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初中物理“声现象”教材介绍

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  【课程标准的要来】
  ·通过实验探究,初步认识声产生和传播的条件。
  ·了解乐音的特性。
  ·了解现代技术中与声有关的应用。
  ·知道防治噪声的途径。
  【教材说明】
  人们接收外界信息的一个重要途径是通过声音的传播。各种声现象充满了人们的生活,而对声现象的了解也易于通过有趣的、易操作的探究活动来进行,使学生在学习知识的同时,培养他们的观察能力、初步的探究物理规律的能力,以及应用物理规律解释物理现象的能力等。从学生兴趣出发来设计教材的结构,这是把“声现象”作为本套教材第一章的初衷。
  为了实现课程目标,本章教材安排了若干随堂实验探究活动,例如“探究声音是怎样产生的”“探究决定音调高低的因素”等。应该说,这些探究活动与科学家的实际探究过程有很大差距,例如,问题的提出不是由学生自主完成的,实验过程也相对很简单。这样的设计,是根据八年级学生的心理特点和认知水平决定的,应该说,学生学习本章内容时,对探究活动相当陌生,处于初级阶段。
  本章内容特别注意使学生了解声音在生活、生产和社会等方面的应用和对人类生活的影响,例如“骨传导”“双耳效应”“声与信息”“噪声的危害与控制”等,体现了“从生活走向物理,从物理走向社会”的新的课程理念。教学中还应结合本地的实际情况,加强与实际的联系,使学生加强对生活中的科学和技术理解,获得更多的实际知识,适应现代化的生活,对科学学习产生兴趣。
  本套教材精心安排了每一章的章首图,还为这些图片配上相应小的散文,力图牢牢抓住学生的心。
  本章的章首图是一队行走中的大象。我们在动物园观察中知道,大象的活动通常是无声无息的。那么,大象的活动跟声音有什么关系?这无声中蕴含着什么?这对学生的认知产生了冲突,可以激发学生进一步学习、探究的欲望。本图不像其他一些图(如编钟、锣鼓)更具有明显的声特征,反而会使学生想知道其中的奥妙。本图由于立意比较新鲜、奇特,教学中会有意想不到的效果。
  一、声音的产生和传播
  【教学目标】
  1.知识与技能
  ·通过观察和实验初步认识声音产生和传播的条件。
  ·知道声音是由物体振动发生的。
  ·知道声音传播需要介质,声音在不同介质中传播的速度不同。
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  2.过程与方法。
  ·通过观察和实验的方法探究声音是如何产生的?声音是如何传播的?
  ·通过学习活动,锻炼学生初步的观察能力和初步的研究问题的方法。
  3.情感、态度与价值观。
  ·通过教师、学生双边的教学活动,激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲望,使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
  ·注意在活动中培养学生善于与其他同学合作的意识。
  【教学建议】
  (一)声音的产生
  声现象丰富多彩。教材用图介绍不同物体发声的图景:声带的振动、水撞击石头引起空气的振动、工件和砂轮相互磨擦引起他们的振动、以及青蛙通过气囊的振动等,从不同的方面给出了声音产生的情况,使学生可认识物体发声时都要振动的共同特征。教学中最好组织学生互相讨论,交流生活中有关的现象和体验。
  在学生讨论获得基本认识的基础上,让学生动手做一些活动(如尺子振动发声、声带振动发声、击打纸片发声等),来进一步探究物体发声时的都发生振动基本特征。这一章的“探究”相对后面的几章而言比较容易,教学中应注意让学生体会探究问题的一般方法。活动中应尽可能地发挥学生的主动性,最好让学生自己设计通过做什么样的活动,达到观察物体是怎样发声的目的。也可以将学生的讨论声音是怎样产生的与探究活动,结合在一起展开教学,让学生边活动、边探讨,最后归纳出“声音是由物体的振动产生”的结论。
  (二)声音的传播
  教学中应使学生体会到,要想使声音从发声地传播出去,必须要有传播的载体──介质。教材对固、气、液三态物质传声的教学做了不同的安排。
  教学中重点应让学生自己探究固体传声。固体传声的实验器材易得,比较好做,关键是让学生领悟到声有可以在固体中传播,声音传播需要介质。
  空气是传播声音的一种重要介质,但容易被初学者忽略。由于气体传声实验条件要求高,所以教学中安排了空气传声的演示实验。如果学校没有真空罩实验仪,也可让学生自己做如图1所示的实验,来体验真空不能传播声音。实验做法如下:
  把小铃铛挂在线上,线的上端穿出橡皮塞(如图1甲所示)。照图乙那样,把橡皮塞塞到烧瓶上,然后摇动烧瓶,听小铃铛此时的响声。取下橡皮塞,向烧瓶中倒少许水,给烧瓶加热,使烧瓶中水沸腾,大量水蒸气涌出后,停止加热,并迅速照图乙那样塞紧橡皮塞。冷却一会儿,待烧瓶中水蒸气大部分凝结,瓶中气体稀薄时再摇动烧瓶,听小铃铛此时的响声。比较两次铃铛响声的强弱,可以明显地感到气体稀薄时响声弱。由此可推得真空不传声。
  对于液体传声,教材安排由学生设计实验。注意要求不可过高,重点应放在学生相互讨论和实验方案的提出上。液体传声的实验可以将一振源(机械表、电铃等)放在塑料袋里,然后把塑料袋密封后放在水里,看看水是否传声。
  (三)声速
  尽管速度的概念本书是放在后面的章节讲,但是学生在日常生活中或多或少接触过速度概念,在小学数学和科学中也已初步学过这一概念,因此一般性地使用速度这一概念是可以的。不过分强调学科自身的逻辑体系和知识的严密性,是课程标准所提倡的。这一观点和处理方法本书在后面还将用到,例如对能量概念的处理。
  二、我们怎样听到声音
  【教学目标】
  1.知识与技能。
  ·了解人类听到声音的过程。
  ·知道骨传导的原理
  ·了解双耳效应及其应用。
  2.过程与方法。
  ·通过实验和生活经验,体验人是如何听到声音的。
  3.情感、态度与价值观。
  ·学会关心他人,特别是关心残疾人。
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  【教学建议】
  学过声音的产生与传播之后,了解我们自己是如何听到声音的,非常必要。体现了物理是“生活中的物理”,是“身边的物理”的思想。
  学生在生物课上已经从生理学的角度学习了人耳的结构。物理课中要充分利用学生已有的知识,重点学习声音传播的“物理过程”。为此,教材在“想想做做”中安排了有关的小实验,使学生体验人是怎样听到声音的。做这组实验最好两个学生一组,轮换听音叉的声音。如果音叉数量有限,也可用少数的音叉轮流做此实验,尽可能让所有的学生都能亲自感知这个实验。教学中应该注意,在做骨传声的实验时,要等音叉的声音用耳朵听不到时,再把发声的音叉放在牙齿上听,由于现象反差大,实验的效果更好。其他的几个实验,由于音叉不直接跟骨头相接触,所以“听”到的声音较弱。
  双耳效应对于理解立体声有很好的作用。这部分内容可让学生通过阅读“科学世界”和查找资料,然后开个“小研讨会”,讨论双声道和多声道、立体声是怎么回事,以及在实际中是如何实现立体声的。
  三、声音的特性
  【教学目标】
  1.知识与技能。
  ·了解声音的特性。
  ·知道乐音的音调跟发声体的振动频率有关,响度跟发声体的振幅有关。
  ·不同发声体发出乐音的音色不同。
  2.过程与方法。
  ·通过做“音调与频率有关的实验”和“响度与振幅有关的实验”,进一步了解和学习物理学研究问题的方法。
  3.情感、态度与价值观。
  ·体会现实世界物体的发声是丰富多彩的,更加热爱世界,热爱科学。
  【教学建议】
  通过这一节的学习,应该使学生了解频率的大小决定音调的高低;振幅的大小决定声音的响度;音色决定声音的品质。在学习这些物理知识的同时,要注意让学生体会探究这些物理规律的方法,以及这些物理规律在实际中的应用。
  (一)音调
  音调的探究实验容易做,器材也易得。如果学生基础比较好,也可只提出问题,至于用什么方法探究、规律如何,都由学生自己完成。这样更能培养学生分析问题和解决问题的能力。如果学校有发音齿轮,也可用发音齿轮做频率不同、音调不同的实验。
  物体振动快慢不同,产生的音调就不同,引出频率的概念。再由人耳听到声音的频率范围,引出超声波和次声波的概念。此处可以联系本章章首图,说明大象应用次声波来进行交流。关于超声波和次声波的资料很多,例如,海豚是如何利用超声波的,动物在地震前的一些异常反应。教学中可以向学生补充有关的知识。
  教材还安排了观察声波波形的演示实验,主要目的是让学生比较形象地认识声波,同时引起他们学习的兴趣。这个实验,最好先通过示波器观察两个频率不同的音叉发出声音的波形,获得具体的感性认识,使学生获得不同频率的声音在波形上是怎么表现的。然后再让一些学生将自己发出的声音输入示波器中,通过观察和比较,可以得到男女同学发出的声音的波形不同。一般来说,女同学的音调比男同学的高,波形密一些。
  (二)响度
  怎样才能使物体振动发出的声音更响,学生很容易想到应该使物体振动的幅度更大些,关键是应该让学生想出一些切实可行的实验来证实他们的猜想。
  如果学校没有较多的音叉做学生分组实验,课本中图1.3-4的实验也可改为演示实验;观察音叉响度不同时,乒乓球振动的幅度有什么不同。这个实验的效果比较明显。用不同的力量敲打音叉,在音叉与悬挂的乒乓球接触时,乒乓球振动的幅度明显不同。
  (三)音色
  音色是声音中比较重要的概念。同时,音色的概念比较抽象,不像响度和音调概念那样容易感知。教材“想想做做”安排了活动帮助学生体验。可以让学生通过聆听用不同的乐器演奏的同一首曲子,感悟到不同的物体发出的声音,即便音调相同,声音还是有所区别的。音色的不同,就是通常人们所说的“音质不同”。
  观察波形的演示实验,目的是增加学生对不同乐器声音音色的感性认识。前面提到音色的概念比较抽象,但从波形图中则可以清楚地看出不同音色声音的本质。由课本中的图1.3-5可以看出,音叉、钢琴和长笛的基频(振幅最大的振动的频率)相同,但是在基频的基础上还有一些附加的小的振动,这些小的振动和大的振动一同决定了声音的音色。教学中不必讲基频、复音等概念,只需让学生看到主要的振动频率相同,但小的附加振动不一样,所以音色不同即可。
  关于乐器,学生比较感兴趣,教师可以调动学生的积极性,让学生自己通过观察或者查阅资料就某种或某个乐器,谈谈其发声的原理,也可就此问题让学生写篇说明文。
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  四、噪声的危害和控制
  【教学目标】
  1.知识与技能。
  ·了解噪声的来源和危害。
  ·知道防治噪声的途径,增强环境保护的意识。
  2.过程与方法。
  ·通过体验和观察,了解防治噪声的思路。
  3.情感、态度与价值观。
  ·通过学习,培养热爱、保护我们赖以生存的“地球村”的环境意识。
  【教学目标】
  本节课的教学要从环境保护出发,突出噪声的危害和怎样减弱噪声,联系实际,提高学生保护环境的意识。要紧紧围绕这个目的进行教学,而不只是讲点有关噪声的物理知识。
  在教学形式上,可以采用学生讨论的方式。例如,可进行如下的“角色扮演”活动。也可以通过社区调查,使学生对噪声污染有切身的体会。目的是培养学生保护环境的意识和参与社会实践的兴趣,在这个活动中初步学会开展社会调查的基本方法,包括观察、交谈、记录等等。对学生活动的评价应侧重于投入程度,以及收集和处理信息的能力。
  五、声的利用(教学目标)
  1.知识与技能。
  ·了解现代技术中与声有关的知识的应用。
  2.过程与方法。
  ·通过观察、参观或看录像等有关的文字、图片、音像资料,获得社会生活中声的利用方面的知识。
  3.情感、态度与价值观。
  ·通过学习,了解声在现代技术中的应用,进一步增强对科学的热爱。
  【教学建议】
  学生在日常生活中已经接触过利用声的事例,因此,本节课的引入可以采用“头脑风暴”法。所谓“头脑风暴”,在形式上类似于讨论,但前者更加自由、灵活,讨论的环境更加宽松。由于讨论者不必考虑自己的见解是否恰当,因此可以保证每个人充分发表自己的意见。在这种完全自由的情境下,一个人所提出的哪怕是很不成熟的观点,也可能激发其他人的思维,产生一系列新的想法。例如,请同学们说出所了解的利用声的现象;当有人发言时,其他人必须仔细倾听;任何人不得对他人的发言作好坏或正误的评价。在同学们充分发表了各自的看法后,教师可对声在社会生活中应用的情况进行分类:可以按照课本分为“声与信息”和“声与能量”两类,也可按照声音在医疗、工业、军事、日常生活等方面的利用分类,然后根据分类进行总结性的讲解,在讲解中应对学生们遗漏的例子进行补充。
  声音在实际生活中有广泛的应用。限于篇幅,课文中只介绍了一部分。本节的教学应该更紧密地联系社会生活的实际,反映一些学生感兴趣的事例,还要鼓励学生自己从生活中的感知或资料查阅中了解利用声的实例和工作原理。
  
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