摘要：物理學(xué)科中的大概念，可以是學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念，也可以是在單元整體學(xué)習(xí)中所獲得的知識、技能及思維的集中反映。以蘇科版初中物理八年級上冊《聲現(xiàn)象》單元為例，說明大概念統(tǒng)領(lǐng)的物理教學(xué)思路：分析單元知識，提取大概念，明確大概念發(fā)展路徑;依循發(fā)展路徑，設(shè)置驅(qū)動任務(wù)，開展探究活動。

關(guān)鍵詞：大概念;聲能;《聲現(xiàn)象》;共振

大概念（big idea），原意為大創(chuàng)意，是指將品牌的核心價值以最能打動消費者的角度闡述出來的想法;后引申為那些能夠?qū)⒎稚⒌氖聦崱⒔?jīng)驗、知識和技能聯(lián)結(jié)成為整體，并且賦予它們意義的概念、原則或理論。有學(xué)者用“錨點”來隱喻大概念的“聯(lián)結(jié)”作用：“大概念既是各種條理清晰的關(guān)系的核心，又是使事實更容易理解和有用的一個概念錨點?！?/p>

學(xué)科中的大概念，指那些能反映學(xué)科本質(zhì)，居于學(xué)科中心地位，具有較為廣泛的適用性和解釋力的概念、原則或理論。物理學(xué)科中的大概念，可以是學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念，如物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等;也可以是在單元整體學(xué)習(xí)中所獲得的知識、技能及思維的集中反映，具體體現(xiàn)為學(xué)生能夠利用相關(guān)概念解決實際生活中的各種問題。

大概念統(tǒng)領(lǐng)的物理教學(xué)，首先應(yīng)基于單元內(nèi)容分析提取大概念并明確發(fā)展路徑，然后依循發(fā)展路徑，設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生開展探究活動。本文以蘇科版初中物理八年級上冊《聲現(xiàn)象》單元為例具體說明。

一、大概念的提取與發(fā)展路徑

我們首先需要分析單元內(nèi)容，在科學(xué)劃定概念層次的基礎(chǔ)上提取大概念。概念層次分析具有開放性和相對性，各層次之間并沒有明確的界限，不同研究者所采用的劃分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，但“物理概念是有層次的，物理學(xué)習(xí)要實現(xiàn)概念的進(jìn)階”是基本共識。本文采用“基本概念—重要概念—核心概念—大概念”的層次劃分。基本概念，是人類在探索自然規(guī)律的過程中，為了描述客觀事物某一方面的屬性而定義的科學(xué)概念，如介質(zhì)。重要概念，是構(gòu)成科學(xué)理論體系的基石，但其抽象程度和概括程度不及核心概念，如音調(diào)。核心概念，是對若干重要概念抽象概括、組織整合的產(chǎn)物，如樂音。

《聲現(xiàn)象》是蘇科版初中物理教材的開篇，這一單元的知識結(jié)構(gòu)包括“聲音是什么”“樂音的特性”“噪聲及其控制”“人耳聽不到的聲音”“綜合實踐活動：比較材料的隔聲性能”。所涉及的概念包括：振動、聲源、介質(zhì)、聲波、回聲、聲速、聲能、樂音、響度、振幅、音調(diào)、頻率、音色、噪聲、聲強級、可聽聲波、超聲波、次聲波等。《聲現(xiàn)象》單元的概念層級分析如圖1所示。

之所以界定“聲能”為本單元的大概念，我們還可以通過分析具體教學(xué)內(nèi)容來說明：“聲音是什么”雖然以探究“聲音的產(chǎn)生與傳播”為主，但同時還穿插了聲能、聲波等概念;“樂音的特性”“噪聲及其控制”“人耳聽不到的聲音”都與聲能息息相關(guān);而“比較不同材料的隔聲性能”也是對聲能的一種遷移應(yīng)用。

大概念的形成是有邏輯及發(fā)展體系的，在梳理并分析《聲現(xiàn)象》單元知識結(jié)構(gòu)的過程中，我們可以很自然地得到“聲能”大概念的發(fā)展路徑（如圖2所示）。大概念的發(fā)展路徑其實就是任務(wù)解決過程中學(xué)生相關(guān)能力的提升過程。

二、大概念統(tǒng)領(lǐng)的教學(xué)落實：依循路徑，任務(wù)驅(qū)動

我們依據(jù)大概念的發(fā)展路徑設(shè)計相應(yīng)的實驗或者學(xué)習(xí)任務(wù)。相關(guān)的實驗及學(xué)習(xí)任務(wù)是學(xué)生能力提升的具體載體，并能反映學(xué)生對相關(guān)概念的理解情況。依循“聲能”大概念的發(fā)展路徑，設(shè)計“研究共振現(xiàn)象”系列任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生有效整合和遷移應(yīng)用單元學(xué)習(xí)內(nèi)容。具體教學(xué)過程如下：

（一）了解聲能的相關(guān)屬性：讓音叉發(fā)聲

1.直接敲擊發(fā)聲。

教師提出第一個任務(wù)：讓音叉發(fā)聲。學(xué)生思考后提出第一種方案：直接用小錘敲擊音叉（如圖3）。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧顯示音叉振動的方法。如：用細(xì)線掛一乒乓球，將發(fā)聲的音叉接觸乒乓球，觀察到乒乓球被彈開;將發(fā)聲的音叉接觸水面，觀察到有水花濺起。

本方案所涉及的概念為聲音的產(chǎn)生與傳播，這是最簡單的操作方案。學(xué)生設(shè)計出這樣的方案后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧轉(zhuǎn)換的思想，對方法形成更深刻的認(rèn)識。

2.音叉共振發(fā)聲。

接著，教師提出新的問題：“不接觸是否也能讓音叉發(fā)聲？”并采用唐代《劉賓客嘉話錄》里寺廟中的罄不敲自鳴的故事，引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的器材完成任務(wù)。

學(xué)生提出第二種方案：（1）如圖4所示，將兩個頻率相同的音叉靠近，敲響音叉甲后用手按住，聽音叉乙是否發(fā)聲;（2）換一個不同頻率的音叉，重復(fù)上述實驗，聽音叉是否發(fā)聲。師生共同得出結(jié)論：只有固有頻率相同的音叉，才會產(chǎn)生共振現(xiàn)象;上述現(xiàn)象還說明，聲音可以通過空氣傳播，聲音具有能量。

教師引出共振的定義：系統(tǒng)受外界激勵，作強迫振動時，若外界激勵的頻率接近于系統(tǒng)頻率，強迫振動的振幅可能達(dá)到非常大的值，這種現(xiàn)象叫作共振。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生提出第二種方案，嘗試?yán)煤唵蔚墓舱裢瓿扇蝿?wù)。這里，主要使學(xué)生明確共振的條件，回顧聲音傳播的條件、頻率等概念，同時滲透比較的研究思想。

3.試管共振發(fā)聲與“試管口琴”。

教師繼續(xù)啟發(fā)學(xué)生：在之前的學(xué)習(xí)中，我們探究過“管樂器、弦樂器的音調(diào)與哪些因素有關(guān)”，若提供試管和適量的水，能否根據(jù)所學(xué)知識，結(jié)合共振條件，使音叉發(fā)聲？

學(xué)生提出第三種方案：向試管中加水，改變其中的水量以改變空氣柱的長度;利用模擬示波器測量空氣柱振動頻率，直至調(diào)至頻率為440 Hz（音叉固有頻率）;在音叉附近吹試管，觀察音叉是否發(fā)聲。

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步拓展，制作“試管口琴”：以國際標(biāo)準(zhǔn)音為準(zhǔn)[C（do）：261.6 Hz;D（re）：293.6 Hz;E（mi）：329.6 Hz;F（fa）：349.2 Hz;G（sol）：392 Hz;A（la）：440 Hz;B（si）：493.8 Hz]，改變試管中的水量，調(diào)節(jié)空氣柱的振動頻率，制作“試管口琴”，并演奏簡單的樂曲。

第三種方案及拓展研究所涉及的概念為聲音的分類中音調(diào)與頻率之間的關(guān)系。調(diào)音制作“試管口琴”就是應(yīng)用管樂器音調(diào)與空氣柱長短有關(guān)的知識解決實際問題的過程。而利用模擬示波器能更加精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)空氣柱的長短，以獲得更加精準(zhǔn)的發(fā)聲頻率。

（二）掌握聲能的作用和危害防止：震碎玻璃高腳杯

教師提出第二個任務(wù)：利用聲音，震碎玻璃高腳杯。具體探究過程如下：

1.敲擊玻璃高腳杯，用模擬示波器測量杯子的發(fā)聲頻率，為785 Hz。調(diào)節(jié)試管中的水量，使空氣柱的振動頻率為785 Hz，吹試管，發(fā)現(xiàn)杯子會發(fā)出聲音。

2.使用伸縮玩具喇叭（如圖5）震碎玻璃高腳杯。取下一節(jié)喇叭的套筒，調(diào)節(jié)剩余兩節(jié)套筒的長度，用模擬示波器測量喇叭的發(fā)聲頻率，直至與杯子的頻率相同。將喇叭口對準(zhǔn)杯子，用力吹響喇叭，嘗試用聲音震碎杯子。

3.利用功放和高音喇叭，播放與玻璃高腳杯頻率相同的聲音，增大響度，直至震碎杯子。

震碎玻璃高腳杯是典型的共振現(xiàn)象實例，常出現(xiàn)在科學(xué)類電視節(jié)目中，是聲音具有能量的典型案例。通過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生很容易想到獲得與玻璃高腳杯頻率相同且響度較大的聲音的途徑，從而完成任務(wù)。

（三）應(yīng)用聲能解決實際問題

教師播放視頻并提出第三個項目任務(wù)：“2020年5月5日下午，一段‘廣東虎門大橋波浪式起伏的視頻引起大家廣泛關(guān)注。為了確保安全，相關(guān)部門封閉了虎門大橋雙向六車道。廣東省交通集團(tuán)5月6日凌晨通報稱，據(jù)專家組判斷，虎門大橋發(fā)生起伏是橋梁渦振現(xiàn)象，并表示懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠，不會影響后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性?！疁u激振動是大跨度橋梁在低風(fēng)速下出現(xiàn)的一種風(fēng)致振動現(xiàn)象。假若構(gòu)件的自振頻率與漩渦的發(fā)放頻率相接近就會使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振破壞，這種現(xiàn)象容易發(fā)生在高聳結(jié)構(gòu)物上，因此這種渦激振動是極其有害的。由上述材料可知橋梁渦振現(xiàn)象和我們剛剛研究的共振有關(guān)，請嘗試分析并給出自己的解決方案?！?/p>

學(xué)生根據(jù)之前的學(xué)習(xí)，分析并提取信息，知道當(dāng)外界激勵頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，就會發(fā)生共振現(xiàn)象，從而提出兩種解決思路：（1）改變外界激勵頻率;（2）改變系統(tǒng)的固有頻率。

教師提供資料：“部分專家認(rèn)為，虎門大橋本次振動的主要原因是：在維修施工中，沿橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置了水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生了橋梁渦振現(xiàn)象。后續(xù)拆除完畢，共振也會基本得到控制?！边@與學(xué)生改變系統(tǒng)固有頻率的思路是一致的，表明學(xué)生已經(jīng)能初步應(yīng)用聲能解決生活中的問題。

“大概念”并不是一個新理念，但遵循什么樣的邏輯來組織教學(xué)則觀點各異。以上只是筆者基于實踐提出的一種教學(xué)思路，對于“大概念”與其他教學(xué)理論與研究的融合，我們還將持續(xù)深入地實踐探索。

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