(首都師范大學(xué)物理系，北京 100048)

1 問題的提出與分析

聲音的特性作為初中聲現(xiàn)象一章的重點(diǎn)內(nèi)容，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了聲音產(chǎn)生與傳播的基礎(chǔ)上，從物理學(xué)角度更加深入地了解聲音、認(rèn)識聲音。本節(jié)內(nèi)容中名詞、概念繁多，一直以來都是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)并未彰顯物理本質(zhì)，有鑒于此，我們從高端備課的視角對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行深入研究。

現(xiàn)行人教版教材“聲音的特性”一節(jié)采用實(shí)驗(yàn)探究的方式，試圖通過演示實(shí)驗(yàn)找出影響聲音特性的因素。教材首先給出音調(diào)、響度的概念，然后分別通過撥動伸出桌面的鋼尺，探究音調(diào)和頻率之間的關(guān)系。并通過示波器分析波形，進(jìn)一步驗(yàn)證上述探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。隨后，教材通過發(fā)聲的音叉彈開乒乓球?qū)嶒?yàn)，探究聲音的響度和振幅的關(guān)系。接著提出問題：音調(diào)、響度相同的不同物體發(fā)出的聲音不同。音色的概念隨即給出，并通過呈現(xiàn)不同樂器的波形來進(jìn)一步深化學(xué)生對音色的理解[1]。

我們認(rèn)為，教材的編排中有三個(gè)問題值得探討。第一，演示實(shí)驗(yàn)的選取過于粗糙。教材選用鋼尺、音叉和乒乓球作為實(shí)驗(yàn)器材，雖貼近學(xué)生生活，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯，學(xué)生用肉眼觀察，很難得出準(zhǔn)確的物理規(guī)律。第二，教材雖給出聲音的波形，但未建立起聲音的波形與聲音特性之間的內(nèi)在聯(lián)系，沒有解釋為什么可以通過聲音的波形判斷聲音的特性，從而不能對聲音特性進(jìn)行更深層次的理解。第三，教材所呈現(xiàn)的聲音三個(gè)特性是零散的，沒有體現(xiàn)出它們之間的相互聯(lián)系，致使學(xué)生不能很好地形成結(jié)構(gòu)化的知識。因此，本節(jié)高端備課通過示波器演示實(shí)驗(yàn)，介紹描述聲音波形的基本物理量，建立聲音特性與聲音波形之間的聯(lián)系，以期對聲音的特性教學(xué)有所啟示。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)與闡釋

(1)生活鋪墊，初步鏈接聲音本質(zhì)

聲音與生活的聯(lián)系非常緊密，然而對于剛接觸物理的初二學(xué)生，聲音三點(diǎn)特性的概念卻是陌生的。本節(jié)課伊始從音樂導(dǎo)入，可以調(diào)動學(xué)生對聲音的實(shí)際感知，婉轉(zhuǎn)悠揚(yáng)的旋律可以為聲音三個(gè)特性的教學(xué)起到鋪墊和鏈接作用，有助于消解學(xué)生頭腦中對聲音特性的陌生感。同時(shí)可以向?qū)W生滲透物理學(xué)是對生活現(xiàn)象的歸納和概括的思想，從而使學(xué)生產(chǎn)生運(yùn)用物理知識解釋生活現(xiàn)象的內(nèi)在動機(jī)。

如前所述，教材所呈現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)不能顯示清晰明了的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不利于學(xué)生對聲音特性的直觀把握，不利于建立聲音波形和聲音特性之間的聯(lián)系。有鑒于此，我們利用示波器做如下演示實(shí)驗(yàn)。

圖1

演示實(shí)驗(yàn)一：將任一音叉發(fā)出的聲音輸入示波器得到如圖1所示的波形，聲音是由物體振動產(chǎn)生的，聲音的本質(zhì)是波。由于初中生第一次接觸波形圖，所以不宜講解的過于深入，只要求學(xué)生通過聲音的振動波形圖判斷出周期和振幅的大小，知道周期越小、頻率越大、振動越快即可。

(2)實(shí)驗(yàn)對比，探析響度影響機(jī)制

由于聲音有響度、音調(diào)、音色三個(gè)特性，探究任一特性的影響因素時(shí)需要保證其它兩點(diǎn)特性完全相同，即比較要選取相同標(biāo)準(zhǔn)。比如探究影響音調(diào)的因素，則需保證聲音的響度和音色完全相同。在實(shí)驗(yàn)過程中，需向?qū)W生說明“比較”的前提是排除無關(guān)變量的干擾，保證無關(guān)變量完全相同，將“比較要選取相同標(biāo)準(zhǔn)”的思想滲透在每一步操作中，讓學(xué)生充分體會和把握該思想的內(nèi)涵。

圖2

演示實(shí)驗(yàn)二：為保證頻率和音色相同，選用同一個(gè)音叉，用大小不同的力敲擊，將音叉發(fā)出的聲音信號輸入示波器，得到每次敲擊音叉發(fā)出聲音的波形圖(如圖2)。響度指聲音的強(qiáng)弱，根據(jù)示波器屏幕上顯示的波形，學(xué)生可非常直觀的觀察到聲音響度與振動幅度的正相關(guān)關(guān)系：同一個(gè)音叉波形的振動幅度越大，聲音響度越大。

(3)圖像分析，發(fā)掘音調(diào)制約條件

圖3

演示實(shí)驗(yàn)三：選取兩個(gè)不同頻率的音叉，用相同的力敲擊，將音叉發(fā)出的聲音信號分別輸入示波器，得到每個(gè)音叉發(fā)出聲音的波形圖，如圖3所示。對比兩個(gè)聲音的振動圖像，可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)音調(diào)的高低與波形的疏密程度有關(guān)。波形的疏密程度直接決定了頻率的高低，顯示在振動圖像上即為波形越密，頻率越高，音調(diào)越高；波形越疏，頻率越低，音調(diào)越低。

(4)波形演示，洞察音色決定因素

演示實(shí)驗(yàn)四：音色是發(fā)聲體的一種感官屬性，可以通過它區(qū)別出相同音調(diào)、響度的不同發(fā)聲體的聲音。為了向?qū)W生介紹音色，將音調(diào)、響度相同的鋼琴、黑管發(fā)出的聲音信號輸入示波器，得到如圖4所示的波形圖，鋼琴、黑管發(fā)出聲音的波形圖體現(xiàn)了不同的特色。

鋼琴 黑管

3 研究總結(jié)與討論

縱覽以上高端備課，我們得到以下三點(diǎn)啟示：

(1)注意教學(xué)實(shí)驗(yàn)的選取

在中學(xué)物理教學(xué)中，教學(xué)實(shí)驗(yàn)的選取非常重要，特別是對于處在具體運(yùn)算階段的初中生而言，生動直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以促進(jìn)學(xué)生對晦澀難懂的物理規(guī)律進(jìn)行深入理解。所以選取的教學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要從視覺上給學(xué)生以直觀的感受，更要向?qū)W生呈現(xiàn)清晰、直觀的物理現(xiàn)象。本節(jié)高端備課從示波器演示實(shí)驗(yàn)入手，將聲音的波形完整、直觀的呈現(xiàn)在屏幕上，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明晰、易見。

(2)重視展現(xiàn)“比較”的物理思想

本節(jié)課以“比較”的思想為指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和現(xiàn)象分析。通過比較相同條件下的兩組波形，找出其中的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而直觀的得出聲音三點(diǎn)特性的影響因素。通過凸顯“比較”思想，不但可以使初中生深刻理解聲音特性的影響因素，還可以促進(jìn)學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)需要控制變量的意識，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生解決物理問題的能力。

(3)注重物理概念的直觀化表述

高端備課通過直觀而明晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生清楚的判斷出影響聲音三點(diǎn)特性的因素，并將聲音響度的大小、音調(diào)的高低、音色的不同與波形的振動幅度、疏密程度和不同的波形特色結(jié)合起來，從而在得出物理規(guī)律的同時(shí)，對物理概念和規(guī)律進(jìn)行了直觀表述。這樣的處理方式可以促進(jìn)學(xué)生形成清晰的物理概念，掌握物理規(guī)律，從而更好的將知識納入到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，并最終達(dá)到促進(jìn)認(rèn)知水平發(fā)展的目的。

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.物理(八年級上冊)[M]北京：人民教育出版社，2012，：32～36.

[2]許國梁.中學(xué)物理教學(xué)法[M].北京：高等教育出版社，1996：119～125.

[3]邢紅軍,陳清梅,胡揚(yáng)洋.科學(xué)方法納入《課程標(biāo)準(zhǔn)》：基礎(chǔ)教育課程改革的重大理論問題[J].教育科學(xué)研究，2013，(7).