信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)深度融合探究

彭群嶺 廖婷

【摘要】本文闡述教師在教學(xué)《聲現(xiàn)象》這一章中重難點(diǎn)知識(shí)最集中的《聲音的特性》一節(jié)時(shí)，可通過(guò)微視頻、希沃白板交互技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)等方式，帶領(lǐng)學(xué)生從感知到認(rèn)知、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從感性到理性，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)、體會(huì)、理解并運(yùn)用“控制變量法”這一物理學(xué)中常用的實(shí)驗(yàn)研究方法探究聲音的三個(gè)特性與振動(dòng)本質(zhì)之間的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】初中物理 信息技術(shù) 控制變量法

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）08A-0089-04

本課系“2017年廣西全區(qū)中小學(xué)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合”優(yōu)秀課例（理科綜合）一等獎(jiǎng)作品，教學(xué)內(nèi)容為人教版物理，八年級(jí)上冊(cè)第二章《聲現(xiàn)象》的第二節(jié)《聲音的特性》。教師在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)微視頻、希沃白板交互技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)等方式，帶領(lǐng)學(xué)生從感知到認(rèn)知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從感性到理性，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)、理解《聲音的特性》的研究方法，潛移默化地讓學(xué)生體會(huì)并運(yùn)用“控制變量法”這一物理學(xué)中常用的實(shí)驗(yàn)研究方法探究聲音的三個(gè)特性與振動(dòng)本質(zhì)之間的關(guān)系。教師通過(guò)課堂教學(xué)中的互動(dòng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的高效性。

一、教學(xué)時(shí)間

一課時(shí)（40分鐘）

二、教學(xué)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)器材

信息技術(shù)支持：希沃教學(xué)白板、希沃授課寶、希沃反饋器、話筒、虛擬示波器；

教師演示實(shí)驗(yàn)：兩段小視頻、3分鐘微課、215Hz音叉、電風(fēng)扇改裝發(fā)音齒輪；

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：鋼尺、橡皮筋、梳子、鐵架臺(tái)、音叉、乒乓球；

課前按四個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，將學(xué)生平均分為四個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每名學(xué)生有一個(gè)反饋器。

三、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

1.感受聲音的特性；

2.知道樂(lè)音的音調(diào)跟發(fā)聲體的振動(dòng)頻率有關(guān)，響度跟發(fā)聲體的振幅有關(guān)，不同發(fā)聲體的音色不同；

3.運(yùn)用控制變量法，認(rèn)識(shí)聲音特性間互不影響。

（二）過(guò)程與方法

1.通過(guò)分組探究實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出物理學(xué)研究問(wèn)題的方法；

2.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)收集信息，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力。

（三）情感態(tài)度和價(jià)值觀

1.體會(huì)現(xiàn)實(shí)世界物體發(fā)聲的豐富多彩，更加熱愛(ài)生活；

2.感受自然界聲音的美妙與有趣，激發(fā)好奇心、求知欲。在活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生善于與其他同學(xué)合作交流。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

聲音特性的三個(gè)要素及其影響因素。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

通過(guò)形式多樣的探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型的能力。

五、教學(xué)實(shí)錄

（一）新課導(dǎo)入

（教師啟動(dòng)希沃白板系統(tǒng)，打開(kāi)課件。上課鈴聲響，全體起立，教師用平和的目光掃視全體學(xué)生10秒后，學(xué)生注意力集中，師生問(wèn)候。）

師：看到大家的眼神好像有些緊張！其實(shí)你們不用緊張，應(yīng)該是我緊張！首先我們來(lái)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(ài)樂(lè)樂(lè)團(tuán)的行政辦公室吧？》）

師：這個(gè)視頻告訴我們，今天這節(jié)課要研究的是和聲音有關(guān)的知識(shí)！請(qǐng)大家翻開(kāi)課本32頁(yè)。（教師出示課題《聲音的特性》）

設(shè)計(jì)意圖：

視頻《這是愛(ài)樂(lè)樂(lè)團(tuán)的行政辦公室吧？》以國(guó)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(yùn)用敲擊、摩擦等方法使其發(fā)聲，在統(tǒng)一指揮下，演奏出了《莫扎特小夜曲》。學(xué)生通過(guò)感知獨(dú)特的演奏樂(lè)曲方式，認(rèn)識(shí)到除了音樂(lè)廳中各種樂(lè)器能演奏出優(yōu)美動(dòng)人的樂(lè)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(xué)生的注意力，學(xué)生對(duì)本節(jié)課產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

（二）新課教學(xué)

片段一

師：同學(xué)們利用課前的時(shí)間進(jìn)行了預(yù)習(xí)，現(xiàn)在請(qǐng)用1分鐘，完成導(dǎo)學(xué)練習(xí)的預(yù)習(xí)部分。（啟動(dòng)希沃白板的“計(jì)時(shí)功能”，設(shè)定1分鐘，巡視課堂）

師：老師發(fā)現(xiàn)，還有個(gè)別同學(xué)沒(méi)能完成。不要著急，我們通過(guò)學(xué)習(xí)一段微視頻，讓你的思路通暢起來(lái)。（播放3分鐘微視頻，與微視頻同步板書(shū)如下）

設(shè)計(jì)意圖：

微視頻主要通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式，借助影視作品、生活實(shí)例、自然現(xiàn)象等較細(xì)致地分析本課的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。在此處使用微視頻展開(kāi)教學(xué)，運(yùn)用了微型翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生的興趣并提高了效率。

片段二

（教師操作課件，師生互動(dòng)，逐級(jí)展開(kāi)知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖）

設(shè)計(jì)意圖：

知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖能讓學(xué)生快速了解本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，條理清晰，方便記憶，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

片段三

師：大家現(xiàn)在都把預(yù)習(xí)題寫(xiě)完了嗎？

生：寫(xiě)完了。

師：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們拿起手中的反饋器，搶答后，完成課件里的預(yù)習(xí)題！

設(shè)計(jì)意圖：

教師在課前將反饋器發(fā)到每名學(xué)生手中，人手一個(gè)，可用于教師抽選、學(xué)生搶答、選擇題反饋和統(tǒng)計(jì)分析，利用反饋器能系統(tǒng)分析學(xué)生答題情況，反饋學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。教師同時(shí)利用希沃白板“選詞填空”功能，讓學(xué)生上臺(tái)操作完成練習(xí)，把課堂交還給學(xué)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，教師起到引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的平等性和評(píng)價(jià)的全面性。

片段四

師：大家完成得不錯(cuò)，請(qǐng)坐下。為了讓同學(xué)們更深刻地體會(huì)和理解音調(diào)和振動(dòng)頻率的關(guān)系，老師改裝了一臺(tái)電風(fēng)扇，把扇葉換成了兩片發(fā)音齒輪，展示給同學(xué)們看。

（教師使用希沃授課寶，將實(shí)驗(yàn)器材投屏。在教師的引導(dǎo)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩片齒輪的疏密程度不同）

師：如果我們讓這兩個(gè)齒輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)，猜想一下，哪一片的音調(diào)會(huì)更高一些呢？

生：密的，因?yàn)槊艿恼駝?dòng)得快。

師：我們一起來(lái)驗(yàn)證一下。

（教師演示實(shí)驗(yàn)，把電風(fēng)扇調(diào)到中速擋位，用硬塑料片先后接觸兩片同步轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)音齒輪，兩次操作之間提醒學(xué)生記住聲音的感覺(jué)，之后進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證學(xué)生的實(shí)驗(yàn)猜想）

師：實(shí)驗(yàn)證明了我們的猜想是正確的?？墒牵蠋煾杏X(jué)這么研究還不夠深入。目前的信息技術(shù)運(yùn)用廣泛，有一個(gè)示波器軟件可以將聲音采集下來(lái)，然后轉(zhuǎn)化成圖像來(lái)進(jìn)行分析。

（教師就近邀請(qǐng)一名學(xué)生協(xié)助，嘗試用示波器軟件采集音叉的發(fā)聲信息）

設(shè)計(jì)意圖：

教師先利用生活中常見(jiàn)的電風(fēng)扇和齒輪改裝實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生感受音調(diào)的不同，并記下聲音的感覺(jué)。此環(huán)節(jié)潛移默化地利用了“控制變量法”的實(shí)驗(yàn)研究方法，再進(jìn)一步借助示波器軟件將聲音轉(zhuǎn)換為圖像信息，與之前進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生能更深刻地體會(huì)和理解音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系。

片段五

師：借助這么高端的技術(shù)，我們可以更好地分析聲音的特性。

（教師操作課件，讓學(xué)生辨別牛和蚊子的叫聲，并展示對(duì)應(yīng)的聲音的波形圖）

師生互動(dòng)：通過(guò)直接的感受，再對(duì)照波形圖，我們不難發(fā)現(xiàn)，牛的音調(diào)低響度大，而蚊子的音調(diào)高響度小。

設(shè)計(jì)意圖：

借助虛擬示波器，再次通過(guò)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)的強(qiáng)烈對(duì)比，全面感知音調(diào)和響度的不同效果。

片段六

（教師出示分組實(shí)驗(yàn)的要求，明確每個(gè)小組的任務(wù)，并加以GIF動(dòng)畫(huà)輔助）

師：我覺(jué)得我們體會(huì)得還是不夠深刻，同學(xué)們應(yīng)該親自嘗試，直接體驗(yàn)。我們事先就分好了四個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每個(gè)小組的任務(wù)都投放在屏幕上，在導(dǎo)學(xué)練習(xí)上也有各小組的任務(wù)單，請(qǐng)每位同學(xué)參考任務(wù)的要求，合作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)單。時(shí)間到的時(shí)候，請(qǐng)每個(gè)小組派一名代表來(lái)回答老師的問(wèn)題，時(shí)間3分鐘，計(jì)時(shí)開(kāi)始！

（學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡視并給予指導(dǎo)）

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師操作電子白板，師生交互完成實(shí)驗(yàn)報(bào)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(dòng)幅度大致相同，逐漸縮短鋼尺伸出桌面的長(zhǎng)度，音調(diào)在逐漸變高；將鋼尺緊按在桌面上，保持鋼尺伸出桌面的長(zhǎng)度不變，逐漸增加撥動(dòng)鋼尺的力度，響度在逐漸變大。

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

第三組代表將橡皮筋適當(dāng)拉伸后，保持撥動(dòng)幅度大致相同，逐漸增加拉伸的長(zhǎng)度，音調(diào)逐漸變高；將橡皮筋適當(dāng)拉伸后，保持拉伸長(zhǎng)度不變，逐漸增加撥動(dòng)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??；重敲擊音叉，乒乓球被彈起幅度大，響度大。無(wú)論怎么敲擊音叉，都無(wú)法改變音叉的音調(diào)和音色）

師：看來(lái)同學(xué)們?cè)诒窘M的實(shí)驗(yàn)操作中都有所收獲，老師建議大家，可以離開(kāi)位置到其他實(shí)驗(yàn)小組去，再感受一下，使氣氛活躍起來(lái)，時(shí)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(xù)使用這個(gè)方法來(lái)研究與“音色”有關(guān)的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：

利用希沃白板展示分組實(shí)驗(yàn)的要求，明確每個(gè)小組的任務(wù)，并通過(guò)GIF動(dòng)畫(huà)給予學(xué)生直觀的指導(dǎo)，目的性明確，指向性清晰，激發(fā)了學(xué)生小組合作的熱情，提高了授課效率。教師有目的地進(jìn)行分組操作，讓不同小組的學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)與其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)的相同之處與不同之處，進(jìn)一步總結(jié)出此實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的主要探究方法——控制變量法。通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握本節(jié)課的重難點(diǎn)，體現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做，以做促學(xué)、知行合一”的教學(xué)理念。

片段七

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

師：老師在課前找了四組聲源，都是相同的音調(diào)，幾乎相同的響度，請(qǐng)大家來(lái)聽(tīng)一聽(tīng)，猜想一下是什么樂(lè)器。（第一個(gè)樂(lè)器是鋼琴，第二個(gè)樂(lè)器是吉他，第三個(gè)樂(lè)器是二胡，第四個(gè)樂(lè)器是單簧管）

設(shè)計(jì)意圖：

教師播放音樂(lè)的同時(shí)與學(xué)生互動(dòng)，學(xué)生興致高漲地猜想著不同的樂(lè)器，教師操作課件逐步展示，驗(yàn)證猜想。教師強(qiáng)調(diào)四組聲源的條件，帶領(lǐng)學(xué)生深入運(yùn)用控制變量法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的效果。學(xué)生感知到音調(diào)、響度、音色三者之間是不互相干擾的。

（三）課堂小結(jié)

師：我們用“控制變量法”分別體會(huì)了如何研究音調(diào)、響度和音色，那這些信息如何用于實(shí)踐當(dāng)中呢？這么多成語(yǔ)，到底屬于哪一類呢？我們一起來(lái)挑戰(zhàn)一下吧！

（教師運(yùn)用希沃白板“課堂活動(dòng)—超級(jí)分類”功能，當(dāng)選項(xiàng)與分類不相符時(shí)，移動(dòng)無(wú)效）

師：以上的答案不作為標(biāo)準(zhǔn)答案，建議同學(xué)們課后查一查，如果有什么爭(zhēng)議的地方，歡迎一起探討。

設(shè)計(jì)意圖：

此環(huán)節(jié)考查學(xué)生在實(shí)際中運(yùn)用學(xué)習(xí)成果的能力，培養(yǎng)學(xué)生的解題思路——抓住成語(yǔ)中的核心題眼，實(shí)現(xiàn)理解成語(yǔ)的含義，并能指出具體描述的是聲音的哪一個(gè)特性。

（四）學(xué)習(xí)反饋

師：下面的時(shí)間，希望同學(xué)們能挑戰(zhàn)自我，請(qǐng)翻到導(dǎo)學(xué)案練習(xí)背面，限時(shí)兩分鐘，請(qǐng)獨(dú)立完成，開(kāi)始?。ń處焼?dòng)計(jì)時(shí)功能并巡視）

師：時(shí)間到，請(qǐng)每位同學(xué)再次拿起反饋器，聽(tīng)好老師的指令，配合老師的操作，將自己的選項(xiàng)直接反饋上來(lái)，操作失誤不能重來(lái)，請(qǐng)務(wù)必看好選項(xiàng)按鈕。（每題反饋時(shí)間控制在15秒以內(nèi)）

設(shè)計(jì)意圖：

教師利用反饋器功能，及時(shí)了解學(xué)生答題情況，即落實(shí)教學(xué)效果。

（五）結(jié)束課堂

師：最后還有一些時(shí)間，我們一起來(lái)欣賞一段網(wǎng)絡(luò)視頻。

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

師：這位“小碗哥”非常熱愛(ài)生活，善于觀察生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。我們學(xué)習(xí)物理也是這樣，只有通過(guò)多觀察和實(shí)踐，才能更好地理解和運(yùn)用物理規(guī)律。祝同學(xué)們學(xué)習(xí)進(jìn)步，下課！

設(shè)計(jì)意圖：

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻展示“小碗哥”利用碗筷敲擊演奏出的樂(lè)曲，啟發(fā)學(xué)生要善于觀察生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴并實(shí)踐，做到從物理走向社會(huì)。

六、教學(xué)評(píng)價(jià)

初中二年級(jí)的學(xué)生，在生活中對(duì)聲現(xiàn)象已經(jīng)有了大量的感受，當(dāng)聯(lián)系到教學(xué)內(nèi)容時(shí)，學(xué)習(xí)氛圍會(huì)比較濃厚，但由于缺少理論知識(shí)，加上學(xué)生平時(shí)沒(méi)有養(yǎng)成注意觀察的習(xí)慣，對(duì)聲音的三個(gè)要素理解得并不全面，理解起來(lái)難度較大。執(zhí)教者利用信息技術(shù)的合理滲透，激發(fā)出學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合適當(dāng)?shù)奶骄繉?shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與體驗(yàn)、探討分析、得出結(jié)論，成為突破本節(jié)課重難點(diǎn)的關(guān)鍵。

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容《聲音的特性》是《聲現(xiàn)象》這一章重難點(diǎn)最集中的地方，教師開(kāi)始引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，特別是滲透“控制變量法”的科學(xué)研究方法，讓學(xué)生感知物理規(guī)律。教師根據(jù)學(xué)情，精心設(shè)計(jì)教案和課堂導(dǎo)學(xué)練習(xí)，充分發(fā)揮課堂導(dǎo)學(xué)的作用，注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的探究方法。教學(xué)中，教師通過(guò)生活化趣味視頻的引入、預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)、微課，再通過(guò)信息技術(shù)、演示實(shí)驗(yàn)、示波器展示，讓學(xué)生體會(huì)聲音的不同特性，然后在分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中合作探究，體會(huì)“控制變量法”，最后通過(guò)練習(xí)反饋，師生探討，落實(shí)教學(xué)效果。

教學(xué)應(yīng)從三點(diǎn)切入，激發(fā)學(xué)生的求知欲，注重科學(xué)方法與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)——首先創(chuàng)設(shè)情境，通過(guò)信息化和教師實(shí)驗(yàn)演示讓學(xué)生直觀地體驗(yàn)聲音的特性；其次鼓勵(lì)學(xué)生在分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，主動(dòng)思考，得到啟發(fā)，強(qiáng)化理解；最后借助生活化隨堂訓(xùn)練，加深學(xué)生對(duì)研究方法的理解和應(yīng)用。

課本中探究音調(diào)、響度與什么因素有關(guān)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，而音色的概念較為抽象，依靠學(xué)生在日常生活中積累的經(jīng)驗(yàn)，再依托信息化教學(xué)的交互手段使學(xué)生分辨不同樂(lè)器的音色，引入示波器軟件，讓學(xué)生感知不同音色的本質(zhì)。

教師基本功扎實(shí)，在多年的教學(xué)中形成了獨(dú)具個(gè)性的教學(xué)特點(diǎn)，語(yǔ)言幽默極具親和力，講解層次清晰，加上信息技術(shù)手段先進(jìn)，課件和課堂導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)合理，互動(dòng)性強(qiáng)，給人以耳目一新的感覺(jué)。

（責(zé)編 劉小瑗）