中国传统科技文化与STEM教育之生产生活用具

李湘黔

STEM知识素养

人文知识

听瓮的发明距今约有2500年，《墨子·备穴》中对听瓮的制造和使用方法有详细的说明，其内容的大概意思为：将一个瓮埋在地下，在瓮口上蒙一层薄皮革，侧耳伏在瓮口上面，就可以听到周围的动静。在后来的使用过程中，人们对听瓮不断改进，使其逐渐发展成为一种非常有效的窃听工具。唐代就出现了葫芦状枕形听瓮，晚上睡觉的时候将听瓮放在头下，外面有动静便能迅速察觉到。民间将听瓮改造成听管，成语“隔墙有耳”就和这个有关。明代茅元仪《武备志》中记载：“瓮听，用七石瓮，覆于地道内;择耳聪人坐听于瓮下，以防城中凿地道。”清末曾国荃（曾国藩的九弟）率领的湘军进攻太卜天国都城天京（今南京）时，城内的太平军在城墙脚下埋设听瓮侦测城外的动静，导致湘军一时无法破城。

宋代时，窃听器的使用已经相当广泛，出现了多功能窃听器——“矢服”。矢服是利用空腔接纳声音的原理而发明的。宋代沈括在《夢溪笔谈·器用》中记载：“古法以牛革为矢服，卧则以为枕，取其中虚，附地枕之，数里内有人马声，则皆闻之。盖虚能纳声也。”矢服，就是盛装箭（矢）的器具，用牛皮制作而成。当时的侦察兵都会配备这种工具，拿出箭矢，吹足气，夜里枕在头下，几里以内的人马声都能窃听到。

科学知识

声音必须通过介质传播，如气体、液体和固体。声音在气体中传播以辐射特性为主，在固体中传播以传导特性为主，而在液体中传播时以上两种特性均存在。声音在固体中的传播速度比在空气中快，而且皮革等物体的使用，可以放大我们听到的效果，听诊器也是使用了类似原理制作而成的。

STEM活动实践

创意实践

自制听诊器

材料

直径约为1cm的橡胶管、小圆柱体（如中性笔的笔盖等）、小漏斗、气球、剪刀、胶带等。

创意参考步骤

1.将漏斗下端插到橡胶管中，另一端用一个小圆柱体密封（比如中性笔的笔盖）。

2.将气球的吹气嘴剪掉，留下大的那一截，撑开，蒙在漏斗口一端，拉紧，粘牢。

3.将漏斗口一端贴近胸口，另一端贴近耳朵，看看能不能帮你听到心跳声。

创意改良

查找资料，了解电子听诊器的使用及其原理，看看相比最原始的听诊器，有哪些改进和优点。

创意挑战

1.我国民众选购西瓜的时候，总是喜欢“敲打”几下，根据声音判断西瓜是否成熟，是否“返沙”（沙瓤）。请你查找资料并亲自动手实验一下，这种判断方式是否有科学依据。

2.传统的听诊器使用简单有效，但是有以下不便：

（1）声音比较微弱，受到环境噪声的影响很大;

（2）听诊效果依赖医生的经验判断，可能会导致听诊结果不准确;

（3）只能用耳朵听，表现力还不够强，尤其是听诊效果不好对比。

所以为了解决以上问题，我们可以利用电子设备对听诊声音进行可视化处理。请你结合信息技术，将听诊器听到的声音记录起来，并分析对比声波的特点。