搭建科學(xué)支架，突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)

陳斌

【摘? ?要】“聲音”單元是小學(xué)科學(xué)課程中疑難較多的一個(gè)單元，其中《聲音的高與低》被認(rèn)為是本單元中學(xué)習(xí)難度較大的一課。教師可以通過(guò)“搭建概念支架，鞏固基礎(chǔ)認(rèn)知;搭建材料支架，提升探究效力;搭建思維支架，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí);搭建技術(shù)支架，輔助建立概念”，多角度、多方式幫助學(xué)生攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)，建構(gòu)核心概念，發(fā)展科學(xué)思維。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);聲音;深度學(xué)習(xí);概念;支架

教科版《科學(xué)》四年級(jí)上冊(cè)“聲音”單元是小學(xué)科學(xué)課程中疑難較多的一個(gè)單元。經(jīng)調(diào)查，科學(xué)教師認(rèn)為其中的《聲音的高與低》一課是本單元中學(xué)習(xí)難度較大的一課。從學(xué)生的角度進(jìn)行分析，可以得出本課難學(xué)的原因主要有三點(diǎn)。一是聲音的高低“聽(tīng)不清”。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的樂(lè)音，學(xué)生區(qū)分高低時(shí)問(wèn)題不大，但是對(duì)于本課中鋼尺發(fā)出的聲音，大部分學(xué)生難以識(shí)別其高低。二是聲音的強(qiáng)弱和高低“分不清”。為了降低難度，避免學(xué)生混淆聲音的強(qiáng)弱和高低，教材設(shè)置了兩課內(nèi)容。即便如此，學(xué)生在學(xué)習(xí)聲音的高低時(shí)，仍時(shí)常提到“聲音強(qiáng)弱”，說(shuō)明他們很難分清聲音的強(qiáng)弱和高低。三是振動(dòng)快慢“看不清”。很多發(fā)聲物體的振動(dòng)（如鋁片琴的振動(dòng)），學(xué)生很難觀察清楚。沒(méi)有直觀的現(xiàn)象作為證據(jù)，要比較出振動(dòng)的快慢確實(shí)存在較大難度。

為了解決以上難點(diǎn)，教師在教學(xué)過(guò)程中為學(xué)生搭建了解決問(wèn)題的各種支架，幫助學(xué)生由表及里地開展科學(xué)探究，拾級(jí)而上，在深度學(xué)習(xí)中建構(gòu)起“聲音”與“振動(dòng)”之間的聯(lián)系。

一、搭建概念支架，鞏固基礎(chǔ)認(rèn)知

在進(jìn)入課堂之前，學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的科學(xué)事物和現(xiàn)象已經(jīng)有了一定的認(rèn)知，這些前概念有的是接近實(shí)際的，有的是浮于表面的，還有的甚至與科學(xué)原理是完全相悖的。教師要先了解學(xué)生的學(xué)習(xí)出發(fā)點(diǎn)，據(jù)此搭建支架，使學(xué)生對(duì)研究對(duì)象形成更清晰的認(rèn)識(shí)。

（一）溫舊知，分清聲音的強(qiáng)弱與高低

對(duì)于《聲音的高與低》這節(jié)課，如果一開始就直奔主題，讓學(xué)生感受聲音的高低變化，探究其形成原因，很容易就會(huì)使他們混淆聲音的強(qiáng)弱、高低兩個(gè)概念。如果學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)不聚焦在對(duì)聲音高低的研究上，整個(gè)探究活動(dòng)就會(huì)低效甚至無(wú)效。為避免這些問(wèn)題，在課堂的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師先用不同的力敲擊大鋁片琴，讓學(xué)生分辨強(qiáng)弱不同的聲音，初步形成對(duì)聲音強(qiáng)弱的認(rèn)識(shí)，鞏固聲音強(qiáng)弱與振動(dòng)幅度的關(guān)系，再把這些內(nèi)容寫在黑板上，與之后要探究的“聲音的高低”這一概念區(qū)分開來(lái)。

（二）聽(tīng)音階，感知聲音的高低變化

音階是學(xué)生最熟悉的認(rèn)識(shí)音高變化的載體，因此讓學(xué)生聽(tīng)一聽(tīng)、唱一唱，感知聲音從低到高、從高到低的變化很有必要。教師借助音階，向?qū)W生提問(wèn)：“你是怎么分辨出高的聲音和低的聲音的？”學(xué)生根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，回答道：“高的聲音是尖的、刺耳的;低的聲音是粗的、低沉的?！币龑?dǎo)學(xué)生用這些詞匯描述聲音的高低，可以提高他們對(duì)聲音高低的辨別能力，為后續(xù)辨別鋁片琴、不銹鋼管、尺子等物體發(fā)出的高低不同的聲音打下基礎(chǔ)。

（三）比高低，明確音高是比較的結(jié)果

事實(shí)上，聲音的高與低并不是絕對(duì)的，而是比較出來(lái)的。這里指向的是聲音的內(nèi)涵，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是隱藏的知識(shí)。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)了如下教學(xué)環(huán)節(jié)。

教師敲5音，提問(wèn)：這個(gè)音是高還是低？

生1：我覺(jué)得是高的。

生2：我覺(jué)得不是很高也不是很低，處于中間的位置。

師：一個(gè)音能分出高低嗎？

生：不能，聲音的高低是比較出來(lái)的。

師：那我們就來(lái)比較著聽(tīng)?zhēng)讉€(gè)聲音。（板書：1 3 5 1）

教師敲1、1音，提問(wèn)：誰(shuí)高誰(shuí)低？

生3：1低，1高。

教師敲1、3、1音，提示：3在1和1之間，可以稱為“較低”。

教師敲3、5、1，提問(wèn)：5在3和1之間，可以稱為？

生4：較高。

師：我們用四個(gè)詞來(lái)表示聲音的高低。（板貼：高、低、較高、較低）

二、搭建材料支架，提升探究效力

教材中，有的實(shí)驗(yàn)材料存在著一些先天不足的問(wèn)題，導(dǎo)致操作不方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，學(xué)生無(wú)法通過(guò)觀察獲取證據(jù)。這就需要教師改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)新探究活動(dòng)，促使學(xué)生更好地搜集證據(jù)，建立概念。

（一）改進(jìn)學(xué)具，排除實(shí)驗(yàn)干擾

“聲音”單元中，《聲音是怎樣產(chǎn)生的》《聲音的強(qiáng)與弱》《聲音的高與低》等都涉及到了撥動(dòng)鋼尺的實(shí)驗(yàn)。這看似是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上卻很難獲得理想的效果。原因在于學(xué)生沒(méi)有沿著桌邊按緊鋼尺，實(shí)驗(yàn)中發(fā)出的聲音由鋼尺和桌面撞擊產(chǎn)生，而不是由鋼尺振動(dòng)產(chǎn)生。這會(huì)影響學(xué)生對(duì)聲音的強(qiáng)弱與高低的判斷。

基于這些思考，教師改進(jìn)了鋼尺實(shí)驗(yàn)的學(xué)具（如圖1）。學(xué)具的上半部分放一個(gè)薄木塊，下半部分放一個(gè)厚木塊，用螺絲釘固定住上下兩個(gè)木塊。木塊中間留出空隙，插入鋼尺，如圖1。

改進(jìn)后的學(xué)具優(yōu)點(diǎn)有三：一是用手按住木塊，鋼尺就牢牢地夾在兩個(gè)木塊之間，發(fā)出的聲音基本是由尺子本身的振動(dòng)產(chǎn)生的;二是鋼尺可以自由地插進(jìn)和拿出，且可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整振動(dòng)部分的長(zhǎng)度，非常方便;三是在探究鋼尺發(fā)出的聲音高低和振動(dòng)快慢的關(guān)系時(shí)，如果把鋼尺按到底，那么鋼尺的振動(dòng)幅度就是厚木塊的高度（如圖2），因此只要每次發(fā)聲時(shí)鋼尺的振動(dòng)幅度保持相同，聲音的強(qiáng)弱就能保持一致。

（二）實(shí)物板貼，形象展示結(jié)論

學(xué)生在得出高低不同的聲音與發(fā)聲物體長(zhǎng)短之間的關(guān)系后，進(jìn)入交流討論環(huán)節(jié)。教師將鋁片琴中的4片鋁片拆卸下來(lái)，并粘上磁鐵，作為板貼使用，如圖3。

用長(zhǎng)短不同的鋁片用作板貼并與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行匹配，能夠更加形象地把實(shí)驗(yàn)結(jié)論表達(dá)出來(lái)，幫助學(xué)生深入理解。

（三）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，遷移應(yīng)用新知

《聲音的高與低》一課中，學(xué)生主要用“高、較高、較低、低”等字來(lái)描述聲音的高低，用“快、較快、較慢、慢”等字來(lái)表述振動(dòng)的快慢。在遷移應(yīng)用環(huán)節(jié)，教師引入了一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：往一個(gè)玻璃容器中倒水，邊倒水邊敲擊玻璃杯壁（如圖4），隨著水量增多，玻璃杯壁發(fā)出的聲音由高到低慢慢變化。這就使聲音的變化和物體振動(dòng)快慢之間的關(guān)系清晰呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生建立“物體振動(dòng)得越快，發(fā)出的聲音越高”的科學(xué)概念。

三、搭建思維支架，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)于科學(xué)課程的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了明確定位，著重強(qiáng)調(diào)了科學(xué)思維這一核心維度。在教學(xué)過(guò)程中，教師要設(shè)計(jì)一些能產(chǎn)生思維沖突的教學(xué)環(huán)節(jié)，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，點(diǎn)燃學(xué)生的思維火花，促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)并獲得思維發(fā)展。

（一）制造沖突，迸發(fā)思維火花

科學(xué)課上，學(xué)生是否真正在進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，取決于其思維參與程度的高低。而要提升學(xué)生思維的參與度，就要想方設(shè)法創(chuàng)造認(rèn)知沖突，點(diǎn)燃他們的思維火花。本節(jié)課中，當(dāng)學(xué)生通過(guò)鋁片琴和鋼尺實(shí)驗(yàn)得出“物體越長(zhǎng)，發(fā)出的聲音越低;物體長(zhǎng)短一樣，發(fā)出的聲音高低也一樣”的結(jié)論時(shí)，教師適時(shí)出示長(zhǎng)短一樣、粗細(xì)不同的四根不銹鋼管（如圖5）以及大小不同的編鐘（如圖6）。學(xué)生猛然發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)短一樣，但粗細(xì)不同、大小不同的物體發(fā)出的聲音的高低也是不同的;物體發(fā)出的聲音的高低與物體的長(zhǎng)短、粗細(xì)、大小都有關(guān)系。

（二）二次實(shí)驗(yàn)，尋找關(guān)鍵證據(jù)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物體發(fā)出聲音的高低和物體的長(zhǎng)短、粗細(xì)、大小都有關(guān)系，之后漸漸地將聲音的高低與物體的振動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。課堂上，一個(gè)學(xué)生提出物體發(fā)出聲音的高低可能和振動(dòng)的快慢有關(guān)系，因?yàn)樗诘谝淮螌?shí)驗(yàn)中就發(fā)現(xiàn)鋼尺發(fā)出的聲音高低不同時(shí)，振動(dòng)的速度也是不同的。教師及時(shí)肯定這個(gè)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)，并提出每一個(gè)同學(xué)都可以再次觀察鋼尺發(fā)出高低不同的聲音時(shí)振動(dòng)的快慢情況。鋼尺在本節(jié)課中一共使用了兩次，第一次使用讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到鋼尺長(zhǎng)短和聲音高低的關(guān)系，其實(shí)已經(jīng)為深入探究振動(dòng)快慢和聲音高低的關(guān)系埋下了伏筆。

（三）由表及里，助推思維深入

對(duì)于《聲音的高與低》一課，教材的編寫意圖是先讓學(xué)生通過(guò)觀察了解鋁片琴、口琴發(fā)出聲音的高低和發(fā)聲物體的長(zhǎng)短存在聯(lián)系，再改變鋼尺的伸出長(zhǎng)度，讓學(xué)生研究其與振動(dòng)快慢之間的關(guān)系，然后來(lái)解釋聲音高低與發(fā)聲物體的粗細(xì)、長(zhǎng)短也存在著關(guān)系。教師對(duì)本節(jié)課的教學(xué)順序做了一些調(diào)整：先觀察鋁片琴、鋼尺，初步探究長(zhǎng)度與聲音高低的關(guān)系，然后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物體的粗細(xì)、大小也影響著聲音的高低。此時(shí)學(xué)生就聯(lián)想到“聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的”，從表層的發(fā)現(xiàn)逐漸深入到科學(xué)的本質(zhì)，進(jìn)而探究聲音的高低與鋼尺振動(dòng)快慢之間的關(guān)系。在第二個(gè)探究活動(dòng)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)尺子的長(zhǎng)度、聲音的高低、振動(dòng)的快慢進(jìn)行對(duì)比觀察，加深學(xué)生的整體認(rèn)知，具體如表1。這樣的邏輯順序更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生的過(guò)程拾級(jí)而上，逐步推進(jìn)。

四、搭建技術(shù)支架，輔助建立概念

在日常的科學(xué)教學(xué)中，有不少實(shí)驗(yàn)很難呈現(xiàn)直觀的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。信息技術(shù)的應(yīng)用打破了這種限制，它可以很好地揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象內(nèi)部的發(fā)展變化，使一些不易觀察到的事物形象直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，從而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

（一）播放慢速視頻，對(duì)比振動(dòng)快慢

上文提到，《聲音的高與低》這節(jié)課的第三個(gè)難點(diǎn)為振動(dòng)快慢“看不清”。要解決這個(gè)難點(diǎn)，需要借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段，幫助學(xué)生看到發(fā)出高低不同聲音的物體振動(dòng)速度的區(qū)別。教師用放慢32倍的慢鏡頭拍攝視頻，拍完后先逐個(gè)出示鋼尺伸出長(zhǎng)度為10厘米、13厘米、16厘米、19厘米時(shí)的振動(dòng)情況的視頻，再將四組視頻放在同一界面上同時(shí)播放，對(duì)比它們的振動(dòng)速度。慢速視頻的播放效果十分明顯。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)“鋼尺伸出的長(zhǎng)度越短，振動(dòng)得越快，聲音越高”，如圖7。

（二）使用音頻軟件，化現(xiàn)象為數(shù)據(jù)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的普及和發(fā)展，科學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)也不可避免地向自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。比如，在上《聲音的高與低》一課時(shí)，學(xué)生看不到物體振動(dòng)速度的差別。教師可以借助一些手機(jī)軟件來(lái)測(cè)出聲音的頻率，比如調(diào)音器軟件，如圖8、圖9。

音頻軟件的使用，使得原本看不到的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為直觀的數(shù)據(jù)。學(xué)生對(duì)測(cè)得的“聲音每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)”這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出結(jié)論，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)更具說(shuō)服力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)開拓了學(xué)生的視野，也使學(xué)生懂得同一實(shí)驗(yàn)結(jié)論可采用多種方法進(jìn)行證明。

總體而言，教師可以通過(guò)搭建支架，多角度、多方式幫助學(xué)生攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)。學(xué)生在深層體驗(yàn)、深層理解的深度學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷提升學(xué)習(xí)力，最終明確“聲音高低”與“振動(dòng)快慢”之間的關(guān)系，在思維螺旋發(fā)展的過(guò)程中提升科學(xué)核心素養(yǎng)和綜合能力。

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（浙江省杭州市蕭山區(qū)城東小學(xué)? ?311200）