小學(xué)生“聲音的傳播”的科學(xué)前概念測(cè)查及分析

姚春玲 吳莉榮 吳義生

小學(xué)科學(xué)課程里“聲音的傳播”是小學(xué)科學(xué)四個(gè)領(lǐng)域之一——物質(zhì)世界的“能量”分支的一個(gè)內(nèi)容，與運(yùn)動(dòng)和力、物質(zhì)與材料等相關(guān)領(lǐng)域聯(lián)系緊密（見(jiàn)圖1）。本次研究主要關(guān)注小學(xué)生對(duì)“聲音的傳播”以及“人耳是怎樣聽(tīng)到聲音”的具體認(rèn)識(shí)。我們的研究著重針對(duì)以下幾個(gè)方面：了解學(xué)生對(duì)“聲音在傳播過(guò)程中能量逐漸衰減”的認(rèn)識(shí)；了解學(xué)生對(duì)“人耳是怎樣聽(tīng)到聲音”的看法；了解學(xué)生對(duì)“真空能否傳聲”的認(rèn)識(shí)；了解學(xué)生對(duì)“聲音傳播的路徑”以及“聲音的反射”的認(rèn)識(shí)。我們利用情境性問(wèn)題問(wèn)卷調(diào)查，并輔以訪談的方式對(duì)北京地區(qū)的小學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查。本次調(diào)查的對(duì)象是四年級(jí)的69名學(xué)生，調(diào)查之前，這些被調(diào)查的小學(xué)生在科學(xué)課上沒(méi)有接觸過(guò)有關(guān)聲音的內(nèi)容。

圖1 “聲能”所處知識(shí)領(lǐng)域及其與相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)系圖

一、小學(xué)生對(duì)“聲音在傳播過(guò)程中能量逐漸衰減”的認(rèn)識(shí)

總體來(lái)說(shuō)，由于在日常生活中有這方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，絕大部分同學(xué)都關(guān)注到了聲音在向遠(yuǎn)處傳播過(guò)程中，人的主觀感受的變化，極少數(shù)同學(xué)對(duì)此沒(méi)有回應(yīng)。事后進(jìn)一步訪談發(fā)現(xiàn)，這幾位同學(xué)沒(méi)有理解該題的答題方式，因而未作答，但是他們表達(dá)的看法都比較準(zhǔn)確。

1.離四五步遠(yuǎn)

小學(xué)生認(rèn)為，在離自己四五步距離聽(tīng)別人大聲說(shuō)話，聽(tīng)的聲音（很）大、（很）清楚甚至很刺耳的共62人（其中有2人認(rèn)為聽(tīng)到的聲音很刺耳），占89.86%；有1人覺(jué)得聽(tīng)到的聲音有點(diǎn)小，占1.45%；有2人認(rèn)為聽(tīng)不清，占2.90%；還有4人沒(méi)作答，占5.80%。訪談后發(fā)現(xiàn)，這4位同學(xué)沒(méi)有理解題意，不知道用什么方式回答，但在與其交談時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)為聽(tīng)到的聲音很清楚。

2.離10米遠(yuǎn)

小學(xué)生對(duì)10米的距離大概有多遠(yuǎn)，認(rèn)識(shí)比較模糊，他們對(duì)這一問(wèn)題的回答出現(xiàn)了以下五種情況。認(rèn)為聽(tīng)到的聲音較大、不太響（大）、音量中等的有20人，占28.99%；認(rèn)為聽(tīng)到的聲音小，能聽(tīng)得清（見(jiàn)）的有27人，占39.13%；認(rèn)為聽(tīng)到的聲音特別小、不太清楚、有點(diǎn)模糊的有17人，占24.64%；有2人認(rèn)為聲音聽(tīng)得很清楚、有一點(diǎn)刺耳，占2.90%；還有3人沒(méi)有作答，占4.35%。與上一題情況不同的是，這3人沒(méi)作答是因?yàn)樗麄儗?duì)10米的距離大約有多遠(yuǎn)認(rèn)識(shí)不清，或者沒(méi)有關(guān)注過(guò)這種情況，不好回答。

3.隔著一堵墻

隔著的“這堵墻”引起了學(xué)生的困惑，有些學(xué)生追問(wèn)這堵墻是像有頂?shù)姆孔拥膲Ρ谶€是院墻。教師預(yù)測(cè)，在他們的意識(shí)里，這兩種“墻”隔音效果是不同的，因此，教師并沒(méi)有具體指明是哪種墻。在這種情況下，認(rèn)為聽(tīng)到的聲音很?。ㄝp、細(xì)）、好像變聲了的有33人，占47.83%；認(rèn)為聽(tīng)到的聲音不太清楚，幾乎聽(tīng)不見(jiàn)的有16人，占23.19%；有13人認(rèn)為聽(tīng)不見(jiàn)聲音，占18.84%；另外，分別有1人認(rèn)為聲音不大也不小，1人認(rèn)為聲音比較大，1人認(rèn)為聲音中等，并且從墻上面?zhèn)鞑?，這位同學(xué)的意識(shí)里已經(jīng)有“聲音的衍射”思想的萌芽了。這一組同學(xué)各占1.45%的比例，還有4位同學(xué)沒(méi)有作答，占5.80%。這4人中有沒(méi)理解題意的，也有糾纏于什么樣的“墻”而沒(méi)有作答的。

無(wú)論小學(xué)生在這些具體情境里是如何作答的，從總體上看，他們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到聲音在向遠(yuǎn)處傳播的過(guò)程中音量會(huì)變小，尤其是要穿過(guò)類似于“墻”這樣的物體。用他們的話來(lái)說(shuō)，由于墻上有特別小的“洞”，聲音要穿過(guò)曲曲折折的“通道”會(huì)損失很多能量，所以，聲音會(huì)變小。因此，在教學(xué)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，只需用一至兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)引起他們對(duì)往日經(jīng)驗(yàn)的回憶，讓他們意識(shí)到聲音的傳播有些類似于他們?cè)谂懿?。跑步?huì)累，是因?yàn)樯眢w里有能量損耗，同樣，這里的聲音在傳播時(shí)也會(huì)有能量耗損，至于損失的能量變成了什么，今后在學(xué)習(xí)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化時(shí)可以進(jìn)一步研究。

二、小學(xué)生對(duì)“人耳是怎樣聽(tīng)到聲音”的看法

在調(diào)查過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，接近90%的小學(xué)生對(duì)外界的聲音是怎樣傳到耳朵里，引起我們的聽(tīng)覺(jué)的認(rèn)識(shí)是模糊的。即使是大人，對(duì)這個(gè)問(wèn)題也不一定認(rèn)識(shí)得很清楚。因此，我們認(rèn)為這個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)是個(gè)難點(diǎn)。

僅有9人認(rèn)識(shí)到外界的聲音進(jìn)入外耳道后會(huì)引起鼓膜振動(dòng)，振動(dòng)傳到聽(tīng)小骨，再經(jīng)過(guò)半規(guī)管，然后到達(dá)耳蝸，再傳達(dá)給聽(tīng)神經(jīng)，我們就聽(tīng)到聲音了，占13.04%。其中有一位同學(xué)還提到了聽(tīng)神經(jīng)要將信號(hào)傳給大腦。另外，占86.96%的高比例的同學(xué)出于猜測(cè)，將聲音在耳中的傳播畫(huà)成什么路徑的都有，其中有7.25%的同學(xué)甚至連耳蝸的作用可能都沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，而認(rèn)為外界的聲音進(jìn)入外耳道后引起鼓膜振動(dòng)后，直接傳進(jìn)咽鼓管里去了（見(jiàn)圖2）。

圖2 人耳構(gòu)造示意圖

這個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，之所以難以理解和無(wú)法想象，還在于聲音在耳朵里的傳播路徑看不見(jiàn)、摸不著，以至于小學(xué)生乃至大多數(shù)成人對(duì)此沒(méi)有形成形象的認(rèn)識(shí)。如果有學(xué)生提到相關(guān)知識(shí)，在教學(xué)時(shí)，我們可以采用多媒體動(dòng)畫(huà)甚至真實(shí)的視頻資料，再現(xiàn)這個(gè)傳播過(guò)程，強(qiáng)調(diào)鼓膜、聽(tīng)小骨、半規(guī)管及耳蝸的傳導(dǎo)作用，這個(gè)難題就迎刃而解了。

三、小學(xué)生對(duì)“真空能否傳聲”的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近半小學(xué)生認(rèn)為太空中沒(méi)有空氣（或者說(shuō)是真空），無(wú)法傳播聲音，也有的同學(xué)認(rèn)為太空里彼此直接說(shuō)話時(shí)都聽(tīng)不見(jiàn)。另外一多半小學(xué)生則將宇航員在太空中要借助無(wú)線電交流的原因歸結(jié)于太空距離地球遠(yuǎn)，或者是宇航員的太空頭罩的阻隔等，其中有近三成的小學(xué)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(wú)空氣（或回答是真空的），無(wú)法傳播聲音，占37.68%；有7人認(rèn)為在太空中直接相互說(shuō)話會(huì)聽(tīng)不見(jiàn)，占10.14%，兩項(xiàng)合起來(lái)共占47.82%。也就是說(shuō)，這一小半小學(xué)生能夠意識(shí)到太空中如果不借助無(wú)線電，聲音是無(wú)法傳播到彼此的耳朵里的。還有2人覺(jué)得太空里信號(hào)不好或者沒(méi)有信號(hào)，所以手機(jī)不能用，這部分學(xué)生占2.90%；2人認(rèn)為宇航員的頭被頭罩罩起來(lái)了，因此，直接說(shuō)話對(duì)方聽(tīng)不見(jiàn)，這部分學(xué)生也占2.90%；2人認(rèn)為太空中沒(méi)有引力和重力，無(wú)法將聲音傳播出去，這部分小學(xué)生對(duì)聲音傳播的介質(zhì)毫無(wú)意識(shí)，錯(cuò)誤地想象成重力或者引力能充當(dāng)聲音傳播的媒介；更有2人與眾不同地認(rèn)為，因?yàn)樘罩新曇魰?huì)向四面八方傳出，筆者估計(jì)他們認(rèn)為聲音的傳播就像正在跑離自己的同學(xué)，跑遠(yuǎn)了就聽(tīng)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(shù)的27.54%。

根據(jù)對(duì)以上調(diào)查結(jié)果的分析，我們認(rèn)為，過(guò)半小學(xué)生對(duì)“真空能否傳聲”是不清楚的，因此，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以在學(xué)生學(xué)完聲音可以通過(guò)氣體、液體、固體傳播之后作為拓展內(nèi)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(nèi)的空氣，模仿真空環(huán)境，將鬧鈴放進(jìn)這個(gè)近似真空的環(huán)境里，讓學(xué)生親身體驗(yàn)這種效果。缺少真空泵的學(xué)?？梢赃\(yùn)用實(shí)驗(yàn)錄像或者其他多媒體的方式，將真空無(wú)法傳聲形象化，這樣可以鞏固這一小半同學(xué)的認(rèn)識(shí)，更能澄清另外大半同學(xué)的思路。

四、小學(xué)生對(duì)“聲音傳播的路徑”以及“聲音的反射現(xiàn)象”的認(rèn)識(shí)

小學(xué)生對(duì)“聲音傳播的路徑”的認(rèn)知比較模糊，其原因在于傳播的過(guò)程看不見(jiàn)、摸不著，難以形象地呈現(xiàn)，只能憑自己的經(jīng)驗(yàn)或者曾經(jīng)看過(guò)的科普書(shū)上的介紹來(lái)猜測(cè)和估計(jì)。80%以上的小學(xué)生提到了聲音在傳播過(guò)程中遇到山會(huì)反彈回來(lái)，只有一位同學(xué)用文字的形式明確指出了聲音遇到山反射回來(lái)形成了回聲。

完全不知道回聲是怎么回事的小學(xué)生有6人，占8.70%；將回聲理解成傳到遠(yuǎn)處的聲音的有4人，占5.80%；其余85.50%的小學(xué)生認(rèn)為回聲是聲音在傳播過(guò)程中被山反彈回來(lái)，進(jìn)入人耳后形成的，其中有1人沒(méi)有畫(huà)圖，只是直接用文字描述為“因?yàn)槁暡ǚ瓷洹薄５撬麄儗?duì)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(huà)出了聲音傳播的波面，占總數(shù)的26.09%；有13人畫(huà)出了自己的喊聲傳到山上再返回來(lái)進(jìn)入自己的耳朵，經(jīng)過(guò)的路徑就跟操場(chǎng)上跑道的形狀類似，這部分小學(xué)生占總數(shù)的18.84%；有10人畫(huà)的聲音沿直線傳到山前，再自到達(dá)位置起，沿直線路徑返回，進(jìn)入自己的耳朵，這部分小學(xué)生占總數(shù)的14.49%；有8人畫(huà)的聲音的反射圖與光的反射圖類似，這部分小學(xué)生占總數(shù)的11.59%；有4人畫(huà)的聲音的傳播形式有些讓人出乎意料，他們認(rèn)為聲音是以一個(gè)個(gè)圓形的形式沿直線向前推進(jìn)，遇到阻礙的山后又以同樣的形式沿直線返回，這部分小學(xué)生占總數(shù)的5.80%；有3人認(rèn)為自己的喊聲從自己發(fā)出后，轉(zhuǎn)了一大圓圈反射后，有一部分進(jìn)入自己的耳朵里，還有一部分傳到山外去了，這部分小學(xué)生占總數(shù)的4.35%；還有2人認(rèn)為聲音沿直線傳到山上后，從到達(dá)位置兩側(cè)反彈。稍有區(qū)別的是，其中1人認(rèn)為反彈回來(lái)的聲音沿直線傳播，另外1人認(rèn)為反彈回來(lái)的聲音沿弧線傳播。這兩部分小學(xué)生各占總數(shù)的1.45%。

對(duì)于 “回聲”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，由于小學(xué)生認(rèn)知水平發(fā)展的限制，應(yīng)該是一個(gè)非常難理解的教學(xué)點(diǎn)。如果有學(xué)生提到相關(guān)知識(shí)，建議在此只需讓小學(xué)生了解聲音傳播時(shí)候遇到障礙物會(huì)有反射，產(chǎn)生回聲的現(xiàn)象就可以了，沒(méi)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(guò)程中的表現(xiàn)由于與能量等其他知識(shí)相關(guān)，我們無(wú)法對(duì)小學(xué)生解釋完整、透徹，只能先幫助小學(xué)生形成初步印象和主要概念。隨著其認(rèn)知和思維發(fā)展的進(jìn)步，進(jìn)入高學(xué)段乃至中學(xué)后，再引入抽象的聲音傳播過(guò)程中能量損失的原因等相關(guān)知識(shí)。

（作者單位：1&2.北京師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)小學(xué) 3. 安徽省樅陽(yáng)縣府君小學(xué)）

責(zé)任編輯：趙彩俠

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