□ 主講人：徐敬洪

教學(xué)背景

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，小學(xué)3～4年級(jí)學(xué)生應(yīng)知道聲音有高低和強(qiáng)弱之分，能解釋聲音的產(chǎn)生與物體振動(dòng)的關(guān)系，以及聲音高低、強(qiáng)弱的改變與振動(dòng)幅度變化的關(guān)系。

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生往往是通過(guò)敲擊音叉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而探究影響聲音強(qiáng)弱變化的原因。敲擊音叉時(shí)，音叉振動(dòng)并發(fā)出聲音，從而說(shuō)明聲音是通過(guò)振動(dòng)產(chǎn)生的。用不同的力度敲擊音叉，音叉振動(dòng)幅度越大，發(fā)出的聲音越大，從而說(shuō)明聲音的強(qiáng)弱變化與物體的振動(dòng)幅度有關(guān)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然能比較好地呈現(xiàn)音叉的振動(dòng)幅度，但是無(wú)法對(duì)聲音的強(qiáng)弱進(jìn)行量化，我們只能通過(guò)感官主觀地判斷聲音的強(qiáng)弱，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏數(shù)據(jù)，不夠客觀。

在本次案例中，我們將借助行空板、模擬聲級(jí)計(jì)等開源硬件對(duì)聲音的強(qiáng)弱進(jìn)行量化，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀、客觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生更加清晰地理解聲音強(qiáng)弱變化和物體振動(dòng)幅度之間的關(guān)系。

教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)觀念：通過(guò)觀察和跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)，知道物體振動(dòng)幅度的變化能引起聲音強(qiáng)弱的變化。

科學(xué)思維：能在教師指導(dǎo)下，以“敲擊越用力，振動(dòng)幅度越大，聲音分貝值越高”為證據(jù)，說(shuō)明聲音強(qiáng)弱的變化與物體振動(dòng)幅度的關(guān)系。

探究實(shí)踐：能夠利用多種感官以及跨學(xué)科的工具，如模擬聲級(jí)計(jì)等，描述聲音強(qiáng)弱的變化。

態(tài)度責(zé)任：具有敢于探究身邊事物特性的勇氣，提高探究科學(xué)的濃厚興趣。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：知道物體振動(dòng)幅度的變化能引起聲音強(qiáng)弱的變化。

教學(xué)難點(diǎn)：能說(shuō)明聲音強(qiáng)弱的變化與物體振動(dòng)幅度的關(guān)系。

教學(xué)準(zhǔn)備

一、材料準(zhǔn)備

行空板1塊、模擬聲級(jí)計(jì)1個(gè)、音叉一套、杜邦線若干。

二、制作實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)裝置的制作比較簡(jiǎn)單，學(xué)生可利用杜邦線將模擬聲級(jí)計(jì)連接到行空板上。為了避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生其他變量，需要把模擬聲級(jí)計(jì)固定在音叉上，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持位置不變。實(shí)驗(yàn)裝置搭建如圖1所示。

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圖1

三、編寫硬件程序

程序界面設(shè)計(jì)如圖2所示，行空板的程序主要用于記錄音叉振動(dòng)后聲音的分貝大小，通過(guò)聲音的分貝大小反映聲音的強(qiáng)弱。由于音叉被敲擊后，振動(dòng)產(chǎn)生的聲音是動(dòng)態(tài)變化的，為了更加準(zhǔn)確地記錄音叉振動(dòng)產(chǎn)生的聲音數(shù)據(jù)，我們點(diǎn)擊“開始測(cè)試”按鈕后，程序?qū)⒊掷m(xù)記錄聲音的分貝值，直到“結(jié)束測(cè)試”按鈕被按下。當(dāng)學(xué)生結(jié)束測(cè)試后，程序會(huì)自動(dòng)提取測(cè)試期間的最大分貝值，作為該次測(cè)試的最終分貝值。完整程序如圖3所示。

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圖3

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

教師播放生活中有關(guān)聲音的視頻，如鳥叫聲、火車行駛聲、汽車?guó)Q笛聲、學(xué)生讀書聲等，讓學(xué)生認(rèn)真聆聽這些聲音，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出自己身邊其他常見的聲音，體會(huì)聲音在日常生活中的無(wú)處不在。

教師提出問(wèn)題：這些聲音是怎么產(chǎn)生的？這些聲音之間有什么不一樣的地方？

學(xué)生分小組進(jìn)行討論并由代表進(jìn)行回答。

教師小結(jié)：通過(guò)剛才的討論，我們知道這些聲音既有“嘰嘰喳喳”，也有“轟轟轟”，不同人說(shuō)話的聲音也不一樣，而這種聲音表現(xiàn)出來(lái)的差異我們稱作“音色”。除此之外，我們聽到的這些聲音還有“大小”的不同，我們把聲音的“大小”稱為聲音的“強(qiáng)弱”。

二、實(shí)驗(yàn)探究

1.教師講解實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法

教師示范正確連接裝置的操作后，需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)的是模擬聲級(jí)計(jì)的位置不僅要固定好，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能發(fā)生變動(dòng)，避免模擬聲級(jí)計(jì)的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生其他影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變量。

實(shí)驗(yàn)開始后，教師點(diǎn)擊“記錄環(huán)境分貝”按鈕，記錄當(dāng)前環(huán)境的聲音分貝值，以此作為空白對(duì)照組數(shù)據(jù)。接著點(diǎn)擊“開始測(cè)試”按鈕后，程序便會(huì)不斷地記錄環(huán)境的分貝值。教師開始敲擊音叉，學(xué)生就可以觀察到音叉的振動(dòng)。等待音叉發(fā)出的聲音完全消失后，師生再次觀察音叉，會(huì)發(fā)現(xiàn)音叉振動(dòng)也隨之消失，此時(shí)點(diǎn)擊“結(jié)束測(cè)試”按鈕，程序自動(dòng)顯示測(cè)試過(guò)程中記錄到的最大聲音分貝值。

教師繼續(xù)試驗(yàn)，并不斷改變敲擊音叉力度的大小，學(xué)生通過(guò)反復(fù)觀察，并結(jié)合音叉的振動(dòng)情況與實(shí)驗(yàn)中所聽到的聲音大小，以及記錄到的準(zhǔn)確的聲音分貝值，就能總結(jié)并分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2.學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)

學(xué)生以小組為單位，結(jié)合教師的示范操作與提示，展開實(shí)驗(yàn)。在本實(shí)驗(yàn)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生做好小組的分工，明確實(shí)驗(yàn)操作員、實(shí)驗(yàn)記錄員等不同人員的職責(zé)。由于敲擊音叉的力度是主觀的，每組學(xué)生可以自行定義敲擊力度為“較輕”“中等”“較大”三種，將每種敲擊力度產(chǎn)生的振動(dòng)幅度和聲音分貝值記錄下來(lái)。除此之外，音叉的振動(dòng)幅度同樣無(wú)法量化，學(xué)生需要認(rèn)真觀察，準(zhǔn)確用語(yǔ)言來(lái)描述和記錄。教師可以提前引導(dǎo)學(xué)生定義能準(zhǔn)確區(qū)分振動(dòng)幅度的形容詞，分別為“較大”“一般”“較小”三種。

環(huán)境中的聲音容易對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此教師需要要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持絕對(duì)的安靜，小組之間也應(yīng)該拉開一定的間隔，防止不同小組在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中互相產(chǎn)生干擾。最后，學(xué)生填寫如下實(shí)驗(yàn)記錄表格。

實(shí)驗(yàn)記錄表

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三、分享總結(jié)

學(xué)生以小組為單位在課堂上分享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論。分享過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生正確描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中敲擊音叉力度的變化、音叉振動(dòng)幅度的變化、聲音分貝值的變化，并讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步分析物體的振動(dòng)幅度變化與聲音強(qiáng)弱變化之間的關(guān)系。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敲擊音叉的力度越大，音叉振動(dòng)的幅度就越大，產(chǎn)生的聲音分貝值也越大。由此說(shuō)明，當(dāng)物體的振動(dòng)幅度發(fā)生變化后，聲音的強(qiáng)弱也會(huì)發(fā)生變化，振動(dòng)幅度越大，聲音的分貝值也越大，反之，聲音的分貝值越小。即物體的振動(dòng)幅度由大變小，所產(chǎn)生的聲音則由強(qiáng)變?nèi)酰粗?，則聲音由弱變強(qiáng)。

教學(xué)反思

本案例圍繞“生活中的聲音”這一情境展開，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生了解聲音的“音色”“強(qiáng)弱”等概念，讓學(xué)生對(duì)聲音的特性有了初步的認(rèn)識(shí)。之后，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，探究影響聲音強(qiáng)弱變化的原因。

本案例是一個(gè)以音叉為主要實(shí)驗(yàn)器材的經(jīng)典探究實(shí)驗(yàn)。為了解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中聲音無(wú)法量化的問(wèn)題，我們借助了一些開源硬件，在一定程度上把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更直觀。

在實(shí)際開展教學(xué)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)的操作難點(diǎn)主要是如何控制環(huán)境的聲音、如何正確描述敲擊音叉力度的變化以及音叉振動(dòng)幅度。因此，在課堂探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師必須要求學(xué)生做到絕對(duì)的安靜，維持班級(jí)的紀(jì)律，控制學(xué)生小組之間的距離，最大限度地減少環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。在實(shí)驗(yàn)開始以及總結(jié)階段，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生正確描述敲擊音叉的力度以及音叉的振動(dòng)幅度。