摘 要: 传统教学中多普勒演示实验效果不太好，学生体验较差.本文阐述了将信息技术与物 理课堂融合，基于核心素养，大胆创新，利用智能手机、计算机软件模拟、网络检索等手段多维度体 验实验教学来验证多普勒效应的一些策略和方法.

　　关键词: 核心素养,信息技术,融合,科学思维,科学探究

　　新课程改革其中重要的一点就是重视对学生核心素养的培养.高中物理核心素养可分为四个方面， 分别是“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和 “科学态度与责任”.高中物理教学要认识到核心素 养培养的重要意义，采取合适的教学方法组织活动. 选取以信息技术融合物理课，在教学以学生为主体的前提下，可以利用相关的技术构建一些吸引学生 兴趣的和平时生活密切相关的场景，让学生主动参 与，培养学生的观察、分析能力，切实优化一些实验 的教学过程和功能，从而更新一些教学理念和手段， 最终完成培养学生核心素养的目标.

　　然而目前传统教学中，针对《多普勒效应》一 节，有不少教师并没有很好的将信息技术应用于 课堂，局限于先放个视频，举个例子，就从头到尾 讲到底，究 其 原 因，是 既 没 有 准 备 将 信 息 技 术 与 本节课融 入 的 理 念，也 没 有 相 关 的 实 验 设 备.教 材上还使用“多人步行”模拟多普勒现象，虽然能 够带给学生直观的感受，但假如学习能力普通或 抽象能力较弱的学生仅仅使用教材上的例子，可 能依然对“多人步行”和多普勒现象的相关联系表示难以理解.

　　本文以人教版高中物理《多普勒效应》教学为 例，阐述通过利用信息技术融合物理的教学和实验 方法，解决以上问题，落实核心素养.

　　1 创设真实情境，提出问题

　　教师活动( 以下简称“师”) : 回忆当行驶的火车 鸣笛时或飞驰的赛车靠近看台时，你注意过它们发 出的声音有什么变化吗?

　　学生活动( 以 下 简 称“生”) : 学 生 回 答 声 音 有所变化.好像由低到高，从低沉到越来越刺耳. 之后集体观看由教师所放的火车或汽车驶近观 察者的视频.

　　师: 看完视频后，不考虑单纯的音量变化，别的 方面有无区别，声音有无变得尖锐或低沉? 音调变 高还是变 低，音 调 的 高 或 低 是 由 什 么 因 素 决 定? 了解音量 、音调 、频率这三者之间的关系.学生回 答之后，教师展示音调频率对照表再详细解释其 基本概念.

　　师: 火车进站发出声音的频率是固定不变的还是经常改变的? 在火车边的路人听到声音变化的根 本原因是什么? 如果是火车里的乘客，能感受到声 音的变化吗?

　　生: 火车发出频率应该没有变化.不清楚车里的 人是否能感觉到有变化.当火车向路人驶来，路人听 到音调变高.声音变尖锐—音调变高—频率变大.

　　师: 这些现象就是多普勒效应.随后在课件中简 介多普勒历史.

　　设计意图与信息技术应用: 通过观看火车视频 材料，在学生心中缔造出了真实生活中的一段情境， 课堂内容变得丰富、生动而又具体，由于这类火车视 频与学生熟悉的生活紧密相关，较易调动学生的兴 趣，使学生学习更为主动.选用视频素材时，要进行 适当的编辑，排除干扰信息.引导学生多留心关注日 常生活现象，鼓励学生在生活中有意识的培养自己 观察能力，用所学的掌握到的物理知识来审视日常 生活中常见的各种物理现象，从而了解基本物理观 念，锻炼观察能力和科学思维.

　　2 运用信息技术，简单体验多普勒效应

　　师: 在初步了解完多普勒效应和历史后，课堂上 学生自我参与用手机体验下.打开手机 phyphox 应 用程序，介绍其“音频发生器”功能: 能发出各种固 定不变频率的声音.利用音频软件发出声音的频率 是恒定的，手持手机拉远拉近身体，即可以体验到不 同效果.这里使用默认设置频率 440Hz，如图 1.这 里频率范围建议设置在 200 -2500Hz 之间，假如设 置过低的固定频率，则会造成实验效果不显著，也易 受环境杂音干扰.假如设置频率较高，而音量又不 低，则造成人耳听觉不适.

　　生 : 在教师 示 范 实 验 后，手 持 手 机 在 自己 身 边做从远 到 近 的 动 作，体 验 各 种 不 同 效 果.也 可 让学生 1 人手持手机在课堂里运动，其他同学感 受声音的变化.

　　设计意图与信息技术应用: 优化了实验器具，又 让学生自行体验实验，调动了学生的主观能动性.因 手机屏幕较小，为方便学生集体观摩，建议将手机屏 幕共享到教室电脑直至大屏幕.

　　3 现场集体感受软件模拟实验

　　师: 每个人感受完刚才手机实验后，也可以集体 感受使用计算机软件来模拟多普勒效应的效果.教 师用教室计算机打开之前安装好的 Audition 音频软 件.开 始 先 制 作 生 成 固 定 声 源，新 建 采 样 率 为 44100Hz，单声道，16 位的波形文件，之后点击菜单 栏 “生成”—“音调，然后在基础频率选项中任意输 入声源频率数值，在额外特性中输入 1.即可生成输 出频率的正弦音频信号.试听可听到原始声音效果. 使用鼠标滚轮可对声波图形放大，可见正弦波形.然 后在软件中依次点击菜单栏窗 口—“工作区”—“最 大化波形编辑”，“效果”—“立体声声像—“多普勒 效应”.在这里轨迹类型选直线，远距离起始 200 米，如 图 2 所示，点击试听体验，尝试改变其远距离起始和 速率数据，再点击试听，体验不同效果.

　　学生活动: 观看并现场体验多普勒效应.

　　设计意图与信息技术应用: 运用计算机技术软 件模拟多普勒效应，学生集体听到音调从低到高 再从高到 底，由 于 是 计 算 机 软 件 控 制 各 种 因 素， 完全可以自主控制声音变化的高低快慢.再 一 次加深学生 实 验 体 验 的 感 受，顺 带 观 看 声 波 波 形， 有助于知识的理解.

　　4 回顾知识，分组讨论归纳基本规律.

　　师: 体验完模拟实验后，回顾前面机械波所学知 识，单位时间内发出波的个数叫声源频率，观察者在 单位时间内接受到波的个数是指接收到的频率.声 源的频率是保持不变的.播放模拟动画后如图 3.试 结合教材“排队数人”自主学习，分组讨论总结归纳 多普勒效应的规律.

　　生: 观看模拟动画，自主学习后分组讨论模拟 “排队数人”问题来类比声源频率与接收频率的关 系.学习讨论后，归纳简单规律: 观察者与声源与相 对位置如果发生变化，会导致观察者收到频率发生 变化.

　　设计意图与信息技术应用: 之前是体验实验，现 在是探究现象背后的原理.通过模拟动画的观看和 教材例子的结合研究，增加具体动画演示，减轻抽象 想象难度，学生先自主学习，后小组合作攻克难点. 通过现象了解背后的原理，锻炼了学生推理归纳规 律的能力和科学思维.

　　5 分组实验验证之前的规律.

　　师: 分组合作实验，探究学生归纳出的规律究竟 是否正确，需要科学的数字量化验证.首先教师使用 2 台手机示范演示，A 手机作为声源播放，A 手机中 打开 phyphox 软件中的“音频发生器”，频率设置为 2000 赫兹.B 手机作为观察接收者不动，打开 phy- phox 软件中的“多普勒效应”，基准频率同样设置为 2000 赫兹.A 手机从远方靠近 B 手机后离开之后，B 手机可得图 4 所示.观察其波峰和波谷，可以看出 接收到的频率是先增加，再下降.

      手机运动结束后，点击右上角导出统计的数据， 生成文件，将数据传输到教室计算机( 网络传输或 数据线均可).计算机打开接收到的 EXCEL 文件查 看数据，顶部分别是时间、频率、速度，查看原始数据 如图 5.1 秒前的几项是由于打开软件的先后时间 差，属于无效数值.频率那一项是指观察者 B 手机 接收到的频率，时间是指 A 运动靠近 B，再远离 B 的 过程时间.依据图 5 此表格数据，也可以清楚的看见 频率随着时间而增加，而增加之后又迅速下降，对照 表格数据和手机 B 上的波形图可相互验证，从而加 深理解多普勒效应.

　　生: 教师示范实验后，学生分组实验，2 人为一 组使用 2 个手机，如下图 6 所示: 女生和男生两人分 别手持手机作为声源和观察接收者.女生手持一个 手机移动，男生手持另一手机保持不动，则声源和观 察接收者产生了相对运动.女生将手机声源从左侧移动经过男生手机后到右侧，随着女生和男生的相 对靠近，男生手机显示频率越来越高，女生手机经过 男生手机后又相对远离，频率降低.之后，让女生保 持不动，让男生向女生靠近后远离，使用同类方法和 步骤重复多次，验证刚才得出的规律.之后将下表填 下完整.

　　设计意图与信息技术应用: 通过学生小组合作， 分组实验，使学生完全享受在沉浸式体验实验和探 究，不觉得学习是一种负担，兴趣和主动性完全被激 发.教师传授完知识方法，引导发挥学生的创新思 维，开动智 慧 亲 自 动 手 解 决 问 题，进 一 步 锻 炼 了 科学思维和动手探究能力.最后得出结果再与之 前提出 的 规 律 相 互 验 证，整 体 过 程 科 学 态 度 严 谨，逻辑过程严密.实验完成后表格填写，又 一 次 加深对知识的理解，培养了核心素养中的科学思 维和科学探究.

　　6 了解多普勒效应的简单应用

　　师: 布置任务，组织学生网络搜索多普勒效应的 应用并要求展示.

　　生 : 学生使 用 手 机 通 过 网 页 查 询，自 行 拓 展 其应用的 相 关 知 识.依 据 自 己 查 询 到 的 信 息，综 合处理和组织后在课堂上 讲解具体用在哪些方 面. 比如在高速公路上用于交通测速和在医学上 用于超声检测等等.

　　设计意图与信息技术应用: 学生通过网络查 询本节课相关知识的应用，就能意识到当代社会 科学 、日常生活与他们在学校里所学到的物理知识是有紧 密 相 关.在 理 解 科 学 、技 术 、社 会 、环 境 的关系基础上形成对科学和技术应有的正确态 度以及责任感.

　　7 总结评价和练习

　　师: 使用课前教师制作生成的问卷星调查问卷， 发送链接共享.

　　生: 在线完成调查问卷和习题.

　　设计意图与信息技术应用: 通过问卷星程序制 作问卷下发给学生，问卷里含有相关调查信息和课 后习题，可以及时巩固课后学习评价，有助于加深知 识理解，通过问卷调查后直接生成快捷的数据统计， 有助于教师了解本节课学习效果以及合作交流情 况.其中 91.3% 的学生评价对本节课兴趣浓厚，具 体见以下表格.

　　综上所述，本文阐述了物理课与信息技术有机 融合中，对传统的实验操作方法及工具设备进行了 优化创新，无论是便捷度还是教学效果都有显著提 高.本文按照先提出物理问题 、体验分析，到小结 规律，验证 规 律 最 后 到 拓 展 知 识 、学 习 评 价 的 主 线，运用信息技术作为辅助手段融合教学理念和 方法，完成 了 课 程 教 学 任 务，并 且 发 挥 学 生 的 学 习主体，学会在日常生活中培养科学的观念和态 度，运用科 学 思 维 去 探 究 解 决 问 题，进 一 步 落 实了核心素养.

　参考文献:

　　[1] 周锦凤.核心素养在高中物理教学中的渗透 [J].读写算，2021( 03) : 87-88.

　　[2] 须雪忠.“多普勒效应”教学中几个疑难问题的诊断与对策[J].物理教学，2016.38( 01) : 14-15.

　　[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准 [M].北京: 人民教育出版社，2017.