教学实践与指导

作者简介

"朱文军，江苏省教育科学研究院中小学教学研究室初中物理教研员，南京师范大学硕士生导师，正高级教师。曾获鼓楼区优秀共产党员、南京市初中物理学科教学带头人、南京市普通中小学先进教研组教研组长、南京市中青年拔尖人才、南京市高水平全面建设小康社会先进个人（斯霞奖）、江苏省教科研先进个人等称号。入选2022年江苏省名师工作室主持人名单。江苏省第六期“333人才”培养支持资助对象、2022年“苏教名家”培养工程培养对象。 主持或参与省级以上规划、教研课题9项，发表专业论文40余篇，其中核心期刊20余篇。主编或参编教师教学用书10余本。 樊海霞，南京师范大学附属中学树人学校高级教师。曾获南京市初中物理学科教学带头人、南京市优秀青年教师、鼓楼区学科教学带头人等称号。荣获南京市初中物理优课评比一等奖、南京市初中物理青年教师基本功大赛一等奖、江苏省初中物理优秀课评比二等奖等。入选2024年鼓楼区名师工作室主持人名单。 ？主持或参与省级以上规划、教研课题7项，发表专业论文10余篇，其中核心期刊2篇。主编或参编教师教学用书4本。 丁志红，南京师范大学附属中学树人学校物理教师，教育硕士。曾获南京市优秀青年教师、南京市优秀备课组长，鼓楼区学科教学带头人、教学先进个人，第二届秦淮区普通中小学、职业学校先进教研组长等称号。主持或参与省规划、教研课题7项，发表专业论文10篇。 "

内容简介

"第一章 声现象 一、 课标分析 (一) 课标要求 【内容要求】 2. 3. 1 通过实验, 认识声的产生和传播条件。 例 1 在鼓面上放碎纸屑, 敲击鼓面, 观察纸屑的运动; 敲击音叉, 观察与其接触 的物体的运动。 了解实验中将微小变化放大的方法。 例 2 将发声器放入玻璃罩中, 逐渐抽出罩内空气, 会听到发声器发出的声音逐渐 变小, 分析导致该现象的原因。 2. 3. 2 了解声音的特性。 了解现代技术中声学知识的一些应用。 知道噪声的危害 及控制方法。 例 3 了解超声波在生产生活和科学研究等方面的应用, 如超声雷达、 金属探伤、 医学检查等。 例 4 举例说明如何减弱生活环境中的噪声, 具有保护自己、 关心他人的意识。 【学业要求】 (1) 了解声; 能用声知识解释自然界的有关现象, 解决日常生活中的有关问题。 (2) 能运用一些规律分析简单问题, 并获得结论; 能在解释自然现象和解决实际 问题时引用证据, 具有使用科学证据的意识。 (3) 能基于观察和实验, 提出与声现象有关的科学探究问题, 并做出有依据的猜 想与假设; 能制订初步的实验方案; 能表述实验过程和结果, 撰写实验报告。 (4) 知道物理学是对相关自然现象的描述与解释, 物理学研究需要观察、 实验和 推理, 体会物理学对人类生活和社会发展的影响; 具有对声知识的学习兴趣和严谨认 真、 实事求是的科学态度; 关心我国古代和现代科技成就, 为中华民族的科技成就感 到自豪, 逐步养成实现中华民族伟大复兴的责任感与使命感。 【教学提示】 1. 教学策略建议 在声现象的教学中, 建议从学生的已有经验和认知水平出发, 设计多种学习活动,重视物理概念的建构过程, 促进学生对抽象概念的理解, 引导学生在问题解决中提升 能力, 发展核心素养。 (1) 联系生产生活实际创设学习情境。 在对声现象的学习中, 建议结合生活中的 实际情境, 进行相关内容的学习。 (2) 渗透科学研究方法, 培养学生的科学思维。 例如, 在探究声音是如何产生的 教学中, 教师能通过教材 “想一想” 中的 “物体发声与不发声时有什么不同? 这些物 体发声时有什么共同点?” 有意识地利用 “求异法 (找不同)” 和 “求同法 (归纳法)” 得出声音是由物体振动产生的; 在探究真空能否传声时, 通过 “钟罩实验” 向外不停 抽气, 听到铃声逐渐变小, 利用 “共变法” 分析出铃声变小的原因是钟罩内空气变得 稀薄, 从而进一步推理得出: 如果抽成真空, 就应该一点声音也听不到, 这是在实验 的基础上进行推理得出的结论, 在物理学中叫 “理想实验”; 在用钢质刻度尺探究声音 的音调与频率的关系时, 用同样大小的力去拨动伸出桌面不同长度的尺子时, 控制响 度相同, 得出声源振动的频率越高, 声音的音调越高。 (3) 注重问题导向, 合理设计探究活动。 在探究声音的产生和传播条件学习活动 中, 注重发挥学生的积极性和主动性, 给学生留出恰当的时间和空间; 鼓励学生发现 问题、 提出问题, 通过科学方法收集证据、 得出结论; 引导学生解释得出结论的理由, 并对探究过程和结果进行评估、 反思与交流。 (4) 充分利用科学史料, 培养学生的科学态度与社会责任感。 建议将我国古代 的相关科技成就引入课堂, 如通过分析和讨论回音壁、 三音石等古代声学建筑, 培 养学生的爱国情怀, 提升学生的民族自豪感和实现中华民族伟大复兴的使命感。 还 可通过项目式学习, 开展制作小乐器等项目活动, 培养学生的动手操作能力和创新 精神。 2. 情境素材建议 与声相关的素材: 通过分析声带振动、 鼓面振动等现象归纳声音产生的原因, 利 用 “土电话”、 真空罩等研究声音的传播条件, 利用吉他、 钢琴等乐器分析声音的 特性。 (二) 课标解读 1. 物理观念 物理观念是指从物理学视角形成的关于物质、 运动和相互作用、 能量等内容的总 体认识, 是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华, 是从物理学视角解释自然现象 和解决实际问题的基础。 物理观念主要包括物质观念、 运动和相互作用观念、 能量观 念等要素。 苏科版物理 (以下简称 “教材”) 八年级上册第一章 《声现象》 涉及物质 观、 运动和相互作用观、 能量观等。 (1) 物质观 《声现象》 首先介绍了声音的产生, 通过探究归纳不同物体发声的情况 (求同)、 对物体发声与不发声进行对比 (求异), 得出声音是由物体振动产生的结论, 发声的物体叫声源, 气体、 液体和固体都可以振动发声。 “声源” 是一个重要的概念, 因此在探 究物体振动发声的过程中要深刻理解声源的物质性; 在声音的传播教学中, 通过生活 经验和课堂实验发现, 声音可以在气体、 液体或固体中传播, 能传声的物质叫介质。 这将为学生形成物质观奠定基础。 (2) 运动和相互作用观 声音以波的形式在介质中传播, 且传播的速度可能会不同。 声源的振动是一种运 动, 这种运动有自己的特征, 比如振幅和频率, 不同的声音的波形一般也不同。 把两个频率相同的音叉的共鸣箱间隔一定距离, 敲击一个音叉, 与另一个音叉接 触的悬挂着的乒乓球会被弹开, 这就是一种 “共鸣” 现象, 属于一种相互作用。 (3) 能量观 通过观察放在音响前面的蜡烛火焰跳动、 超声波碎石、 声音引起鼓膜振动等实例, 说明声音具有能量。 2. 科学思维 科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、 内在规律及相互关系的认识方 式, 是建构物理模型的抽象概括过程, 是分析综合、 推理论证等方法在科学领域的具 体运用, 是基于事实证据和科学推理对不同信息、 观点和结论进行质疑和批判, 予以 检验和修正, 进而提出创造性见解的过程。 科学思维主要包括模型建构、 科学推理、 科学论证、 质疑创新等要素。 (1) 模型建构 1) 显示音叉的振动 在用音叉探究声音是由物体的振动产生时, ①将发声的音叉叉股轻轻插入盛满水 的烧杯中, 会看到水花飞溅; ②敲击音叉, 将细线悬挂的轻质小球与音叉接触, 会看 到小球被弹开; ③敲击音叉, 在音叉发声的同时把音叉放在脸颊上或用手触摸, 可感 受到音叉的振动。 前两种方法是通过水花飞溅或小球被弹开这种视觉现象来说明音叉 正在振动, 第三种方法是通过触觉来说明音叉发声时叉股在振动。 2) 显示鼓面的振动 在用鼓探究声音的产生、 声音的响度与振幅关系时, 可以在鼓面上撒一些小纸屑、 小泡沫粒等质量较小的物体, 会观察到这些物体跳起来了, 说明了鼓面振动以及振幅 的大小。 这也是一种模型的建构。 3) 真空不能传声 在用钟罩实验探究真空能否传声时, 把发声的闹铃放进玻璃罩内, 用抽气机向外 抽气, 可以听到铃声逐渐变小。 这里需要建立一种模型———真空, 设想把玻璃罩中的 空气全部抽出, 形成真空, 这样就一点声音也听不到了。 在实验的基础上进行合理外 推, 可以得出: 真空不能传声。 (2) 科学推理 1) 推理得出声音是由物体振动产生的 在第一章 《声现象》 “想一想” 板块中, 有这样几个问题: 在一张纸、 一根橡皮筋、 一个笔帽、 一杯水发声的基础上, 思考物体发声时与不发声时有什么不同? 物体 发声时有什么共同特征? 这需要运用探究事物间因果关系时常用到的方法———穆勒五 法中的求异法和求同法。 运用求异法探究两个事物之间是否有因果关系时, 要求不同 场景中只有一个要素不同, 如果这个要素存在时会出现现象, 没有这个要素就不出现现 象, 那么这个现象的出现就很有可能与那个要素有关。 运用求同法寻找两个事物之间是 否有因果关系时, 要求考察的几个场景中只有一个共同的因素出现, 会产生相同的现象 (如发声), 那么这个现象的出现很可能与这个唯一的因素 (如振动) 有因果关系。 2) 通过类比提出声音是一种波的结论 类比推理得出的结论虽然具有或然性, 但是研究的现象越多, 得出结论的可靠程 度也就越高。 教材在介绍声波之前, 先介绍了水波和摇动绳子时产生的 “绳波”, 并指出这两种 波都是凹凸相间的波。 接着介绍声音在空气传播的过程中, 会形成一种疏密相间的波, 即声波, 并把声波类比于疏密相间的弹簧波。 3) 探究响度与振幅、 音调与频率的关系 在用音叉探究声音的响度与振幅关系时, 用大小不同的力敲击音叉, 让发声的音 叉慢慢接触悬挂着的乒乓球, 会发现用力越大, 声音的响度就越大, 乒乓球被弹开的 角度也就越大。 乒乓球被弹开的幅度随之增大, 说明音叉振动的幅度也在增大。 这用 到了探究两个事物之间因果关系的穆勒五法中的共变法。 使用共变法时, 要求在实验 的过程中只改变一个物理量, 如果现象随着这个唯一物理量的变化而变化, 那说明它 们之间有因果联系。 因此, 我们可以得出结论: 声源的振幅越大, 声音的响度就越大。 同理, 在探究声音的音调与声源振动频率关系时, 可以将一把钢尺的一端紧压在 桌面上, 让另一端伸出桌面部分较长, 拨动尺子使之振动, 听声音的同时注意钢尺振 动的快慢。 还可以缩短尺子伸出桌面的长度, 再次拨动钢尺做几次实验。 比较、 分析 几种不同情况下声音的音调与钢尺振动快慢之间的关系, 这个实验用到的控制变量法 的背后逻辑因素就是共变法。 (3) 科学论证 如何才能看到声音? 可以利用光现象来反映声现象。 把两只纸杯底部用细棉线连 起来, 做成 “土电话”, 先固定住一只纸杯, 在纸杯口蒙上一个胶膜, 在膜上贴上小平 面镜, 拉紧棉线, 用激光照射, 然后对着另一只纸杯说话, 会看到激光被反射的光点 在晃动, 这就是发声者的 “声音” (如图 1 - 1 所示)。 这种方法是将声信号转化成光信 号, 并进行放大, 从而可以 “看见” 声音。(4) 质疑创新 1) 探究固体传声 在研究固体能否传声时, 教材中设计的方案如下: 利用一张桌子做实验, 一名同 学轻敲桌子, 另一名同学把耳朵贴在桌面上。 此实验能得出什么结论? 这种方案的设计没有考虑到这位同学的另一只耳朵还可以听到通过空气传播过来 的声音, 实验方案存在缺陷。 所以, 需要这位同学堵住另一只耳朵, 或者用 “土电话” 的实验来说明固体可以传声。 2) 探究液体传声 教材中设计的方案如下: 双手拿着石头在水中击打, 可以听到敲击石头的声音。 这 种方案的不足之处是: 声音可以通过手、 胳膊传播出来, 不足以说明声音是通过水传播 的。 可以改成: 将一个用细线系好的音乐芯片放入水中, 人在旁边可以听到音乐声; 也 可以改为: 将一部用塑料袋装好的手机置于水中后, 用细线系住塑料袋, 这两种方案都 是抓住主要矛盾, 忽略声音通过细线传播这个途径。 当然, 最佳方案是让发声物体悬在水 中, 可以通过改变塑料袋的大小, 使塑料袋和手机受到的浮力等于重力, 从而实现悬浮。 3) 钟罩实验的改进 做钟罩实验时, 如果把闹钟直接放在钟罩的底座上, 声音可以通过固体传播, 实 验效果不佳。 可以改为: 把闹钟垫在海绵或泡沫上, 起到减震的作用; 还可以把闹钟 悬挂在玻璃罩的顶部, 以忽略次要矛盾———细线的传声, 从而使实验效果得到改善。 如果没有现成的钟罩实验装置, 可以用集气瓶替代钟罩来完成实验。 4) 显示音叉振动的波形 在探究音叉振动的波形时, 除可以用示波器以外, 还可以在音叉上固定一根钢针, 把一块用蜡烛熏黑的玻璃板沿着垂直于音叉振动的方向快速划过, 可以看到玻璃板上 留下音叉振动的波形。 以上问题的讨论和实验改进, 可以培养学生不迷信权威、 勇于创新的意识。 3. 科学探究 科学探究是指基于观察和实验提出科学问题、 形成猜想和假设、 设计实验与制定 方案、 获取与处理信息、 基于证据得出结论并作出解释, 以及对学科探究过程和结果 进行交流、 评估、 反思的能力。 科学探究主要包括问题、 证据、 解释、 交流等要素。 《声现象》 这一章涉及科学探究的实验有: 探究声音的产生、 声音的传播、 声音的 响度与声源振动幅度的关系、 声音的音调与声源振动频率的关系等。 下面以探究声音 的产生为例, 来说明科学探究的几个要素。 (1) 提出问题 声音是大家最熟悉不过的一种现象, 那么声音到底是怎么产生的呢? (2) 证据 在探究声音的产生时, 可以通过物体发声与不发声的不同进行对比, 也就是求异 法, 得出声音是由物体的振动产生的结论; 也可以通过寻找各种发声物体的共同点进 行求同, 得出结论。 (3) 解释 把通过敲击发声的音叉靠近悬挂着的乒乓球, 会看到乒乓球被弹开, 说明音叉在 振动; 把不发声的音叉靠近悬挂着的乒乓球, 看不到乒乓球被弹开, 从而说明声音是 由物体的振动产生的。 为了使实验结论更加可靠, 还可以选用其他声源进行研究。 音 叉振动的结论还可以通过其他一些现象得出, 比如把敲击后的音叉插入水中, 可以看 到水花飞溅等。 4. 科学态度与责任 科学态度与责任是指在认识科学本质和了解科学、 技术、 社会、 环境之间关系的基 础上, 逐渐形成的探索自然的内在动力, 严谨认真、 实事求是、 持之以恒的品质, 热爱 自然、 保护环境、 遵守科学伦理的自觉行为, 以及推动可持续发展和实现中华民族伟大 复兴的使命担当。 科学态度与责任主要包括科学本质观、 科学态度、 社会责任等要素。 (1) 科学本质观 在介绍实验中常见的音叉、 鼓、 锣、 钢尺发声的基础上, 可以和同学一起讨论各 种动物的发声, 比如蚊子、 蟋蟀、 蝙蝠、 水母、 母鸡、 海豚等发声原理。 讲到回声时, 可以引导学生讨论: 教师在讲课时, 教室内是否有回声? 耳朵有没 有接收到回声? 人们是否能分辨出回声与原声? 补充介绍祖国的大好河山, 如江西弋 阳的 “四声谷”: 游客高喊一声后, 可以连续听到四次声音; 还可以拓展到双耳效应和 立体声的知识。 讲到固体传声时, 可以引导学生讨论: 人们在咀嚼坚果时, 为什么自己感觉到声 音很大而旁边的人几乎听不到咀嚼声? 然后介绍骨传导知识。 介绍超声波时, 可以引导学生讨论: 蝙蝠为何能在黑夜飞行, 从而引出回声定位; 还可以进一步讨论声呐与雷达的不同之处。 传扬古代中华民族在声现象研究中的成就时, 可以介绍天坛的回音壁和三音石、 战国时期的曾侯乙编钟、 7000 多年前的骨哨和骨笛, 探讨山西永济市境内的莺莺塔的 声学现象, 游客站在塔前击打石块, 声音经过多层塔檐反射后, 回声相继延迟, 可以 听到蟾鸣般的回声, 出现 “普救蟾声” 的奇妙现象。 据记载, 唐朝洛阳有一个老和尚, 有一天他得到一个磬, 结果那个磬常常半夜自 鸣, 老和尚疑神疑鬼, 被吓得生了一场大病。 后来经有学问的人指点, 才知道此磬与 前殿大钟的固有频率相同, 击彼应此, 故钟鸣磬响。 用发声的音叉接触悬挂着的乒乓球时, 会发现乒乓球被弹开的幅度时大时小, 没 有一定的规律。 主要原因是乒乓球被弹开一次后, 再与音叉接触时, 每次音叉的相位 不同, 乒乓球的速度也不同, 碰撞后乒乓球获得的能量也不同。 通过教师对这些知识的介绍, 学生对声现象的本质有了更多的了解, 不仅保持对 科学探索的兴趣与热情, 还在认识自然的过程中获得了成就感与自豪感。 (2) 科学态度 用钟罩实验研究真空能否传声时, 无论怎么抽气, 坐在前排的同学还是能隐约听到 微弱的声音, 这时教师不要回避现象, 要和学生探讨其中原因, 一是在现有条件下不可能抽成真空, 二是钟罩底座或者悬挂的细线会传声。 引导学生认识到: 在研究物理问题 时, 可以忽略次要矛盾, 抓主要矛盾, 在实验的基础上进行合理推理、 得出结论。 声音是一种波, 如何看见这种波呢? 可以借用示波器或者示波器软件, 来研究声 音的响度与振幅的关系、 声音的音调与声源频率的关系, 会看到不同乐器发声时的波 形不同。 通过了解贝多芬晚年失聪, 用牙齿咬着硬棒搭在钢琴上听声谱曲的故事, 引导学 生学习他对音乐热爱和追求的精神, 树立严谨认真的科学态度。 引导学生讨论: 百米赛跑的计时员能否通过听枪声准确计时? 利用探究的结论: 敲击和吹装有不同深度的水的玻璃杯发出声音的音调不同, 带 领学生制作小乐器 (比如水杯琴、 橡皮筋吉他), 培养学生实事求是、 尊重自然规律的 科学态度。 (3) 社会责任 学生通过学习了解噪声的形成、 危害、 控制和利用以及不可听声 (次声和超声) 的利用等, 了解倒车雷达、 超声导盲仪、 超声除草器、 超声波加湿器、 超声探伤仪、 超声波测速仪、 “水母耳” 次声预报仪、 语音识别系统等, 地震时敲击暖气片能把敲击 声传遍楼内各处, 以鲜活的事例引导学生关注科技对人类生活、 自然环境及社会发展 的影响, 培养环境保护、 可持续发展的意识, 用科学技术服务人类的意识, 以及民族 复兴大业的使命感与担当意识。 " ★实操性较强的初中物理教学指南★着重探讨教学实践中的创新与应用★促进师生之间的良性互动★达到教学相长之效果