“双减”背景下“问、探、拓、矫”教学模式实践研究——以声音波形可视化的教学为例.pdf

第2 0 卷总第1 1 4期中学理科园地教学探讨“双减”背景下“问、探、拓、矫”教学模式实践研究以声音波形可视化的教学为例修金文（厦门外国语学校石狮分校）摘要：以声音波形可视化的教学为例，通过对相关实验的改进、优化和创新，提高科学探究的信度、广度、效度和深度，完成知识的建构、内化和升华，提高课堂教学质量，培养学生的物理学科核心素养。关键词：科学探究；深度；可视化“双减”背景下“问、探、拓、矫”教学模式以立德树人为根本导向,结合义务教育物理课程标准（2 0 2 2 年版）,对学生预期的学习成果进行思维层次分类，改进教学方式，培养学生的价值观、必备品格和关键能力。“问”指的是问题链：教师根据学生的知识储备现状和提出的问题，预设一组有中心、层层递进、相对独立而又彼此关联的问题链，唤醒学生记忆中碎片化的知识，完成知识的构建、融合、应用、创新，构建思维型课堂，发展学生的科学思维!；“探”指的是实验探究：教师结合物理学发展史，重现科学家的探索历程，引导学生设计和优化实验探究方案，让学生经历科学探究的全过程，学习科学探究方法，提高学生的科学探究能力、分析论证能力和用物理语言进行精准表述的能力；“拓”指的是创新性拓展：教师在新课结束后根据学生对知识的掌握情况，对学生的作业进行创新性拓展，设计家庭小实验、调查报告、研究性学习等，让学生将自已课堂所学知识进行深度加工，培养学生的批判性思维能力、与同伴有效合作能力、自我指导和反馈能力，同时有效地减轻学生的课业负担。“矫”指的是科学矫治：教师对学生的学习情况进行诊断,判断学生的学习成果是否符合教学意向，采取补救性矫治措施，全面提高学生的物理学科核心素养。现以声音波形可视化的教学为例 2 1,探讨如何通过有效的科学探究，进行深度物理课堂教学，提高学生的物理学科核心素养。1挖掘探究内容，思考科学探究信度在沪科版八年级物理“声音的特性”这一节课中，教材将音调的概念界定为发声体振动的快慢，并采用音调高低演示仪（如图1 所示)来说明音调与频率的关系。三个齿数不同的同轴齿轮在飞轮的带动下以相同的转速旋转，硬卡片分别与三个齿轮接触，硬卡片振动发声，学生比较三次实验得出结论：齿数越多，卡片发出的声音音调越高，音调的高低由振动的快慢决定。由于卡片振动较快，振动的频率无法定量测量，因此采用音调高低演示仪做演示实验，难以观察清楚并得出准确的结论，实验效果不理想。旋转方向图1教师在教学过程中通常利用示波器将声音的波形可视化，试图通过让学生观察波形的疏密程度来加深的音调概念的理解。首先，轻敲音叉，让学生聆听音叉的声音并观察示波器里的波形（如图2 所示），随着时间的推移，响度逐渐减弱，示波器上声波的振幅减小，但音调不变，疏密程度不变；接着换用频率不同的音叉再做一次实验。由此得出结论：音调的高低由频率决定，与振幅无关。利用示波器教学将声音的波形可视化，有助于学生对音调概念的理解，但也存在缺陷：学生难以理解声音为什么可以转化为波形；音叉的音量较小，学生对音叉的响度辨识不清。以上两种探究方案，科学探究的信度都有待提升。2开拓自制教具，延伸科学探究的广度自制示波器的原理如图3 所示，通过纸杯和激光笔将人体的声音信号转化为光信号，再通过旋转的平面镜将光信号转化为光的运动轨迹，进行听觉和视觉的同步展示。具体的制作过程如下。光屏微光笔长方体平面镜力电动施转台纸杯山图2一激光笔铁丝一一固定帽底座纸杯一图3图4福建省石狮市2 0 2 2 年基础教育教学改革专项课题：“双减 背景下深度物理课堂提质增效实践研究（SJGZX2022-83)研究成果46第2 0 卷总第1 1 4期中学理科园地教学探讨激光笔平面镜电动旋转台图5（1)如图4所示，用铁丝和固定帽将激光笔固定在纸杯上，制成一个声音收集器。接通激光笔电源，激光笔发射出激光，墙壁上出现一个光点。人体对着杯口发声，纸杯发生振动，激光笔也会跟着振动，墙壁上的光点也随之振动。（2）如图5所示，将四块平面镜黏贴在长方体木块的四个表面上，制成一个四面反光的立柱。将平面镜立柱固定在转速可调的电动旋转台上。接通电源时，平面镜立柱会随着电动旋转台一起匀速旋转。(3)将声音收集器、平面镜、电动旋转台固定在底座上（如图5所示），接通激光笔和电动旋转台的电源，激光笔发射的激光束照射到旋转的平面镜上发生反射，这时墙壁上出现一条平直的光线（如图6 所示）。(4)人体对着声音收集器大声发出“1(Do)的声音,墙壁上出现声音的波形（如图7 所示）。图6(5)控制人体发出的声音响度相同，发出“5(so）的声音，可以在墙壁上观察到波形的疏密程度不同，振幅相同。自制示波器将声音信号转化为光信号，实现声音的波形可视化，学生容易理解为什么声音可以转化为波形，也能深刻体会音调与频率的关系。教学过程中可以邀请学生对着纸杯演唱歌曲，进行声音的采集，观察自己声音的波形，也可以在纸杯中植人扬声器，播放不同乐器的演奏，观察不同乐器的声音波形,延伸科学探究的广度，提高科学探究的趣味性。3使用数字技术，提高科学探究效度与传统的示波器相比，计算机操作更为简单，功能也更加丰富。借助Audacity软件，可以用计算机播放声音并通过大屏幕展示声音的波形，获得的波形更加真实，实验数据也更加准确。波形正频率200振幅147(1)启动软件，打开“生成单音 对话框（如图8 所示）,输一纸杯入频率2 0 0 Hz和振幅为1，单击播放按钮，就可以听到这段声音并在屏幕上观察到所对应的波形(如图9 所示）。(2)将频率调为40 0 Hz,振幅1,单击播放按钮，可以听到声音的响度不变，音调明显变高。同时在屏幕上可以观察底座到波形的振幅不变，但明显变得密集许多（如图1 0 所示）。（3）保持频率40 0 Hz不变，振幅调整为0.5,单击播放按钮，可以听到声音的响度明显减弱，但音调不变。同时在屏幕上可以观察到波形的振幅变为原来的一半，但疏密程度不变(如图 1 1 所示)。振幅/dB0.001.00.50.0-0.5-1.0使用数字媒介技术，可以获取静态的波形图，学生能从图像上获取时间、振幅等关键信息 3 。学生可以从图像上计算出单位时间内振动的次数一一声波的频率。有益于学生对频率概念的理解，提高科学探究效度。4创拓课后作业，提升科学探究深度阶段性课程结束后，要对学生的作业进行创新性拓展，让学生将自已课堂所学知识进行深度加工，延伸科学探究广度。教师可提供相关器材，让学生萌发出新的问题，自主设计科学探究方案，成为新问题的解决者，内化和升华所学知识。培养学生的批判性思维能力、与同伴有效合作能力、自我指导和反馈能力，同时有效地减轻学生的课业负担。图7（1）教师提供线圈、磁铁、灵敏电流计等让学生自主探究。如图1 2 所示，将自制“声音收集器”中的激光笔换成线圈，接入灵敏电流计，组成一个闭合回路。线圈的部分导体放在一个强磁场中。当发声体振动时，线圈也会跟着振动，线圈切割磁感线产生感应电流。通过灵敏电流计的指针偏转的快慢和角度，来验证音调和频率的关系。若学生制作成功，可以进行全班展示，并给予充分肯定，若制作失败，也可以和学生一起分析问题产的原因,并提出改进的方案。(2)学生利用吉它、手机等器材来探究音调和频率的关系 4。如图1 3 所示，手机下载并打开GuitarTuna调音软件，拨动吉他的E弦，琴弦振动发声，音调显示为（-3 2）,说明音调偏低；调紧E琴弦，重做一次实验，学生聆听并观察软件显示的音调示数变化。振幅/dB线圈0.0000.0101.00.50.0-0.5-1.0图8图9振幅/dB0.0100.0001.00.50.0-0.5-1.0时间/s图1 0导线“DO纸杯时间/s0.010时间s图1 1标准灵敏电流计底座图1 2图1 3第2 0 卷总第1 1 4期5结束语“双减”减的是义务教育阶段学生的作业负担和校外培训负担，不是减教学质量，这对教师的课堂教学提出了更高的要求。教师要做“优”课内：在更加有限的教学时间里，做好各类演示、分组实验并通过相关实验的改进、优化、创新，完成知识的构建、内化和升华，提高课堂教学的信度、效度、广度和深度。学生的作业要控量高效：教师可布置拓展性作业，并让学生尝试撰写实验报告，培养学生运用物理语言对所经历的探究情景进行精准地概括、演绎和归纳的能力。教师再根据学生的学习情况进行诊断,判断学生的学习成果是否符合教学意向，并采取补救性矫治措施，全面提高学生的物理中学理科园地学科核心素养。参考文献：1修金文.基于递进式问题链的深度物理课堂教学：以制作“电子测力计”过程的分析为例 .物理教学,2 0 2 1(3)：43-45.2罗砚馨，熊华“探究音调和频率的关系”创新实验3 则 物理教师,2 0 1 9(1 1):50-54.3郁志芸.以电脑示波代替人眼判断的数字化实验案例：以探究声音的特性为例.物理教学,2 0 1 6(7):2 7-2 9.4罗思远，吴锦霞，王笑君.智能手机在“声音的特性”教学中的应用 .物理教学,2 0 2 0(1):7 8-8 0.教学探讨2852528528528528525252525228522525252852525252528S2528525828528582285285285285228528522852858285285825285285285285（上接第2 6 页）预留一定时间让学生之间进行互评。教师也可建议家长主动让学生检查家中的食品包装，主动询问学生购买生鲜类食品时应注意哪些问题等。学生运用自己的所学知识参与基本的家庭劳动，有助于学生设身处地理解家长的不易，并能够更好地理解“劳动是一切幸福的源泉”的内涵。且初中学生正值青春期,部分学生与家长关系紧张，学生参与家庭劳动也能够增加学生与家长的交流，拉近学生与家长之间的距离。教师在讲授完人教版生物学教材八年级上册第四章第五节人类对细菌和真菌的利用相关内容后，可以要求学生尝试在家中制作米酒或在家长的帮助下制作馒头、酸奶。制作完成后对口感、颜色等特征进行记录，并留下制作过程中的照片或视频，待返校后让学生在班级内进行交流互评。学习完八年级下册第八单元健康地生活相关知识后，可要求学生向家人宣传如何正确用药以及基本的急救方法，为家人制定健康的生活方式。教师改变普通的家庭作业形式，为学生布置活动型作业，能够在一定程度上保证学生完成作业的质量，在进一步理解和应用知识的基础上激发学生的劳动热情，形成劳动创造财富、劳动创造美好生活的积极的劳动观念，也有助于学生养成良好的劳动习惯。3小结在我国进人新时代的背景下，现代化教育更加强调学生的全面发展。劳动教育是促进学生全面发展的重要一环，将劳动教育渗透在不同的学科教学中也是教学的发展趋势之一。这就要求生物学教师在教学过程中不能仅仅将传授知识作为主要任务，更应该在理解劳动教育目标和内涵的基础上，深度挖掘教材内容，重视生物学实验教学过程中学生的动手参与，组织有效的课外实践活动及课外作业并完善评价形式，以促进学生形成良好的生物学核心素养，同时达到劳动教育的目标。参考文献：1 中华人民共和国教育部把新时代大中小学劳动教育落到实处：教育部教材局负责人就大中小学劳动教育指导纲要(试行)答记者问 J,教育科学论坛,2 0 2 0(2 4):1 1-1 3.2丁奕然，张鹏.聚焦强有力知识构建初中生物学学科体系：解读义务教育生物学课程标准(2 0 2 2 年版)J.课程教学研究,2 0 2 2(9):3 5-42.3孙芮基于项目式教学在初中生物学教学中融合劳动教育的研究 D.重庆：西南大学,2 0 2 2.4范晓萍.浅谈在生物学教学中融入劳动教育 中学生物教学,2 0 2 2(1 5):1 6-1 8.48