韓禮剛 陶亞萍

(洛陽師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 河南 洛陽 471934)

物理教師要促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展[1].而物理概念的學(xué)習(xí)是學(xué)生形成物理觀念、提升物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵之一.豐富的感性認(rèn)識可以化解物理概念學(xué)習(xí)中的困難，對學(xué)生深入理解物理概念的本質(zhì)起著至關(guān)重要的作用,并對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)起著重要的作用.

物理概念建立前，豐富的感性認(rèn)識能夠促使學(xué)生從感性認(rèn)知上升到理性理解，從而把握概念物理本質(zhì)；概念建立后，豐富的感性認(rèn)識能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多應(yīng)用的場景，從而更加深入理解和活化所學(xué)物理概念[2].

“聲音的特性”是2012年人教版八年級物理上冊第二章第2節(jié)的內(nèi)容,其核心內(nèi)容是音調(diào)、響度、音色3個概念.在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前學(xué)生已經(jīng)在生活中接觸過音調(diào)、響度、音色這3個名詞，但對其本質(zhì)卻存在著模糊甚至是錯誤的認(rèn)識.由于前概念的頑固性，這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念時存在困難，在具體問題的分析上容易把3個概念相混淆.

下面筆者就以“豐富學(xué)生感性認(rèn)識”為思路，針對“聲音的特性”這節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，努力深化學(xué)生對物理概念本質(zhì)的理解.

1 教學(xué)任務(wù)分析

1.1 教材分析

本節(jié)是八年級物理上冊第二章第2節(jié)的內(nèi)容，是本章聲現(xiàn)象的重點(diǎn)內(nèi)容，也是解釋生活中常見聲現(xiàn)象的重要理論基礎(chǔ).本節(jié)主要內(nèi)容包括聲音的3種特性、“決定音調(diào)高低的因素”和“響度與什么因素有關(guān)”兩個實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時，提高科學(xué)探究的能力.

1.2 學(xué)情分析

本節(jié)課所面對的是八年級的學(xué)生，在心理、生理方面，學(xué)生求知欲強(qiáng)、活潑好動，這對本節(jié)課實(shí)驗(yàn)和活動的開展有很大的幫助.在知識方面，學(xué)生在生活中已經(jīng)接觸過音調(diào)、響度、音色的名詞，但是對這些名詞的本質(zhì)認(rèn)識不清甚至存在著混淆，教學(xué)中要注意增加學(xué)生的感性認(rèn)識從而順利建立和深化物理概念.從能力基礎(chǔ)來看，八年級上學(xué)期的學(xué)生剛接觸科學(xué)探究，探究能力比較薄弱，需要教師的指導(dǎo)才能完成.

1.3 教學(xué)目標(biāo)

物理核心素養(yǎng)集中體現(xiàn)了物理學(xué)科的教育價值，是三維課程目標(biāo)的整合、提煉與發(fā)展.正如三維目標(biāo)的3個維度并不是彼此獨(dú)立的,物理核心素養(yǎng)的4個方面也是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的[3].基于教材、學(xué)情的分析，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，本節(jié)課培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)確定如下.

物理觀念：了解聲音的特性；掌握音調(diào)與響度的影響因素；知道不同發(fā)聲體音色不同.

科學(xué)探究：經(jīng)歷音調(diào)影響因素的實(shí)驗(yàn)探究過程；經(jīng)歷響度影響因素的實(shí)驗(yàn)探究過程.

科學(xué)思維：在音調(diào)、響度影響因素的探究過程中了解對比法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用.

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷聲音特性的探究過程，有學(xué)習(xí)物理的興趣；通過小組合作，有將自己見解與他人交流的意識，敢于提出自己的見解；體會聲音的美妙，領(lǐng)略聲現(xiàn)象的魅力.

1.4 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

音調(diào)和響度的影響因素在教材中所占比重較大，且在物理知識體系中處于基礎(chǔ)地位，是本節(jié)的重點(diǎn).音調(diào)、響度、音色3個概念雖然表述簡單但理解其實(shí)質(zhì)不易，學(xué)生容易在具體問題的分析上混淆概念，是本節(jié)課的難點(diǎn).

2 教學(xué)過程設(shè)計

2.1 創(chuàng)設(shè)情境引入新知

在引課環(huán)節(jié)，教師向?qū)W生提問：往水壺里加開水時，如何根據(jù)聲音判斷水滿與否？奧運(yùn)健兒奪冠時的歡呼聲和教室里的輕聲細(xì)語有什么不同？

學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)對問題進(jìn)行思考，可以初步感受出不同聲音之間存在著差別.隨后教師告訴學(xué)生聲音不同其特性也就不同，那么聲音有哪些特性呢？我們今天就共同探討這個問題.從而引入本節(jié)課的主題.

此外，隨著全球氣候變化，極端干旱、洪澇災(zāi)害事件在增加。應(yīng)對氣候變化對灌排工程的改造和發(fā)展也提出了更高的要求。水利設(shè)施是提高農(nóng)田生產(chǎn)效率的重要基礎(chǔ)設(shè)施。今后糧食的增長和解決灌溉水資源短缺的問題必須依靠提高灌溉用水效率和效益。但從現(xiàn)實(shí)來看，缺乏灌排設(shè)施，以及已有灌排設(shè)施的老化是發(fā)展中國家和最不發(fā)達(dá)國家面臨的一個較為普遍的問題。面對這些問題，一些國家缺乏在國家層面上的政策支持，缺乏資金和技術(shù)，無力開展灌排工程設(shè)施的改造和升級。

設(shè)計意圖:聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)學(xué)生常見的情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.

2.2 合作學(xué)習(xí)探究新知

此環(huán)節(jié)分3個部分展開教學(xué)：音調(diào)、響度、音色.

2.2.1 第一部分的教學(xué)——音調(diào)

首先讓學(xué)生“聽一聽”：教師用口琴吹奏音階，學(xué)生體會聲音的高低.再讓學(xué)生“辨一辨”：教師敲擊裝有不同高度水的水杯，讓學(xué)生判斷哪個聲音高.最后讓學(xué)生“做一做”：讓學(xué)生上講臺跟隨音樂聲音的高低變化，做出相應(yīng)蹲起動作.

設(shè)計意圖:音調(diào)的概念比較抽象，為了使學(xué)生真正理解聲音的高低這一特性，安排豐富的學(xué)生感性認(rèn)識活動，為建立概念打下牢固的基礎(chǔ).

通過以上活動，學(xué)生對聲音的高低有了充分的認(rèn)識.此時教師給出音調(diào)的概念，并提出問題：什么因素決定音調(diào)的高低？由于學(xué)生的探究能力不足，教師給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)方案和器材讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)一是教材上撥動鋼尺的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)二是學(xué)生以不同速度撥梳齒的實(shí)驗(yàn).學(xué)生通過小組合作探究可以得出結(jié)論：物體振動得越快，頻率越高，音調(diào)越高；物體振動得越慢，頻率越低，音調(diào)越低.

設(shè)計意圖:增加撥梳齒的實(shí)驗(yàn)，既進(jìn)一步增加了學(xué)生的感性認(rèn)識，又通過多個實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了結(jié)論的可信性.

教師進(jìn)一步提問：我們能聽見各種美妙的聲音，那么我們能“看”見聲音嗎？面對這一問題，學(xué)生會產(chǎn)生極大的興趣和好奇心，渴望能夠看到聲音.傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師用示波器展示聲音的波形.但是，一是示波器較大、較復(fù)雜，操作不便；二是受限于示波器的數(shù)量，不利于學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)的展開.為了解決這個問題，教師利用手機(jī)Oscilloscope軟件代替示波器，并讓學(xué)生分組利用智能手機(jī)探究不同音調(diào)的聲音在波形疏密上的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.

圖1 用智能手機(jī)探究不同音調(diào)聲音的波形

設(shè)計意圖:Oscilloscope軟件又名“示波器”軟件，是一款常見的安卓手機(jī)APP.通過物理與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合，既調(diào)動了學(xué)生的積極性，又克服了示波器調(diào)整繁瑣、數(shù)量有限的弊端，給予了學(xué)生更大的自主探究空間，有利于物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

對于超聲波和次聲波這部分的內(nèi)容，教師讓學(xué)生進(jìn)行自學(xué)，自學(xué)完畢后完成檢測題，檢測題包括3個小題.(1)人耳聽覺范圍是______Hz到______Hz.(2)什么是超聲波，什么是次聲波？(3)有時你認(rèn)為很安靜時，為什么貓狗卻突然很警覺？

設(shè)計意圖:通過閱讀培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，利用檢測題檢驗(yàn)自學(xué)效果、查漏補(bǔ)缺.

2.2.2 第2部分的教學(xué)——響度

教師組織學(xué)生進(jìn)行以下小實(shí)驗(yàn)：輕輕拍桌面和用力拍桌面；輕輕敲水杯和用力敲水杯.對比兩組聲音大小的區(qū)別，得出響度的概念.

接著探究響度的影響因素.教師做教材上敲擊音叉彈起乒乓球的演示實(shí)驗(yàn).結(jié)合實(shí)驗(yàn)向?qū)W生介紹轉(zhuǎn)換法，將不易觀察的振動幅度轉(zhuǎn)化為乒乓球被彈起的幅度，通過現(xiàn)象的觀察，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)：振幅越大，響度越大.接著讓學(xué)生小組合作完成敲擊音叉發(fā)出不同響度的聲音濺起水花的實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生再次利用Oscilloscope軟件探究不同響度的聲音在波形振幅上的差異，從而更加深入地理解振幅與響度的關(guān)系.

設(shè)計意圖:除教材中的演示實(shí)驗(yàn)，增加了濺起水花的實(shí)驗(yàn)，增加了利用智能手機(jī)進(jìn)行探究的環(huán)節(jié)，激發(fā)了學(xué)生的興趣，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)生對物理本質(zhì)的理解.

2.2.3 第3部分的教學(xué)——音色

教師播放不同樂器演奏同一曲子的音頻，讓學(xué)生判斷是哪些樂器發(fā)出的聲音？學(xué)生通過聆聽對比，很容易分辨出不同的樂音.此時教師提問：我們聽到的音頻其音調(diào)和響度都完全相同，那我們?yōu)槭裁催€能把它們分辨出來呢？通過問題的引導(dǎo)，學(xué)生會意識到音調(diào)和響度相同的聲音，也不完全一樣，聲音還有其他的特性.這就為進(jìn)一步學(xué)習(xí)聲音的第3種特性音色做好鋪墊.教師講解完音色的概念后，展示鋼琴與長笛發(fā)出C調(diào)1的波形圖，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)波形總體上疏密程度相同，只有一些細(xì)微的附加振動有所不同.

設(shè)計意圖:教師通過酷狗音樂下載并裁剪制作出不同樂器演奏的同一旋律片段，安排了聽聲音辨樂器的活動，激發(fā)了學(xué)生的興趣，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識，為音色概念的學(xué)習(xí)做好鋪墊.音色概念建立后的波形展示豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解音色的本質(zhì).

2.3 提升能力拓展新知

為了使學(xué)生能夠正確區(qū)分音調(diào)、響度、音色這3個概念，在此環(huán)節(jié)教師安排了3個教學(xué)活動.首先,教師解釋上課前提出的問題；然后，組織“聲學(xué)成語大比拼”的競賽，全班學(xué)生分兩組進(jìn)行，各小組討論得出與聲音有關(guān)的成語(如音調(diào)“尖聲細(xì)語”、響度“震耳欲聾”、音色“五音不全”)，并要求對方回答成語描述了聲音的哪種特性，答對者加分，選出“優(yōu)勝小組”；最后教師帶領(lǐng)學(xué)生填寫表格(表1)比較3種特性的區(qū)別.

表1 3個概念的比較

設(shè)計意圖:教師安排了解釋引課問題、聲學(xué)成語比拼、填寫表格對比3個教學(xué)活動，活躍了課堂氣氛，拓展了學(xué)生的視野，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識，讓學(xué)生在不同的情境中對3種特性進(jìn)行辨別，突破了本節(jié)課的難點(diǎn).

2.4 歸納總結(jié)布置作業(yè)

學(xué)習(xí)完本節(jié)課的內(nèi)容，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行課堂小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在知識方面(音調(diào)、音色、響度)和方法方面(對比法、轉(zhuǎn)換法)進(jìn)行反思，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納及反思提升的能力.

在本節(jié)課的最后，教師布置兩類作業(yè)，必做題和選做題.必做題包括3個小題.

(1)閱讀課本解釋“近聽似炸雷，遠(yuǎn)聽似蚊聲”的道理.

(2)我們在電話里是根據(jù)什么來判斷誰在說話的.

(3)弦樂器的“定弦”是為了改變什么？選做題讓學(xué)生利用手機(jī)示波器軟件對比生活中不同聲音波形的差異，結(jié)合所學(xué)知識解釋原因.

設(shè)計意圖:必做題讓學(xué)生檢測并鞏固所學(xué)知識，選做題提升學(xué)生探究興趣和能力.

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個方面.物理概念的教學(xué)過程是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、運(yùn)用科學(xué)思維、形成物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的過程，是學(xué)生形成物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵教學(xué)活動之一.在概念的教學(xué)中，豐富的感性認(rèn)識對學(xué)生深入理解物理概念的本質(zhì)起著至關(guān)重要的作用.本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計安排了聽一聽、辨一辨、做一做等活動，增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)和Oscilloscope軟件進(jìn)行自主探究的環(huán)節(jié)，組織了“聲學(xué)成語大比拼”的競賽.這些教學(xué)舉措可以在學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的過程中發(fā)揮積極的作用.

通過這個教學(xué)案例，我們可以得到一些啟示.首先，教師應(yīng)建立“物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)”的教學(xué)觀，在物理概念教學(xué)中以科學(xué)探究活動為線索，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維，形成物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其次，物理概念是物理學(xué)家在探索物理世界中逐步形成的，是在大量感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上通過科學(xué)思維而形成的.在概念教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生盡可能經(jīng)歷物理學(xué)家探索的過程，通過多種素材和活動豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，讓學(xué)生經(jīng)歷運(yùn)用物理概念解決問題的過程，從而深化物理概念的理解，最終形成物理觀念.