改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置提升科學(xué)課堂效益

馬麗杰

以教科版四4年級(jí)上冊(cè)第3單元《聲音》為例，在實(shí)際教學(xué)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)音高內(nèi)容是學(xué)生最難理解的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，其原因主要有兩個(gè)方面：一是有關(guān)產(chǎn)生聲音的很多現(xiàn)象，如小鼓、音叉、琴弦等發(fā)聲振動(dòng)的速度、振動(dòng)幅度的大小，都影響著觀察的效果；二是教材上提供的教學(xué)器材是4個(gè)裝著不同水位的水杯，這套裝置對(duì)每個(gè)杯子發(fā)出的聲音不同比較好判斷，但是不利于觀察音高變化的本質(zhì)。分析原因主要是由于實(shí)驗(yàn)器材使用不當(dāng)，為此尋求或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，以恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料幫助學(xué)生建立正確的科學(xué)概念。

1原有器材實(shí)驗(yàn)的效果及分析

課本上除了4個(gè)裝著不同水位的水杯外，還有一根塑料尺子，尺子的長(zhǎng)短變化形成聲音的高低不同。塑料尺子所產(chǎn)生的音效很差，因而改成了音效好的鋼尺。如圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，短尺子發(fā)聲時(shí)，振動(dòng)速度快用眼睛很難觀察清楚，而且振動(dòng)時(shí)間短，發(fā)出的聲音也很短促，用耳朵也很難聽(tīng)辨清楚；長(zhǎng)尺子發(fā)聲時(shí)，振動(dòng)的速度相對(duì)慢了，振動(dòng)的時(shí)間明顯增長(zhǎng)，能聽(tīng)到聲音的時(shí)間也變長(zhǎng)，便于觀察。

學(xué)生“看”到這兩個(gè)現(xiàn)象之后（由于學(xué)生很難聽(tīng)出音的高低，所以更多的是以看為主），往往會(huì)形成這樣的概念：尺子短，聲音低；尺子長(zhǎng)，聲音高。理由是：尺子長(zhǎng)，振動(dòng)很快，因?yàn)檫@是容易觀察到的，發(fā)出的聲音長(zhǎng)便于聽(tīng)辨，所以認(rèn)為聲音高；尺子短，振動(dòng)慢，所以聲音低。

以上現(xiàn)象是教學(xué)過(guò)程當(dāng)中普遍存在的。在建立音高概念時(shí)使用不恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的現(xiàn)象，使學(xué)生構(gòu)建了錯(cuò)誤的科學(xué)概念，也使這塊內(nèi)容變成了小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)內(nèi)容。

導(dǎo)致音高概念建立偏差的原因分析，主要是現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置不能很好地滿足教學(xué)需求，所以對(duì)音高教學(xué)設(shè)備進(jìn)行思考、改進(jìn)，主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行考慮。

（1）要幫助學(xué)生建立音高的概念，能夠讓學(xué)生聽(tīng)辨出高音和低音，并能夠概括出聲音高低各自有什么特點(diǎn)，一般“低音”的特點(diǎn)為低沉的，“高音”的特點(diǎn)為尖銳的。能做到聽(tīng)到聲音不同，就能判斷是高音還是低音。

（2）能夠給學(xué)生一個(gè)便于觀察振動(dòng)頻率的裝置，如：在低音時(shí)振動(dòng)速度比較慢，高音時(shí)振動(dòng)速度比較快，但無(wú)論是快還是慢，用肉眼就教能夠觀察到。

（3）聽(tīng)辨音高和觀察振動(dòng)現(xiàn)象最好是在同一個(gè)裝置內(nèi)完成。這樣可以節(jié)省時(shí)間，便于操作，減少干擾實(shí)驗(yàn)的因素；同一個(gè)裝置可以讓學(xué)生在用眼睛觀察的同時(shí)，聽(tīng)覺(jué)也接受信息，在聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)雙重作用下，容易接受并形成音高與振動(dòng)頻率之間的聯(lián)系。

2實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)及分析

2.1改進(jìn)1

用兩根粗細(xì)不同的琴弦，裝在發(fā)音盒上。這個(gè)裝置的特點(diǎn)是，由于琴弦在發(fā)音盒的作用下，聲音的高低特性能夠聽(tīng)辨得很清楚。聲音高，尖銳；聲音低，低沉。但是要用眼睛觀察到振動(dòng)的速度還是比較困難。如圖2所示。

2.2改進(jìn)2

用4根橡皮筋拉在一個(gè)發(fā)音盒上由緊到松，使4根橡皮筋發(fā)出不同音高的聲音。但在實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，用橡皮筋振動(dòng)的情況比用琴弦容易觀察，但是聲音的質(zhì)量不佳，不容易聽(tīng)辨清楚聲音的高低。如圖3所示。

2.3改進(jìn)3

為了能夠讓聲音的高低和振動(dòng)的速度兩個(gè)因素緊密地結(jié)合，使學(xué)生能夠在大腦中形成一個(gè)穩(wěn)固的“音”與“頻”的概念，在前面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上克服了觀察和聽(tīng)辨的困難，設(shè)計(jì)了如圖4所示的裝置——變頻揚(yáng)聲裝置。本裝置由電源、集成電路板、變頻開(kāi)關(guān)和揚(yáng)聲器組成。隨著變頻開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)，聲音高低可以發(fā)生變化。

裝置使用方法：

（1）將電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)，發(fā)生裝置就會(huì)產(chǎn)生聲音，此時(shí)讓學(xué)生注意聽(tīng)聲音有什么特點(diǎn)？對(duì)聲音的特點(diǎn)進(jìn)行描述并總結(jié)出特點(diǎn)。（聲音低沉。）

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)變頻開(kāi)關(guān)，聲音發(fā)生了變化，讓學(xué)生聽(tīng)聽(tīng)有什么變化？對(duì)聲音的特點(diǎn)進(jìn)行描述并總結(jié)出特點(diǎn)。（由低沉到尖銳或尖銳到低沉。）

（3）通過(guò)變頻讓學(xué)生判斷聲音的高低，說(shuō)出自己的理由。（訓(xùn)練學(xué)生對(duì)音高的聽(tīng)辨能力。）

（4）將振動(dòng)頻率打到最小位置，讓學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)辨高低音，確定音高后，再在揚(yáng)聲器上放上米粒、泡沫粒、大豆等可以明顯振動(dòng)的物體，如圖5所示。讓學(xué)生認(rèn)真觀察物體在低音時(shí)的振動(dòng)頻率特點(diǎn)；然后將變頻開(kāi)關(guān)打到最大位置，也先聽(tīng)辨音高，確定音高后，放上物體觀察振動(dòng)特點(diǎn)。初步小結(jié)觀察到的現(xiàn)象和音高之間的關(guān)系：聲音低，振動(dòng)慢；聲音高、振動(dòng)快。

（5）變頻開(kāi)關(guān)逐漸地由小到大轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生判斷音高的變化規(guī)律，確定后，再放上物體觀察振動(dòng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固音高與振動(dòng)之間的關(guān)系，讓學(xué)生在頭腦中形成正確的科學(xué)概念。

3改進(jìn)效果及推廣價(jià)值

筆者通過(guò)自身教學(xué)及觀察教學(xué)中存在的弊端，制定了本實(shí)驗(yàn)方案及裝置的改進(jìn)方法，基本解決了實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。有利于學(xué)生掌握音高概念，通過(guò)聽(tīng)聲音及對(duì)聲音特點(diǎn)的描述，從音色上感知聲音高低的不同特點(diǎn)，并進(jìn)行有根據(jù)的猜測(cè)等，符合學(xué)生對(duì)概念形成的思維建構(gòu)。借助其他物體，可以清楚地觀察到振動(dòng)的快慢，能準(zhǔn)確地判斷振動(dòng)快慢與聲音高低之間的關(guān)系。同時(shí)，在無(wú)意識(shí)中耳朵收集到音的高低變化與看到振動(dòng)快慢在大腦中構(gòu)筑了音高概念。尤其重要的是，該實(shí)驗(yàn)利于學(xué)生觀察，特別是聲音和振動(dòng)頻率的結(jié)合增加了實(shí)驗(yàn)的直觀性、趣味性，更有利于學(xué)生直觀動(dòng)態(tài)地觀察音高變化的全過(guò)程和現(xiàn)象，有利于理解和分析音高變化的原理和結(jié)果。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)所用的材料及制作過(guò)程簡(jiǎn)單易行，方便推廣。

在我們的日常教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)很多教師對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，往往給人以耳目一新的感覺(jué)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)不管出于何種目的，其最終的結(jié)果都是為了更好地服務(wù)學(xué)生，讓學(xué)生在有限的課堂上更好地學(xué)習(xí)，為學(xué)生“插上”理想的“翅膀”，讓他們?cè)诳茖W(xué)的殿堂里盡情的遨游。