自編STEAM課程《探秘共鳴箱》

吳喬喬 施昌魏

小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，四年級(jí)學(xué)生需要知道聲音因物體振動(dòng)產(chǎn)生，聲音有高低強(qiáng)弱之分，能夠制作產(chǎn)生不同高低、強(qiáng)弱聲音的簡(jiǎn)單裝置。根據(jù)這一要求，自編STEAM課程《探秘共鳴箱》定位在讓學(xué)生用學(xué)到的知識(shí)設(shè)計(jì)、制作一件弦樂(lè)器，并嘗試進(jìn)行演奏，在制作的過(guò)程中學(xué)會(huì)運(yùn)用專業(yè)的測(cè)量軟件（聲音分析軟件），測(cè)量高低不同聲音的頻率。

本項(xiàng)目共8課時(shí)。本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)通過(guò)古箏琴弦、三角錐、木條、釘子等材料制作了一個(gè)弦樂(lè)器，并用聲音分析儀檢測(cè)了琴弦的具體頻率。本課激發(fā)學(xué)生讓制作好的琴弦的聲音變得更大，結(jié)合真實(shí)問(wèn)題情境，引入了共鳴箱。通過(guò)共鳴箱公式的運(yùn)用和數(shù)學(xué)運(yùn)算，學(xué)生最終確定共鳴箱的長(zhǎng)度，同時(shí)產(chǎn)生關(guān)于共鳴箱的更多問(wèn)題，指向本項(xiàng)目的最終目標(biāo)——制作一件真正的弦樂(lè)器。

確定學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.創(chuàng)設(shè)情境，引出問(wèn)題

請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)展示自制的琴弦，然后撥動(dòng)琴弦，引發(fā)問(wèn)題：會(huì)場(chǎng)這么大，參會(huì)教師都聽(tīng)得到嗎？你們有什么辦法可以放大聲音？

由于單根弦發(fā)出的聲音十分微弱，根本無(wú)法讓現(xiàn)場(chǎng)的所有人都聽(tīng)到，從而引發(fā)學(xué)生思考如何才能將聲音放大。學(xué)生通常會(huì)想到用麥克風(fēng)的辦法，但實(shí)際效果并不好。這一驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，旨在激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

2.觀察比較，促進(jìn)遷移

教師出示音叉，敲擊音叉后追問(wèn)：如何將音叉的聲音放大？學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)提出，將音叉插在箱體上，引出共鳴和共鳴箱的概念。

3.微課引領(lǐng)，揭示任務(wù)

觀看微課（對(duì)一位樂(lè)器專家的采訪視頻）后，學(xué)生初步認(rèn)識(shí)共鳴箱，體驗(yàn)不同共鳴箱帶來(lái)的不同音效，知道不同樂(lè)器的共鳴箱不同，同一種類樂(lè)器的共鳴箱也不同。學(xué)生意識(shí)到，共鳴箱的作用是放大聲音，從而揭示本課任務(wù)：為自制的琴弦制作共鳴箱，讓現(xiàn)場(chǎng)所有人清晰地聽(tīng)到琴弦的聲音。

利用學(xué)生非常熟悉的音叉作為載體，幫助他們搭建已有概念和未知領(lǐng)域的橋梁，幫助他們進(jìn)行知識(shí)遷移，從而理解共鳴現(xiàn)象和共鳴箱的概念。借助微課，為學(xué)生搭建腳手架。

探究共鳴箱

1.觀察對(duì)比，建立模型

教師展示多種樂(lè)器（尤克里里、手指琴等），讓學(xué)生尋找共鳴箱的特點(diǎn)，通過(guò)一系列問(wèn)題，在學(xué)生頭腦中初步搭建起共鳴箱的模型結(jié)構(gòu)。問(wèn)題如：你們認(rèn)為共鳴箱應(yīng)該具有怎樣的特點(diǎn)？它們之間有怎么樣的異同？你認(rèn)為共鳴箱的共鳴效果與什么有關(guān)？

通過(guò)對(duì)多個(gè)共鳴箱的觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)共鳴箱是一個(gè)一面鏤空的箱體，尺寸、形狀不同，引發(fā)學(xué)生猜測(cè)：這可能影響共鳴箱的共鳴效果。

2.聚焦問(wèn)題，引出公式

教師演示將512赫茲的音叉置于兩個(gè)長(zhǎng)短不一的共鳴箱上（512赫茲和256赫茲的共鳴箱，256赫茲的共鳴箱更長(zhǎng)），讓學(xué)生判斷哪個(gè)共鳴箱的共鳴效果更強(qiáng)。結(jié)果卻與大多數(shù)學(xué)生的猜測(cè)不同：短的共鳴箱共鳴效果更好。

在討論“到底多大的共鳴箱長(zhǎng)度才是最合適的”問(wèn)題后，引出計(jì)算公式：

最短共鳴箱長(zhǎng)度=1/4（聲音在空氣中傳播的速度÷發(fā)聲物體的頻率）×0.9

猜測(cè)與事實(shí)不符引起學(xué)生強(qiáng)烈思想碰撞和沖突，幫助他們建立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度，從而成功引出共鳴箱長(zhǎng)度計(jì)算公式。特別說(shuō)明：聲音共鳴實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)某一聲波共鳴的空氣柱長(zhǎng)度等于該聲波波長(zhǎng)的1/4、3/4、5/4……倍時(shí)，都會(huì)發(fā)生共鳴現(xiàn)象，其中最短空氣柱長(zhǎng)度等于該聲波的1/4，即1/4λ（其中λ=v/f）。事實(shí)上，我們研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，得出樂(lè)器的共鳴箱長(zhǎng)度都是該公式計(jì)算結(jié)果的0.9倍左右，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.運(yùn)用公式，解決困惑

學(xué)生運(yùn)用公式計(jì)算各種音叉的共鳴箱長(zhǎng)度，驗(yàn)證結(jié)果，再運(yùn)用公式計(jì)算所設(shè)計(jì)樂(lè)器的共鳴箱長(zhǎng)度。

當(dāng)計(jì)算出的共鳴箱長(zhǎng)度和實(shí)際音叉的共鳴箱長(zhǎng)度非常吻合時(shí)，學(xué)生會(huì)將公式內(nèi)化，幫助他們完成共鳴箱的制作。計(jì)算自己設(shè)計(jì)樂(lè)器的共鳴箱長(zhǎng)度，同時(shí)鞏固和強(qiáng)化了專業(yè)聲音分析儀的使用方法。

4.動(dòng)手制作，及時(shí)測(cè)評(píng)

教師引導(dǎo)學(xué)生用六面圖的方式進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙完成制作。學(xué)生需要先完成設(shè)計(jì)，再領(lǐng)取材料制作。

教師講解制作的要求、注意事項(xiàng)和測(cè)評(píng)維度（見(jiàn)下表）。

在長(zhǎng)達(dá)25分鐘的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，教師以觀察和輔助有需要幫助的小組為主，在觀察的過(guò)程中，通過(guò)蓋章的形式在每組的測(cè)評(píng)表中完成對(duì)學(xué)生的測(cè)評(píng)。

測(cè)評(píng)維度

[測(cè)評(píng)要求 得章情況 團(tuán)隊(duì)合作，分工明確，沒(méi)有組員空閑（如設(shè)計(jì)、裁剪、組裝等分工） （合作章蓋章處） 設(shè)計(jì)圖紙清晰，有六面圖和具體的尺寸，先設(shè)計(jì)再制作 （設(shè)計(jì)章蓋章處） 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)和制作 （效率章蓋章處） 在做的過(guò)程中充分思考，提出有深度的問(wèn)題并進(jìn)行反思 （思考章蓋章處） ]

測(cè)評(píng)的四大側(cè)重點(diǎn)為合作、設(shè)計(jì)、效率和思考，這也是本節(jié)課側(cè)重要發(fā)展的學(xué)生能力。對(duì)于取得3個(gè)章以上的小組，獎(jiǎng)勵(lì)小組一份更加深入研究聲音的小獎(jiǎng)品，促進(jìn)學(xué)生的分工合作。

展示與評(píng)價(jià)

教師請(qǐng)各小組上臺(tái)介紹共鳴箱，介紹琴弦的聲音是多少赫茲，運(yùn)用公式計(jì)算出的共鳴箱長(zhǎng)度是多少，并展示共鳴箱的實(shí)際效果，分析本小組產(chǎn)生的問(wèn)題和反思等。

這一環(huán)節(jié)目的是向他人介紹清楚自己的產(chǎn)品、學(xué)習(xí)的收獲以及產(chǎn)生的新疑問(wèn)。在小組交流中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己小組需要改進(jìn)的地方，為后續(xù)的共鳴箱的深入探究開(kāi)啟新的研究方向，并在思維碰撞中產(chǎn)生新的火花，引發(fā)更深層次的學(xué)習(xí)。

總? ? 評(píng)

本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了聲音的基礎(chǔ)上進(jìn)行的拓展。在“產(chǎn)生問(wèn)題—認(rèn)識(shí)共鳴和共鳴箱—探秘共鳴箱—制作共鳴箱—檢驗(yàn)共鳴箱—發(fā)現(xiàn)更多問(wèn)題”的過(guò)程中，學(xué)生懷著濃厚的興趣完成了本節(jié)課的學(xué)習(xí)，達(dá)成了項(xiàng)目的階段性目標(biāo)。

1.引導(dǎo)主動(dòng)思考，發(fā)展思維能力

教學(xué)的本質(zhì)就是發(fā)展思維，學(xué)生思維的推進(jìn)是這節(jié)課的難點(diǎn)。本節(jié)課通過(guò)設(shè)置情境，讓學(xué)生觀察、對(duì)比生活中常見(jiàn)的共鳴箱，從而產(chǎn)生靈感。教師通過(guò)一系列的問(wèn)題，不斷引發(fā)學(xué)生的認(rèn)識(shí)沖突，激發(fā)他們產(chǎn)生探究共鳴箱的欲望，引出共鳴箱長(zhǎng)度的計(jì)算公式水到渠成。在層層遞進(jìn)中，學(xué)生根據(jù)教師提供的材料，設(shè)計(jì)和制作共鳴箱，并分享設(shè)計(jì)理由。在完成整個(gè)探究后，學(xué)生還能主動(dòng)反思更多的關(guān)于共鳴箱效果的拓展研究，為本項(xiàng)目后續(xù)的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。一個(gè)完整項(xiàng)目的開(kāi)展要著眼學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S培養(yǎng)，要能夠幫助他們后續(xù)的學(xué)習(xí)。

2.注重學(xué)習(xí)過(guò)程，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

本課著重培養(yǎng)學(xué)生小組之間的合作、設(shè)計(jì)、效率、思考等能力，通過(guò)小組之間的分工合作、設(shè)計(jì)完成共鳴箱的制作，并且能對(duì)自己的共鳴箱進(jìn)行反思和總結(jié)，也能對(duì)其他小組的共鳴箱提出意見(jiàn)和問(wèn)題，這些評(píng)價(jià)均偏向于學(xué)習(xí)過(guò)程而不是學(xué)習(xí)結(jié)果。工程是在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在制作之前注重學(xué)生的設(shè)計(jì)，有目的地培養(yǎng)和強(qiáng)化他們的設(shè)計(jì)意識(shí)，讓他們?cè)谠O(shè)計(jì)與制作的過(guò)程中，意識(shí)到嚴(yán)謹(jǐn)求真的重要性。

3.運(yùn)用多種工具，解決真實(shí)問(wèn)題

在STEAM課堂中，工具的運(yùn)用尤為關(guān)鍵，其合理性直接影響著學(xué)習(xí)的效率。在本項(xiàng)目中，教師提供了多種專業(yè)的工具，如切割尺、切割墊板等，能讓學(xué)生體會(huì)到工具的重要性，以及正確使用工具的必要性。本節(jié)課還隱含了一個(gè)看不見(jiàn)的工具——公式，實(shí)際生活中也不乏對(duì)公式的大量使用，學(xué)生在以后的職業(yè)生涯中也會(huì)頻繁地使用公式解決實(shí)際問(wèn)題，他們可能不容易成為公式的創(chuàng)造者，但是必須成為一名公式的善用者，選取合適的公式解決不同的問(wèn)題，這也是解決問(wèn)題的一種思維。

浙江省溫州市鹿城區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)

浙江省溫州市教育教學(xué)研究院（325000）？？