運用智能手機APP Oscilloscope優(yōu)化中學物理教學

蘇鳳 蘇東

摘? 要 以“聲音的特性”的教學設計為例，介紹應用智能手機APP Oscilloscope優(yōu)化中學物理教學，利用Oscilloscope顯示聲音不同的響度、音調(diào)、音色對應的波形圖，實驗效果明顯，是一次成功的教學實踐活動。

關鍵詞 智能手機APP;中學物理;Oscilloscope;實驗教學;聲音的特性

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）23-0046-03

1 前言

隨著智能手機的日益普及，智能手機APP遍地開花，應用智能手機為物理教學服務，為物理課堂增添新鮮元素，增強可操作性，易激發(fā)學生實驗探究興趣，增強課堂教學效果，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究的能力。

2 智能手機APP Oscilloscope的優(yōu)點

1）與傳統(tǒng)的示波器比較，Oscilloscope頁面設置簡單，操作方便，不用進行調(diào)節(jié)，直接打開APP便可使用，如圖1所示。

2）輕點一次手機屏幕，啟動Oscilloscope的Hold鍵，可以固化任意一瞬間的波形圖來截取圖像（見圖2），為實驗教學的圖像獲取與分析提供便利。

3）手機可以與計算機同屏，通過大屏幕同步顯示實驗現(xiàn)象，優(yōu)化教學可視效果。

3 教材分析

聲現(xiàn)象安排在人教版物理教科書八年級上冊第二章，學生剛開始接觸物理，須通過開展新穎有趣的物理實驗激發(fā)學生學習物理的興趣，并且通過物理的學習，讓學生能夠應用物理知識解決生活中的問題，充分理解物理學科的重要性。聲音的特性是聲現(xiàn)象這一章中最重要的內(nèi)容，其教學目標如表1所示。

4 教學過程

探究響度與振幅的關系? 教師播放兩段音調(diào)相同的音樂，第一段音樂的音量較大，第二段音樂的音量較小，提問：同學們可以感受到兩段音樂有什么不同？

學生：第一段音樂聽起來感覺比較大聲，第二段音樂聽起來感覺比較小聲。

教師：在物理學中，把聲音的大?。◤娙酰┙凶髀曇舻捻懚?。

教師：用力敲音叉后，音叉產(chǎn)生的聲音響度是如何變化的？

學生：響度從大慢慢變小。

教師：響度在從大變小的過程中，音叉的振動有沒有什么變化？

學生：沒有看出來，音叉振動得比較快，并且振動幅度比較小，振動幅度的變化不容易直接用眼睛觀察。

教師：有沒有辦法設計一個實驗，可以比較清晰看到物體振動幅度的變化？

讓學生小組討論交流，設計實驗的方案用圖、文表達。教師給予適當?shù)囊龑В膭顚W生發(fā)散思維，用不同的器材設計不同的實驗方案，但應該遵循的原則是把微小的實驗現(xiàn)象放大。學生經(jīng)歷“安靜的沉思—活躍的討論—教師的適當引導—對實驗方案進行交流與評估”螺旋式上升的科學思維過程，制訂兩個實驗方案。

【方案1】

1）實驗器材：音叉、鐵架臺、乒乓球、細繩。實驗裝置如圖3所示。

2）實驗步驟：

①用細繩的一端系好乒乓球，另一端固定在鐵架臺上;

②用小錘敲擊音叉后，立刻讓音叉貼近乒乓球。

3）實驗現(xiàn)象：隨著聽到音叉的聲音響度變小，乒乓球被音叉彈開的幅度也越來越小，說明音叉振動的幅度也在變小。

4）實驗結論：聲音的響度與振幅有關，振幅越大，響度越大。

【方案2】

1）實驗器材：小鼓、紙屑。實驗裝置如圖4所示。

2）實驗步驟：

①把小紙屑均勻地灑在鼓面上;

②用較大的力敲打鼓面，觀察紙屑的跳動高度;

③再用較小的力敲打鼓面，觀察紙屑的跳動高度。

3）實驗現(xiàn)象：用較大的力敲打鼓面，聲音的響度較大，此時紙屑跳動的高度也較高，說明鼓面的振幅較大。

4）實驗結論：聲音的響度與振幅有關，振幅越大，響度越大。

學生能夠利用身邊可以獲取的相關器材設計實驗，把物體振動的幅度進行放大后再進行比較，在這個過程中培養(yǎng)了科學思維和科學探究能力。仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，兩個實驗方案都是通過轉(zhuǎn)換法來判斷某一時刻振幅的大小，沒有把響度隨振幅變化而變化的完整過程展現(xiàn)出來。接下來，教師帶領學生利用新的技術手段，把聲音的響度隨振幅變化關系通過聲音的波形圖直觀地顯示出來。設計如下實驗方案。

1）實驗目的：探究聲音的響度和振幅的關系。

2）實驗器材：智能手機、音叉。實驗裝置如圖5所示。

3）實驗步驟：

①上課前在智能手機上安裝APP Oscilloscope類示波器軟件;

②手機屏幕與顯示屏同屏并打開Oscilloscope，音叉放在手機旁邊;

③敲擊音叉，感受聲音的響度變化并同時觀察波形圖的變化。

4）實驗現(xiàn)象見圖6

5）實驗結論：聲音的響度與振幅有關，振幅越大，響度越大。

探究音調(diào)與頻率的關系? 教師展示兩個不同型號的音叉，一個標有“512 Hz”，另一個標有“256 Hz”，提問：用同樣的力分別敲擊兩個音叉，聽到的聲音有什么不同？

學生：“512 Hz”的音叉產(chǎn)生的聲音更“尖”，聲音更高;“256 Hz”的音叉產(chǎn)生的聲音更“沉”，聲音更低。

教師：在物理學中，聲音的高低叫作音調(diào)，音調(diào)由什么因素來決定？

學生：音調(diào)的高低由頻率來決定。

教師：請同學們閱讀相關內(nèi)容，思考什么是頻率？頻率的物理意義是什么？

學生：物體每秒內(nèi)振動的次數(shù)叫頻率（f），單位是Hz，它表示物體振動的快慢。

教師：音叉標有“512 Hz”和“256 Hz”表示什么意思？產(chǎn)生聲音時哪個音叉振動得更快？

學生：“512 Hz”表示音叉每秒鐘振動512次，“256 Hz”

表示音叉每秒鐘振動256次，因此，“512 Hz”的音叉振動得更快。

教師用“512 Hz”和“256 Hz”再次進行演示實驗，用同樣的力分別敲擊兩個音叉，讓學生感受聲音高低的同時，仔細觀察哪個音叉振動得更快？依據(jù)是什么？

學生：無法看出哪個音叉振動得更快，因為兩個音叉都振動得很快，無法用眼睛直接分辨快慢。

為了克服教學難題，突破學生眼睛無法直接分辨的瓶頸，教師引導學生利用APP Oscilloscope把聲音的音調(diào)和頻率的關系通過聲音的波形圖直觀地顯示出來。設計如下實驗方案。

1）實驗目的：探究聲音的音調(diào)和頻率的關系。

2）實驗器材：智能手機、音叉。實驗裝置如圖7所示。

3）實驗步驟：

①在智能手機上安裝APP Oscilloscope類示波器軟件;

②手機屏幕與顯示屏同屏，并打開Oscilloscope;

③敲擊“512 Hz”音叉，待Oscilloscope顯示波形圖后進行截屏;

④敲擊“256 Hz”音叉，待Oscilloscope顯示波形圖后進行截屏。

4）實驗現(xiàn)象見圖8。

5）實驗結論：聲音的音調(diào)與頻率有關，頻率越大，音調(diào)越高。

音色? 教師播放不同的歌手唱同一首歌，播放不同的樂器產(chǎn)生的聲音，如吉他、長笛、鋼琴、單簧管等，讓學生感受不同的人（物）發(fā)出聲音的區(qū)分度。不同的人（物）發(fā)出的聲音都有自己本身的特色，叫作音色。

讓三個不同的學生分別用吉他、鋼琴、長笛都發(fā)出C調(diào)1（dou），分別用三個不同的智能手機的Oscilloscope記錄三個不同樂器發(fā)出聲音的波形圖，讓學生觀察不同的樂器發(fā)出C調(diào)1（dou）時波形圖的異同，如圖9所示。

在人教版教材中，采用示波器進行實驗，將話筒接在示波器的輸入端，也能顯示出不同的樂器發(fā)出相同音調(diào)時的波形圖，實現(xiàn)同樣的功能，但Oscilloscope使用起來更方便。

5 結語

本教學設計遵循學生的認知規(guī)律，從區(qū)分、感知聲音的特性到實驗探究分析，提髙學生科學探究能力，培養(yǎng)學生用科學證據(jù)說話的意識。學生在課堂上親身感知聲音響度、音調(diào)、音色的不同，同時應用智能手機APP Oscilloscope

把不同響度、音調(diào)、音色的波形圖顯示出來，實驗現(xiàn)象更具有直觀性，實驗具有一定創(chuàng)新性，可以有效幫助學生深刻理解聲音的特性。實踐表明，智能手機的應用為中學物理教學提供了新的思路和方法，值得推廣。

作者：蘇鳳，廣州市番禺區(qū)象達中學（511483）;蘇東，廣州市天河區(qū)東圃中學（510660）。