利用“互聯(lián)網(wǎng)+手機APP”優(yōu)化物理實驗教學(xué)

摘?要：為了提高初中物理實驗教學(xué)的效果，文章探討了基于“互聯(lián)網(wǎng)+手機APP”的教學(xué)應(yīng)用.以“聲音的特性”實驗教學(xué)為例，文章分析了“互聯(lián)網(wǎng)+手機”的操作方法和教學(xué)過程，以及其教學(xué)效果和評價，得出了一些有益的結(jié)論.

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng);手機APP;物理實驗;聲音的特性

文章編號：1008-4134（2020）02-0063?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：潘華青（1981-），女，廣東茂名人，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)和評價.

當前，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，如何將信息技術(shù)與教育教學(xué)進行深度融合，已經(jīng)成為教育教學(xué)的一個重要方向.對于初中物理教學(xué)來說，教師如何在信息技術(shù)的支持下，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓信息技術(shù)成為學(xué)生強大的認知工具，提高物理教學(xué)的質(zhì)量和效果也變得越來越重要.正如物理新課標指出的，要“改革以書本為主、實驗為輔的教學(xué)模式，提倡多樣化的教學(xué)方式，鼓勵將信息技術(shù)滲透于物理教學(xué)之中”.手機的廣泛使用和技術(shù)革新為物理教育教學(xué)帶來了新的機遇.對于物理教學(xué)來說，智能手機就是一個可隨身攜帶的功能強大的物理實驗平臺.智能手機有強大的硬件、各種各樣的軟件，多種傳感器等，可以作為一種新型的教學(xué)媒體.徐春曉、楊鵬等研究發(fā)現(xiàn)，在課堂中使用手機輔助教學(xué)不但豐富了教學(xué)手段，大大提高了物理課堂的趣味性，幫助學(xué)生更加直觀地理解一些抽象的概念;而且能更充分地調(diào)動學(xué)生視覺和聽覺感官，使知識更生動，記憶更深刻，大大激發(fā)學(xué)生探究物理的興趣和熱情，提高教學(xué)效果.在人教版八年級物理“聲音的特性”的教學(xué)中，為了突破教學(xué)的難點，筆者把“互聯(lián)網(wǎng)+手機APP”引入課堂，取得了很好的效果.

1?教材中存在的問題及原因分析

“聲音的特性”是人教版八年級物理第二章“聲現(xiàn)象”中第二節(jié)的內(nèi)容，是聲現(xiàn)象中的重點內(nèi)容，也是難點內(nèi)容.通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生要了解聲音的三要素：音調(diào)、響度和音色;還要通過實驗研究聲音的音調(diào)、響度、音色和什么因素有關(guān).

教材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（如圖1所示）.在這個實驗中，鋼尺的振動快慢比較不容易分辨，鋼尺發(fā)出的聲音有時也不容易聽見.由于人眼的視覺暫留的時間僅為0.1秒 ，但是人要聽到聲音頻率必須大于20Hz， 也就是說每振動一次的時間最多是0.05秒 ， 鋼尺振動的時間小于視覺暫留的時間，學(xué)生看到鋼尺振動大部分是連續(xù)的， 振動越快反而感覺像沒振動一樣. 因而容易得出錯誤的結(jié)論：尺子伸出桌面越長，振動越快，音調(diào)越低.有研究指出“如果不使用輔助器而單憑人的眼睛和耳朵，觀察者將會陷入視覺和聽覺的兩難境地，即若能在視覺上較好地分辨尺子振動的快慢，則在聽覺上可能難以較好地分辨聲音頻率的差別，若在聽覺上較好地分辨聲音頻率的差別，則在視覺上可能難以較好地分辨尺子振動快慢的差別.”

探究聲音的響度和振幅的關(guān)系，教材采用“通過發(fā)聲的音叉彈開乒乓球?qū)嶒灐保ㄈ鐖D2所示）.但是，由于音叉與乒乓球在振動中“相差”的影響，叉股對乒乓球的撞擊作用實際上并不均勻.所以實驗的時候可能會觀察到音叉發(fā)聲的響度大時，乒乓球彈開的幅度反而比音叉發(fā)聲響度小時還小，影響實驗效果.

綜上所述，教材選用的實驗雖然取材容易，操作簡單，但實驗現(xiàn)象不明顯，學(xué)生用肉眼觀察，很難得出準確的物理規(guī)律，甚至可能得出錯誤的規(guī)律，影響學(xué)生的認知.有學(xué)者提出，通過波形圖分析聲音三個特性的影響因素能向?qū)W生呈現(xiàn)更清晰、直觀的物理現(xiàn)象，促進學(xué)生形成清晰的物理概念，掌握物理規(guī)律.但是由于示波器價格昂貴，操作不便，導(dǎo)致應(yīng)用實際教學(xué)較少.令人欣喜的是，當前互聯(lián)網(wǎng)和手機APP的廣泛應(yīng)用為這一方法的課堂使用提供了便利，為該內(nèi)容的教學(xué)方案提供了一種實踐改進.

2?利用互聯(lián)網(wǎng)+手機APP的實驗教學(xué)實踐

2.1?創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

播放歌曲《小星星》或?qū)W生演奏一首樂曲.

【設(shè)計意圖】通過音樂快速集中學(xué)生的注意力，得出樂音的概念;通過聽音樂，知道聲音有強弱和高低之分，順利引入聲音的三個特性，進入主題;給學(xué)生展示自己才藝的舞臺，讓學(xué)生體會到物理來源于生活.

2.2?響度的教學(xué)

用手機APP音頻發(fā)生器軟件“tone generator”播放同一頻率的聲音，在播放過程中調(diào)節(jié)手機的音量按鈕.讓學(xué)生體會聲音的大小，得出響度的概念.

2.2.1?研究響度與什么因素有關(guān)

演示實驗：手機藍牙連接音箱，播放聲音，觀察揚聲器上乒乓球的振動情況;改變手機的音量按鈕，增大聲音的響度，觀察揚聲器上乒乓球的振動情況（如圖3所示）.

2.2.2?利用示波器研究響度的影響因素

通過“希沃授課助手”手機APP連接手機和課室的多媒體平臺，選擇“屏幕同步”;打開手機示波器APP“Oscilloscope”，敲一下音叉，屏幕上就會顯示音叉聲音的波形圖（如圖4所示），隨著聲音響度的變小，聲波波形的振幅越來越小.用手機截屏兩個不同響度的波形圖，用手機上“美圖秀秀”進行拼圖，屏幕上同時展示不同響度聲音的波形圖（如圖5所示）.師生共同分析圖形的區(qū)別，得出結(jié)論：發(fā)聲體振動的振幅越大，響度越大.

通過上面的教學(xué)過程，學(xué)生可以很清晰地學(xué)習(xí)響度的概念和得出響度與振幅的關(guān)系.音箱實驗把揚聲器的振動“轉(zhuǎn)化”為乒乓球的振動，從視覺上給學(xué)生以直觀的感受，現(xiàn)象明顯卻沒有教材實驗的弊端.聲音的本質(zhì)是波，把聲音輸入示波器，顯示聲音的波形，從波形圖中比較得出振幅大的聲音響度大，振幅小的聲音響度小.讓學(xué)生從本質(zhì)上理解響度和振幅的關(guān)系.

2.3?音調(diào)的教學(xué)

音頻發(fā)生器播放不同頻率的聲音（如圖6所示），學(xué)生感受聲音的不同，得到音調(diào)的概念.

2.3.1?利用示波器研究音調(diào)的影響因素

分別敲擊頻率為256Hz和512Hz的音叉，用手機APP“oscilloscope”+課室教學(xué)平臺同步展示其波形，用“美圖秀秀”拼圖展示并分析（如圖7所示）.

教師講授：頻率：振動次數(shù)與時間的比值.它是表示物體振動快慢的物理量.波形圖越密集，表示相同時間物體的振動次數(shù)越多，則頻率越高.由波形圖分析可知：頻率越高，音調(diào)越高.

學(xué)生展示：學(xué)生用同種樂器演奏1234567等不同音調(diào)的聲音，用手機APP“oscilloscope”+課室教學(xué)平臺同時展示波形圖（如圖8所示）.

2.3.2?學(xué)生體驗活動：改變梳子發(fā)聲的音調(diào)（如圖9所示）

人教版教材是按音調(diào)、響度、音色的順序進行講授的.筆者考慮到響度比音調(diào)在生活中更容易接觸到，而且響度比音調(diào)更加好理解.在排除響度的干擾之后，音調(diào)更容易理解一些，因此將課本中二者的順序顛倒一下，將知識的處理由易到難.通過波形圖的比較，學(xué)生可以從本質(zhì)上了解響度和音調(diào)是不同的兩個物理量，突破了學(xué)生容易把響度和音調(diào)混淆的難點.

2.4?音色的教學(xué)

猜一猜游戲：用手機播放不同樂器演奏的同一首曲子，讓學(xué)生猜想是哪種樂器在演奏.

利用示波器研究音色

教師課前落實會樂器的同學(xué)帶樂器上課，學(xué)生用不同的樂器演奏相同的音階用手機APP“oscilloscope”+課室教學(xué)平臺同時展示波形圖（如圖10所示），用“美圖秀秀”拼圖展示并分析（如圖11所示）.圖11是黑管和長笛演奏音階6（la）的波形圖.不同發(fā)聲體雖然發(fā)出聲音的音調(diào)和響度相同，但我們還是可以分辨出來，因為聲音的音色不同.音色與發(fā)聲體的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān).

3?總結(jié)與反思

筆者將這一課程作為廣州市黃埔區(qū)區(qū)公開課進行講授，學(xué)生反響很熱烈，也受到了同行教師的諸多好評.縱觀本次課程設(shè)計，筆者有以下幾點啟發(fā)：第一，課程設(shè)計遵從現(xiàn)象到本質(zhì)、感性到理性的過程，使學(xué)生對課程的理解更加深刻;第二，手機APP下載方便，操作簡單，教學(xué)使用便利，容易推廣;第三，手機投屏多媒體平臺更加清晰、直觀，全班同學(xué)都可以看見，觀察效果比傳統(tǒng)示波器更好——后者屏幕小，不利于全部學(xué)生觀察.并且，相比電腦上的示波器軟件，手機APP可以非常方便地把不同響度、不同音調(diào)、不同音色的波形圖進行拼圖，同步比較，學(xué)生印象更深刻.第四，操作比較靈活，即使沒有希沃授課助手，不能手機直接連接教室的多媒體平臺，也可以通過投屏器投屏;第五，有助于學(xué)生的課后學(xué)習(xí).學(xué)生課后能夠比較容易獲得手機APP，可以在課后持續(xù)對聲現(xiàn)象進行研究.

不過，本次課程內(nèi)容比較豐富，師生互動較多，這對教師的教學(xué)能力和教學(xué)技巧均提出了一定的要求.不但要求教師熟練掌握“互聯(lián)網(wǎng)+手機APP”使用方法，而且要求能夠靈活地駕馭課堂.

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（收稿日期：2019-10-08）