聲音可視化演示裝置

一、教學分析

教材分析

本實驗選自粵教版四年級上冊第三單元《聲音》。教材設計了鼓面上的豆子、音叉激起的水花以及長短不同橡皮筋的發聲等活動，以幫助學生區分聲音的強弱和高低，并探究其影響因素。然而在橡皮筋的發聲活動中，學生難以分辨聲音的高低且較難準確判斷橡皮筋的振動速度。以上模糊的證據，不利于學生認識聲音的高低，理解其與振動速度之間的關系。

改進思路

聲音是由物體振動產生的聲波。為此本裝置將聲波可視化，讓學生“看見”聲波的振幅和頻率，利用一套裝置，實現兩個探究，有利于學生區分聲音的強弱和高低，認識聲音的本質，明辨規律，進一步理解兩者與振動的關系。

二、實驗改進

1裝置結構圖

2設計原理

本裝置利用光的反射原理制作而成：

（1）將微小的振動“放大”，便于觀察;

（2）將連續的光點變成光線，呈現振動的變化，實現聲音可視化。

三、材料與方法

1制作材料

氣球、塑料瓶、藍牙小音箱、勻速旋轉電機、鏡子、激光筆、三腳支架、升降臺、圓盤。

2制作方法

（1）固定激光筆

用扎帶將激光筆固定在三腳支架上。

（2）制作發聲裝置

將塑料瓶底部裁掉，藍牙音箱內置其中;瓶口用裁剪過的氣球套住，中間貼上小鏡子。完成后放置于可升降底座上。

（3）制作旋轉八面鏡

裁減一個半徑為10厘米的圓盤，并將其固定在勻速旋轉電機上;將8塊大小一致（5*7cm）的鏡子圍成八面體，置于圓盤上固定。

（4）調整裝置角度

調整裝置間角度，使光路打到白板上。

四、教學應用

實驗一

探究發聲的秘密

1實驗方法

（1）打開藍牙音箱，觀察氣球薄膜是否振動，并觀察屏幕上的光線形狀。

（2）關閉音箱，停止發聲，觀察屏幕上的光線形狀變化。

2實驗結論

聲音由振動產生，振動停止，聲音也停止。

實驗二

探究物體振動幅度大小與聲音強弱關系

1實驗方法

控制頻率不變，分別調節聲音音量為50%和100%，觀察聲波波峰高度是否變化。

2實驗結論

聲音是由物體振動產生的聲波，物體振動的幅度大，產生的聲音強;物體振動的幅度小，產生的聲音弱。

實驗三

探究物體振動快慢與聲音高低的關系

1實驗方法

控制音量大小不變，分別調節聲音頻率為100Hz和300Hz，觀察聲波振動速度是否變化。

2實驗結論

物體振動的速度快，產生的聲音高，較尖銳;物體振動的速度慢，產生的聲音低，較低沉。

五、創新之處

1.趣味化

將物體的振動轉化為光波，學生通過觀察光波的變化揭示影響聲音強弱與高低的因素。變化的光波增加了實驗的趣味性，激發學生的探究熱情。

2.智能化

利用手機app準確調節不同的聲音強弱和高低，融合信息技術，精準調節數據，使探究過程更加科學嚴謹。

3.可視化

將原本“聽見”的聲音轉化成“看見”的光波，并反映出聲音的本質和變化規律，豐富了學生的視聽體驗，提升了實驗教學效果。

4.易普及

改進教具取材方便，制作簡易，結果直觀，應用廣泛，適合普及，為實驗教學拓寬了渠道，提高課堂實驗教學和研究水平。

東莞市中學綜合實踐活動教研會副秘書長黃澤鑫對殷老師的實驗作了精彩的點評。他說，殷老師所設計制作的“聲音可視化演示裝置”讓人眼前一亮。此裝置適合運用在《聲音的產生》《聲音的強弱》《聲音的高低》等課例的教學中，可用性強，且具有趣味化、智能化、可視化等優點。該裝置巧妙地利用光的反射原理，使微小的振動“放大”，便于學生直觀觀察;通過手機app準確調節不同的聲音響度強弱和音調高低，讓探究過程更加科學嚴謹;將連續的光點變成光線，呈現聲源振動的變化，反映出聲音的本質和變化規律，實現聲音可視化。通過該裝置的整合探究，學生觀察更加有效，獲得的證據更直觀，有助于提高課堂實驗教學效率，促進學生對概念的理解與生成，發展學生學科素養。

殷健芝，東莞市南城陽光第四小學科學教師，畢業于華南師范大學，獲2021年廣東省小學科學實驗操作與創新技能競賽一等獎、創新實驗獎。871D0703-EFF0-4BF9-9871-6B855483795C