小學生“聲音的傳播”的科學前概念測查及分析

姚春玲 吳莉榮 吳義生

小學科學課程里“聲音的傳播”是小學科學四個領域之一——物質世界的“能量”分支的一個內容，與運動和力、物質與材料等相關領域聯系緊密（見圖1）。本次研究主要關注小學生對“聲音的傳播”以及“人耳是怎樣聽到聲音”的具體認識。我們的研究著重針對以下幾個方面：了解學生對“聲音在傳播過程中能量逐漸衰減”的認識；了解學生對“人耳是怎樣聽到聲音”的看法；了解學生對“真空能否傳聲”的認識；了解學生對“聲音傳播的路徑”以及“聲音的反射”的認識。我們利用情境性問題問卷調查，并輔以訪談的方式對北京地區的小學生進行了調查。本次調查的對象是四年級的69名學生，調查之前，這些被調查的小學生在科學課上沒有接觸過有關聲音的內容。

圖1 “聲能”所處知識領域及其與相關領域的關系圖

一、小學生對“聲音在傳播過程中能量逐漸衰減”的認識

總體來說，由于在日常生活中有這方面的豐富經驗，絕大部分同學都關注到了聲音在向遠處傳播過程中，人的主觀感受的變化，極少數同學對此沒有回應。事后進一步訪談發現，這幾位同學沒有理解該題的答題方式，因而未作答，但是他們表達的看法都比較準確。

1.離四五步遠

小學生認為，在離自己四五步距離聽別人大聲說話，聽的聲音（很）大、（很）清楚甚至很刺耳的共62人（其中有2人認為聽到的聲音很刺耳），占89.86%；有1人覺得聽到的聲音有點小，占1.45%；有2人認為聽不清，占2.90%；還有4人沒作答，占5.80%。訪談后發現，這4位同學沒有理解題意，不知道用什么方式回答，但在與其交談時發現，他們認為聽到的聲音很清楚。

2.離10米遠

小學生對10米的距離大概有多遠，認識比較模糊，他們對這一問題的回答出現了以下五種情況。認為聽到的聲音較大、不太響（大）、音量中等的有20人，占28.99%；認為聽到的聲音小，能聽得清（見）的有27人，占39.13%；認為聽到的聲音特別小、不太清楚、有點模糊的有17人，占24.64%；有2人認為聲音聽得很清楚、有一點刺耳，占2.90%；還有3人沒有作答，占4.35%。與上一題情況不同的是，這3人沒作答是因為他們對10米的距離大約有多遠認識不清，或者沒有關注過這種情況，不好回答。

3.隔著一堵墻

隔著的“這堵墻”引起了學生的困惑，有些學生追問這堵墻是像有頂的房子的墻壁還是院墻。教師預測，在他們的意識里，這兩種“墻”隔音效果是不同的，因此，教師并沒有具體指明是哪種墻。在這種情況下，認為聽到的聲音很小（輕、細）、好像變聲了的有33人，占47.83%；認為聽到的聲音不太清楚，幾乎聽不見的有16人，占23.19%；有13人認為聽不見聲音，占18.84%；另外，分別有1人認為聲音不大也不小，1人認為聲音比較大，1人認為聲音中等，并且從墻上面傳播，這位同學的意識里已經有“聲音的衍射”思想的萌芽了。這一組同學各占1.45%的比例，還有4位同學沒有作答，占5.80%。這4人中有沒理解題意的，也有糾纏于什么樣的“墻”而沒有作答的。

無論小學生在這些具體情境里是如何作答的，從總體上看，他們已經認識到聲音在向遠處傳播的過程中音量會變小，尤其是要穿過類似于“墻”這樣的物體。用他們的話來說，由于墻上有特別小的“洞”，聲音要穿過曲曲折折的“通道”會損失很多能量，所以，聲音會變小。因此，在教學這個知識點時，只需用一至兩個演示實驗引起他們對往日經驗的回憶，讓他們意識到聲音的傳播有些類似于他們在跑步。跑步會累，是因為身體里有能量損耗，同樣，這里的聲音在傳播時也會有能量耗損，至于損失的能量變成了什么，今后在學習能量的轉移和轉化時可以進一步研究。

二、小學生對“人耳是怎樣聽到聲音”的看法

在調查過程中，我們發現，接近90%的小學生對外界的聲音是怎樣傳到耳朵里，引起我們的聽覺的認識是模糊的。即使是大人，對這個問題也不一定認識得很清楚。因此，我們認為這個知識點對小學生來說是個難點。

僅有9人認識到外界的聲音進入外耳道后會引起鼓膜振動，振動傳到聽小骨，再經過半規管，然后到達耳蝸，再傳達給聽神經，我們就聽到聲音了，占13.04%。其中有一位同學還提到了聽神經要將信號傳給大腦。另外，占86.96%的高比例的同學出于猜測，將聲音在耳中的傳播畫成什么路徑的都有，其中有7.25%的同學甚至連耳蝸的作用可能都沒聽說過，而認為外界的聲音進入外耳道后引起鼓膜振動后，直接傳進咽鼓管里去了（見圖2）。

圖2 人耳構造示意圖

這個知識點對于小學生來說，之所以難以理解和無法想象，還在于聲音在耳朵里的傳播路徑看不見、摸不著，以至于小學生乃至大多數成人對此沒有形成形象的認識。如果有學生提到相關知識，在教學時，我們可以采用多媒體動畫甚至真實的視頻資料，再現這個傳播過程，強調鼓膜、聽小骨、半規管及耳蝸的傳導作用，這個難題就迎刃而解了。

三、小學生對“真空能否傳聲”的認識

調查發現，近半小學生認為太空中沒有空氣（或者說是真空），無法傳播聲音，也有的同學認為太空里彼此直接說話時都聽不見。另外一多半小學生則將宇航員在太空中要借助無線電交流的原因歸結于太空距離地球遠，或者是宇航員的太空頭罩的阻隔等，其中有近三成的小學生根本不知道為什么要這樣做。

有26人正確地回答出了原因——太空中無空氣（或回答是真空的），無法傳播聲音，占37.68%；有7人認為在太空中直接相互說話會聽不見，占10.14%，兩項合起來共占47.82%。也就是說，這一小半小學生能夠意識到太空中如果不借助無線電，聲音是無法傳播到彼此的耳朵里的。還有2人覺得太空里信號不好或者沒有信號，所以手機不能用，這部分學生占2.90%；2人認為宇航員的頭被頭罩罩起來了，因此，直接說話對方聽不見，這部分學生也占2.90%；2人認為太空中沒有引力和重力，無法將聲音傳播出去，這部分小學生對聲音傳播的介質毫無意識，錯誤地想象成重力或者引力能充當聲音傳播的媒介；更有2人與眾不同地認為，因為太空中聲音會向四面八方傳出，筆者估計他們認為聲音的傳播就像正在跑離自己的同學，跑遠了就聽不到他的腳步聲了。最后，還有19人根本不知道這是怎么回事，占總數的27.54%。

根據對以上調查結果的分析，我們認為，過半小學生對“真空能否傳聲”是不清楚的，因此，這個知識點可以在學生學完聲音可以通過氣體、液體、固體傳播之后作為拓展內容講解。建議有條件的話，可以在課堂上用真空泵抽掉玻璃密封罩內的空氣，模仿真空環境，將鬧鈴放進這個近似真空的環境里，讓學生親身體驗這種效果。缺少真空泵的學校可以運用實驗錄像或者其他多媒體的方式，將真空無法傳聲形象化，這樣可以鞏固這一小半同學的認識，更能澄清另外大半同學的思路。

四、小學生對“聲音傳播的路徑”以及“聲音的反射現象”的認識

小學生對“聲音傳播的路徑”的認知比較模糊，其原因在于傳播的過程看不見、摸不著，難以形象地呈現，只能憑自己的經驗或者曾經看過的科普書上的介紹來猜測和估計。80%以上的小學生提到了聲音在傳播過程中遇到山會反彈回來，只有一位同學用文字的形式明確指出了聲音遇到山反射回來形成了回聲。

完全不知道回聲是怎么回事的小學生有6人，占8.70%；將回聲理解成傳到遠處的聲音的有4人，占5.80%；其余85.50%的小學生認為回聲是聲音在傳播過程中被山反彈回來，進入人耳后形成的，其中有1人沒有畫圖，只是直接用文字描述為“因為聲波反射”。但是他們對聲音的具體傳播路徑和傳播形式看法不一，具體情況如下。

有18人畫出了聲音傳播的波面，占總數的26.09%；有13人畫出了自己的喊聲傳到山上再返回來進入自己的耳朵，經過的路徑就跟操場上跑道的形狀類似，這部分小學生占總數的18.84%；有10人畫的聲音沿直線傳到山前，再自到達位置起，沿直線路徑返回，進入自己的耳朵，這部分小學生占總數的14.49%；有8人畫的聲音的反射圖與光的反射圖類似，這部分小學生占總數的11.59%；有4人畫的聲音的傳播形式有些讓人出乎意料，他們認為聲音是以一個個圓形的形式沿直線向前推進，遇到阻礙的山后又以同樣的形式沿直線返回，這部分小學生占總數的5.80%；有3人認為自己的喊聲從自己發出后，轉了一大圓圈反射后，有一部分進入自己的耳朵里，還有一部分傳到山外去了，這部分小學生占總數的4.35%；還有2人認為聲音沿直線傳到山上后，從到達位置兩側反彈。稍有區別的是，其中1人認為反彈回來的聲音沿直線傳播，另外1人認為反彈回來的聲音沿弧線傳播。這兩部分小學生各占總數的1.45%。

對于 “回聲”這個知識點，由于小學生認知水平發展的限制，應該是一個非常難理解的教學點。如果有學生提到相關知識，建議在此只需讓小學生了解聲音傳播時候遇到障礙物會有反射，產生回聲的現象就可以了，沒有必要再拓展到具體的傳播形式和反射方式。

綜上所述，聲音的傳播形式抽象，傳播過程中的表現由于與能量等其他知識相關，我們無法對小學生解釋完整、透徹，只能先幫助小學生形成初步印象和主要概念。隨著其認知和思維發展的進步，進入高學段乃至中學后，再引入抽象的聲音傳播過程中能量損失的原因等相關知識。

（作者單位：1&2.北京師范大學實驗小學 3. 安徽省樅陽縣府君小學）

責任編輯：趙彩俠

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