“聲音的產(chǎn)生與傳播”的低成本實驗教學(xué)實踐

楊康弟

[摘 要]初中物理新課標(biāo)提倡學(xué)生利用生活中的廉價用品或廢棄物品進行低成本物理實驗。文章通過“聲音的產(chǎn)生與傳播”的低成本實驗教學(xué)實踐，闡明低成本實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究以及創(chuàng)新意識等科學(xué)素養(yǎng)的作用。

[關(guān)鍵詞]聲音的產(chǎn)生與傳播;低成本實驗;教學(xué)實踐

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）32-0052-03

物理教學(xué)以物理實驗為基礎(chǔ)，低成本實驗具有“成本低而智慧不低、技術(shù)含量不低、價值不低”的特點而逐漸被教育界推廣。2011年版物理課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)學(xué)生利用身邊廉價的生活用品或廢棄物品進行低成本實驗。為適應(yīng)新課程的教學(xué)需要，在《初中物理教學(xué)大綱》里鼓勵教師根據(jù)教學(xué)需要合理利用身邊的物品自制教具，進行物理教學(xué)。 以下通過“聲音的產(chǎn)生與傳播”的低成本實驗教學(xué)實踐，闡明低成本實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究、創(chuàng)新意識等科學(xué)素養(yǎng)的作用。

【教學(xué)片段】聲音的產(chǎn)生與傳播

生活中到處都有聲現(xiàn)象，本課利用學(xué)生身邊熟悉的、廉價的、容易獲得的物品，如紙、橡皮筋、塑料瓶、易拉罐等材料進行低成本的聲學(xué)實驗教學(xué)。利用音箱制作小舞臺，引起學(xué)生的興趣;用奶粉鐵罐和激光筆制作會跳躍的光斑引發(fā)學(xué)生的好奇心，從而引入主題。利用生活中的紙、橡皮筋、塑料瓶、梳子等物品發(fā)聲，引導(dǎo)學(xué)生理解“聲音的產(chǎn)生”。通過自制真空瓶、水中擊石、鐵棒傳音、土電話等，讓學(xué)生從低成本實驗中探究與聲音傳播有關(guān)的知識。體現(xiàn)了低成本實驗的成本低但智慧不低、技術(shù)不低、價值不低的特點，這也符合物理課標(biāo)要求。

1.演示實驗，導(dǎo)入新課

【實驗演示1】讓泡沫雪人站在由音箱做成的舞臺上，當(dāng)音樂響起來時，雪人會隨之舞動，音樂停了，雪人也停止舞動。

【實驗演示2】把鐵罐一端去蓋，黏上塑料薄膜，且在薄膜中間粘上小塊平面鏡，讓激光筆射出的光通過平面鏡反射到墻上形成光斑。在鐵罐開口一端說話時，會發(fā)現(xiàn)光斑在跳躍，停止說話，光斑也停止跳動。

利用這兩個低成本實驗，引入新課。

設(shè)計意圖：利用音箱制作小舞臺，用激光筆、鐵罐等把微小振動放大，營造歡樂的課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的興趣和探索欲望。

2.實驗探究

（1）聲音的產(chǎn)生

【提出問題1】我們每天都聽到或制造很多聲音，聲音的產(chǎn)生需要什么條件？請同學(xué)們猜想，并通過實驗驗證。在進行實驗的過程中思考如下問題：①如何讓物體發(fā)聲？②物體不發(fā)聲時與發(fā)聲時有什么不同？發(fā)聲時都有什么共同特征？

【小組合作1】自選身邊的器材或選教師提供的器材（橡皮筋、梳子、裝水的瓶子、紙張等），使它們發(fā)聲。小組實驗交流后，請小組代表演示實驗。

A組.手撥橡皮筋，發(fā)聲時，橡皮筋在跳動;不發(fā)聲時，靜止不動。

B組.手撥梳齒，梳齒振動同時發(fā)出聲音;梳齒不動，發(fā)聲也停止。

C組.晃動水瓶，水運動發(fā)聲，停止晃動，發(fā)聲也停止。

D組.抖動紙張，紙張發(fā)出聲音，停止抖動，發(fā)聲停止。

引導(dǎo)學(xué)生初步得出聲音是物體振動產(chǎn)生的。

【提出問題2】物體發(fā)聲一定振動嗎？敲桌子（音叉）、播放音樂、吹筆帽，它們發(fā)出聲音，卻看不到振動，你有什么方法證明發(fā)聲時它們在振動？

【小組合作2】利用身邊的器材或教師提供的器材（乒乓球、紙屑、裝水的盤子等）證明發(fā)聲物體在振動，小組交流后，請代表演示給其他組員看。

A組.將紙屑（水盆）放在桌上。敲打桌面，紙屑（水）在動;停止敲桌面，紙屑（水）也停止跳動。

B組.將音叉敲響，觸碰懸掛的乒乓球（盤子里的水），乒乓球被彈開（水濺出來）;或用手摸音叉，感到音叉在振動。

C組.把乒乓球（水盤）放在喇叭上，播放音樂，發(fā)現(xiàn)乒乓球（水）在動。

D組.將紙屑放入筆帽里，吹筆帽時，紙屑跳躍。

【歸納總結(jié)】聲音靠物體振動產(chǎn)生;振動一旦停止，發(fā)聲也停止。正在發(fā)聲的物體叫作聲源。

設(shè)計意圖：提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考交流，再組織學(xué)生利用生活中常見且易得的物品設(shè)計簡單的發(fā)聲實驗，讓學(xué)生動手操作、探究思考、歸納總結(jié)，從而初步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、創(chuàng)新意識等科學(xué)素養(yǎng)。

【交流討論】在日常生活及自然界中，發(fā)聲現(xiàn)象隨處可見，請說出以下物體是如何發(fā)聲的。說話聲（聲帶振動）;琴聲（琴弦振動）;笛聲（空氣柱振動）;蟬鳴（鼓膜振動）。

設(shè)計意圖：鞏固發(fā)聲與振動的關(guān)系，感受生活中處處都有物理知識。

（2）聲音的傳播

【提出問題】在學(xué)校里，我們每天都能聽到大家的歡聲笑語，但在月球上的宇航員即使近在咫尺也聽不到對方的聲音。那么聲音靠什么傳到人耳？是否需要物質(zhì)？

【實驗演示】如圖3所示，在密封的玻璃瓶中放入一個蜂鳴器，接通電源，明顯聽到“嗡嗡”響聲，用抽氣筒（由注射器和空氣閥門等材料組成）把瓶內(nèi)的空氣逐漸抽出，感受聲音有何變化？（發(fā)現(xiàn)聲音逐漸變小，但還有微弱的響聲）

如果把所有氣體抽走，使瓶內(nèi)處于真空狀態(tài)，還會聽到聲音嗎？（聽不到任何聲音）

再把瓶蓋上的空氣閥門打開，讓空氣進入瓶內(nèi)，再感受聲音有何變化？（聲音逐漸變大）

【歸納總結(jié)】聲音通過空氣傳播到人耳，真空不能傳聲。

設(shè)計意圖：利用廢棄玻璃瓶演示真空不能傳聲，引導(dǎo)學(xué)生觀察聆聽、感受總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生觀察表達以及歸納總結(jié)的能力，同時對“理想推理法”有初步認(rèn)識。

【提出問題】氣體可以傳聲，那液體、固體能傳聲嗎？組員可利用身邊的器材或老師提供的器材（鬧鈴、密封塑料袋、石頭、水槽、鐵棒、音叉、土電話等）設(shè)計檢測的方案，實驗交流后演示。

【小組合作】小組成員討論并確定實驗方案，利用器材進行實驗驗證，并邊演示實驗邊講解。

A小組.將鬧鈴放入密封的塑料袋中，然后浸沒在水槽里，仍能聽到聲音。

B小組.在水槽里敲打石頭，仍能聽到聲音。

（說明液體能傳聲）

C小組.將鐵棒插在共鳴箱上，敲打音叉，把音叉的末端接觸鐵棒，共鳴箱發(fā)出嗡嗡的響聲。

D小組.同學(xué)甲把土電話一端的紙杯貼在耳朵上，同學(xué)乙拉直繩子，在另一端紙杯內(nèi)說話，同學(xué)甲能聽到同學(xué)乙的聲音。

（說明固體能傳聲）

【歸納總結(jié)】氣體、液體、固體都能傳聲，把能傳聲的物質(zhì)統(tǒng)稱為介質(zhì)。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生利用身邊物品設(shè)計實驗，進行實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦學(xué)物理的技能。從生活實驗中得出物理理論知識，這樣學(xué)生更容易接受。

【交流討論】能否再列舉一些生活例子證明氣體、液體、固體能傳聲？

學(xué)生聯(lián)系生活思考、回答。自然界的風(fēng)聲、雨聲，課堂上的讀書聲（氣體傳聲）;白鯨在水里聽著訓(xùn)練員的哨聲進行表演（液體傳聲）;嚼餅干時，感覺聲音特別大（固體傳聲）。

設(shè)計意圖：用所學(xué)的物理知識解釋生活中與聲音有關(guān)的現(xiàn)象，促使學(xué)生形成物理觀念。

（3）聲速

【實驗演示】聲音看不見摸不著，利用易拉罐把聲音在介質(zhì)中的傳播形式展現(xiàn)出來。把易拉罐一邊去掉蓋子，用橡皮膜包著，在罐身鉆一排小孔，再充液化氣進去，點燃后會發(fā)現(xiàn)，火焰隨著手機鈴聲而有規(guī)律跳動著，如圖4所示。

【歸納總結(jié)】聲音在介質(zhì)中以波的形式向遠方傳播，我們稱它為聲波。

設(shè)計意圖：聲波看不見摸不著，通過易拉罐制作跳動的火焰，把抽象的物理知識形象化，便于學(xué)生理解聲音在介質(zhì)中的傳播形式，激發(fā)學(xué)生的興趣和探索精神。

【提出問題】古代打仗，為什么士兵將耳朵貼在地上就能知道遠方是否有敵軍來襲？

【課后活動】讓一名學(xué)生站在走廊一端，敲擊一下鐵欄桿（欄桿大概長81 m），讓另一名學(xué)生站在走廊另一端，耳朵貼在欄桿上，感受聲音在空氣中和鐵欄桿中傳播的快慢。學(xué)生聽到兩次聲音，第一次響度很大，是由欄桿傳來的，第二次響度很弱，是通過空氣傳來的。

【歸納總結(jié)】在不同介質(zhì)中，聲音傳播速度不同，把聲音在單位時間內(nèi)經(jīng)過的距離叫作聲速。

設(shè)計意圖：強化學(xué)生對聲速的理解，同時消除物理課外實驗的神秘感，激發(fā)學(xué)生參與活動的積極性。

【自主學(xué)習(xí)】閱讀聲速表，歸納影響聲速的因素。

①聲速與介質(zhì)種類有關(guān)：[v固>v液>v氣]。

②聲速與介質(zhì)、溫度有關(guān)：當(dāng)溫度為15 ℃時，[v氣=340 m/s]。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生閱讀和獲取信息的能力。

聲現(xiàn)象在生活中無處不在，直接利用身邊物品開發(fā)各種與聲現(xiàn)象有關(guān)的低成本物理實驗，并把它們用于實驗探究和教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗、動手操作實驗、觀察分析實驗現(xiàn)象、歸納總結(jié)規(guī)律的能力。拉近了物理與生活的距離，讓學(xué)生感到生活中隨處都有物理，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。同時也符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的 “從生活走向物理，從物理走向社會”的要求。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 蔣顯翠.初中低成本物理實驗教學(xué)研究[D].昆明：云南師范大學(xué)，2009.

[2]? 人民教育出版社，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理（八年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：27-30.

[3]? 陳懷華，陳宗榮.低成本物理實驗的特點及其教學(xué)功能[J].物理教學(xué)探討，2014（1）：64-66，80.

（責(zé)任編輯 易志毅）