声能做什么？-探秘《声的利用》教学设计（人教版初中物理八年级上册）

声能做什么？——探秘《声的利用》教学设计（人教版初中物理八年级上册）一、教学内容分析  本节内容隶属于人教版初中物理八年级上册第二章《声现象》的第三节。从《义务教育物理课程标准（2022年版）》视角审视，本课位于“运动和相互作用”主题下，其核心要求是“了解声在现代技术中的应用”，这为本课锚定了“STS（科学技术社会）”融合的教学坐标。在知识技能图谱上，它是继声音的产生、传播、特性（音调、响度、音色）之后的知识应用与拓展环节，承担着将物理概念与生活实践、现代科技紧密联结的枢纽作用，认知要求从“理解”迈向“应用”与“评价”。其过程方法路径鲜明地指向“科学探究”与“工程实践”，即引导学生像科学家一样搜集证据、像工程师一样思考应用，例如通过分析案例归纳声的两种利用方式，或设计简单的声学应用方案。在素养价值渗透层面，本课是培育学生物理观念（能量观、波动观）、科学思维（归纳概括、模型建构）、科学探究（信息处理、解释交流）以及科学态度与责任（认识科学对技术、社会的推动作用，具有可持续发展的意识）的绝佳载体。知识背后的育人价值在于，引导学生认识到物理知识源于生活又服务于生活，激发其探索未知、利用科学改善生活的热情。  基于“以学定教”原则，学情研判如下：八年级学生已初步掌握了声音的基础知识，具备一定的观察、比较和归纳能力，对超声波、B超、声呐等名词有模糊的生活印象，这构成了宝贵的认知前经验。然而，学生普遍存在的认知障碍在于：其一，容易混淆声传递“信息”与“能量”的本质区别，例如将B超诊断（信息）与超声波清洗（能量）混为一谈；其二，对超声、次声这些“听不见的声音”如何被“利用”感到抽象和神秘；其三，在应用分析时，容易陷入对技术名词的肤浅记忆，而非理解其背后的物理原理。因此，教学调适策略是：设计层次分明的探究任务和对比鲜明的实例，搭建从感性认知到理性辨析的脚手架。通过“前测性问题”（如：医生用的B超和清洗眼镜的超声波，原理一样吗？）动态把握迷思概念，在小组合作中安排“原理阐述员”角色，促使学生进行深度对话，并为有困难的学生提供“关键特征提示卡”，为学有余力的学生布置“原理迁移设计”挑战任务，实现差异化支持。二、教学目标  知识目标：学生能够系统建构声的利用的知识框架，清晰辨析声传递信息与声传递能量两类应用的本质区别，并能在具体实例中予以准确归类。他们不仅能列举超声、次声在医疗、工业、军事等领域的典型应用实例，还能用已学的声学原理（如声音可以传递信息、声波具有能量）对这些应用进行初步的原理性解释，实现从现象描述到原理关联的认知跨越。  能力目标：重点发展学生的信息整合与科学论证能力。学生将通过分析教师提供的多媒体资料、生活案例，经历“观察现象提取特征归纳分类”的完整探究过程，并能够以小组为单位，选择某一声学应用案例，合作完成一份简要的原理分析报告，并能用规范、科学的语言进行口头阐述，从而训练其处理信息、合作交流与推理论证的综合能力。  情感态度与价值观目标：在探究声的广泛应用过程中，引导学生深切感受物理学对技术发展和社会进步的强大驱动力，激发其学习物理的内在动机与创新意识。在小组讨论与案例分享中，鼓励学生倾听他人见解、尊重不同观点，并能在讨论超声武器、噪声利用等议题时，初步形成理性、辩证的科技伦理观和社会责任感。  科学（学科）思维目标：本节课着重训练学生的比较与分类思维及模型建构思维。通过引导学生对纷繁复杂的声学应用实例进行比较、辨析，抽象概括出“传递信息”和“传递能量”两大核心模型。学生将学习运用这一简化模型去分析和解释新的、未知的声学技术现象，实现思维的进阶，即从具体现象中提炼物理模型，再用模型去洞察世界。  评价与元认知目标：在课堂小结环节，引导学生依据“原理阐述清晰度”、“实例归类准确性”等量规，对小组及个人的学习成果进行自评与互评。鼓励学生回顾学习过程，反思“我是如何弄清声传递信息与能量的区别的？”、“哪些策略（如图表对比、实例反推）对我最有效？”，从而提升其对自己认知过程的监控与调节能力。三、教学重点与难点  教学重点：声在传递信息和传递能量两个方面的应用原理及实例。确立依据在于：从学科知识结构看，这是对本单元核心概念（声音的产生、传播、特性）的综合性应用与升华，是构建完整“声现象”认知体系的关键环节；从课程标准与核心素养视角，理解声的利用原理是形成“物理观念”中能量观和应用意识的具体体现，也是中考中联系实际、考查学生知识迁移能力的常见考点。抓住这一重点，就抓住了本节课的知识枢纽。  教学难点：学生对超声、次声等不可听声的应用原理理解，以及对“声波能够传递能量”这一抽象概念的具象化感知。难点成因在于：首先，超声、次声超出了学生的直接感官经验，其应用（如B超成像、声呐测距）过程往往不可见，原理相对抽象；其次，“能量”概念本身较为抽象，学生虽在之前学习中有所接触，但将声波与“能量传递”建立直观联系仍需桥梁。预设依据来自学情分析与常见错误：学生易将“听见回声”（信息）与“震碎玻璃”（能量）的表象混淆，而难以触及“是否引起物体状态或位置变化”这一本质区别。突破方向在于设计递进式探究活动和利用多媒体动画进行微观过程模拟。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：精心制作的多媒体课件（包含图片、短视频，如：B超检查、超声波清洗眼镜、声呐探测、超声碎石、倒车雷达工作动画）；音频资料（如：次声片段、海豚叫声）；实验器材（音叉、轻质小球悬挂装置、超声波演示仪（可选）、带有灰尘的桌面模型）。  1.2文本与工具：分层学习任务单（含前测问题、探究记录表、分层巩固练习）；课堂评价量规表；小组讨论引导卡片。2.学生准备  复习声音的产生与传播知识；预习课本，并尝试收集12个生活中声利用的例子；以46人为单位组建学习小组。3.环境布置  教室座椅调整为适合小组讨论的布局；黑板分区规划，预留出“信息区”、“能量区”及“我们的发现”板书空间。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与感知激发：“同学们，请先闭上眼睛，仔细听……（播放一段混有多种声音的音频：闹钟响、电话铃、音乐片段、施工噪声）。好了，睁开眼睛，谁能告诉我，你刚才听到了什么？这些声音告诉了你什么？”（学生回答：知道时间到了、有人来电、在放音乐、附近在施工）。教师点评：“看，无需睁眼，声音就给我们带来了丰富多彩的信息。这是我们熟悉的‘可听声’的功劳。”  1.1认知冲突与问题驱动：紧接着，展示两组图片/视频：第一组（B超影像、声呐图、地震监测仪），第二组（超声波清洗机清洗首饰、超声波碎石机工作）。抛出核心驱动问题：“那么，对于咱们耳朵听不见的超声波、次声波，它们又在我们的生活中扮演着什么角色呢？刚才大家看到的这些高科技应用，看起来差别很大，它们背后的物理原理是一样的吗？”由此引出课题核心：“今天，我们就化身科学侦探，一起来‘破译’声的利用密码，看看‘声能做什么？’”  1.2路径明晰：“我们的探秘之旅将分三步走：首先，广泛收集案例，给声的利用分分类；然后，深入案例内部，剖析它们的工作原理；最后，学以致用，尝试用今天发现的原理去解释或设计新的应用。”第二、新授环节任务一：广角扫描——声的利用实例初分类  教师活动：教师扮演“资源调度员”和“思维引导者”。首先，通过课件快速展示一组丰富的声利用实例图片/简短视频（包括但不限于：听诊器诊病、蝙蝠捕食、倒车雷达、B超、声呐探鱼、次声预测风暴、超声波焊接、超声波清洗、超声波碎石）。提出引导性问题：“请同学们以小组为单位，快速浏览这些例子，尝试根据你们的初步理解，将它们分成两大类。想一想，你们分类的依据是什么？给大家3分钟时间讨论。”巡视小组，倾听分类标准，捕捉学生可能的错误分类（如按可听/不可听声分）。  学生活动：小组成员观察实例，展开热烈讨论，提出初步的分类方案并记录在任务单上。可能产生基于“是否医疗用途”、“是否用到超声波”等表象的分类。小组代表准备分享分类结果和理由。  即时评价标准：①参与度：小组成员是否全员参与观察与讨论；②思维外显：提出的分类依据是否清晰、敢于表达；③初步关联：能否将个别实例与已学的声学知识（如回声）产生联系。  形成知识、思维、方法清单：★1.声的利用广泛性认知：声的利用遍布医疗、工业、军事、生活、科研等多个领域。▲2.分类意识启动：面对复杂信息，分类是进行整理和深入研究的重要科学方法。3.暴露前概念：学生的初始分类依据往往基于表面用途或设备类型，这为后续揭示物理本质区别制造了认知冲突和教学契机。任务二：聚焦本质（一）——声如何传递信息？  教师活动：聚焦于“传递信息”类实例。选取“回声定位”（蝙蝠/声呐）和“B超诊断”作为典型进行深度剖析。“我们先来看这一类。蝙蝠在黑夜中飞行靠什么导航？声呐探测海底地形又靠什么？”引导学生回顾声音的反射特性。“这就像我们在山谷里大喊一声，听到回声，从而判断出山谷的大致距离，对吧？”接着，展示B超工作原理的简化动画。“那么，医生用B超看宝宝，看到的是‘回声’吗？这个‘回声’和我们听到的有什么不同？”引导学生思考：这里被分析和处理的不是声音的大小或音调，而是超声波遇到不同组织反射回来的信号所构成的图像信息。总结要点：“所以，声传递信息，本质在于声音本身（或它的反射波、它的特性变化）承载了我们所需要的某种‘信号’或‘消息’。”  学生活动：学生跟随教师的引导，回顾回声概念，观察动画。思考并回答：B超中，声音（超声波）充当了探测的“使者”，它返回的信号被机器转换成图像。尝试用自己的语言概括“声传递信息”的本质：利用声波获取关于某物的状况、位置、形态等消息。  即时评价标准：①理解深度：能否用“回声”、“反射”、“信号”等术语解释实例；②迁移能力：能否根据对“回声定位”的理解，类比解释“倒车雷达”的工作原理。  形成知识、思维、方法清单：★1.声传递信息的本质：利用声波（包括可听声、超声、次声）作为载体，来获取或传递某种消息、信号、数据。其核心过程依赖于声波的反射、接收及信号处理。★2.典型实例与原理：回声定位（蝙蝠、声呐）——利用声音反射测距、定位；B超诊断——利用超声波反射成像。▲3.方法提炼——类比推理：将陌生的B超原理与熟悉的回声进行类比，是理解复杂技术原理的有效思维工具。任务三：聚焦本质（二）——超声与次声的特异应用  教师活动：深入探讨超声与次声在传递信息方面的独特优势。“为什么很多‘传递信息’的应用，比如B超、声呐，偏爱使用超声波，而不是我们听得见的声音？”组织学生结合超声波特性（方向性好、穿透能力强）进行讨论。随后，引入次声。“有一种声音，我们听不见，却威力巨大，能‘千里传音’，甚至预测自然灾害，它就是次声波。”播放关于次声波传播距离远、穿透能力强的科普短片，介绍利用次声预测海啸、地震的原理。“这个‘回声定位’和蝙蝠捕食有什么异曲同工之妙？”引导学生发现共性。  学生活动：讨论超声波用于探测的优点。观看次声相关视频，理解其次声波传播特性如何使其成为预测灾难的“信息先锋”。认识到不可听声在特定领域具有不可替代的优势。  即时评价标准：①原理关联：能否将超声/次声的物理特性（频率、波长）与其应用优势联系起来；②归纳能力：能否总结出超声、次声在信息传递方面各自的特长（如：超声精准、次声远距离）。  形成知识、思维、方法清单：★1.超声用于信息传递的优势：频率高，波长短，因而方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，适用于精细探测与成像。★2.次声用于信息传递的优势：频率低，波长长，传播过程中衰减慢，传播距离极远，且能绕开障碍物，适用于远距离、大范围的监测（如自然灾害预警、核爆炸监测）。3.特性决定用途：深刻体现了“物质的结构与性质决定其功能”这一跨学科核心观念。任务四：聚焦本质（三）——声如何传递能量？  教师活动：转向第二类应用。首先进行演示实验：用音叉敲击后，轻轻靠近悬挂的轻质乒乓球，球被弹开。“看，音叉的振动通过空气传给了小球，小球动了，这说明声音传递了什么？”引出“能量”。接着，播放超声波清洗和超声波碎石的慢放或原理动画。“超声波清洗，不是靠水冲，而是靠无数个微小的‘气泡炸弹’在破裂瞬间产生的高温高压来剥离污垢；超声波碎石，则是将超声波的能量聚焦，将结石‘震碎’。它们共同点是什么？”引导学生对比：与B超获取图像不同，这里声波的作用是直接让物体（污垢、结石）的状态发生了改变——这就是在做功，传递了能量。  学生活动：观察演示实验，直观感知声波具有能量。观看原理动画，理解超声波清洗和碎石的微观作用过程。与“传递信息”类案例对比，归纳出“传递能量”的共性特征：声波作用于物体，使其发生振动、破碎、清洗等物理变化。  即时评价标准：①现象与本质关联：能否从“小球被弹开”、“污垢脱落”、“结石破碎”等现象中，准确归结到“声波传递能量”这一本质；②辨析能力：能否清晰说出“清洗”与“B超”在原理目的上的根本不同。  形成知识、思维、方法清单：★1.声传递能量的本质：声波在传播过程中，能够使接收到的物体发生振动或产生其他物理、化学变化，即声波对物体做了功。★2.典型实例与原理：超声波清洗——利用超声波在液体中产生空化效应，释放能量；超声波碎石——将超声波能量聚焦，使结石产生疲劳裂解。▲3.核心辨析点：区分两类应用的关键在于判断“声波是否直接引起物体状态或位置的改变”。仅获取信号是“信息”，导致物体变化是“能量”。任务五：综合应用与模型巩固  教师活动：提出一个综合性、略带挑战性的问题：“现在有一个‘声波驱蚊器’，宣传说能发射超声波驱赶蚊子。请小组讨论：这属于声的哪一类利用？你的判断依据是什么？它可能存在哪些科学原理上的争议或局限性？”教师提供讨论支架，引导学生从作用对象（蚊子）、预期效果（驱赶）、可能原理（干扰蚊子感官/传递不适能量）等多角度分析。最后，引导全班共同完成板书的系统性建构，形成清晰的两大分支知识结构图。  学生活动：小组运用本节课建构的“信息能量”二元模型，对“超声波驱蚊”进行辨析和讨论。可能出现不同观点碰撞，需寻找证据支持己方。参与全班总结，完善知识结构图。  即时评价标准：①模型应用能力：能否自觉运用“信息/能量”模型分析新情境；②批判性思维：是否对广告宣传提出基于科学原理的合理质疑；③表达与论证：小组陈述观点时是否逻辑清晰、有理有据。  形成知识、思维、方法清单：★1.核心模型应用：“声的利用”可依据其根本原理划分为“传递信息”和“传递能量”两大模型。这是分析和判断一切声学应用的基本框架。▲2.科学态度渗透：对科技产品应基于科学原理进行理性分析，不盲信宣传。3.知识结构化：通过思维导图或概念图将零散实例系统化，纳入“原理应用”框架，是巩固和深化理解的有效方式。第三、当堂巩固训练  1.基础层（全员必做）：判断下列应用主要属于声传递信息还是传递能量？（1）利用超声波检测金属内部裂纹；（2）利用超声波给医疗器械消毒；（3）火山喷发前，动物躁动不安（可能与次声有关）；（4）广场舞的音乐声“震耳欲聋”。（答案：信息、能量、信息、能量）。“请大家先独立完成，然后和同桌交换，说说你判断的理由，关键看理由是否说到点子上！”  2.综合层（鼓励完成）：分析案例：外科医生常利用超声波（碎石器）除去人体内的结石。超声波从发生装置射出，经结石反射后，被探测器接收。同时，超声波又能将结石击碎。请指出这个过程中，超声波分别发挥了哪种作用？体现了它的什么特性？（答案：反射信号被接收体现了传递信息，用于定位；击碎结石体现了传递能量。整体体现了超声波既可用于探测又可携带较大能量的特性。）  3.挑战层（学有余力选做）：请你尝试为一个盲人设计一个简单的“导盲避障装置”方案，说明你希望利用声的哪方面原理（信息/能量），并简要描述设想的工作过程。“这个设计没有标准答案，比的是谁的创意更巧妙，原理用得对不对路。”  反馈机制：基础题采用同桌互评，教师抽查理由阐述；综合题由教师抽取不同答案进行投影展示，集体评议，聚焦分析思路；挑战题邀请有想法的学生简要口述方案，师生共同点评其原理应用的合理性与创新性。第四、课堂小结  “同学们，今天的侦探之旅即将结束，现在请各位‘侦探’整理一下你的‘破案报告’。”引导学生从两个维度进行总结：知识整合——“谁能用一句话概括我们今天最大的收获？（声可以利用来传递信息和能量）你能画出本节课的思维导图核心分支吗？”请学生上台补充板书。方法提炼——“我们是怎么弄明白这么多应用的？关键的一步是什么？（比较、分类，抓住‘是否引起物体变化’这个本质区别）”。元认知反思——“回顾一下，在区分信息和能量时，你最容易在哪个例子上卡壳？现在明白了吗？”  作业布置：必做（基础性作业）：1.整理课堂笔记，完善“声的利用”分类表，每类至少补充2个课本外的实例。2.解释：为什么超声波清洗机可以清洗结构复杂的精密零件，而普通水流冲洗很难做到？选做（拓展/探究性作业）：1.（拓展）查阅资料，了解“声悬浮”技术，并判断它主要利用了声的哪方面性质，撰写一份200字左右的科普简介。2.（探究）小组项目：调研社区或校园内的噪声污染情况，思考并提出一条“化害为利”的创意设想（例如：能否利用噪声发电？），以图文形式记录。六、作业设计  基础性作业（全体必做）：  1.完成课本本节后练习题，巩固对声传递信息和能量实例的基本辨识能力。  2.绘制一幅“声的利用”简易概念图，以“声的利用”为中心，分出“传递信息”和“传递能量”两大主干，每条主干上列出至少3个典型应用实例，并尝试在每个实例旁用关键词注明其关键原理（如：反射、成像、空化效应等）。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：  1.情境化写作：假设你是一位科技馆讲解员，需要向小学生讲解“超声波”的妙用。请选择超声波在医疗（如B超）或工业（如清洗）中的一个应用，撰写一份通俗易懂、生动有趣的讲解稿（300字左右），要求讲清楚它“是什么”、“怎么用”以及“为什么能用”（涉及简单原理）。  2.家庭小调查：观察并记录你家或周边环境中，有哪些设备或现象用到了“声的利用”？至少找出3个，并参照课堂所学，尝试分析它们分别属于哪类利用，并简单说明理由（可请教家人或查阅说明书）。  探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：  1.微型项目设计：“未来的声学教室”创意设计。设想在未来，声音技术更加发达，请你设计一个利用声学原理（传递信息或能量）改善学习体验或教室环境的装置或系统。例如：利用定向发声技术让每个学生只听到自己老师的讲解；利用特定声波保持空气清新等。要求画出简单的设计草图，并写出设计说明（包括：装置名称、功能、可能用到的声学原理）。  2.深度探究题：查阅相关资料，探究“次声武器”或“声波灭火技术”的原理。分析它们是如何利用声波能量的，并基于科学原理和伦理角度，写一段短评，谈谈你对这类技术发展的看法。七、本节知识清单及拓展  ★1.声的利用两大基本方式：所有声的利用均可归入以下两类：一是利用声传递信息，二是利用声传递能量。这是本课最核心的认知模型。  ★2.声传递信息的本质：声波（或其反射波、其特性变化）作为载体，携带并传达了关于声源或反射体的某种消息、信号、数据。关键在于“获取或传递消息”，对象本身的状态不一定改变。  ★3.声传递信息的典型实例：(1)回声定位：蝙蝠飞行、声呐系统、倒车雷达——利用声音反射测定距离、方位。(2)医学诊断：B超检查——利用超声波反射成像。(3)灾害预测：利用次声波传播远、衰减慢的特点预测地震、海啸。  ★4.声传递能量的本质：声波在传播过程中，能够引起介质或障碍物的振动、形变或其他物理/化学变化，即声波对物体做了功。关键在于“引起物体状态或位置变化”。  ★5.声传递能量的典型实例：(1)超声波清洗：利用超声波在液体中产生“空化效应”，形成局部高温高压冲击污物。(2)超声波碎石：将超声波能量聚焦于体内结石，使其碎裂。(3)高声强声波可震碎玻璃、驱散云雾。  ▲6.超声波特性与应用关联：频率高、波长短，因而方向性好、穿透能力强、能量易于集中。这些特性使其特别适合用于精细探测（B超、探伤）、高效清洗、焊接及碎石等。  ▲7.次声波特性与应用关联：频率低、波长长，因而传播时衰减慢、传播距离极远，且能绕过障碍物。这些特性使其适用于远距离、大范围的监测，如自然灾害预警、军事探测等。  8.核心辨析方法：判断一个声学应用属于哪一类，关键是分析“声波的主要作用是什么？”如果主要目的是获取某种信号或了解情况，属于传递信息；如果主要目的是改变物体状态（清洗、破碎、驱动等），则属于传递能量。同一个过程中可能包含两种作用，但需区分主次。  9.“可听声”的利用：主要集中于传递信息（语言交流、听音乐等）和少量传递能量（如强噪声可能导致不适或损伤听力）。其应用受限于传播距离、方向性等因素。  10.声与能量观的建立：本课深化了“能量”观念，认识到声波是机械波，它的传播必然伴随着能量的传递。这为后续学习其他形式的能量及其转化奠定了基础。  ▲11.前沿拓展：声悬浮技术：利用高强度声波在空气中形成的驻波，产生声压节点，从而将微小物体（如液滴、小颗粒）稳定悬浮在空中。这是声传递能量的一种精妙应用，常用于无容器材料处理和研究。  ▲12.科学·技术·社会（STS）联系：声学技术的发展极大地推动了医学、工业、海洋勘探、国防等领域的进步。同时，也带来如噪声污染、超声设备安全使用等社会议题，体现了科学技术发展的双刃剑效应。  13.易错点提醒：切勿仅根据是否使用“超声波”来分类。超声波既可以用于传递信息（B超），也可以用于传递能量（清洗）。分类的依据永远是作用原理的本质区别。八、教学反思  （一）目标达成度证据分析：从当堂巩固训练的完成情况看，约85%的学生能准确判断基础层练习，表明“声的两类利用”这一核心模型已初步建立。在综合层问题分析中，约60%的学生能完整分析出超声波在碎石过程中的双重作用，体现出一定的综合应用能力。挑战层虽有少数学生提出创意，但原理阐述的深度不足，反映出将模型迁移至全新设计情境的能力仍需长期培养。情感目标方面，课堂中对“超声驱蚊”的争议性讨论有效激发了学生的思辨兴趣，但在引导形成成熟的科技伦理观上，本节课仅是播种，需后续持续灌溉。  （二）教学环节有效性评估：导入环节的“听声辨事”迅速聚焦了“声传信息”的感性认知，与后续不可听声的应用形成对比，效果良好。新授环节的五个任务构成了逻辑闭环：任务一的“初分类”成功暴露了学生的前概念；任务二、四对两类本质的聚焦剖析是突破重难点的关键，其中演示实验和原理动画起到了不可替代的“具象化”作用；任务三对超声、次声的专项探讨化解了抽象性；任务五的综合辨析则实现了知识的应用与内化。“现在回想，在任务四讲能量时，如果能再增加一个学生可动手体验的小活动，比如让每个小组用手感受一下正在发声的小音箱振膜，对‘声具有能量’的感知会不会更深刻？”巩固环节的分层设计满足了不同需求，但时间稍显仓促，部分小组的互评未能充分展开。  （三）学生表现深度剖