優化實驗設計，凸顯核心素養

聲音的特性是解釋聲現象的重要理論基礎，教材中用三個不同的實驗分別探究聲音的三個特性，但是在現實生活中，聲音的三個特征是同時存在不可分割的。因此，有必要對教材中的實驗進行整合和優化。

一、重構知識，形成科學的物理觀念

“聲音的特性”的核心概念是“聲音”，聯系“聲音的產生和傳播”，聲音的產生來源于物體的“振動”，聲音的傳播形式是“聲波”，結合“振幅”“頻率”等概念，可以重新進行物理概念構圖，如圖1所示。

二、細化過程，突出物理科學思維

實驗探究1：探究影響聲音強弱的因素。

提出問題：聲音的強弱受什么因素影響。

作出假設：聲音的強弱（大小）可能和聲源的振幅有關。

設計實驗：①將鋼制刻度尺的一端緊壓在桌面上，另一端伸出桌面;②控制伸出桌面刻度尺的長度相同;③改變用力的大小，撥動刻度尺使其頂端呈現三種不同程度的彎曲，觀察其振動幅度，聽聲音大小。

實驗現象：影響聲音強弱（大小）的因素，女口表l。

實驗分析：在實驗中，學生直觀感受的是“手用力大小的改變——刻度尺彎曲程度變化——聲音發生變化”，學生容易忽略聲音產生的本質是“振動”。改進后的實驗表格設計增加了觀察的具體過程，凸顯“振動”產生聲音，從而得出結論“振動幅度大響度大，振動幅度小響度小”，凸顯學科本質和科學思維。

三、改進實驗器材，優化實驗探究

實驗探究2：辨別聲音。

提出問題：如何辨別不同物體發出的聲音。

設計實驗：運用控制變量法開展研究，不變量為刻度尺向下彎曲的距離和刻度尺伸出桌面的長度，自變量為刻度尺的材料。分別將塑料刻度尺和鋼制刻度尺的一端緊壓在桌面上，另一端伸出桌面。控制用力大小使刻度尺向下彎曲的距離和伸出桌面刻度尺的長度相同，撥動刻度尺，聽聲音。

實驗現象：辨別不同物體發出的聲音，如表2。

實驗分析：實驗器材的改進是用鋼制刻度尺和塑料刻度尺兩種不同材質的刻度尺進行實驗，通過眼看、耳聽，可以觀察到聲音的三個特性。不同材料的物體其響度、音調和音色都不同，將聲音的三要素統一在聲源物體中。

總之，通過重構知識、細化過程、改進器材，不僅可以實現方便、準確、快速地完成實驗探究，而且凸顯了物理學科的核心素養。

作者單位：江蘇省南京一中明發濱江分校