运用智能手机APP Oscilloscope优化中学物理教学

作者:未知

  摘  要 以“声音的特性”的教学设计为例,介绍应用智能手机APP Oscilloscope优化中学物理教学,利用Oscilloscope显示声音不同的响度、音调、音色对应的波形图,实验效果明显,是一次成功的教学实践活动。
  关键词 智能手机APP;中学物理;Oscilloscope;实验教学;声音的特性
  中图分类号:G633.7    文献标识码:B
  文章编号:1671-489X(2019)23-0046-03
  1 前言
  随着智能手机的日益普及,智能手机APP遍地开花,应用智能手机为物理教学服务,为物理课堂增添新鲜元素,增强可操作性,易激发学生实验探究兴趣,增强课堂教学效果,培养学生的科学思维和科学探究的能力。
  2 智能手机APP Oscilloscope的优点
  1)与传统的示波器比较,Oscilloscope页面设置简单,操作方便,不用进行调节,直接打开APP便可使用,如图1所示。
  2)轻点一次手机屏幕,启动Oscilloscope的Hold键,可以固化任意一瞬间的波形图来截取图像(见图2),为实验教学的图像获取与分析提供便利。
  3)手机可以与计算机同屏,通过大屏幕同步显示实验现象,优化教学可视效果。
  3 教材分析
  声现象安排在人教版物理教科书八年级上册第二章,学生刚开始接触物理,须通过开展新颖有趣的物理实验激发学生学习物理的兴趣,并且通过物理的学习,让学生能够应用物理知识解决生活中的问题,充分理解物理学科的重要性。声音的特性是声现象这一章中最重要的内容,其教学目标如表1所示。
  4 教学过程
  探究响度与振幅的关系  教师播放两段音调相同的音乐,第一段音乐的音量较大,第二段音乐的音量较小,提问:同学们可以感受到两段音乐有什么不同?
  学生:第一段音乐听起来感觉比较大声,第二段音乐听起来感觉比较小声。
  教师:在物理学中,把声音的大小(强弱)叫作声音的响度。
  教师:用力敲音叉后,音叉产生的声音响度是如何变化的?
  学生:响度从大慢慢变小。
  教师:响度在从大变小的过程中,音叉的振动有没有什么变化?
  学生:没有看出来,音叉振动得比较快,并且振动幅度比较小,振动幅度的变化不容易直接用眼睛观察。
  教师:有没有办法设计一个实验,可以比较清晰看到物体振动幅度的变化?
  让学生小组讨论交流,设计实验的方案用图、文表达。教师给予适当的引导,鼓励学生发散思维,用不同的器材设计不同的实验方案,但应该遵循的原则是把微小的实验现象放大。学生经历“安静的沉思—活跃的讨论—教师的适当引导—对实验方案进行交流与评估”螺旋式上升的科学思维过程,制订两个实验方案。
  【方案1】
  1)实验器材:音叉、铁架台、乒乓球、细绳。实验装置如图3所示。
  2)实验步骤:
  ①用細绳的一端系好乒乓球,另一端固定在铁架台上;
  ②用小锤敲击音叉后,立刻让音叉贴近乒乓球。
  3)实验现象:随着听到音叉的声音响度变小,乒乓球被音叉弹开的幅度也越来越小,说明音叉振动的幅度也在变小。
  4)实验结论:声音的响度与振幅有关,振幅越大,响度越大。
  【方案2】
  1)实验器材:小鼓、纸屑。实验装置如图4所示。
  2)实验步骤:
  ①把小纸屑均匀地洒在鼓面上;
  ②用较大的力敲打鼓面,观察纸屑的跳动高度;
  ③再用较小的力敲打鼓面,观察纸屑的跳动高度。
  3)实验现象:用较大的力敲打鼓面,声音的响度较大,此时纸屑跳动的高度也较高,说明鼓面的振幅较大。
  4)实验结论:声音的响度与振幅有关,振幅越大,响度越大。
  学生能够利用身边可以获取的相关器材设计实验,把物体振动的幅度进行放大后再进行比较,在这个过程中培养了科学思维和科学探究能力。仔细分析可以发现,两个实验方案都是通过转换法来判断某一时刻振幅的大小,没有把响度随振幅变化而变化的完整过程展现出来。接下来,教师带领学生利用新的技术手段,把声音的响度随振幅变化关系通过声音的波形图直观地显示出来。设计如下实验方案。
  1)实验目的:探究声音的响度和振幅的关系。
  2)实验器材:智能手机、音叉。实验装置如图5所示。
  3)实验步骤:
  ①上课前在智能手机上安装APP Oscilloscope类示波器软件;
  ②手机屏幕与显示屏同屏并打开Oscilloscope,音叉放在手机旁边;
  ③敲击音叉,感受声音的响度变化并同时观察波形图的变化。
  4)实验现象见图6
  5)实验结论:声音的响度与振幅有关,振幅越大,响度越大。
  探究音调与频率的关系  教师展示两个不同型号的音叉,一个标有“512 Hz”,另一个标有“256 Hz”,提问:用同样的力分别敲击两个音叉,听到的声音有什么不同?
  学生:“512 Hz”的音叉产生的声音更“尖”,声音更高;“256 Hz”的音叉产生的声音更“沉”,声音更低。
  教师:在物理学中,声音的高低叫作音调,音调由什么因素来决定?
  学生:音调的高低由频率来决定。
  教师:请同学们阅读相关内容,思考什么是频率?频率的物理意义是什么?
  学生:物体每秒内振动的次数叫频率(f),单位是Hz,它表示物体振动的快慢。   教师:音叉标有“512 Hz”和“256 Hz”表示什么意思?产生声音时哪个音叉振动得更快?
  学生:“512 Hz”表示音叉每秒钟振动512次,“256 Hz”
  表示音叉每秒钟振动256次,因此,“512 Hz”的音叉振动得更快。
  教师用“512 Hz”和“256 Hz”再次进行演示实验,用同样的力分别敲击两个音叉,让学生感受声音高低的同时,仔细观察哪个音叉振动得更快?依据是什么?
  学生:無法看出哪个音叉振动得更快,因为两个音叉都振动得很快,无法用眼睛直接分辨快慢。
  为了克服教学难题,突破学生眼睛无法直接分辨的瓶颈,教师引导学生利用APP Oscilloscope把声音的音调和频率的关系通过声音的波形图直观地显示出来。设计如下实验方案。
  1)实验目的:探究声音的音调和频率的关系。
  2)实验器材:智能手机、音叉。实验装置如图7所示。
  3)实验步骤:
  ①在智能手机上安装APP Oscilloscope类示波器软件;
  ②手机屏幕与显示屏同屏,并打开Oscilloscope;
  ③敲击“512 Hz”音叉,待Oscilloscope显示波形图后进行截屏;
  ④敲击“256 Hz”音叉,待Oscilloscope显示波形图后进行截屏。
  4)实验现象见图8。
  5)实验结论:声音的音调与频率有关,频率越大,音调越高。
  音色  教师播放不同的歌手唱同一首歌,播放不同的乐器产生的声音,如吉他、长笛、钢琴、单簧管等,让学生感受不同的人(物)发出声音的区分度。不同的人(物)发出的声音都有自己本身的特色,叫作音色。
  让三个不同的学生分别用吉他、钢琴、长笛都发出C调1(dou),分别用三个不同的智能手机的Oscilloscope记录三个不同乐器发出声音的波形图,让学生观察不同的乐器发出C调1(dou)时波形图的异同,如图9所示。
  在人教版教材中,采用示波器进行实验,将话筒接在示波器的输入端,也能显示出不同的乐器发出相同音调时的波形图,实现同样的功能,但Oscilloscope使用起来更方便。
  5 结语
  本教学设计遵循学生的认知规律,从区分、感知声音的特性到实验探究分析,提髙学生科学探究能力,培养学生用科学证据说话的意识。学生在课堂上亲身感知声音响度、音调、音色的不同,同时应用智能手机APP Oscilloscope
  把不同响度、音调、音色的波形图显示出来,实验现象更具有直观性,实验具有一定创新性,可以有效帮助学生深刻理解声音的特性。实践表明,智能手机的应用为中学物理教学提供了新的思路和方法,值得推广。
  作者:苏凤,广州市番禺区象达中学(511483);苏东,广州市天河区东圃中学(510660)。
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