運(yùn)用智能手機(jī)APP Oscilloscope優(yōu)化中學(xué)物理教學(xué)

蘇鳳 蘇東

摘? 要 以“聲音的特性”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，介紹應(yīng)用智能手機(jī)APP Oscilloscope優(yōu)化中學(xué)物理教學(xué)，利用Oscilloscope顯示聲音不同的響度、音調(diào)、音色對(duì)應(yīng)的波形圖，實(shí)驗(yàn)效果明顯，是一次成功的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

關(guān)鍵詞 智能手機(jī)APP;中學(xué)物理;Oscilloscope;實(shí)驗(yàn)教學(xué);聲音的特性

中圖分類號(hào)：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）23-0046-03

1 前言

隨著智能手機(jī)的日益普及，智能手機(jī)APP遍地開(kāi)花，應(yīng)用智能手機(jī)為物理教學(xué)服務(wù)，為物理課堂增添新鮮元素，增強(qiáng)可操作性，易激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究興趣，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力。

2 智能手機(jī)APP Oscilloscope的優(yōu)點(diǎn)

1）與傳統(tǒng)的示波器比較，Oscilloscope頁(yè)面設(shè)置簡(jiǎn)單，操作方便，不用進(jìn)行調(diào)節(jié)，直接打開(kāi)APP便可使用，如圖1所示。

2）輕點(diǎn)一次手機(jī)屏幕，啟動(dòng)Oscilloscope的Hold鍵，可以固化任意一瞬間的波形圖來(lái)截取圖像（見(jiàn)圖2），為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的圖像獲取與分析提供便利。

3）手機(jī)可以與計(jì)算機(jī)同屏，通過(guò)大屏幕同步顯示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，優(yōu)化教學(xué)可視效果。

3 教材分析

聲現(xiàn)象安排在人教版物理教科書(shū)八年級(jí)上冊(cè)第二章，學(xué)生剛開(kāi)始接觸物理，須通過(guò)開(kāi)展新穎有趣的物理實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，并且通過(guò)物理的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠應(yīng)用物理知識(shí)解決生活中的問(wèn)題，充分理解物理學(xué)科的重要性。聲音的特性是聲現(xiàn)象這一章中最重要的內(nèi)容，其教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

4 教學(xué)過(guò)程

探究響度與振幅的關(guān)系? 教師播放兩段音調(diào)相同的音樂(lè)，第一段音樂(lè)的音量較大，第二段音樂(lè)的音量較小，提問(wèn)：同學(xué)們可以感受到兩段音樂(lè)有什么不同？

學(xué)生：第一段音樂(lè)聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)比較大聲，第二段音樂(lè)聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)比較小聲。

教師：在物理學(xué)中，把聲音的大?。◤?qiáng)弱）叫作聲音的響度。

教師：用力敲音叉后，音叉產(chǎn)生的聲音響度是如何變化的？

學(xué)生：響度從大慢慢變小。

教師：響度在從大變小的過(guò)程中，音叉的振動(dòng)有沒(méi)有什么變化？

學(xué)生：沒(méi)有看出來(lái)，音叉振動(dòng)得比較快，并且振動(dòng)幅度比較小，振動(dòng)幅度的變化不容易直接用眼睛觀察。

教師：有沒(méi)有辦法設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以比較清晰看到物體振動(dòng)幅度的變化？

讓學(xué)生小組討論交流，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案用圖、文表達(dá)。教師給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，用不同的器材設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，但應(yīng)該遵循的原則是把微小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大。學(xué)生經(jīng)歷“安靜的沉思—活躍的討論—教師的適當(dāng)引導(dǎo)—對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行交流與評(píng)估”螺旋式上升的科學(xué)思維過(guò)程，制訂兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。

【方案1】

1）實(shí)驗(yàn)器材：音叉、鐵架臺(tái)、乒乓球、細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①用細(xì)繩的一端系好乒乓球，另一端固定在鐵架臺(tái)上;

②用小錘敲擊音叉后，立刻讓音叉貼近乒乓球。

3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：隨著聽(tīng)到音叉的聲音響度變小，乒乓球被音叉彈開(kāi)的幅度也越來(lái)越小，說(shuō)明音叉振動(dòng)的幅度也在變小。

4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音的響度與振幅有關(guān)，振幅越大，響度越大。

【方案2】

1）實(shí)驗(yàn)器材：小鼓、紙屑。實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①把小紙屑均勻地灑在鼓面上;

②用較大的力敲打鼓面，觀察紙屑的跳動(dòng)高度;

③再用較小的力敲打鼓面，觀察紙屑的跳動(dòng)高度。

3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用較大的力敲打鼓面，聲音的響度較大，此時(shí)紙屑跳動(dòng)的高度也較高，說(shuō)明鼓面的振幅較大。

4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音的響度與振幅有關(guān)，振幅越大，響度越大。

學(xué)生能夠利用身邊可以獲取的相關(guān)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，把物體振動(dòng)的幅度進(jìn)行放大后再進(jìn)行比較，在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)了科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案都是通過(guò)轉(zhuǎn)換法來(lái)判斷某一時(shí)刻振幅的大小，沒(méi)有把響度隨振幅變化而變化的完整過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)。接下來(lái)，教師帶領(lǐng)學(xué)生利用新的技術(shù)手段，把聲音的響度隨振幅變化關(guān)系通過(guò)聲音的波形圖直觀地顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案。

1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄柯曇舻捻懚群驼穹年P(guān)系。

2）實(shí)驗(yàn)器材：智能手機(jī)、音叉。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

3）實(shí)驗(yàn)步驟：

①上課前在智能手機(jī)上安裝APP Oscilloscope類示波器軟件;

②手機(jī)屏幕與顯示屏同屏并打開(kāi)Oscilloscope，音叉放在手機(jī)旁邊;

③敲擊音叉，感受聲音的響度變化并同時(shí)觀察波形圖的變化。

4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)圖6

5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音的響度與振幅有關(guān)，振幅越大，響度越大。

探究音調(diào)與頻率的關(guān)系? 教師展示兩個(gè)不同型號(hào)的音叉，一個(gè)標(biāo)有“512 Hz”，另一個(gè)標(biāo)有“256 Hz”，提問(wèn)：用同樣的力分別敲擊兩個(gè)音叉，聽(tīng)到的聲音有什么不同？

學(xué)生：“512 Hz”的音叉產(chǎn)生的聲音更“尖”，聲音更高;“256 Hz”的音叉產(chǎn)生的聲音更“沉”，聲音更低。

教師：在物理學(xué)中，聲音的高低叫作音調(diào)，音調(diào)由什么因素來(lái)決定？

學(xué)生：音調(diào)的高低由頻率來(lái)決定。

教師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀相關(guān)內(nèi)容，思考什么是頻率？頻率的物理意義是什么？

學(xué)生：物體每秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)叫頻率（f），單位是Hz，它表示物體振動(dòng)的快慢。

教師：音叉標(biāo)有“512 Hz”和“256 Hz”表示什么意思？產(chǎn)生聲音時(shí)哪個(gè)音叉振動(dòng)得更快？

學(xué)生：“512 Hz”表示音叉每秒鐘振動(dòng)512次，“256 Hz”

表示音叉每秒鐘振動(dòng)256次，因此，“512 Hz”的音叉振動(dòng)得更快。

教師用“512 Hz”和“256 Hz”再次進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，用同樣的力分別敲擊兩個(gè)音叉，讓學(xué)生感受聲音高低的同時(shí)，仔細(xì)觀察哪個(gè)音叉振動(dòng)得更快？依據(jù)是什么？

學(xué)生：無(wú)法看出哪個(gè)音叉振動(dòng)得更快，因?yàn)閮蓚€(gè)音叉都振動(dòng)得很快，無(wú)法用眼睛直接分辨快慢。

為了克服教學(xué)難題，突破學(xué)生眼睛無(wú)法直接分辨的瓶頸，教師引導(dǎo)學(xué)生利用APP Oscilloscope把聲音的音調(diào)和頻率的關(guān)系通過(guò)聲音的波形圖直觀地顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案。

1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄柯曇舻囊粽{(diào)和頻率的關(guān)系。

2）實(shí)驗(yàn)器材：智能手機(jī)、音叉。實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示。

3）實(shí)驗(yàn)步驟：

①在智能手機(jī)上安裝APP Oscilloscope類示波器軟件;

②手機(jī)屏幕與顯示屏同屏，并打開(kāi)Oscilloscope;

③敲擊“512 Hz”音叉，待Oscilloscope顯示波形圖后進(jìn)行截屏;

④敲擊“256 Hz”音叉，待Oscilloscope顯示波形圖后進(jìn)行截屏。

4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)圖8。

5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音的音調(diào)與頻率有關(guān)，頻率越大，音調(diào)越高。

音色? 教師播放不同的歌手唱同一首歌，播放不同的樂(lè)器產(chǎn)生的聲音，如吉他、長(zhǎng)笛、鋼琴、單簧管等，讓學(xué)生感受不同的人（物）發(fā)出聲音的區(qū)分度。不同的人（物）發(fā)出的聲音都有自己本身的特色，叫作音色。

讓三個(gè)不同的學(xué)生分別用吉他、鋼琴、長(zhǎng)笛都發(fā)出C調(diào)1（dou），分別用三個(gè)不同的智能手機(jī)的Oscilloscope記錄三個(gè)不同樂(lè)器發(fā)出聲音的波形圖，讓學(xué)生觀察不同的樂(lè)器發(fā)出C調(diào)1（dou）時(shí)波形圖的異同，如圖9所示。

在人教版教材中，采用示波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將話筒接在示波器的輸入端，也能顯示出不同的樂(lè)器發(fā)出相同音調(diào)時(shí)的波形圖，實(shí)現(xiàn)同樣的功能，但Oscilloscope使用起來(lái)更方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本教學(xué)設(shè)計(jì)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從區(qū)分、感知聲音的特性到實(shí)驗(yàn)探究分析，提髙學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)證據(jù)說(shuō)話的意識(shí)。學(xué)生在課堂上親身感知聲音響度、音調(diào)、音色的不同，同時(shí)應(yīng)用智能手機(jī)APP Oscilloscope

把不同響度、音調(diào)、音色的波形圖顯示出來(lái)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更具有直觀性，實(shí)驗(yàn)具有一定創(chuàng)新性，可以有效幫助學(xué)生深刻理解聲音的特性。實(shí)踐表明，智能手機(jī)的應(yīng)用為中學(xué)物理教學(xué)提供了新的思路和方法，值得推廣。

作者：蘇鳳，廣州市番禺區(qū)象達(dá)中學(xué)（511483）;蘇東，廣州市天河區(qū)東圃中學(xué)（510660）。