己动手做做。
思考
归纳
记录
培养学生总结归纳的能力，引导学生将观察到的现象记录下来，做生活的有心人；启发学生动手制作，激发学生的兴趣，培养学生的初步应用能力。
2
分
钟
【板书设计】
多普勒效应
概念：
波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象。
规律：
近大远小
相向运动，接收到的频率增大
相离运动，接收到的频率减小
应用：
【教学反思】
本节课主要采用探究式教学模式，围绕教学目标，通过创设贴近学生生活的物理情境，提出要解决的问题，接着通过数人游戏和学生分组探究体验实验，引导学生猜想、实验、得出结论，从而深刻理解多普勒效应的产生原因。
各个环节联系紧密，顺理成章，突出教学重点。
各种教学手段的应用也是恰到好处，例如通过诱导式的提问启发学生，用动画演示不同情况下的多普勒效应，将抽象问题直观化，突破了教学难点。
本教学设计的创新之处
1、有效突破重点
首先通过音叉演示实验，区分音调和响度，突破学生的第一难点。
再通过“数人游戏”，区别“波源频率”和“观察者的接收频率”，突破学生的第二难点。
接着通过学生分组实验探究和演示自己制作的flash动画，帮助学生理解多普勒效应的成因，突破学生的第三难点，也是本节课的重点。
2、知识讲解直观化
通过自制教学动画，再结合视频，图片等多媒体将复杂的原理简单化，就抽象的图形形象化，更好地帮助学生突破重点。
3、自制教具
自制了演示实验教具，用引起认知冲突，激发学习兴趣。
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