基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理跨學(xué)科實踐

摘" "要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》新增了“跨學(xué)科實踐”主題，倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，旨在提升學(xué)生解決真實情境中問題的綜合能力。文章基于項目式學(xué)習(xí)，通過制作“水杯編鐘”并借助手機APP讓學(xué)生更好地理解聲音的特性，將科學(xué)、工程、技術(shù)、藝術(shù)有機融合到教學(xué)中，以提高學(xué)生的關(guān)鍵能力，促進核心素養(yǎng)落地。

關(guān)鍵詞：項目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實踐；聲音的特性

1" 契合初中物理核心素養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡稱 PBL）是一種以學(xué)生為中心，基于任務(wù)、問題驅(qū)動學(xué)生解決實際問題，通過制作某一個特定的“產(chǎn)品”或完成某一項特定的“任務(wù)”，從而完成相關(guān)知識學(xué)習(xí)的教學(xué)方式。通過PBL學(xué)生主動地探索現(xiàn)實世界的問題和挑戰(zhàn)， 在這個過程中鍛煉學(xué)生的關(guān)鍵能力，除此以外，對項目的選擇也讓學(xué)生更早和更深入地面對和解決現(xiàn)實生活中的問題。

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的落地，初中物理教學(xué)更加注重科學(xué)探究，突出問題導(dǎo)向，強調(diào)真實問題情境的創(chuàng)建，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等素養(yǎng)。新課標(biāo)進一步強化了物理教學(xué)的學(xué)科功能與育人價值，在課程內(nèi)容上新增了“跨學(xué)科實踐”一級主題，這就要求教師在教學(xué)中要立足初中物理課程，將教學(xué)內(nèi)容拓展到日常生活、工程實踐和社會熱點，依據(jù)真實問題的解決需要創(chuàng)設(shè)真實情境，讓學(xué)生在實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)和解決問題的過程中提高實踐能力和核心素養(yǎng)[ 1 ]。

因此，基于項目式學(xué)習(xí)的物理課程可以充分體現(xiàn)跨學(xué)科性和實踐性特點，能夠讓學(xué)生積極主動地投入學(xué)習(xí)，有效地提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。本文基于項目式學(xué)習(xí)，以“聲音的特性”跨學(xué)科教學(xué)為案例進行教學(xué)設(shè)計，嘗試將課堂的主導(dǎo)權(quán)還給學(xué)生，以學(xué)生為主體，開展此節(jié)課。

2" 基于項目式學(xué)習(xí)的“聲音的特性”跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計案例

2.1" 項目導(dǎo)入

[導(dǎo)語] 為了欣賞各種樂音，千百年來世界各地、各民族人們發(fā)明了各種各樣的樂器。請大家看屏幕上展示的編鐘就是中國古代重要的一種打擊樂器——編鐘，它由青銅鑄成按照大小不同依次排列，用錘或棒分別敲打銅鐘就能發(fā)出不同的樂音，按照音譜敲打，就可以演奏出美妙的樂曲。曾侯乙編鐘的出土改寫了世界音樂史，是中國迄今發(fā)現(xiàn)數(shù)量最多、保存最好、音律最全、氣勢最宏偉的一套編鐘，證明了中國歷史上已成功解決一鐘雙音在物理學(xué)、音樂學(xué)、鑄造學(xué)上的一系列難題，代表了中國先秦禮樂文明與青銅器鑄造技術(shù)的最高成就。

[展示] 視頻播放曾侯乙編鐘演奏的《茉莉花》。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：曾侯乙編鐘的發(fā)聲原理是什么？同學(xué)們能不能仿照曾侯乙編鐘的發(fā)聲原理利用玻璃杯自制一個簡單的“水杯編鐘”？

設(shè)計意圖：通過曾侯乙編鐘的引入，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生了解中國古代先進的禮樂文明和青銅器鑄造技術(shù)，增強文化自信。再通過曾侯乙編鐘演奏《茉莉花》，給學(xué)生強烈的代入感，從而提出問題：如何仿照曾侯乙編鐘的發(fā)聲原理自制“水杯編鐘”？引導(dǎo)學(xué)生投入到真實的探究中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2" 項目設(shè)計

[出示] 教師提供如圖1所示的器材：高腳杯（7個一組）、木棒、自來水、注射器、記號筆。

[討論] 小組討論：如何根據(jù)以上器材完成“水杯編鐘”的制作？學(xué)生根據(jù)曾侯乙編鐘的構(gòu)造、大小及演奏的視頻分析，不難得出編鐘可以演奏音樂是因為敲擊每個大小不同的鐘時發(fā)出聲音的高低不同，分別對應(yīng)了“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”不同的音階，所以可以仿照編鐘的發(fā)聲原理通過敲擊玻璃杯的方式讓其發(fā)出聲音，并且可以通過改變杯中的水量來改變聲音的高低。

[分享] 學(xué)生交流制作的方法，聚焦如何實現(xiàn)不同音符的演奏。學(xué)生：往杯中加水，再用注射器微調(diào)杯中的水量，從而改變敲擊玻璃杯時發(fā)出聲音的高低，讓敲擊各玻璃杯時發(fā)出的聲音和“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”七個音階對應(yīng)起來，就可以演奏曲子了。

[思考] 如何盡可能確保敲擊每個玻璃杯時發(fā)出的聲音和不同音階對應(yīng)的準(zhǔn)確性？

[結(jié)論] 教師介紹：可以借助手機物理工坊APP“音頻自相關(guān)”功能，通過手機麥克風(fēng)采集敲擊玻璃杯發(fā)出的聲音從而相對準(zhǔn)確地找到“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”七個不同的音階。

[結(jié)語] 按照提前分好的小組，合作完成“水杯編鐘”的制作。

設(shè)計意圖：通過利用簡單的生活用具和器材進行有關(guān)聲現(xiàn)象的探究和實驗， 培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力的同時，掌握相關(guān)物理知識和音樂知識，進而使學(xué)生逐步形成充分利用手邊器材進行科學(xué)研究的習(xí)慣；利用高腳杯而不用普通的玻璃杯，可以增強觀賞性，培養(yǎng)學(xué)生的審美情趣。通過指導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)檬謾C物理工坊APP來校準(zhǔn)音準(zhǔn)，使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用信息技術(shù)手段來解決探究過程中遇到的實際問題。

2.3" 項目實施

[操作] 學(xué)生分組動手操作，教師巡視指導(dǎo)。

[展示] 學(xué)生動手完成“水杯編鐘”的制作。以小組為單位按順序上臺展示：敲擊出“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”七個不同的音，教師對每個組的展示進行點評并指導(dǎo)學(xué)生改進。

設(shè)計意圖：在調(diào)制音階過程中，學(xué)生需要不斷往水杯中加水或吸水，整個過程中學(xué)生充分體驗加水、微調(diào)、試音、音準(zhǔn)校對等探究環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、踏實的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生通過展示在視聽盛宴中享受樂音與演奏帶來的樂趣，極大調(diào)動了學(xué)生參與課堂的積極性。另外教師對各組的展示進行打分，對學(xué)生學(xué)習(xí)進行過程性評價，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，讓更多同學(xué)參與到課堂教學(xué)中。

[思考] 師：剛才各組展示的過程中，同學(xué)們觀察到敲擊每個杯子發(fā)出聲音有什么不同？

生：敲擊每個杯子發(fā)出聲音的高低不同。并且杯中水量越多，敲擊杯子發(fā)出的聲音就越低，水量越少，敲擊杯子發(fā)出的聲音就越高。

師：物理學(xué)中，把聲音的高低稱為音調(diào)。那么，音調(diào)與物體的振動有什么關(guān)系呢？

師：通過之前的學(xué)習(xí)我們知道，聲音是以波的形式傳播的。我們可以嘗試借助手機“Oscilloscope”APP把聲音的波形展現(xiàn)出來，然后通過觀察聲音的波形來分析聲音的音調(diào)與物體的振動有什么關(guān)系。

[操作] 各組再次通過自制“水杯編鐘”盡量用相同的力度敲擊出“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”七個不同的音階，并利用“Oscilloscope”APP把敲擊不同杯子發(fā)出的聲音的波形記錄下來，如圖2所示，最后進行比較，可以清楚地看到，高音調(diào)的波形更密集一些，低音調(diào)的波形比較稀疏。

[結(jié)論] 聲音波形的疏密程度反映了物體振動的快慢。物理學(xué)中，物體振動的快慢用每秒振動的次數(shù)來表示，稱為頻率，單位是赫茲（Hz）。所以根據(jù)剛才的現(xiàn)象可得：音調(diào)與發(fā)聲物體振動的快慢有關(guān)，物體振動越快，音調(diào)就越高。

[思考] 如果用大小不同的力敲擊同一個杯子，同學(xué)們聽到的兩次聲音又有何不同？

生：兩次敲擊杯子發(fā)出聲音的大?。◤娙酰┎煌２⑶矣幂^大的力敲擊杯子發(fā)出的聲音越大（強），用較小的力敲擊杯子發(fā)出的聲音越?。ㄈ酰?/p>

師：物理學(xué)中，把聲音的大?。◤娙酰┓Q為響度。那么，響度又與物體的振動有什么關(guān)系？該如何探究呢？

生：可以嘗試運用剛才探究音調(diào)的方法，用大小不同的力敲擊同一個杯子，然后利用“Oscilloscope”APP把聲音的波形記錄下來，最后進行比較。

[操作]各小組用大小不同的力敲擊同一個杯子，利用“Oscilloscope”APP把聲音的波形記錄下來，如圖3所示，可以清楚的看到，聲音越大，聲波幅度越大；聲音越小，聲波幅度越小。

[結(jié)論] 聲波的幅度反映了物體振動的幅度。所以根據(jù)剛才的現(xiàn)象可得：響度與發(fā)聲物體振幅有關(guān)，振幅越大，響度越大。

[思考] 回想課前聽到的曾侯乙編鐘演奏的樂曲和利用我們剛才自制的“水杯編鐘”敲擊發(fā)出的聲音有哪些不同？僅聽聲音你能判斷是誰發(fā)出的聲音嗎？

生：兩者發(fā)出聲音的音調(diào)和響度可能不同；我們可以根據(jù)聲音的品質(zhì)和特色來分別是何種樂器演奏的聲音。

師：我們還可以再用“Oscilloscope”APP記錄一下兩種聲音的波形，如圖4所示，對比二者的不同。

師：實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種聲音的波形結(jié)構(gòu)是不同的。物理學(xué)中，我們把聲音的品質(zhì)和特色稱為音色。剛才聲音的波形結(jié)構(gòu)反映的就是聲音的音色，不同物體發(fā)出的聲音，音色是不同的。因此，我們才能分辨不同人的講話、不同樂器的演奏等。

[結(jié)語] 通過剛才的探究，我們知道了聲音的三種特性，分別是音調(diào)、響度與音色。下面我們再利用自制的“水杯編鐘”，通過練習(xí)后演奏出一段完整的曲子，老師將進行評分。

設(shè)計意圖：通過讓學(xué)生敲擊出“Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si”不同的聲音，讓學(xué)生根據(jù)樂理知識分析這些聲音的不同之處，可以得到是聲音的“調(diào)”越來越高，由此引出音調(diào)的概念；又讓學(xué)生先后用大小不同的力敲擊同一個杯子，讓學(xué)生明顯感覺到聲音大小的不同，引出響度的概念；最后通過比較曾侯乙編鐘演奏的樂曲和“水杯編鐘”敲擊發(fā)出的聲音，讓學(xué)生思考曾侯乙編鐘演奏和“水杯編鐘”發(fā)出的聲音為何明顯不同，引出音色的概念。探究過程中借助“Oscilloscope”APP來顯示不同聲音的波形，應(yīng)用信息化手段豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，促進學(xué)生對聲音波形的理解。

2.4" 項目展示

[練習(xí)] 教師將《小星星》《歡樂頌》《阿佤人民唱新歌》三首曲子的簡譜打印好分發(fā)到各組，各組根據(jù)自身實際樂理水平選擇練習(xí)演奏三首曲子中的一首。

[展示] 練習(xí)結(jié)束后，開展“水杯編鐘音樂會”。各組按順序依次上臺表演，教師對演奏作品的質(zhì)量和表現(xiàn)進行評分，評價維度和標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

各組表演結(jié)束后，教師分別用葫蘆絲、自制“水杯編鐘”示范演奏《阿佤人民唱新歌》。

設(shè)計意圖：選取三首難度不同的曲子，主要是考慮到不同學(xué)生樂理知識的水平和能力不同，學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況和水平選擇適合的曲子，充分尊重學(xué)生，給學(xué)生提供了選擇的可能性。學(xué)生成功完成“水杯編鐘”的制作，給學(xué)生充分的練習(xí)時間，讓學(xué)生能夠更好地將演奏的曲子呈現(xiàn)給大家，調(diào)動學(xué)生的積極性。最后教師分別用云南少數(shù)民族傳統(tǒng)樂器葫蘆絲、自制“水杯編鐘”示范演奏《阿佤人民唱新歌》，使學(xué)生了解民族樂器，傳承民族文化，升華本節(jié)課主題。

2.5" 項目評價

（1）觀察剛才老師演奏的葫蘆絲，它的發(fā)聲原理是什么？它是如何改變音調(diào)和響度的？

（2）老師分別用葫蘆絲和自制“水杯編鐘”演奏了同一首曲目，兩次演奏發(fā)出的聲音有何不同？

（3）自制“水杯編鐘”除了可以用敲擊的方式讓其發(fā)聲，還可以通過什么方法讓其發(fā)出聲音？后者與前者發(fā)聲原理相同嗎？

設(shè)計意圖：對學(xué)生的知識、能力、思想方法進行形成性評估，明確教學(xué)中的問題和改進的方向。

3" 總結(jié)與反思

基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理教學(xué)，以極強的綜合性和實踐性盤活了整個物理課堂，對初中物理課程的育人功能起著積極推動作用。本文以“聲音的特性”為例，從跨越千年的曾侯乙編鐘演奏音樂為情境出發(fā)，以項目形式來鋪開跨學(xué)科教學(xué)，在實際教學(xué)中以跨學(xué)科知識與技能的整合為基礎(chǔ)，以小組合作學(xué)習(xí)為條件，通過自制“水杯編鐘”，豐富了學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟迪了學(xué)生的思維，帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的同時促進學(xué)生觀察、提問、設(shè)計、表達(dá)、質(zhì)疑、合作、溝通等指向問題解決和核心素養(yǎng)的綜合能力的提升，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

總之，基于項目式的學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和解決實際問題的能力。教師應(yīng)該在物理課程教學(xué)中靈活運用項目式學(xué)習(xí)，加強日常生活、工程實踐和社會熱點與初中物理課程的融合，落實義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.