“声音的特性”高端备课

(首都师范大学物理系，北京 100048)

1 问题的提出与分析

声音的特性作为初中声现象一章的重点内容，是在学生学习了声音产生与传播的基础上，从物理学角度更加深入地了解声音、认识声音。本节内容中名词、概念繁多，一直以来都是初中物理教学的重点和难点。现行的教学设计并未彰显物理本质，有鉴于此，我们从高端备课的视角对本节内容进行深入研究。

现行人教版教材“声音的特性”一节采用实验探究的方式，试图通过演示实验找出影响声音特性的因素。教材首先给出音调、响度的概念，然后分别通过拨动伸出桌面的钢尺，探究音调和频率之间的关系。并通过示波器分析波形，进一步验证上述探究实验结论的正确性。随后，教材通过发声的音叉弹开乒乓球实验，探究声音的响度和振幅的关系。接着提出问题：音调、响度相同的不同物体发出的声音不同。音色的概念随即给出，并通过呈现不同乐器的波形来进一步深化学生对音色的理解[1]。

我们认为，教材的编排中有三个问题值得探讨。第一，演示实验的选取过于粗糙。教材选用钢尺、音叉和乒乓球作为实验器材，虽贴近学生生活，但实验现象并不明显，学生用肉眼观察，很难得出准确的物理规律。第二，教材虽给出声音的波形，但未建立起声音的波形与声音特性之间的内在联系，没有解释为什么可以通过声音的波形判断声音的特性，从而不能对声音特性进行更深层次的理解。第三，教材所呈现的声音三个特性是零散的，没有体现出它们之间的相互联系，致使学生不能很好地形成结构化的知识。因此，本节高端备课通过示波器演示实验，介绍描述声音波形的基本物理量，建立声音特性与声音波形之间的联系，以期对声音的特性教学有所启示。

2 教学设计与阐释

(1)生活铺垫，初步链接声音本质

声音与生活的联系非常紧密，然而对于刚接触物理的初二学生，声音三点特性的概念却是陌生的。本节课伊始从音乐导入，可以调动学生对声音的实际感知，婉转悠扬的旋律可以为声音三个特性的教学起到铺垫和链接作用，有助于消解学生头脑中对声音特性的陌生感。同时可以向学生渗透物理学是对生活现象的归纳和概括的思想，从而使学生产生运用物理知识解释生活现象的内在动机。

如前所述，教材所呈现的演示实验不能显示清晰明了的实验现象，不利于学生对声音特性的直观把握，不利于建立声音波形和声音特性之间的联系。有鉴于此，我们利用示波器做如下演示实验。

图1

演示实验一：将任一音叉发出的声音输入示波器得到如图1所示的波形，声音是由物体振动产生的，声音的本质是波。由于初中生第一次接触波形图，所以不宜讲解的过于深入，只要求学生通过声音的振动波形图判断出周期和振幅的大小，知道周期越小、频率越大、振动越快即可。

(2)实验对比，探析响度影响机制

由于声音有响度、音调、音色三个特性，探究任一特性的影响因素时需要保证其它两点特性完全相同，即比较要选取相同标准。比如探究影响音调的因素，则需保证声音的响度和音色完全相同。在实验过程中，需向学生说明“比较”的前提是排除无关变量的干扰，保证无关变量完全相同，将“比较要选取相同标准”的思想渗透在每一步操作中，让学生充分体会和把握该思想的内涵。

图2

演示实验二：为保证频率和音色相同，选用同一个音叉，用大小不同的力敲击，将音叉发出的声音信号输入示波器，得到每次敲击音叉发出声音的波形图(如图2)。响度指声音的强弱，根据示波器屏幕上显示的波形，学生可非常直观的观察到声音响度与振动幅度的正相关关系：同一个音叉波形的振动幅度越大，声音响度越大。

(3)图像分析，发掘音调制约条件

图3

演示实验三：选取两个不同频率的音叉，用相同的力敲击，将音叉发出的声音信号分别输入示波器，得到每个音叉发出声音的波形图，如图3所示。对比两个声音的振动图像，可以非常直观的发现音调的高低与波形的疏密程度有关。波形的疏密程度直接决定了频率的高低，显示在振动图像上即为波形越密，频率越高，音调越高；波形越疏，频率越低，音调越低。

(4)波形演示，洞察音色决定因素

演示实验四：音色是发声体的一种感官属性，可以通过它区别出相同音调、响度的不同发声体的声音。为了向学生介绍音色，将音调、响度相同的钢琴、黑管发出的声音信号输入示波器，得到如图4所示的波形图，钢琴、黑管发出声音的波形图体现了不同的特色。

钢琴 黑管

3 研究总结与讨论

纵览以上高端备课，我们得到以下三点启示：

(1)注意教学实验的选取

在中学物理教学中，教学实验的选取非常重要，特别是对于处在具体运算阶段的初中生而言，生动直观的实验现象可以促进学生对晦涩难懂的物理规律进行深入理解。所以选取的教学实验不仅要从视觉上给学生以直观的感受，更要向学生呈现清晰、直观的物理现象。本节高端备课从示波器演示实验入手，将声音的波形完整、直观的呈现在屏幕上，实验现象明晰、易见。

(2)重视展现“比较”的物理思想

本节课以“比较”的思想为指导进行实验设计、操作和现象分析。通过比较相同条件下的两组波形，找出其中的相同点和不同点，从而直观的得出声音三点特性的影响因素。通过凸显“比较”思想，不但可以使初中生深刻理解声音特性的影响因素，还可以促进学生形成实验需要控制变量的意识，进一步培养学生解决物理问题的能力。

(3)注重物理概念的直观化表述

高端备课通过直观而明晰的实验现象使学生清楚的判断出影响声音三点特性的因素，并将声音响度的大小、音调的高低、音色的不同与波形的振动幅度、疏密程度和不同的波形特色结合起来，从而在得出物理规律的同时，对物理概念和规律进行了直观表述。这样的处理方式可以促进学生形成清晰的物理概念，掌握物理规律，从而更好的将知识纳入到认知结构中，并最终达到促进认知水平发展的目的。

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.物理(八年级上册)[M]北京：人民教育出版社，2012，：32～36.

[2]许国梁.中学物理教学法[M].北京：高等教育出版社，1996：119～125.

[3]邢红军,陈清梅,胡扬洋.科学方法纳入《课程标准》：基础教育课程改革的重大理论问题[J].教育科学研究，2013，(7).