改进实验装置提升科学课堂效益

马丽杰

以教科版四4年级上册第3单元《声音》为例，在实际教学当中发现音高内容是学生最难理解的一个知识点，其原因主要有两个方面：一是有关产生声音的很多现象，如小鼓、音叉、琴弦等发声振动的速度、振动幅度的大小，都影响着观察的效果；二是教材上提供的教学器材是4个装着不同水位的水杯，这套装置对每个杯子发出的声音不同比较好判断，但是不利于观察音高变化的本质。分析原因主要是由于实验器材使用不当，为此寻求或改进实验装置，以恰当的实验材料帮助学生建立正确的科学概念。

1原有器材实验的效果及分析

课本上除了4个装着不同水位的水杯外，还有一根塑料尺子，尺子的长短变化形成声音的高低不同。塑料尺子所产生的音效很差，因而改成了音效好的钢尺。如图1所示的实验中，短尺子发声时，振动速度快用眼睛很难观察清楚，而且振动时间短，发出的声音也很短促，用耳朵也很难听辨清楚；长尺子发声时，振动的速度相对慢了，振动的时间明显增长，能听到声音的时间也变长，便于观察。

学生“看”到这两个现象之后（由于学生很难听出音的高低，所以更多的是以看为主），往往会形成这样的概念：尺子短，声音低；尺子长，声音高。理由是：尺子长，振动很快，因为这是容易观察到的，发出的声音长便于听辨，所以认为声音高；尺子短，振动慢，所以声音低。

以上现象是教学过程当中普遍存在的。在建立音高概念时使用不恰当的实验装置产生的现象，使学生构建了错误的科学概念，也使这块内容变成了小学科学教学中的难点内容。

导致音高概念建立偏差的原因分析，主要是现有的教学实验装置不能很好地满足教学需求，所以对音高教学设备进行思考、改进，主要从以下3个方面进行考虑。

（1）要帮助学生建立音高的概念，能够让学生听辨出高音和低音，并能够概括出声音高低各自有什么特点，一般“低音”的特点为低沉的，“高音”的特点为尖锐的。能做到听到声音不同，就能判断是高音还是低音。

（2）能够给学生一个便于观察振动频率的装置，如：在低音时振动速度比较慢，高音时振动速度比较快，但无论是快还是慢，用肉眼就教能够观察到。

（3）听辨音高和观察振动现象最好是在同一个装置内完成。这样可以节省时间，便于操作，减少干扰实验的因素；同一个装置可以让学生在用眼睛观察的同时，听觉也接受信息，在听觉、视觉双重作用下，容易接受并形成音高与振动频率之间的联系。

2实验装置改进及分析

2.1改进1

用两根粗细不同的琴弦，装在发音盒上。这个装置的特点是，由于琴弦在发音盒的作用下，声音的高低特性能够听辨得很清楚。声音高，尖锐；声音低，低沉。但是要用眼睛观察到振动的速度还是比较困难。如图2所示。

2.2改进2

用4根橡皮筋拉在一个发音盒上由紧到松，使4根橡皮筋发出不同音高的声音。但在实验后发现，用橡皮筋振动的情况比用琴弦容易观察，但是声音的质量不佳，不容易听辨清楚声音的高低。如图3所示。

2.3改进3

为了能够让声音的高低和振动的速度两个因素紧密地结合，使学生能够在大脑中形成一个稳固的“音”与“频”的概念，在前面设计的基础上克服了观察和听辨的困难，设计了如图4所示的装置——变频扬声装置。本装置由电源、集成电路板、变频开关和扬声器组成。随着变频开关的转动，声音高低可以发生变化。

装置使用方法：

（1）将电源开关打开，发生装置就会产生声音，此时让学生注意听声音有什么特点？对声音的特点进行描述并总结出特点。（声音低沉。）

（2）转动变频开关，声音发生了变化，让学生听听有什么变化？对声音的特点进行描述并总结出特点。（由低沉到尖锐或尖锐到低沉。）

（3）通过变频让学生判断声音的高低，说出自己的理由。（训练学生对音高的听辨能力。）

（4）将振动频率打到最小位置，让学生认真听辨高低音，确定音高后，再在扬声器上放上米粒、泡沫粒、大豆等可以明显振动的物体，如图5所示。让学生认真观察物体在低音时的振动频率特点；然后将变频开关打到最大位置，也先听辨音高，确定音高后，放上物体观察振动特点。初步小结观察到的现象和音高之间的关系：声音低，振动慢；声音高、振动快。

（5）变频开关逐渐地由小到大转动，让学生判断音高的变化规律，确定后，再放上物体观察振动的特点，进一步巩固音高与振动之间的关系，让学生在头脑中形成正确的科学概念。

3改进效果及推广价值

笔者通过自身教学及观察教学中存在的弊端，制定了本实验方案及装置的改进方法，基本解决了实验中经常出现的问题。有利于学生掌握音高概念，通过听声音及对声音特点的描述，从音色上感知声音高低的不同特点，并进行有根据的猜测等，符合学生对概念形成的思维建构。借助其他物体，可以清楚地观察到振动的快慢，能准确地判断振动快慢与声音高低之间的关系。同时，在无意识中耳朵收集到音的高低变化与看到振动快慢在大脑中构筑了音高概念。尤其重要的是，该实验利于学生观察，特别是声音和振动频率的结合增加了实验的直观性、趣味性，更有利于学生直观动态地观察音高变化的全过程和现象，有利于理解和分析音高变化的原理和结果。实验改进所用的材料及制作过程简单易行，方便推广。

在我们的日常教学过程当中，发现很多教师对实验装置进行了改进，往往给人以耳目一新的感觉。对于实验装置的改进不管出于何种目的，其最终的结果都是为了更好地服务学生，让学生在有限的课堂上更好地学习，为学生“插上”理想的“翅膀”，让他们在科学的殿堂里尽情的遨游。