信息技術與物理學科教學深度融合探究

彭群嶺 廖婷

【摘要】本文闡述教師在教學《聲現象》這一章中重難點知識最集中的《聲音的特性》一節時，可通過微視頻、希沃白板交互技術、現場演示實驗、學生分組探究實驗等方式，帶領學生從感知到認知、從簡單到復雜、從感性到理性，循序漸進地學習、體會、理解并運用“控制變量法”這一物理學中常用的實驗研究方法探究聲音的三個特性與振動本質之間的關系。

【關鍵詞】初中物理 信息技術 控制變量法

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）08A-0089-04

本課系“2017年廣西全區中小學信息技術與學科教學深度融合”優秀課例（理科綜合）一等獎作品，教學內容為人教版物理，八年級上冊第二章《聲現象》的第二節《聲音的特性》。教師在教學過程中通過微視頻、希沃白板交互技術、現場演示實驗、學生分組探究實驗等方式，帶領學生從感知到認知，從簡單到復雜，從感性到理性，循序漸進地學習、理解《聲音的特性》的研究方法，潛移默化地讓學生體會并運用“控制變量法”這一物理學中常用的實驗研究方法探究聲音的三個特性與振動本質之間的關系。教師通過課堂教學中的互動，提高了學生學習的樂趣，實現課堂教學的高效性。

一、教學時間

一課時（40分鐘）

二、教學設備與實驗器材

信息技術支持：希沃教學白板、希沃授課寶、希沃反饋器、話筒、虛擬示波器；

教師演示實驗：兩段小視頻、3分鐘微課、215Hz音叉、電風扇改裝發音齒輪；

學生分組實驗：鋼尺、橡皮筋、梳子、鐵架臺、音叉、乒乓球；

課前按四個實驗裝置，將學生平均分為四個實驗小組，每名學生有一個反饋器。

三、教學目標

（一）知識與技能

1.感受聲音的特性；

2.知道樂音的音調跟發聲體的振動頻率有關，響度跟發聲體的振幅有關，不同發聲體的音色不同；

3.運用控制變量法，認識聲音特性間互不影響。

（二）過程與方法

1.通過分組探究實驗，總結出物理學研究問題的方法；

2.通過演示實驗，讓學生學會收集信息，培養學生動手實驗的能力。

（三）情感態度和價值觀

1.體會現實世界物體發聲的豐富多彩，更加熱愛生活；

2.感受自然界聲音的美妙與有趣，激發好奇心、求知欲。在活動中培養學生善于與其他同學合作交流。

四、教學重難點

（一）教學重點

聲音特性的三個要素及其影響因素。

（二）教學難點

通過形式多樣的探究活動，培養學生建立物理模型的能力。

五、教學實錄

（一）新課導入

（教師啟動希沃白板系統，打開課件。上課鈴聲響，全體起立，教師用平和的目光掃視全體學生10秒后，學生注意力集中，師生問候。）

師：看到大家的眼神好像有些緊張！其實你們不用緊張，應該是我緊張！首先我們來看一段視頻，讓我們的心情稍微放松一些。

（教師播放視頻《這是愛樂樂團的行政辦公室吧？》）

師：這個視頻告訴我們，今天這節課要研究的是和聲音有關的知識！請大家翻開課本32頁。（教師出示課題《聲音的特性》）

設計意圖：

視頻《這是愛樂樂團的行政辦公室吧？》以國外某公司集體辦公室為背景，全體員工使用辦公室中的用品，如水、水杯、高腳杯、勺子、鉛筆、廢紙簍、水壺、玻璃瓶子、筆架等，運用敲擊、摩擦等方法使其發聲，在統一指揮下，演奏出了《莫扎特小夜曲》。學生通過感知獨特的演奏樂曲方式，認識到除了音樂廳中各種樂器能演奏出優美動人的樂曲，日常生活中的各種用品同樣能演奏出震撼人心的旋律。這一視頻瞬間吸引了學生的注意力，學生對本節課產生了濃厚的學習興趣。

（二）新課教學

片段一

師：同學們利用課前的時間進行了預習，現在請用1分鐘，完成導學練習的預習部分。（啟動希沃白板的“計時功能”，設定1分鐘，巡視課堂）

師：老師發現，還有個別同學沒能完成。不要著急，我們通過學習一段微視頻，讓你的思路通暢起來。（播放3分鐘微視頻，與微視頻同步板書如下）

設計意圖：

微視頻主要通過動畫的形式，借助影視作品、生活實例、自然現象等較細致地分析本課的相關知識點。在此處使用微視頻展開教學，運用了微型翻轉課堂技術，增強學生的興趣并提高了效率。

片段二

（教師操作課件，師生互動，逐級展開知識結構導圖）

設計意圖：

知識結構導圖能讓學生快速了解本節課學習的主要內容，條理清晰，方便記憶，形成知識網絡結構。

片段三

師：大家現在都把預習題寫完了嗎？

生：寫完了。

師：現在請同學們拿起手中的反饋器，搶答后，完成課件里的預習題！

設計意圖：

教師在課前將反饋器發到每名學生手中，人手一個，可用于教師抽選、學生搶答、選擇題反饋和統計分析，利用反饋器能系統分析學生答題情況，反饋學生對知識點的掌握情況。教師同時利用希沃白板“選詞填空”功能，讓學生上臺操作完成練習，把課堂交還給學生，讓學生成為學習的主體，教師起到引導作用，實現了教學的平等性和評價的全面性。

片段四

師：大家完成得不錯，請坐下。為了讓同學們更深刻地體會和理解音調和振動頻率的關系，老師改裝了一臺電風扇，把扇葉換成了兩片發音齒輪，展示給同學們看。

（教師使用希沃授課寶，將實驗器材投屏。在教師的引導中，學生發現兩片齒輪的疏密程度不同）

師：如果我們讓這兩個齒輪同速轉動，猜想一下，哪一片的音調會更高一些呢？

生：密的，因為密的振動得快。

師：我們一起來驗證一下。

（教師演示實驗，把電風扇調到中速擋位，用硬塑料片先后接觸兩片同步轉動的發音齒輪，兩次操作之間提醒學生記住聲音的感覺，之后進行對比，驗證學生的實驗猜想）

師：實驗證明了我們的猜想是正確的。可是，老師感覺這么研究還不夠深入。目前的信息技術運用廣泛，有一個示波器軟件可以將聲音采集下來，然后轉化成圖像來進行分析。

（教師就近邀請一名學生協助，嘗試用示波器軟件采集音叉的發聲信息）

設計意圖：

教師先利用生活中常見的電風扇和齒輪改裝實驗儀器進行教學，讓學生感受音調的不同，并記下聲音的感覺。此環節潛移默化地利用了“控制變量法”的實驗研究方法，再進一步借助示波器軟件將聲音轉換為圖像信息，與之前進行對比，學生能更深刻地體會和理解音調與振動頻率的關系。

片段五

師：借助這么高端的技術，我們可以更好地分析聲音的特性。

（教師操作課件，讓學生辨別牛和蚊子的叫聲，并展示對應的聲音的波形圖）

師生互動：通過直接的感受，再對照波形圖，我們不難發現，牛的音調低響度大，而蚊子的音調高響度小。

設計意圖：

借助虛擬示波器，再次通過聽覺和視覺的強烈對比，全面感知音調和響度的不同效果。

片段六

（教師出示分組實驗的要求，明確每個小組的任務，并加以GIF動畫輔助）

師：我覺得我們體會得還是不夠深刻，同學們應該親自嘗試，直接體驗。我們事先就分好了四個實驗小組，每個小組的任務都投放在屏幕上，在導學練習上也有各小組的任務單，請每位同學參考任務的要求，合作完成實驗任務單。時間到的時候，請每個小組派一名代表來回答老師的問題，時間3分鐘，計時開始！

（學生以小組為單位進行實驗，教師巡視并給予指導）

（學生實驗結束后，教師操作電子白板，師生交互完成實驗報告的反饋并討論。

第一組代表將鋼尺緊按在桌面上，保持鋼尺振動幅度大致相同，逐漸縮短鋼尺伸出桌面的長度，音調在逐漸變高；將鋼尺緊按在桌面上，保持鋼尺伸出桌面的長度不變，逐漸增加撥動鋼尺的力度，響度在逐漸變大。

第二組代表用硬塑料片撥動梳子，保持撥動幅度大致相同，逐漸加快撥動的速度，音調逐漸變高；用硬塑料片撥動梳子，保持撥動幅度大致相同，逐漸減慢撥動的速度，音調逐漸變低；用硬塑料片撥動梳子，保持撥動速度大致相同，逐漸加大撥動的幅度（力度），響度逐漸變大。

第三組代表將橡皮筋適當拉伸后，保持撥動幅度大致相同，逐漸增加拉伸的長度，音調逐漸變高；將橡皮筋適當拉伸后，保持拉伸長度不變，逐漸增加撥動幅度（力度），響度逐漸變大。

第四組代表輕敲擊音叉，乒乓球被彈起幅度小，響度小；重敲擊音叉，乒乓球被彈起幅度大，響度大。無論怎么敲擊音叉，都無法改變音叉的音調和音色）

師：看來同學們在本組的實驗操作中都有所收獲，老師建議大家，可以離開位置到其他實驗小組去，再感受一下，使氣氛活躍起來，時間1分鐘。

師：這樣的研究方法，我們稱之為“控制變量法”，下面我們將繼續使用這個方法來研究與“音色”有關的問題。

設計意圖：

利用希沃白板展示分組實驗的要求，明確每個小組的任務，并通過GIF動畫給予學生直觀的指導，目的性明確，指向性清晰，激發了學生小組合作的熱情，提高了授課效率。教師有目的地進行分組操作，讓不同小組的學生在動手實驗過程中，發現自己實驗與其他同學實驗的相同之處與不同之處，進一步總結出此實驗運用的主要探究方法——控制變量法。通過動手實驗讓學生掌握本節課的重難點，體現“做中學、學中做，以做促學、知行合一”的教學理念。

片段七

（教師出示課件，以歌曲《小星星》為載體，帶領學生嘗試在“相同的音調，幾乎相同的響度”條件下，分別體驗不同的“音色”）

師：老師在課前找了四組聲源，都是相同的音調，幾乎相同的響度，請大家來聽一聽，猜想一下是什么樂器。（第一個樂器是鋼琴，第二個樂器是吉他，第三個樂器是二胡，第四個樂器是單簧管）

設計意圖：

教師播放音樂的同時與學生互動，學生興致高漲地猜想著不同的樂器，教師操作課件逐步展示，驗證猜想。教師強調四組聲源的條件，帶領學生深入運用控制變量法體驗實驗的效果。學生感知到音調、響度、音色三者之間是不互相干擾的。

（三）課堂小結

師：我們用“控制變量法”分別體會了如何研究音調、響度和音色，那這些信息如何用于實踐當中呢？這么多成語，到底屬于哪一類呢？我們一起來挑戰一下吧！

（教師運用希沃白板“課堂活動—超級分類”功能，當選項與分類不相符時，移動無效）

師：以上的答案不作為標準答案，建議同學們課后查一查，如果有什么爭議的地方，歡迎一起探討。

設計意圖：

此環節考查學生在實際中運用學習成果的能力，培養學生的解題思路——抓住成語中的核心題眼，實現理解成語的含義，并能指出具體描述的是聲音的哪一個特性。

（四）學習反饋

師：下面的時間，希望同學們能挑戰自我，請翻到導學案練習背面，限時兩分鐘，請獨立完成，開始！（教師啟動計時功能并巡視）

師：時間到，請每位同學再次拿起反饋器，聽好老師的指令，配合老師的操作，將自己的選項直接反饋上來，操作失誤不能重來，請務必看好選項按鈕。（每題反饋時間控制在15秒以內）

設計意圖：

教師利用反饋器功能，及時了解學生答題情況，即落實教學效果。

（五）結束課堂

師：最后還有一些時間，我們一起來欣賞一段網絡視頻。

（教師播放視頻，視頻描述的是一個小伙子用筷子敲擊許多不同的碗，演奏出悠揚的樂曲）

師：這位“小碗哥”非常熱愛生活，善于觀察生活中的點點滴滴。我們學習物理也是這樣，只有通過多觀察和實踐，才能更好地理解和運用物理規律。祝同學們學習進步，下課！

設計意圖：

通過網絡視頻展示“小碗哥”利用碗筷敲擊演奏出的樂曲，啟發學生要善于觀察生活中的點點滴滴并實踐，做到從物理走向社會。

六、教學評價

初中二年級的學生，在生活中對聲現象已經有了大量的感受，當聯系到教學內容時，學習氛圍會比較濃厚，但由于缺少理論知識，加上學生平時沒有養成注意觀察的習慣，對聲音的三個要素理解得并不全面，理解起來難度較大。執教者利用信息技術的合理滲透，激發出學生已有的生活經驗，再結合適當的探究實驗，讓學生參與體驗、探討分析、得出結論，成為突破本節課重難點的關鍵。

本節課的教學內容《聲音的特性》是《聲現象》這一章重難點最集中的地方，教師開始引導學生通過探究實驗，特別是滲透“控制變量法”的科學研究方法，讓學生感知物理規律。教師根據學情，精心設計教案和課堂導學練習，充分發揮課堂導學的作用，注重培養學生科學的探究方法。教學中，教師通過生活化趣味視頻的引入、預習導學、微課，再通過信息技術、演示實驗、示波器展示，讓學生體會聲音的不同特性，然后在分組實驗過程中合作探究，體會“控制變量法”，最后通過練習反饋，師生探討，落實教學效果。

教學應從三點切入，激發學生的求知欲，注重科學方法與創新思維的培養——首先創設情境，通過信息化和教師實驗演示讓學生直觀地體驗聲音的特性；其次鼓勵學生在分組實驗過程中，主動思考，得到啟發，強化理解；最后借助生活化隨堂訓練，加深學生對研究方法的理解和應用。

課本中探究音調、響度與什么因素有關的兩個實驗較為簡單，而音色的概念較為抽象，依靠學生在日常生活中積累的經驗，再依托信息化教學的交互手段使學生分辨不同樂器的音色，引入示波器軟件，讓學生感知不同音色的本質。

教師基本功扎實，在多年的教學中形成了獨具個性的教學特點，語言幽默極具親和力，講解層次清晰，加上信息技術手段先進，課件和課堂導學設計合理，互動性強，給人以耳目一新的感覺。

（責編 劉小瑗）