声的探秘：从“听到”到“用到”-八年级物理《声的利用》探究式教学设计

声的探秘：从“听到”到“用到”——八年级物理《声的利用》探究式教学设计一、教学内容分析

从《义务教育物理课程标准（2022年版）》视角审视，“声的利用”隶属于“运动和相互作用”主题下的“声和光”部分。课标要求通过实验，认识声的产生和传播条件，了解声音的特性和现代技术中声学知识的一些应用。这决定了本课的教学坐标：它不仅是声现象知识链的终端应用环节，更是将物理观念（能量、信息）与科学、技术、社会、环境（STSE）深度融合的关键枢纽。知识技能图谱上，学生需在已有声音特性知识基础上，理解声音可以传递信息与能量两大核心概念，并能在大量实例中予以辨析和应用，实现从现象认识到本质理解的跨越。过程方法路径上，本课天然蕴含“科学探究”与“STS”思想。教学设计需将学科思想转化为“实例收集与分类”、“原理分析与归纳”、“技术应用评估”等探究活动，引导学生像工程师一样思考声音的用途。素养价值渗透方面，通过学习声呐、B超、超声清洗等技术，培育学生的科学态度与社会责任，理解物理对人类社会发展的推动作用；通过分析噪声控制与利用的辩证关系，初步建立可持续发展观念。

基于“以学定教”原则，进行学情研判。八年级学生已掌握声音的产生、传播及三大特性，具备初步的观察与描述能力，对声音的各类应用有丰富的感性经验但缺乏系统梳理。可能的认知障碍在于：其一，难以抽象理解“声音传递能量”这一无形过程；其二，容易混淆“传递信息”与“传递能量”的实例，特别是当同一技术同时涉及两者时（如超声波探伤）。因此，过程评估设计将贯穿课堂：通过导入提问探查前概念，通过任务中的分类活动暴露思维过程，通过变式练习检验理解深度。教学调适策略上，对理解较快的学生，引导其深入分析原理并举出创新实例；对存在困难的学生，提供更直观的演示实验（如用音叉轻触水面观察水花飞溅）和结构化的对比表格作为“思维脚手架”，确保各类学生都能在最近发展区内获得成功体验。二、教学目标

知识目标：学生能够准确阐述声音可以传递信息和能量两大基本应用，并能在具体实例（如B超、声呐、超声波清洗）中辨别其核心应用原理；能列举并简单解释声学在现代技术（医学、工业、军事、日常生活）中的典型应用，构建起声音特性与其实际用途之间的逻辑关联。

能力目标：学生能够通过对多样声应用实例的观察、比较与分类，发展信息处理与归纳概括能力；能够尝试设计简单的实验方案（如利用声音使火焰摇曳），初步验证声音传递能量的观点，提升科学探究与创新实践能力。

情感态度与价值观目标：学生在探究声的广泛应用中，感受物理学的实用价值与魅力，激发对科学技术的持久兴趣与好奇；在小组讨论与案例分享中，体会物理学对改善生活、推动社会进步的重要作用，增强将所学服务于社会的意识。

科学思维目标：重点发展学生的模型建构与分类思维。通过将纷繁复杂的声应用实例归入“信息”与“能量”两类模型，学会用简化的物理模型理解和解释复杂现象；通过辨析边缘案例（如超声波碎石），培养批判性思维和具体问题具体分析的辩证思维。

评价与元认知目标：学生能够依据“原理表述是否清晰”、“实例归类是否准确”等标准，对同伴列举的声应用实例进行初步评价；能在课堂小结时，反思自己是如何从生活经验走向物理概念建构的，梳理“实例分类原理应用”的学习路径。三、教学重点与难点

教学重点：区分声音在传递信息和传递能量两类应用上的不同原理，并能据此对具体实例进行正确分析和归类。确立依据：该内容是课标明确要求的“了解声学知识的一些应用”的核心体现，是连接声音特性知识与STSE的桥梁。从学科大概念看，它深化了“声是波，能承载信息和能量”的物理观念。在学业评价中，区分两类应用是常见考点，也是学生能否灵活运用知识解释现象的关键。

教学难点：理解“声音能够传递能量”这一相对抽象的概念，并能解释超声波清洗、碎石等利用声波能量的实例。预设依据：学生对声音传递信息（如听声音知内容）有丰富体验，但能量传递过程无形且往往伴随其他效应（如破碎），认知跨度大。常见思维误区是将“听到声音”（信息传递）等同于能量传递的证明。突破方向在于提供直观实验（如观察声波引起的水面剧烈波动）和慢镜头视频，将无形过程可视化，并通过类比（如水波能推动物体）降低抽象度。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，内含声呐探测、B超检查、超声波清洗、碎石等视频片段；音叉（频率256Hz）、大烧杯、水；轻质小球（如泡沫球）悬挂装置；点燃的蜡烛与扬声器。1.2学习材料：分层设计的学习任务单（含实例分类表、探究性问题、分层巩固练习）。2.学生准备

复习声音的特性；观察生活中有哪些利用声音的现象，并尝试思考其原理。3.环境布置

教室桌椅调整为46人小组合作模式；黑板分区规划，预留核心概念与实例分类板书空间。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题激发

“同学们，我们生活在一个充满声音的世界。之前我们研究了声音是怎么产生、传播的，以及它有哪些特性（音调、响度、音色）。今天，我们要换个角度——声音除了能被我们‘听到’，它还能‘用到’哪里呢？”（停顿，目光扫视全班）“大家先别急着翻书，凭生活经验想想，声音都能帮我们做哪些事情？”1.1从经验走向冲突

预计学生会说出“听歌”、“说话交流”、“听广播”等。教师肯定并总结：“很好，这些都是利用声音来传递——信息。”（板书：传递信息）接着播放两段短视频：一是医生利用B超检查胎儿；二是工厂里利用超声波清洗精密零件。“再看这两个场景，声音又在发挥什么作用？B超是不是仅仅为了‘听’？超声波清洗时，我们甚至听不到声音，它又是怎么把污垢‘震’下来的？”1.2提出核心驱动问题

“看来，声音的用途远不止‘传话’那么简单。那么，声音到底有哪些不同种类的‘用’法？其背后的物理原理究竟是什么？这就是我们今天要一起揭秘的‘声的探秘：从听到到用到’。”同时，向学生简要勾勒学习路径：“我们将从大家熟悉的例子出发，给声音的用途分分类，再深入探究每类应用背后的科学道理，最后当一回‘声学工程师’，看看你能设计出什么新应用。”第二、新授环节任务一：实例大搜罗与初步感知教师活动：首先，组织头脑风暴：“以小组为单位，在2分钟内，尽可能多地列举生活中、生产中、科技中利用声音的例子，记录在任务单上。比一比哪个小组想得全、想得新！”巡视中，可提示不同领域，如“医疗领域除了B超呢？”“军事、海洋探测有没有？”“动物界有没有高手？”时间到后，邀请23个小组分享，将典型案例如“蝙蝠回声定位”、“声呐测距”、“听诊器诊病”、“超声碎石”等关键词板书。接着引导思考：“这么多例子，看起来很杂，我们能不能试着给它们归归类？分类的标准是什么？”学生活动：小组内积极讨论，联想并记录实例。分享时聆听、补充。面对分类任务，开始思考并尝试提出自己的分类标准，如“有的是为了知道情况，有的是为了干活”。即时评价标准：1.实例列举的丰富性与准确性（是否属于声的利用范畴）。2.小组讨论的参与度与协作效率。3.能否提出有依据的初步分类想法。形成知识、思维、方法清单：★声音应用广泛性：声的利用渗透于医学诊断（B超）、工业探测（探伤）、军事航海（声呐）、日常生活（交流）等多个领域。▲仿生学应用：蝙蝠、海豚等生物利用回声定位（声呐原型），是物理与生物学交叉的典范。方法提示：面对大量实例，分类是进行科学梳理的第一步，关键是找到合理的分类依据。任务二：构建核心概念——声音传递信息教师活动：聚焦于“传递信息”类实例。“我们来看这一批例子：通过雷声判断下雨、听铁轨声音判断火车远近、蝙蝠回声定位、B超成像、声呐测绘海底地形……它们有什么共同点？”引导学生发现，其共同目标是“获取某种情况或状态”。教师详解：“这个过程，本质是声音作为一种载体，将源头处的‘情况’（如距离、形状、内部结构）‘告诉’了接收者。接收者通过分析声音的某些特性（如回声的时间、反射波的形态）来解码信息。”可以类比为“声音是一封特殊的信件，承载着信息。”并强调：“这里，我们关注的是‘知道是什么’，而不是改变物体。”学生活动：观察教师列出的实例，思考并归纳共同特征。理解“载体”和“解码”的比喻，尝试用此原理解释一个熟悉的例子，如“医生用听诊器是如何获取信息的？”即时评价标准：1.能否准确归纳“传递信息”类应用的共同目标。2.能否用“载体”观念解释至少一个实例。形成知识、思维、方法清单：★声音可以传递信息：声音作为载体，能够将声源处的状态、特征等内容传递给接收方。核心应用原理：通过分析声音（特别是回声）的传播时间、强弱变化、频率特征等，可以获取位置、距离、形状、内部结构等信息。典型实例：回声定位（蝙蝠、声呐）、医学超声诊断（B超）、工业超声探伤、日常交流听音辨物等。思维进阶：从具体现象中抽象出共通的物理本质（传递信息），是建立物理模型的关键一步。任务三：探究抽象概念——声音传递能量教师活动：这是突破难点的关键步骤。“现在看另一类：超声波清洗眼镜、超声波碎石机、利用强声波驱散人群（概念介绍）。声音在这里起到的作用，和传递信息一样吗？”引发认知冲突。接着进行演示实验1：用敲击的音叉迅速轻触水面，让学生观察水花飞溅。“水花为什么溅起来？是音叉‘告诉’水要动，还是音叉把什么‘给’了水？”引导学生得出“能量”的结论。演示实验2：在扬声器前放置悬挂的轻质小球，调节音量播放低频声音，观察小球振动；或展示声音使蜡烛火焰摇曳的视频。“这些现象共同证明了什么？”总结：声音具有能量，高声强或特定频率的声波能将能量传递给物体，使物体发生振动、变化甚至破坏。学生活动：观察对比两类应用，思考差异。聚精会神观看演示实验，描述现象并尝试解释。从“水花飞溅”、“小球振动”等可见现象中，推理出“声音具有能量并能传递能量”的结论。即时评价标准：1.观察是否细致，描述是否准确。2.能否从实验现象合理推论出“声音传递能量”的结论。3.能否区分“传递信息”与“传递能量”的目标差异（获取vs.改变）。形成知识、思维、方法清单：★声音可以传递能量：声波在传播过程中也伴随着能量的传播。核心应用原理：通过聚集声波（通常是超声波）的能量，使物体或介质发生剧烈的振动、摩擦、空化等效应，从而达到清洗、破碎、消毒等效果。典型实例：超声波清洗、超声波碎石、声波除尘、某些声波武器（拓展了解）。难点辨析：“传递信息”关注声音的内容（是什么），能量通常较小；“传递能量”关注声音的“力量”（做什么），往往需要高声强。有些复杂应用（如超声探伤）可能同时涉及两者，需分析其主要目的。任务四：辨析与整合——构建分类模型教师活动：提供一组混合实例（如“利用敲击瓷器听声辨裂”、“利用超声波雾化加湿器”、“利用次声波预测地震”），让学生以小组为单位，运用刚学的两个核心概念进行分类，并说明理由。巡视指导，关注学生辨析“听声辨裂”（信息）和“超声波雾化”（能量）的关键点。随后，师生共同完善板书，形成清晰的二分法思维导图。提出挑战性问题：“超声波碎石，既有‘定位’（信息）又有‘碎掉’（能量），它主要属于哪一类？为什么？”引导学生理解主次和复合应用。学生活动：小组合作，对给定实例进行分析、讨论和分类，在任务单上完成分类表并阐述理由。参与全班研讨，面对挑战性问题进行深度思考与辩论。即时评价标准：1.分类的准确性及理由阐述的清晰度。2.小组内能否就边缘案例展开有效讨论。3.面对复合应用时，思维是否具有辩证性和主次观念。形成知识、思维、方法清单：★应用分类模型：声的利用主要分为“声音传递信息”和“声音传递能量”两大类，这是基于其根本物理原理的划分。易错点提醒：“听到声音”不一定属于“利用声音传递信息”，关键看是否以获取信息为目的（如听音乐是欣赏，不属于本课讨论的“利用”范畴）。复合应用分析：一些高科技应用（如超声波碎石、某些声呐）可能综合运用两种原理，分析时应抓住其主要目的和核心技术环节。思维结构化：构建分类模型是整合知识、化繁为简的高阶思维方法。任务五：拓展延伸——STSE视野下的声技术教师活动：展示现代声学技术的前沿图片或短讯（如：噪声发电的设想、利用声悬浮技术进行无容器材料加工、声学相机可视化声音），简要介绍其原理。“同学们，物理学的魅力就在于永无止境。从模仿蝙蝠到发明声呐，从听诊器到彩超，人类对声音的利用不断深化。那么，开动你的想象力，基于今天所学的原理，你能否构想一个未来‘声音利用’的小创意？哪怕是一个小小的改进也行。”鼓励学生从解决实际问题的角度思考。学生活动：聆听拓展介绍，感受科技前沿。展开想象，尝试构思一个利用声音的新点子，并思考它主要应用了哪个原理。部分学生可简要分享。即时评价标准：1.对前沿科技是否表现出好奇与兴趣。2.构想的创意是否与声音的利用原理相关联。形成知识、思维、方法清单：▲前沿科技概览：声学技术正向更精密的检测、更高效的能量利用、更奇特的物理效应（如声悬浮、声制冷）方向发展。▲创新思维启发：物理原理是技术创新的源泉。将“声音传递信息/能量”的原理与新的需求结合，就可能催生新的发明。科学与技术关系：科学发现（声的原理）支撑技术发明（声的应用），技术应用又反过来推动科学探索，形成良性循环。第三、当堂巩固训练

基础层（全体必做）：1.判断下列应用主要利用了声音传递信息还是传递能量：(a)医生用听诊器听心肺音；(b)超声波清洗机清洗眼镜；(c)声呐系统探测鱼群位置。2.请各举一个课本以外的实例，分别说明声音传递信息和传递能量。

综合层（多数学生挑战）：3.有一种“声波灭火器”的专利设计，其原理是发射特定频率的声波，吹灭火焰。请分析它主要利用了声音的哪个原理？并尝试解释“吹灭”的可能过程（提示：思考声音传递能量对空气的影响）。

挑战层（学有余力选做）：4.（小组讨论题）蝙蝠在夜晚飞行时，既是利用回声定位（信息）避开障碍、捕捉昆虫，其发出的超声波是否也对微小的飞虫有一定的“震慑”或干扰作用（能量）？请查阅资料或设计一个思想实验，探讨生物应用中是否存在两种原理的复合效应。

反馈机制：基础题通过全班齐答或手势反馈快速检查；综合题请学生代表讲解思路，教师点评并补充物理过程分析（声波引起空气剧烈振动，扰乱火焰周围的空气流动和可燃物分布）；挑战题作为课后延伸讨论话题，鼓励有兴趣的同学形成简要报告。第四、课堂小结

“旅程即将到站，我们来盘点一下今天的收获。哪位同学愿意当‘首席架构师’，用一幅简单的思维导图，梳理一下‘声的利用’这座知识大厦的结构？”邀请学生上台或在笔记本上绘制，核心是“声的利用”分为“传递信息”和“传递能量”两大支柱，每个支柱下有自己的原理和典型实例。

“回想一下，我们是怎么一步步建起这座大厦的？——从生活例子出发，分类比较，探究原理，最后展望未来。这就是我们研究一类物理应用的基本思路。”引导学生进行元认知反思。

作业布置：必做题：1.完成课后练习中关于声利用的基础习题。2.整理本节课的知识清单。选做题（二选一）：A.调查家庭或社区中还有哪些设备应用了声学原理，并归类。B.以“未来的声音科技”为题，画一幅科幻画或写一段短文，描述你的创意。六、作业设计基础性作业（必做）1.完成教材配套练习册中本节相关的基础练习题，巩固声音传递信息与能量的核心概念辨析。2.列表整理课堂上学习的至少6个声的利用实例，并明确标注其所属类别（传递信息/传递能量）。拓展性作业（建议大多数学生完成）3.【情境调查】观察你的家或学校，寻找至少2个课本未详细提及的、利用了声学原理的设备或现象（如：声控灯、倒车雷达、卫生间里的音响等）。查阅资料或分析判断，它主要利用了声音的哪种原理？并简要说明其工作过程。4.阅读一篇关于超声波或次声波应用的科普短文（教师提供链接或资料），并写出150字左右的阅读摘要，重点摘录其应用原理。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）5.【微型项目设计】假设你是一名声学工程师，受社区委托解决“广场舞音乐扰民”问题。请运用本节课所学知识，设计一个既能让舞者听到音乐，又能有效减少声音向居民区传播的解决方案（可图文结合）。思考你的方案可能涉及哪些声学原理（如隔音、吸声、指向性发声等）。6.【跨学科探究】声音对于盲人的导航和认知世界至关重要。调研或构思一种辅助盲人出行或感知环境的“智能声学设备”，描述其功能，并分析其可能综合运用了声音的哪些特性及利用方式。七、本节知识清单及拓展★1.声音的两大应用范畴：声音的利用主要基于其两大物理本质：一是作为信息载体，二是作为能量载体。这是理解和分类所有声应用的根本框架。★2.声音传递信息：核心目标是获取声源或反射体的状态、特征、位置等信息。关键在于对声音信号（特别是回声）进行分析解码。例如，通过计算回声时间测距（声呐），通过分析反射波形态成像（B超）。★3.声音传递信息典型实例：回声定位：蝙蝠、海豚等生物及声呐、雷达（电磁波类比）系统。医学诊断：B型超声成像（B超）、听诊器。工业检测：超声波探伤仪检测金属内部裂纹。日常生活：听声音判断发声体、猜测事件。★4.声音传递能量：核心目标是利用声波（常为高声强超声波）使物体或介质发生物理变化。声波能量可引起振动、摩擦、空化（液体中微小气泡剧烈生成和溃灭）等效。★5.声音传递能量典型实例：超声波清洗：利用空化效应震落物体表面的污垢。超声波碎石：聚焦超声波能量击碎体内结石。其他应用：超声波焊接、声波除尘、某些实验性的声波武器。▲6.辨析与易错点：“听到声音”不等于“利用声音传递信息”。本课的“利用”特指有目的地通过声音获取信息或做功。音乐欣赏是艺术感受，不属于此范畴物理应用。★7.分类思维方法：面对大量实例，依据其根本物理原理（目的：获取信息还是施加作用）进行分类，是化繁为简、抓住本质的科学思维方法。▲8.复合型应用：一些先进技术可能同时涉及两种原理。如超声波碎石，先利用超声波成像定位（信息），再利用高强度超声波聚焦破碎（能量）。分析时应区分主要阶段和目的。▲9.次声波与超声波：人耳可听频率范围为20Hz~20000Hz。低于20Hz为次声波，高于20000Hz为超声波。它们因频率特性各有特殊应用，如次声波传播远，可用于预测地震、海啸；超声波方向性好、能量易集中，广泛应用于检测、清洗、医疗。▲10.仿生学启示：许多声学技术灵感源于生物，如声呐仿蝙蝠和海豚。这体现了向自然学习的跨学科智慧。▲11.科学技术与社会（STS）：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，是物理学影响社会生活的生动例证。▲12.前沿与展望：声学技术不断拓展，如声悬浮（利用声波使物体悬浮）、声学透镜、噪声发电设想、声学超材料等，展示了声音应用的无限潜力。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析本节课预设的知识与能力目标基本达成。通过实例分类活动和探究性任务，绝大多数学生能清晰区分声音传递信息与能量的两类应用，并能对常见实例进行正确归类，在当堂巩固的基础层和综合层练习中表现良好。情感目标方面，学生在观看前沿声技术视频和构想未来创意时，表现出浓厚的兴趣，课堂氛围积极。科学思维目标中的分类模型建构较为成功，但部分学生在面对复合应用（如超声波碎石）进行主次分析时，仍显吃力，这提示在任务四的引导和讨论深度上需进一步加强。

（二）核心环节有效性评估导入环节的“认知冲突”设计有效，B超与超声清洗的对比迅速激发了学生的探究欲。“大家先别急着翻书”的指令成功引导学生从经验出发。新授环节的五个任务环环相扣，尤其是任务三（探究声音传递能量）的演示实验起到了关键的“可视化”作用，将抽象概念转化为可见现象，突破了难点。我当时观察到，当音叉触水水花飞溅时，许多学生发出了“哦——”的恍然大悟之声。这个瞬间是课堂的亮点。然而，任务五（拓展延伸）因时间所限