2.3声的利用教学设计 -2026-2027学年人教版物理八年级上学期

该初中物理教学设计聚焦“声的利用”核心知识，以“AI网格员的防灾日记”为情境主线，通过数字人播报山体崩塌事件导入，衔接声音产生、传播及特性的前序内容，借助AI视频、实验等支架，帮助学生理解次声波、超声波及声音传递信息和能量的应用。 此设计以项目式教学为特色，AI深度赋能将次声波可视化（如蚂蚁搬家视频推理信息传递），通过设计山体滑坡监测方案（科学探究）、烛焰振动实验（科学思维），融入防灾减灾意识（科学态度与责任）。既助学生建构物理观念，又为教师提供情境化、教评一体化的教学资源。

《声的利用》教学设计 《声的利用》教学设计 ——以"AI网格员的防灾日记"为情境主线的项目式教学 人教版物理八年级上册 第二章 声现象 第3节 课时：1课时（40分钟） 一、基本信息 项目 内容 项目 内容 课题 声的利用 教材版本 人教版八年级上册 章节 第二章 声现象 第3节 课时 1课时（40分钟） 课型 新授课（项目式·情境化教学） 课程标准 《义务教育物理课程标准（2022年版）》 二、教材与学情分析 （一）教材分析 本节是第二章"声现象"的收束课，在学生已掌握声音的产生与传播、声音的特性（音调、响度、音色）的基础上，回答"声音有什么用"这一问题。教材将声的利用归纳为两条主线：声音传递信息（回声定位、声呐、B超、倒车雷达等）与声音传递能量（超声波清洗、超声波碎石等）。本节知识是后续学习电磁波与信息传递的重要认知基础，也是开展跨学科实践与工程设计的良好载体。 （二）学情分析 八年级学生对声音有丰富的生活经验，对超声波、次声波充满好奇，但对"频率范围—听觉差异—应用场景"之间的逻辑链条缺乏系统认识；学生刚接触物理实验探究，具备初步的观察与表达能力，但方案设计能力较弱，需要教师搭建脚手架。本课借助真实灾害情境与AI赋能的多媒体资源，将抽象的声学概念转化为可感知、可探究、可应用的学习任务。 三、教学目标（2022年版课标核心素养四维度） 核心素养维度 具体目标 物理观念 知道超声波、次声波的概念及频率范围；知道狗、海豚、蝙蝠等动物的听觉范围与人不同；理解声音既能传递信息，也能传递能量，并能列举生活中的典型实例。 科学思维 通过"蚂蚁搬家—感知次声波—次声波携带信息"的证据推理链，初步形成由现象到本质的推理能力；通过对比人、狗、海豚的听觉范围，学会用分类与比较的方法建构概念。 科学探究 经历"提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—得出结论"的科学探究一般过程，设计并验证"声音传递能量"的实验；尝试设计山体滑坡自动监测方案，提升工程设计与方案表达能力。 科学态度与责任 在地质灾害监测与救援的真实情境中体会物理知识的社会价值，增强防灾减灾意识与家国情怀；了解声音克隆等技术的两面性，树立防范电信诈骗的安全意识和负责任地使用技术的态度。 四、教学重点与难点 教学重点：声音传递信息和声音传递能量两大功能及其在生活和科技中的应用。 教学难点：① 由动物听觉异常现象推理出"次声波携带信息"的证据链建构；② 设计验证"声音传递能量"的实验并完成山体滑坡监测方案的初步构想。 五、教学方法与策略 本课采用项目式学习（PBL）与情境教学相结合的方式：以"AI网格员的防灾日记"为大情境贯穿全课，明线为"提出项目—分析问题—设计方案—评价应用—升华拓展"的项目推进过程，暗线为"防灾减灾、科技报国、安全责任"的课程思政主线。教学中融合数字人播报、AI生成视频、现场演示实验、小组合作讨论、人机协同（学生与AI对话）等手段，并实施"教—学—评"一致性设计，以倒车雷达情境和声呐测深习题即时检测素养达成度。 六、教学准备 （一）教师准备（多媒体资源） 资源名称 用途说明 数字人播报视频 播报2006年7月重庆彭水山体崩塌事件，创设情境、导入新课；并在后续环节承担"提出问题"的功能。 央视新闻实录片段 呈现灾害现场真实画面，增强情境真实感；课末播放央视救援画面，落实课程思政。 AI生成视频①：蚂蚁搬家 呈现网格员巡查发现蚂蚁异常搬家的现象，引发学生提出问题。 AI生成视频②：山体内部次声波 可视化呈现山体微微振动产生次声波、蚂蚁感知后开始搬家的过程。 AI生成视频③：狗的警觉 呈现狗突然"一激灵"预警的画面，介绍狗的听觉范围（15 Hz～50000 Hz）。 AI生成视频④：深海海豚 呈现海豚接收信息的画面，介绍海豚的听觉范围（约150 Hz～150000 Hz）。 AI生成视频⑤：监测方案预设 呈现三名同学利用声波探测仪布设监测区域、检测到次声波即自动报警的方案。 倒车雷达视频 教学评一体化环节的学习背景资料。 雪崩炮视频 呈现人为制造巨大声响引发可控雪崩的画面，引发"声音能否传递能量"的猜想。 声呐技术数字人讲解 拓展环节介绍深海探测与信息传递为何依赖声呐。 （二）实验器材 实验名称 器材清单 听音辨材质（小实验） 木块、铁块、塑料尺、瓷勺等不同材质小物件若干，蒙眼布一条。 扬声器旁的烛焰 扬声器（或小型音箱）1个、蜡烛1支、火柴（或点火器）、手机（播放音乐）。 音叉共鸣实验 频率相同的音叉2支、橡皮锤1把、共鸣箱（或音叉座）2套。 （三）学生准备 预习教材本节内容；回忆自己家或邻居养狗时狗"莫名警觉"的生活经历；以4—6人为单位组成学习小组，每组确定一名记录员和一名汇报员。 七、教学过程（40分钟） 【知识补充】网格员：我国基层社会治理中按"网格"划片负责的工作人员，承担日常巡查、信息收集、隐患排查与上报等职责。在地质灾害防治中，网格员是发现险情苗头的"前哨"和"探头"。本课以网格员的巡查工作为情境线索，引出项目任务。 环节一：情境导入——一份来自网格员的"灾情档案"（约3分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 项目提出 3′ ① 播放数字人播报：2006年7月重庆彭水发生山体崩塌，造成严重人员伤亡与财产损失，并插播央视新闻实录片段。 ② 提出问题：痛定思痛，我们能否提前预判险情？由此引出对山体开展日常巡查的必要性，并介绍什么是网格员。 ③ 发布本课项目任务：假如你是"AI网格员"，请你利用声学知识为山体滑坡设计一套防灾方案。 观看数字人播报与新闻片段，进入灾害情境；了解网格员的职责；明确本课的项目任务。 以真实灾害创设沉浸式情境，激发学习动机与防灾责任感；提出项目任务，确立全课明线；数字人与新闻实录融合，体现AI赋能教学。 环节二：发现问题——蚂蚁搬家的秘密（约6分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 发现问题 提出猜想 6′ ① 播放AI视频①：网格员巡查中发现蚂蚁不断搬家的异常现象。 ② 组织学生小组讨论：蚂蚁搬家意味着什么？引导启发：蚂蚁一定是"获得"了某种东西——信息。 ③ 播放AI视频②：山体内部微微振动产生次声波，次声波携带着山体变化的信息，蚂蚁感知后开始搬家。 ④ 追问：蚂蚁能感知次声波并作出反应，这说明次声波可以携带什么？ 观看视频，发现并提出问题：蚂蚁为什么搬家？ 小组讨论并回答：蚂蚁搬家说明它获得了某种信息。 归纳结论：蚂蚁能感知次声波；次声波可以携带（传递）信息。 以"异常现象—提出问题—证据解释—得出结论"的推理链培养科学思维；AI视频将不可见的次声波可视化，突破认知障碍。 环节三：类比拓展——动物的"顺风耳"与声音传递信息（约6分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 类比迁移 建构观念 6′ ① 联系生活提问：你家喂过狗吗？狗有没有突然"一激灵"警觉起来的时候？唤起学生生活经验。 ② 播放AI视频③（狗突然响应），介绍狗的听觉范围15 Hz～50000 Hz，覆盖部分次声波与超声波。 ③ 追问：除了狗，你还能想到什么动物？预设学生提出蝙蝠，播放AI视频④海豚，介绍海豚听觉范围约150 Hz～150000 Hz。 ④ 引导学生得出结论：次声波与超声波均能传递信息。 ⑤ 引导学生回忆人耳可听范围（20 Hz～20000 Hz），借助AI可视化图片巩固次声波、可听声、超声波的划分。 ⑥ 组织小实验"听音辨材质"：请一名学生蒙上眼睛，教师敲击不同材质的物件，让学生猜材质，并追问判断依据——音色。 分享养狗的生活经历；观看视频，比较人、狗、海豚、蝙蝠的听觉范围。 归纳：超声波和次声波都能传递信息。 参与"听音辨材质"实验，说出依据是音色不同，说明可听声也携带信息。 最终归纳：一切声音都可以传递信息。 由动物到人类、由不可听声到可听声，层层递进完成概念建构；小实验低成本、强体验，让学生亲历"声音携带信息"；培养比较、归纳的科学思维。 环节四：项目设计——山体滑坡自动监测方案（约5分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 方案设计 思维进阶 5′ ① 数字人提出驱动性问题：结合刚才的学习，能否设计一套自动化监测山体滑坡的方案？ ② 组织小组快速讨论并口述展示方案，教师及时给予正向评价。 ③ 播放AI视频⑤（预设方案）：三名同学在监测区域布设声波探测仪，一旦探测到山体异常振动发出的次声波，系统自动报警。 小组讨论，设计并口述自动监测方案（监测对象、传感器布设、报警方式）。 观看预设方案视频，对比完善自己的设计。 将知识即时转化为工程设计，培养科学思维、创新意识与表达交流能力；体现项目式学习"做中学"的理念。 环节五：教学评一体化——倒车雷达与声呐测深（约5分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 以评促学 素养生成 5′ ① 播放倒车雷达视频作为学习背景资料，提出两个问题：倒车雷达的原理是什么？它为什么能测出障碍物的距离和方位？组织讨论并点评。 ② 出示课堂检测题：救援船利用声呐探测海底深度，声呐发出超声波后经海底反射返回，已知海水中的声速和往返时间，求海底深度。组织学生现场测验并即时反馈。 讨论并回答：倒车雷达利用超声波回声定位，根据发射与接收的时间差测距，由多个探头判断方位。 独立完成声呐测深习题，订正反馈。 评价任务与学习目标保持一致（素养立意：声音传递信息），实现"教—学—评"一体化；即时诊断学习效果。 环节六：探究新知——声音可以传递能量（约7分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 猜想探究 实验验证 7′ ① 回到情境，数字人提问：既然我们检测到了危险来临，能否提前"触发"危险、把险情释放掉？给学生简短讨论时间。 ② 播放启发资源"雪崩炮"视频：人为制造巨大声响引发可控雪崩，引导学生提出猜想——声音能否传递能量？ ③ 带领学生回顾科学探究的一般步骤（提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—分析论证—得出结论），让学生思考可以设计哪些实验、举出哪些例子（预设学生说出书本实例，及时正向评价）。 ④ 演示实验一：扬声器旁的蜡烛——播放音乐，观察烛焰随声音"跳舞"的变化。 演示实验二：两个相同频率音叉的共鸣——敲响一个音叉，另一个未敲击的音叉发声。 ⑤ 引导学生归纳：声音可以传递能量。 围绕"提前释放险情"展开简短讨论。 观看雪崩炮视频，提出猜想：声音可能传递能量。 回顾探究步骤，设计或举例验证方案。 观察烛焰抖动与音叉共鸣现象，记录现象、分析原因，得出结论：声音可以传递能量。 以真实工程案例（雪崩炮）引发猜想，完整经历科学探究过程；现场实验现象直观震撼，为"声音传递能量"提供直接证据。 环节七：方案升华——用声音"驯服"大山与强国担当（约4分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 应用迁移 课程思政 4′ ① 追问：能否像雪崩炮那样，利用声音传递能量，诱导山体提前、可控地滑坡，从而释放险情？强调：此环节重在想象力与知识应用，不强求方案正确。 ② 组织学生与AI对话讨论：这种方案的好处与弊端是什么？引导学生发现该方案在现实中很难实现——山体灾害目前仍难以完全避免。 ③ 话锋一转：但是不要紧，我们有强大的祖国！播放央视救援视频，展现灾害面前国家力量与科技担当。 大胆设想"诱导提前滑坡"的方案；与AI讨论方案的利与弊，认识其现实局限。 观看央视救援视频，感受国家救援力量。 人机协同促进知识综合与批判性思维；由"科技之限"转向"国家之力"，自然融入课程思政，体现物理学科的育人价值（暗线收束）。 环节八：课堂小结与拓展——声的世界，用之有道（约4分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 小结拓展 责任意识 4′ ① 引导学生小结并补充：声音传递信息的例子——蝙蝠回声定位、声呐、倒车雷达、B超等；声音传递能量的例子——超声波清洗眼镜、超声波牙刷、超声波碎石等。 ② 数字人讲解声呐技术：为什么在深海探测中传递信息主要靠声音（电磁波在海水中衰减快，声波成为深海"信使"）。 ③ 拓展到现代科技：数字人介绍语音识别技术（与智能手机的关联）；随后以"公安机关提醒"的形式告知学生声音克隆技术已被用于电信诈骗，提醒学生提高警惕、注意防范。 举例并归类声音传递信息与能量的应用，完善知识结构。 了解声呐在深海信息传递中的不可替代性。 认识语音识别与声音克隆技术，增强防电诈安全意识。 小结中生成新知，结构化知识网络；拓展环节连接前沿科技与生活安全，落实科学态度与责任素养。 环节九：课堂训练与作业布置（约2分钟） 教学环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 当堂检测 布置作业 2′ ① 出示两道课堂练习题（见"作业设计"部分），组织学生当堂完成并讲评。 ② 布置分层作业：基础性作业＋实践性作业。 独立完成练习，核对答案。 记录作业要求。 当堂巩固，及时反馈；分层作业兼顾基础与实践，延伸项目学习。 八、板书设计 主板书（知识线） 副板书（项目线） 第3节 声的利用 一、声音传递信息 次声波：＜20 Hz（如：山体振动→蚂蚁搬家） 可听声：20 Hz～20000 Hz（如：音色辨材质） 超声波：＞20000 Hz（如：倒车雷达、声呐、B超） 二、声音传递能量 证据：烛焰"跳舞"、音叉共鸣 应用：超声波清洗、超声波碎石 项目：AI网格员的防灾方案 ① 监测：声波探测仪→捕捉次声波→自动报警 ② 释放：能否用声音诱导提前滑坡？（与AI讨论：利与弊） ③ 担当：科学有边界，祖国有力量 频率数据： 人耳 20～20000 Hz 狗 15～50000 Hz 海豚 150～150000 Hz 九、作业设计 （一）课堂练习题（当堂完成） 1．救援船利用声呐探测海底深度。声呐从海面竖直向下发出超声波，经过4 s接收到从海底反射回来的超声波信号。已知声音在海水中的传播速度为1500 m/s，求该处海底的深度。（参考答案：s = vt/2 = 1500 m/s × 4 s ÷ 2 = 3000 m） 2．下列应用中，利用声音传递能量的是______，利用声音传递信息的是______（填序号）。①用B超检查身体；②用超声波清洗眼镜；③倒车雷达探测障碍物；④用超声波击碎人体内的结石。（参考答案：传递能量：②④；传递信息：①③） （二）基础性作业 完成教材本节"动手动脑学物理"相关习题；用表格整理人、狗、海豚、蝙蝠的听觉频率范围，并各举一例说明其对声音传递信息的利用。 （三）实践性作业（项目延伸，二选一） 1．完善课堂上的"山体滑坡自动监测方案"，绘制一幅方案示意图，标注监测设备布设位置、信息传递路径与报警流程，下节课交流展示。 2．开展"身边的声学科技"小调查：采访家人或查阅资料，找出一个声音传递信息或传递能量的应用实例（如超声牙刷、B超、智能音箱语音识别等），写一段100字左右的介绍，并谈谈如何防范"声音克隆"电信诈骗。 十、教学评价设计 本课坚持"教—学—评"一致性：目标落点是"声音传递信息与能量"的素养表现，评价任务（倒车雷达原理分析＋声呐测深习题＋监测方案展示）与目标逐一对应。评价方式采用过程性评价与结果性评价相结合：过程性评价关注小组讨论中的推理质量、方案设计的创新性与表达交流；结果性评价以当堂检测与分层作业为载体。方案设计环节侧重鼓励性评价，保护学生的想象力与探究热情。 十一、教学设计特色 好了1．双线融合：明线为"AI网格员防灾方案"的项目式任务链（提出项目—发现信息—设计方案—评价应用—升华拓展），暗线为"防灾减灾—科技报国—安全责任"的课程思政主线，实现知识学习与价值引领同频共振。 2．AI深度赋能：数字人播报与提问、AI生成视频将次声波等不可见对象可视化、学生与AI对话开展方案论证，技术服务认知而非喧宾夺主。 3．真实探究：以"听音辨材质"小实验、扬声器烛焰与音叉共鸣演示实验为支撑，让学生亲历科学探究的一般步骤，素养目标落地有声。 第 1 页 / 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $