虚拟与真实互补，艺术与物理同台

姚佳

● 创新整合点

①使用中央电化教育馆虚拟实验教学服务系统（以下简称“虚拟实验系统”）为学生动态展示不同乐器发声时的波形变化，从视觉、听觉上实现振幅、频率、音调、响度、音色等物理概念的技巧性突破。

②使用平板交互实现师生信息实时共享、高效互动。

③使用武汉教育云平台的互动课堂，无缝切换教学PPT、视频、手机直播等多种媒体资源。

④将原创“战疫”歌曲《最美的星星》用于教学，通过感恩教育让学生们知恩、感恩。

⑤让古琴走进物理课堂，带领学生感悟古琴的魅力，突出中国优秀传统文化的核心和内涵。

● 教材分析

本节课是人教版物理八年级上册《声现象》中的第二节《声音的特性》。本节重点是响度、音调、音色的认识以及影响因素。在新的教材体系中，声现象是学生学习机械运动后接触的又一类物理现象。本节知识的学习对学生构建声现象体系至关重要。

● 学情分析

声现象在生活中无处不在，学生对这一章的内容非常感兴趣，但对于刚开始了解并参与学习物理的八年级学生来说，他们对物理探究活动比较陌生，在实验中归纳总结的能力不足。

● 教学目标

知识与技能目标：①知道响度、音调、音色是声音的三个特性;②知道响度与振幅的关系、音调与频率的关系，了解音色与发声体的材料和结构有关;③了解超声波和次声波。

过程与方法目标：通过演示、观察、探究、活动等方法，形成比较、归纳、总结问题的能力，并能从中体验转换法与控制变量法两种探究方法。

情感态度与价值观目标：从活动中激发和培养学习兴趣，通过参与和体验充分调动学习物理的积极性。

● 教学环境与准备

教学环境：①希沃交互式电子白板;②天喻武汉教育云;③虚拟实验系统。

教学准备：原创歌曲《最美的星星》MV等视频资源;音叉、悬挂乒乓球的铁架台、50cm长钢尺、古琴、水瓶琴、拇指琴、铝片琴、八音盒等教具。

● 教学过程

1.原创战“疫”歌曲引入新课

教师播放歌曲《最美的星星》，学生聆听。

师：你们听出了几个人的声音？是怎么分辨出来的？

生：兩个人的声音，因为他们的音色不同。

教师评价：很棒！音色是声音的特性之一。今天我们就从“音色”开始，一起来学习声音的特性。（板书：1.音色——声音的特性

设计意图：引入部分运用了教师本人作词作曲、女儿演唱的战“疫”歌曲《最美的星星》，在契合教学内容的同时，教育学生懂得知恩，要有感恩之心。

2.奏响乐器，认识音色

师：“音色”就是声音的特色。（板书：声音的特色）老师今天带来了很多乐器，大家听听看，你觉得它们的音色相同吗？

教师演示，让不同的乐器发声。

生齐答：不同！

师追问：你觉得是什么影响了这些乐器的音色呢？

教师展示乐器。

生：发声体的结构、材料不一样，它们发出的声音音色不同。

教师对学生的回答给予肯定。（板书：音色与发声体的材料、结构有关）

设计意图：在教学安排上，这里做了一个顺序的调整，将音色作为声音的第一个特性先进行学习，因为音色是三个特性中最好理解的一个特性。此环节展示的乐器亦是为后面的教学做铺垫。

3.虚实结合，初识声波图

探究一：识别不同音色的声波图

教师打开虚拟实验系统中的3D实验交互课件，敲击虚拟实验室中的音叉和钢琴。

生：两种声波图看起来形状不一样。

教师小结：所以，不同的音色，它们的波形图形状不同。

探究二：认识响度

教师敲响实物教具音叉，引导学生再次聆听声音的变化。

师：你从刚才的声音中听出了什么变化？

生：声音越来越小，最后听不到了。

师：很棒！物理学中把声音的大小叫作“响度”。（板书：2.响度——声音的大小）

教师提示学生再仔细听一次虚拟示波器中音叉发出的声音，观察示波器显示的声波图有什么变化。接着，教师敲击虚拟音叉do这个音。

师：大家结合听到的响度变化以及看到的波形变化，有什么新发现呢？

生：响度越小，声波偏离原来直线的位置越小;响度越大，声波偏离原来直线的距离越大。

师：不错！这个偏离原来直线的位置，称为振动的幅度，也叫振幅。

如果我把音叉拿到楼下操场上去敲击，请问你们坐在这里，还能听到吗？或者说还能听得这么清晰吗？

生：听不到。

师：所以，我们听到的声音是否响亮，除了与响度大小有关以外，还与距离发声体的远近有关。如果想增大音叉发声的响度，我们可以怎么做呢？

生：用力敲击。

学生体会不同力度作用下响度的大小变化，同时发现响度是变大了，但音叉的振幅变化看不清楚，此处教师介绍转换法的思想。

教师展示“探究响度与什么因素有关”的实验教具，播放虚拟实验视频。学生认真听教师讲解。

设计意图：虚拟实验系统为学生动态展示了发声体发声时的波形变化，从视觉、听觉上都更加直观，使音色、响度、振幅等物理概念理解起来非常容易，从本质上实现了技巧性突破。

3.使用COOLEDIT调试响度，学以致用

教师再次播放《最美的星星》这首歌曲，学生发现人声响度太小，与伴奏不协调。教师展示COOLEDIT音乐软件中的人声和伴奏两条音频波形，学生观察并分享。

生：伴奏的波形振幅很大而人声的波形振幅很小。

师：那我们怎么做才可以解决这个问题呢？

生：把人声的振幅变大。

教师播放调整之后的效果，问题完美解决。

设计意图：通过这个环节，学生可以直观看到人声振幅的增大确实解决了与伴奏声音不和谐的问题，大大激发了学习物理的兴趣，同时又开拓了眼界。

4.自主探究，认识音调

教师播放一首搞笑歌曲，并请学生分享听后的感受，从“跑调”引出声音的第三个特性——音调。（板书：3.音调——声音的高低）

师：音调的高低与什么因素有关呢？接下来我们通过一个实验来探究一下。

教师引导学生回归课本，仔细阅读实验细节。

学生认真阅读。

师：实验中要观察什么？注意什么？

生：观察钢尺伸出桌面的长短以及振动的快慢，听声音的高低变化。

教师补充实验操作细节，学生认真听教师讲解。

学生开始小组实验。同时，教师将各种乐器分发给完成实验的小组，感受不同乐器的发声原理和发声规律。

教师下发实验报告提交指令，学生使用平板电脑上传实验报告并分享。

生1：钢尺伸出桌面越长，振动越慢，音调越低。

生2：最后钢尺伸出很长的时候，振动明显变慢，声音也听不见了。

教师补充物理量“频率”相关知识，展示“人和一些动物的发声和听觉的频率范围”小资料，介绍次声波和超声波。

师：大象可以听到的最低频率是多少？

生：1Hz。

师：一般在地震、火山等地质灾害发生的时候会伴随着发出次声波。像大象这样的动物为什么能够在地震到来之前有所察觉呢？

生：它们听到了人耳听不见的次声波。

设计意图：学生以小组为单位自主探究音调的影响因素，能够通过自主探究中发现的“振動过慢则听不见声音”这一物理现象进一步认识并了解人耳听不见的次声波与超声波，充分体现学生的主观能动性。

5.由虚到实，举一反三

师：刚才我们在虚拟示波器上找出了不同响度、不同音色的波形的区别，我们看看不同频率的波形图又有什么变化。

教师敲响不同频率的虚拟音叉，引导学生观察高、低两种频率的声波图。

师：这两个波形图有什么不同呢？

生：音调高的波形更密集，音调低的波形更稀疏。

师：没错。高音调的波形更密集，频率更高;低音调的波形较稀疏，频率较低。

学生活动1：由之前获得铝片琴和八音盒的小组分享他们的发现并得出“振动的部分越长，音调越低”的结论。

学生活动2：由教师提供一组打乱了顺序的水瓶琴，由学生上台完成水瓶琴顺序的正确摆放。值得注意的是，敲击瓶身是引起瓶中水的振动而发声，而吹瓶口则是瓶中空气的振动而发声。

设计意图：音调是三个特性中最难理解的部分，把音调调整到音色和响度之后，结合3D虚拟实验，可顺利突破难点。在音调的学习中，不管是学生分享各种乐器的发声规律，还是音调排序小游戏，都在活跃课堂气氛的同时更进一步加深学生对音调的了解，使其真正实现学以致用。

6.让古琴走进物理课堂，体味中国传统文化

学生首先通过平板电脑分享自己在课前查找的古琴资料。接下来，由教师展示一张古琴，通过手机直播的方式，和学生们一起探索古琴的发声原理。

教师小结：古琴距今已有三千多年历史。2003年，中国古琴被选为世界非物质文化遗产，古琴曲《流水》更是在1977年被宇宙飞船送入外太空，这是我们中华民族的瑰宝！

最后，在教师弹奏的古琴曲《流水》中结束本节课的学习。

● 教学反思

①现代教学技术和传统教学手段巧妙融合。本节课多次使用的虚拟实验系统对重难点的突破起到了非常积极的作用。学生们可以很直观地通过动态的波形图发现波形的变化并总结规律。多次使用的平板电脑的交互功能可以快速收集学生提交的信息并展示在大屏幕共享，课堂节奏快、容量大。利用武汉教育云平台的教学助手无缝切换教学PPT、视频、手机直播等多种媒体资源，切换流畅、便捷。

②物理与音乐两条主线一明一暗碰撞出别样的火花。从物理概念的理解到歌曲创作中人声的处理，从自主探究音调的影响因素到八音盒、铝片琴演奏时音调变化的正确认识，从抽象的物理声波的识别到了解古琴的演奏原理，本节课将动听的音乐和优美的旋律融于丰富的物理知识中，实现了物理与艺术的深度融合。

③情感教育多角度渗透。选用原创战“疫”歌曲，通过感恩教育让学生们知恩，有感恩之心。同时，让学生认识并了解了中国非物质文化遗产中最古老的弹拨乐器——古琴，增强学生的民族自尊心、自信心和自豪感，弘扬以爱国主义为核心的民族精神。