“雙減”背景下“問、探、拓、矯”教學模式實踐研究

摘? ?要：以聲音波形可視化的教學為例，通過對相關實驗的改進、優化和創新，提高科學探究的信度、廣度、效度和深度，完成知識的建構、內化和升華，提高課堂教學質量，培養學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：科學探究；深度；可視化

“雙減”背景下“問、探、拓、矯”教學模式以立德樹人為根本導向，結合《義務教育物理課程標準（2022年版）》，對學生預期的學習成果進行思維層次分類，改進教學方式，培養學生的價值觀、必備品格和關鍵能力。“問”指的是問題鏈：教師根據學生的知識儲備現狀和提出的問題，預設一組有中心、層層遞進、相對獨立而又彼此關聯的問題鏈，喚醒學生記憶中碎片化的知識，完成知識的構建、融合、應用、創新，構建思維型課堂，發展學生的科學思維^{[ 1 ]}；“探”指的是實驗探究：教師結合物理學發展史，重現科學家的探索歷程，引導學生設計和優化實驗探究方案，讓學生經歷科學探究的全過程，學習科學探究方法，提高學生的科學探究能力、分析論證能力和用物理語言進行精準表述的能力；“拓”指的是創新性拓展：教師在新課結束后根據學生對知識的掌握情況，對學生的作業進行創新性拓展，設計家庭小實驗、調查報告、研究性學習等，讓學生將自己課堂所學知識進行深度加工，培養學生的批判性思維能力、與同伴有效合作能力、自我指導和反饋能力，同時有效地減輕學生的課業負擔。“矯”指的是科學矯治：教師對學生的學習情況進行診斷，判斷學生的學習成果是否符合教學意向，采取補救性矯治措施，全面提高學生的物理學科核心素養。現以聲音波形可視化的教學為例^{[ 2 ]}，探討如何通過有效的科學探究，進行深度物理課堂教學，提高學生的物理學科核心素養。

1? 挖掘探究內容，思考科學探究信度

在滬科版八年級物理“聲音的特性”這一節課中，教材將音調的概念界定為發聲體振動的快慢，并采用音調高低演示儀（如圖1所示）來說明音調與頻率的關系。三個齒數不同的同軸齒輪在飛輪的帶動下以相同的轉速旋轉，硬卡片分別與三個齒輪接觸，硬卡片振動發聲，學生比較三次實驗得出結論：齒數越多，卡片發出的聲音音調越高，音調的高低由振動的快慢決定。由于卡片振動較快，振動的頻率無法定量測量，因此采用音調高低演示儀做演示實驗，難以觀察清楚并得出準確的結論，實驗效果不理想。

教師在教學過程中通常利用示波器將聲音的波形可視化，試圖通過讓學生觀察波形的疏密程度來加深的音調概念的理解。首先，輕敲音叉，讓學生聆聽音叉的聲音并觀察示波器里的波形（如圖2所示），隨著時間的推移，響度逐漸減弱，示波器上聲波的振幅減小，但音調不變，疏密程度不變；接著換用頻率不同的音叉再做一次實驗。由此得出結論：音調的高低由頻率決定，與振幅無關。利用示波器教學將聲音的波形可視化，有助于學生對音調概念的理解，但也存在缺陷：學生難以理解聲音為什么可以轉化為波形；音叉的音量較小，學生對音叉的響度辨識不清。

以上兩種探究方案，科學探究的信度都有待提升。

2? 開拓自制教具，延伸科學探究的廣度

自制示波器的原理如圖3所示，通過紙杯和激光筆將人體的聲音信號轉化為光信號，再通過旋轉的平面鏡將光信號轉化為光的運動軌跡，進行聽覺和視覺的同步展示。具體的制作過程如下。

（1）如圖4所示，用鐵絲和固定帽將激光筆固定在紙杯上，制成一個聲音收集器。接通激光筆電源，激光筆發射出激光，墻壁上出現一個光點。人體對著杯口發聲，紙杯發生振動，激光筆也會跟著振動，墻壁上的光點也隨之振動。

（2）如圖5所示，將四塊平面鏡黏貼在長方體木塊的四個表面上，制成一個四面反光的立柱。將平面鏡立柱固定在轉速可調的電動旋轉臺上。接通電源時，平面鏡立柱會隨著電動旋轉臺一起勻速旋轉。

（3）將聲音收集器、平面鏡、電動旋轉臺固定在底座上（如圖5所示），接通激光筆和電動旋轉臺的電源，激光筆發射的激光束照射到旋轉的平面鏡上發生反射，這時墻壁上出現一條平直的光線 （如圖6所示）。

（4）人體對著聲音收集器大聲發出“1（Do）”的聲音，墻壁上出現聲音的波形（如圖7所示）。

（5）控制人體發出的聲音響度相同，發出“5（so）”的聲音，可以在墻壁上觀察到波形的疏密程度不同，振幅相同。

自制示波器將聲音信號轉化為光信號，實現聲音的波形可視化，學生容易理解為什么聲音可以轉化為波形，也能深刻體會音調與頻率的關系。教學過程中可以邀請學生對著紙杯演唱歌曲，進行聲音的采集，觀察自己聲音的波形，也可以在紙杯中植入揚聲器，播放不同樂器的演奏，觀察不同樂器的聲音波形，延伸科學探究的廣度，提高科學探究的趣味性。

3? 使用數字技術，提高科學探究效度

與傳統的示波器相比，計算機操作更為簡單，功能也更加豐富。借助Audacity軟件，可以用計算機播放聲音并通過大屏幕展示聲音的波形，獲得的波形更加真實，實驗數據也更加準確。

（1）啟動軟件，打開“生成單音”對話框（如圖8所示），輸入頻率200 Hz和振幅為1，單擊播放按鈕，就可以聽到這段聲音并在屏幕上觀察到所對應的波形（如圖9所示）。

（2）將頻率調為400 Hz，振幅1，單擊播放按鈕，可以聽到聲音的響度不變，音調明顯變高。同時在屏幕上可以觀察到波形的振幅不變，但明顯變得密集許多（如圖10所示）。

（3）保持頻率400 Hz不變，振幅調整為0.5，單擊播放按鈕，可以聽到聲音的響度明顯減弱，但音調不變。同時在屏幕上可以觀察到波形的振幅變為原來的一半，但疏密程度不變（如圖11所示）。

使用數字媒介技術，可以獲取靜態的波形圖，學生能從圖像上獲取時間、振幅等關鍵信息^{[ 3 ]}。學生可以從圖像上計算出單位時間內振動的次數——聲波的頻率。有益于學生對頻率概念的理解，提高科學探究效度。

4? 創拓課后作業，提升科學探究深度

階段性課程結束后，要對學生的作業進行創新性拓展，讓學生將自己課堂所學知識進行深度加工，延伸科學探究廣度。教師可提供相關器材，讓學生萌發出新的問題，自主設計科學探究方案，成為新問題的解決者，內化和升華所學知識。培養學生的批判性思維能力、與同伴有效合作能力、自我指導和反饋能力，同時有效地減輕學生的課業負擔。

（1）教師提供線圈、磁鐵、靈敏電流計等讓學生自主探究。如圖12所示，將自制“聲音收集器”中的激光筆換成線圈，接入靈敏電流計，組成一個閉合回路。線圈的部分導體放在一個強磁場中。當發聲體振動時，線圈也會跟著振動，線圈切割磁感線產生感應電流。通過靈敏電流計的指針偏轉的快慢和角度，來驗證音調和頻率的關系。若學生制作成功，可以進行全班展示，并給予充分肯定，若制作失敗，也可以和學生一起分析問題產的原因，并提出改進的方案。

（2）學生利用吉它、手機等器材來探究音調和頻率的關系^{[ 4 ]}。如圖13所示，手機下載并打開ＧuitarTuna調音軟件，撥動吉他的Ｅ弦，琴弦振動發聲，音調顯示為（-32），說明音調偏低；調緊E琴弦，重做一次實驗，學生聆聽并觀察軟件顯示的音調示數變化。

5? 結束語

“雙減”減的是義務教育階段學生的作業負擔和校外培訓負擔，不是減教學質量，這對教師的課堂教學提出了更高的要求。教師要做“優”課內：在更加有限的教學時間里，做好各類演示、分組實驗并通過相關實驗的改進、優化、創新，完成知識的構建、內化和升華，提高課堂教學的信度、效度、廣度和深度。學生的作業要控量高效：教師可布置拓展性作業，并讓學生嘗試撰寫實驗報告，培養學生運用物理語言對所經歷的探究情景進行精準地概括、演繹和歸納的能力。教師再根據學生的學習情況進行診斷，判斷學生的學習成果是否符合教學意向，并采取補救性矯治措施，全面提高學生的物理學科核心素養。

參考文獻：

［1］ 修金文.基于遞進式問題鏈的深度物理課堂教學：以制作“電子測力計”過程的分析為例 [Ｊ].物理教學，2021（3）：43-45.

［2］ 羅硯馨，熊華.“探究音調和頻率的關系”創新實驗3則[Ｊ].物理教師，2019（11）：50-54.

［3］ 郁志蕓. 以電腦示波代替人眼判斷的數字化實驗案例：以探究聲音的特性為例[J].物理教學，2016（7）：27-29.

［4］ 羅思遠，吳錦霞，王笑君.智能手機在“聲音的特性”教學中的應用[J].物理教學，2020（1）：78-80.

福建省石獅市2022年基礎教育教學改革專項課題：“雙減”背景下深度物理課堂提質增效實踐研究（SJGZX2022-83）研究成果