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“声音在不同物体中的传播”实验教具的设计与应用

摘要：声音是抽象的，而小学的科学学习需要直观、具体的实验现象或数据来帮助学生理解科学知识、形成科学思维。本文中的创新实验教具开发是以教材中“声音在不同物体中的传播”实验为依托，以小学科学新课程标准为准则，对原型实验中的不足进行改进。通过对实验教具的改进创新，使用声音测试软件等信息技术，获得更直观有效的实验效果。

关键词：声音的传播，实验创新，科学思维

引言：“声音在不同物体中的传播”是教科版小学科学四年级上册《声音》单元中一个实验探究活动，旨在引导学生进一步了解“声音”。在实际教学中，笔者发现，按照教材建议的实验材料进行探究，学生并不容易区别和描述“声音在不同物体中传播的差异”。如何对实验教具进行改进与创新，达到教学目标的同时又能培养学生的科学素养？本文以对实验教具的改进创新为重点，进行了如下的思考与探究。

一、现用教材中声音的传播实验学情分析

1.实验原型

该教学内容是让学生借助实验和想象，对声音的传播方式进行描述，学生尝试设计实验并探究声音在不同物体中的传播情况。本课主要分为“振动物体与声波”、“声音在不同物体中的传播”这两部分内容。针对“声音在不同物体中的传播”活动，教材中的实验设计思路如下：选用一米长度的木尺、折叠的铝箔、棉线和尼龙绳这四种物体作为实验材料；实验方法则是学生们分别拉住实验材料的两端，一位学生将正在振动的音叉接触实验材料的一端，其他学生用耳朵和手在实验材料的另一端去感觉声音引起的振动和声音大小的不同。

2.实验教学中存在的问题

教学时，笔者发现，在亲身经历该探究活动的同学中，约30%的同学认为振动的音叉接触木尺后在另一端听到的声音响度最大；而50%的同学则认为是铝箔传播声音后响度最大；还有20%的同学不能区别木尺和铝箔传播声音效果的差/异。同样，学生对声音在棉线和尼龙绳的传播后的响度大小比较也存在争议。该实验教学设计存在以下两点问题：一是教材提供的实验器材和实验方法，基本上是全“手动”，还需要小组多人合作；四年级的学生的动手操作能力并不强，手拿实验材料会出现不稳、不好控制等情况，导致对比实验不严谨。二是学生只用感官来判断不同物体的传声效果，导致一些学生对于声音在不同物体中传播效果的比较结果并不明确，实验可重复性差，不易得到较为准确的实验结论，甚至会出现错误的认知。

二、实验改进策略及创新点

1.实验原理及设计思路

该实验原理是声音以波的形式传播，声音在传播过程中会引起介质中的质点发生振动。而在不同的介质中，声音的衰减情况不同，声音的传播速度也不同，声音接收处的响度大小就不同即传播声音的效果不同。在学生对于声音相关前概念的学习基础上，本课将通过控制实验变量和利用数据分析来引导学生设计实验。重点是为学生提供自制的创新探究实验台，学生利用该实验台可以探究不同材质的物体对传播声音的影响；还可以探究同一材质的物体的长度、粗细和方向等因素对声音传播的影响。通过自制实验台，充分发挥学生科学探究的主动性和创造性，不局限于研究一种因素对于声音传播的影响。

2.自制实验教具

图1声音在不同物体中的传播实验教具

自制改进创新的“声音在不同物体中的传播”实验教具。该实验教具整体由亚克力板组装而成，有声源装置、用于对比传播声音效果的实验材料以及收音测试装置三个主要部件，它的具体改进创新点如下。具体创新要点如/下所述：

（1）声源装置

声源装置是由量角器和弹簧和音叉组成，小锤敲击音叉的力度由小锤拉开的角度来调节，如图2所示。声源装置处还设计了抽屉式声源轨道。

该轨道的作用是让声源装置能在不同的材料间移动，方便学生操作从而提高实验效率。

（2）实验材料

实验选用横截面直径均为2毫米的铝丝、竹丝、尼龙绳和棉线这四种不同材质的物体作为实验探究材料，如图4所示。另外使用拉绳扣将实验材料固定拉直，简单有效，还可以减少手拿实验材料带来的不稳定性，如图5所示。以上在实验材料上的改进既能让实验达成教学目标，又能通过严格控制实验变量减小实验误差。

（3）收音测试装置

将信息技术与教学相结合，能有效突破该实验的重难点，提高课堂实验的效率。收音测试装置主要由锥形桶、自制可移动支架和手机组成。

锥形桶能减少声音扩散，手机支架能固定手机的位置，提高实验准确性。手机软件可用于教学和实验：一是同屏软件，二是声音测试软件。通过同屏软件，学生可以在教师演示实验时观察直观的实验效果，同时学习测试软件的使用方法，声音测试软件则是用于直接观察和记录声音的变化情况。

三、创新实验装置在实验教学中的应用

1.实验教具的使用方法

该实验教具可以作为教师的演示实验，也可以作为学生分组实验台。该实验教具的具体使用方法是：首先将横截面直径相同、长度相同，只是材质不同的铝丝、竹丝、尼龙绳和棉线这四种物体，利用拉绳扣固定拉直在实验台上。其次