探秘声音的“超能力”：声的利用（人教版初中物理八年级上册教学设计）

探秘声音的“超能力”：声的利用（人教版初中物理八年级上册教学设计）一、教学内容分析

《义务教育物理课程标准（2022年版）》在“运动和相互作用”主题下，明确了“了解声音在现代技术中的应用”的内容要求。本节课作为“声现象”单元的终结篇，其坐标在于将前三节所学的声的产生、传播、特性等核心概念，从“是什么”、“为什么”的认知层面，推向“怎么用”的应用与创新层面。从知识技能图谱看，学生需在理解声能传递信息和能量两大本质属性的基础上，辨识、解释其在医学、工业、军事、生活等领域的典型应用实例，构建起“物理原理→技术转化→社会应用”的认知链条，为后续学习能量转化与守恒奠定重要基础。过程方法路径上，本节课是培养学生“科学·技术·社会·环境”（STSE）观念和模型建构能力的绝佳载体。通过分析B超、声呐等工作原理，引导学生将抽象的声音特性与具体的技术装置建立联系，经历“分析实际需求→构建物理模型→解释技术原理”的科学思维过程。素养价值渗透方面，通过古今声学技术发展脉络的梳理，如从“伏罂而听”到现代声呐，学生能深切感受科学技术的变革力量与人类的智慧，体会物理知识源于生活、服务社会的价值，培育其创新意识与社会责任感。

八年级学生已初步掌握了声音的产生与传播条件，了解了声音的三要素，这为理解其应用奠定了必要的概念基础。他们思维活跃，对生活中的科技产品充满好奇，但往往停留在感性认知层面，难以从物理原理角度进行深度剖析。可能存在的认知障碍在于：一是容易混淆声音传递信息与传递能量两类应用的本质区别；二是对超声波、次声波等不可听声在实际技术中的应用感到抽象。因此，教学需铺设从感性到理性的阶梯。在过程评估中，将通过“生活实例大搜寻”的前置任务、课堂中的即时追问（如“这个应用中，声音主要充当了‘信使’还是‘工作者’？”）、以及小组模型解释的展示，动态把握学生的理解进程。针对不同层次学生，将设计差异化的支持策略：为理解较慢的学生提供“原理分析脚手架”——图文并茂的流程图；为学有余力的学生设置“深度探究挑战”，如探讨声波武器、声悬浮技术的原理，确保所有学生都能在“最近发展区”内获得成长。二、教学目标

知识目标：学生能够系统建构声的利用知识框架，清晰区分声音传递信息与传递能量两大应用方向。具体表现为，能准确列举并解释至少三个声传递信息的实例（如B超、声呐、回声定位）和三个声传递能量的实例（如超声波清洗、碎石、加湿），并能用准确的物理术语（如回声、超声波、能量转化）阐述其工作原理。

能力目标：重点发展学生的信息整合与模型解释能力。学生能够从纷繁的生活和科技现象中，筛选出与声应用相关的有效信息，并尝试运用示意图或思维导图，将技术应用的关键步骤与核心物理原理（如回声测距、声波具有能量）进行对应和关联，完成从现象到本质的初步抽象。

情感态度与价值观目标：通过领略声学技术如何扩展人类感知和改造世界的边界，激发学生对物理学科的内在兴趣与探索欲。在小组合作学习与全班分享中，培养学生认真倾听、尊重他人观点的协作精神，并初步形成将所学知识用于解释乃至改进生活的意识。

科学（学科）思维目标：本节课着重训练学生的“模型建构”与“STSE关联”思维。通过剖析具体声学装置，引导学生将复杂的技术系统简化为“声源介质接收/效应”的核心物理模型，并思考技术应用背后的社会需求（S）、科学原理（S）、技术实现（T）及其对环境（E）的可能影响，形成多角度分析问题的习惯。

评价与元认知目标：引导学生初步建立对自身学习过程的监控意识。在课堂尾声，通过结构化小结，让学生反思“我是通过哪些方法（如对比、建模、联系生活）来掌握声的利用知识的？”，并尝试依据清晰度、逻辑性、实例恰当性等标准，对同伴的展示或自己的理解进行简要评价。三、教学重点与难点

教学重点：引导学生从物理本质层面理解并区分声音在传递信息和传递能量两方面的应用。此重点的确立依据在于，它是《课程标准》中“了解声音在现代技术中的应用”这一要求的内核，是从具体现象提炼出的上位概念，是构建系统化知识网络的枢纽。从中考命题趋势看，围绕这两类应用设计生活化、科技化情境进行考查是高频考点，且常与声音的特性、传播等知识综合，体现对学生知识迁移和应用能力的考察。

教学难点：学生理解超声波在医疗诊断（如B超）、工业检测等应用中，如何通过接收、处理反射回波来“描绘”物体内部结构或探测缺陷。其难点成因在于该过程涉及不可听声、回声原理、信号转换与成像等多个抽象环节，与学生直观经验距离较远，且需要一定的空间想象和逻辑推理能力。突破方向在于利用动态模拟动画将不可见过程可视化，并类比蝙蝠回声定位这一学生更熟悉的生物实例，搭建认知桥梁。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（内含超声波清洗、B超诊断、声呐探测、回声定位等视频或动画）；音叉、水槽、小型扬声器、蜡烛火焰（用于演示声波传递能量）；若干组“声的利用”原理分析卡片（图文）。

1.2学习材料：分层设计的学习任务单（含基础任务、探究任务与自我评价栏）；课堂巩固练习分层题卡。2.学生准备

预习教材相关章节，并完成“前置任务：寻找身边或你知道的5个利用声音的实例，并简单想想它是怎么工作的。”3.环境布置

教室桌椅按46人合作学习小组排列，便于讨论与展示；黑板预先划分出“信息区”、“能量区”两大板块用于课堂生成性板书。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与冲突激发：教师不直接引入课题，而是播放三段经过静音处理的短视频片段：医生使用B超探头在患者腹部移动、工人将零件放入超声波清洗机、潜艇声呐显示屏上出现光点。随后提问：“同学们，如果我现在告诉你们，这三段看似无声的场景，其核心工作主角都是‘声音’，你们相信吗？它们到底用了怎样的‘无声之声’？”（看大家疑惑又好奇的眼神）这个矛盾将迅速抓住学生注意力。

1.1核心问题提出与路径勾勒：基于学生的反应，教师点明：“声音，远比我们耳朵能听到的更‘能干’。今天，我们就化身科学侦探，一起探秘声音的这些‘超能力’——它如何充当智慧的‘信使’，又怎样成为有力的‘工作者’。”随即展示本节课探索路线图：①盘点声音的“工作岗位”（分类）；②解密“超能力”背后的物理原理（探因）；③畅想未来还可能怎么用（拓展）。并提醒学生：“带上你们预习时找到的例子，我们的探索马上开始！”第二、新授环节

任务一：初探分类——声音的“双重身份”

教师活动：首先，邀请23个小组分享他们预习中找到的最有趣的实例。教师将学生提到的实例（如说话交流、听诊器、雷达？——此处可设疑）快速记录在黑板上。接着，教师演示两个小实验：①轻敲音叉后触及水面，水花四溅；②将正在播放音乐的手机扬声器对准蜡烛火焰，火焰摇曳。同时提问：“大家看，第一个实验，声音让水飞溅；第二个，声音让火焰跳舞。这体现了声音的什么本事？”引导学生说出“能量”。然后追问：“那我们平时听老师讲课，声音传递的是什么？”（信息）。由此，教师点明声音的两大基本应用方向，并引导学生对黑板上的实例进行初步分类：“来，我们当一回‘声音HR’，把这些例子分到‘信息部’和‘能量部’两个部门，看看有没有争议？”

学生活动：观察教师演示，积极思考并回答提问。在教师引导下，以小组为单位讨论黑板上的实例，尝试按“传递信息”和“传递能量”进行分类，并可能就“雷达”等例子产生认知冲突，引发探究兴趣。小组代表发言阐述分类理由。

即时评价标准：1.观察学生能否从实验现象中准确归纳出“声波能传递能量”这一结论。2.倾听小组讨论，判断其分类依据是否清晰，能否初步从作用目的（为了得知什么/为了改变什么）来区分。3.关注学生是否敢于提出不同意见，如对雷达是否属于声的应用产生疑问。

形成知识、思维、方法清单：★核心概念1：声音的两类应用。声音因其能传递信息和能量而被广泛应用。传递信息是利用声波来告知、探测或识别；传递能量是利用声波来做功或引起变化。▲教学提示：分类是科学研究的起点，引导学生从“目的”而非“现象”入手分类，是培养逻辑思维的关键。★易错辨析：雷达利用的是电磁波，不是声波。这是一个强化“声波与电磁波应用场景差异”的好时机。

任务二：解密“信使”——回声与定位技术

教师活动：聚焦“信息部”。播放蝙蝠捕食和潜艇声呐工作的动画，提问：“蝙蝠在黑夜里飞翔自如，潜艇在深海中洞察四方，它们共同的‘法宝’是什么？”（回声定位）。接着，引导学生回顾速度公式，并抛出探究问题：“如果已知声音在海水中的传播速度是1500m/s，声呐发出信号后4秒收到回声，目标有多远？请大家算算看。”计算后，教师进一步利用动画拆解B超的工作原理：“医生手里的探头，既发射超声波，又接收回声。不同的组织反射回声的能力不同，仪器把这些回声信号转换成图像，我们就看到了宝宝的样子。所以，它和声呐在物理本质上是‘亲戚’。”

学生活动：观看动画，理解回声定位的基本原理。运用速度公式进行回声测距计算，巩固知识应用。跟随教师讲解，理解B超将回声信号转换为图像的基本过程，建立“声呐（探测距离、形状）—B超（探测内部结构）”的知识联系。

即时评价标准：1.检查学生计算过程的规范性，以及是否理解“时间减半”的含义。2.通过提问“B超和蝙蝠回声定位，最核心的相同步骤是什么？”，评估学生抽取共同物理模型（发射→反射→接收→处理）的能力。

形成知识、思维、方法清单：★核心原理1：回声定位与测距。利用回声原理（s=vt/2）可以测定距离、深度或描绘形状，这是声呐、倒车雷达、超声测厚仪等技术的核心。★核心技术实例：B超诊断。利用超声波穿透性好、方向性强，并能被不同组织界面反射的特性，通过接收、处理反射回波来形成图像，属于非侵入式检测。▲学科方法：模型建构法。将复杂的定位/成像技术抽象为“声源发射—遇到障碍反射—接收器接收—信号分析”的通用物理模型。

任务三：剖析“工作者”——超声波的能量效应

教师活动：转向“能量部”。播放超声波清洗眼镜、焊接塑料、粉碎肾结石的视频。设问：“这些任务里，声音不再是‘传话的’，而是亲自‘动手干活’。它干活的‘力气’从哪来？”引导学生思考能量转化。教师讲解：“超声波频率高，能量集中。清洗时，它使液体产生剧烈振动和微小气泡（空化效应），把污垢‘震’下来；碎石时，高能声波聚焦，像无形的‘手术刀’把结石击碎。”随后，可以补充一个贴近生活的例子：“加湿器里也有超声波，它把水‘打’成微小雾滴，这也是在利用声波的能量。”

学生活动：观看震撼的超声波应用视频，直观感受声波能量的强大。在教师讲解下，理解“高频声波蕴含较大能量”以及“能量集中”是关键。尝试用“振动”、“能量转化”等术语解释超声波清洗的可能过程。

即时评价标准：1.观察学生能否从能量角度解释现象，而非仅仅描述现象。2.能否举出其他声波传递能量的生活实例（如高分贝声音震碎玻璃）。

形成知识、思维、方法清单：★核心原理2：声波能传递能量。声波，特别是频率高的超声波，可以携带较多能量。当声波作用于物体时，能量可以转化为其他形式，如机械能（振动、破碎）、内能等。★核心技术实例：超声波清洗与碎石。利用超声波在液体中产生的空化效应进行精细清洗；利用高能超声波聚焦产生的机械效应粉碎体内结石。▲STSE关联：这些技术体现了物理原理如何转化为解决医疗、工业实际问题的生产力，具有无污染、精度高等优点。

任务四：概念深化与系统梳理

教师活动：组织学生进行小组竞赛活动：“原理配配对”。为每个小组分发一套混合了“应用实例图片卡”（如听诊器、地震预报、声控开关、超声焊接）和“原理描述卡”的卡片。要求学生在学习任务单的表格中，将实例与正确原理连线，并归类。教师巡视指导，特别关注有困难的小组。之后，请完成速度快且准确的小组上台展示他们的“成果地图”。

学生活动：以小组合作形式，分析图片实例，阅读原理描述，进行匹配、分类并填写表格。过程中需要讨论、辨析，例如“声控开关是利用声音传递信息（触发信号）还是能量？”。完成的小组派代表准备展示说明。

即时评价标准：1.小组合作是否有序、高效，每位成员是否都参与讨论。2.匹配与分类的准确率，尤其是对边缘案例（如声控开关）的分析是否合理。3.展示时表达是否清晰，能否用物理语言解释匹配理由。

形成知识、思维、方法清单：★易错点辨析：声控开关、噪声检测仪等，本质是利用声音的响度（振幅）或频率特征作为触发或测量的信息，而非直接利用其能量工作，应归为“传递信息”类。▲知识整合：完成分类表格的过程，就是自主建构“声的利用”知识体系的过程。★核心素养渗透：通过小组合作与展示，锻炼科学探究中的交流合作能力，以及科学思维中的分析与综合能力。

任务五：拓展视野——次声波与前沿展望

教师活动：简要介绍声音家族的另一特殊成员——次声波。展示材料：“次声波频率低，衰减慢，能传播很远。可以用来监测核爆炸、预测自然灾害如海啸，也能用于研究大气现象。”然后，抛出开放性问题：“基于我们对声音‘超能力’的了解，请你开开脑洞，未来声音还可能在哪里大显身手？是更精准的无创手术，还是用声音来组装微观零件？”

学生活动：了解次声波的特性与应用，拓宽认知边界。展开想象，进行头脑风暴，畅想未来声学技术的可能应用场景，并与同桌或小组成员简单交流想法。

即时评价标准：1.学生是否表现出对未知领域的好奇与兴趣。2.其设想是否在一定程度上与声音的物理特性（传递信息或能量）相关联，而非天马行空。

形成知识、思维、方法清单：▲拓展知识：次声波的应用。利用次声波传播远、穿透力强的特点，用于预测台风、地震等自然灾害，以及监测次声源（如核爆）。★学科思维提升：创新思维训练。将所学原理进行迁移和想象，是科学发明的重要起点。鼓励学生“异想天开”，但需有物理依据。第三、当堂巩固训练

1.基础层（必做）：完成学习任务单上的选择题和填空题。例如：“下列应用中，属于利用声音传递能量的是（）A.用声呐探测鱼群B.用超声波清洗精密零件C.用听诊器诊断病情D.用B超检查胎儿”。（点评：“这道题关键是抓住‘改变物体状态或做功’这个能量应用的标志。”）

2.综合层（鼓励完成）：情境应用题。“某科技馆有一个‘声波灭火’演示装置（如图）。当参观者对着话筒大喊，调节合适的频率和响度，扬声器发出的声波能扑灭前方蜡烛的火焰。请从声的利用角度解释这一现象，并说明其中涉及的能量转化。”学生完成后，进行同伴互评，重点看解释是否抓住“声波传递能量”和“声能转化为其他形式能量（如空气的动能）”的关键点。

3.挑战层（选做）：微型探究题。“资料显示，某些动物（如大象）能利用次声波进行远距离交流。请根据次声波的特点，分析这种交流方式可能有什么优势和劣势？这对人类通信技术有何启发？”教师选取有代表性的答案进行课堂展示和点评，肯定其跨学科联系和批判性思考。第四、课堂小结

引导学生以“我学到了……”的句式进行分享，教师同步完善板书，形成以“传递信息”和“传递能量”为两大主干，以具体应用实例为枝叶，以核心原理为根基的概念图。随后，教师总结：“今天，我们揭开了声音‘超能力’的面纱。原来，物理知识就像一把钥匙，能帮助我们理解乃至创造改变世界的技术。期待同学们能用这把钥匙，发现生活中更多的科学奥秘。”作业布置：①基础性作业：整理本节课知识清单，并完成教材课后练习。②拓展性作业：选择一种本节课介绍的声学应用技术，绘制一份简单的“原理揭秘”小报，向家人介绍。③探究性作业（选做）：查阅资料，了解“声悬浮”或“声学隐身衣”技术的原理，写一份不超过300字的科学简报。预告下节课我们将进入新的单元。六、作业设计

基础性作业（全体必做）：1.系统梳理本节笔记，用表格或思维导图形式清晰呈现声音在传递信息和传递能量两方面的应用，每类至少列出三个实例并简述原理。2.完成课本本节后“动手动脑学物理”中的基础习题，巩固回声计算及原理判断。

拓展性作业（鼓励完成）：开展一次“家庭声学探秘”活动。在家中或社区里，寻找至少两个利用声音原理的工具或现象（如：钢琴调音利用拍音原理、传统工匠“听漏”检查管道）。用手机拍照或绘图，并撰写一段约150字的说明，解释其中涉及的声学知识，制作成一张简易的科普卡片。

探究性/创造性作业（学有余力者选做）：以“未来之声：2030年的声学创新”为主题，进行一项开放性设计。选择某一领域（如医疗、环保、家居、艺术），提出一个基于声音特性（可包括超声、次声）的创新应用设想。要求：①写出设想的名称和主要功能；②简要说明其工作原理（利用了声音的哪种属性或效应）；③画出简单的示意图或构思草图。形式可以为设计报告、海报或PPT短片。七、本节知识清单及拓展

★1.声音应用的两大本质方向：所有声的利用均可归因于声音的两个基本性质：一是声音能传递信息，二是声音能传递能量。这是理解和分类一切声学应用的逻辑起点。

★2.声音传递信息的核心原理与应用：主要利用声音的反射（回声）、特性（音调、响度、音色）来获取信息。回声定位/测距是典型应用，公式s=vt/2，其中t为发出到收到回声的时间。实例：声呐（探测水下目标）、倒车雷达、超声测厚、B超诊断（通过接收组织反射的超声波成像）。

★3.声音传递能量的核心原理与应用：声波，特别是超声波，因频率高、能量集中，可以使物体发生振动或产生其他物理变化。实例：超声波清洗（空化效应）、超声波碎石（高能聚焦）、超声波焊接、某些加湿器（超声雾化）。

▲4.超声波与可听声、次声波的比较：超声波（频率>20000Hz）、可听声（20Hz20000Hz）、次声波（频率<20Hz）。超声波方向性好、穿透能力强、能量易集中；次声波传播衰减慢、传播距离远。

▲5.次声波的应用：利用其传播远的特性，用于监测次声源（如核爆炸、火箭发射）、预测自然灾害（如台风、海啸、地震）。

★6.易混淆点辨析：并非所有与声音有关的设备都直接利用声波。例如：①麦克风、扬声器是电声转换器件，不属于本课定义的“应用”，而是实现应用的设备。②声控开关是利用声音的响度（信息）作为触发信号来控制电路，属于利用声音传递信息。③雷达利用的是电磁波，不是声波，需严格区分。

▲7.学科思想方法提炼：模型建构（将复杂技术简化为物理过程模型）、分类与比较（按本质目的分类）、STSE观念（理解科学、技术、社会、环境的相互影响）。

▲8.前沿拓展：声学新技术（供感兴趣学生了解）：声悬浮（利用声辐射力悬浮微小物体）、声学隐身衣（通过材料设计控制声波绕射）、声学黑洞（吸收声波振动）等，这些是基于声波原理的深度创新，体现了物理学的无限可能性。八、教学反思

（一）目标达成度评估：从课堂反馈和巩固练习情况看，绝大多数学生能够准确区分声音传递信息与能量的实例，并能用“回声测距”、“声波具有能量”等核心原理进行解释，知识目标达成度较高。能力目标方面，学生在“原理配配对”任务中展现出的分析、匹配能力，以及部分学生在挑战题中表现出的迁移想象能力，表明模型建构与信息整合能力得到了有效训练。情感目标在导入的震撼情境和拓展展望环节得到了较好激发，学生参与热情高。（“看到孩子们争相分享未来设想时眼里的光，我知道这节课的价值已超越了知识本身。”）

（二）核心环节有效性分析：1.导入环节：静音视频制造的认知冲突效果显著，成功地将学生的好奇心转化为学习内驱力。2.任务二与任