运用智能手机APP Oscilloscope优化中学物理教学

    苏凤 苏东

    

    

    

    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）。