探究噪声阻隔效果的活动设计

徐敬洪

广东省佛山市顺德区李介甫小学信息科技教师，顺德区创客教育联盟讲师团成员，公众号“玩转信息技术”创办人，致力于创客教育和人工智能的研究，曾多次辅导学生在省、市、区级创客竞赛中获奖。

主讲人：徐敬洪

教学背景

噪声污染是生活中常见的污染之一。日常生活中，楼上楼下发出的各种声音，马路上汽车行驶的声音和鸣笛声……这些来自身边的声音，都是学生熟悉的噪声。如何阻隔这些噪声，是社会一直关心的问题。《义务教育科学课程标准（2022年版）》要求，3～4年级学生应能了解声音可以在不同物质中传播的相关知识，了解生产生活中的噪声现象和防噪办法。

随着国家基础设施建设不断发展，公路、高铁等交通设施已经成了学生身边熟悉而又普遍的基础设施，而如何减少道路交通噪声，是公众一直十分关心的问题。此案例中，我们选取了一个典型的需要降低噪声的地方：城市公路。我们模拟公路的隔离带，并且尝试给隔离带替换不同的阻隔材料，分别探究同一材料的隔音效果，并对比不同材料的隔音效果。

教学目标

科学思维：能在教师指导下，以“使用不同阻隔材料后声音的强弱不同”为依据，说明不同材料对噪声的阻隔能力不一样。

探究实践：能够利用模拟声级计等传感器，结合身体感官，描述不同材料对声音的阻隔效果。

态度责任：通过探究活动了解噪声的危害，培养良好的社会责任感、环保意识以及保护自身听力的意识。

教学重点与难点

教学重点：通过观察和跨学科实验，知道不同的材料对噪声有不同的阻隔能力。

教学难点：能够利用模拟声级计等传感器，结合身体感官，描述不同材料对声音的阻隔效果。

教学准备

一、材料准备

椴木板若干，棉花、废纸等不同的阻隔材料，行空板1块，平板电脑（或其他模拟汽车声音的设备），模拟声级计1个，杜邦线若干。

二、制作实验装置

利用椴木板（或其他材料）模拟制作公路隔离带，隔离带两边分别放置行空板和声音播放设备，行空板与模拟声级计连接。（如图1所示）

三、编写硬件程序

在实验过程中，编写程序所需要实现的功能是借助行空板和模拟声级计，记录使用不同阻隔材料的情况下，在隔离带的另一端所检测到的声音分贝值。在行空板的屏幕上，我们主要记录或者显示三个分贝值。

第一个是当前环境的分贝值，考虑环境中会自带一定的环境噪声，且不同实验环境下，环境噪声本身存在差异。因此，在程序设计上，我们希望能在实验开始前就将当前环境的噪声分贝值记录下来，作为空白对照。

第二个是实验过程中的实时分贝值，这是为了便于实时观察当前的分贝值。最后，由于噪声的分贝值不是一个恒定的值，即使噪声是我们自己模拟出来的，也必然会出现动态的变化。因此，我们编写程序，让程序以列表的方式，每隔1秒记录1次测试期间的分贝值。测试结束后，以测试过程中记录得到的最大分贝值，作为该次测试过程中的参考分贝值。部分主程序如图2所示。

教学过程

一、情境导入

1.身边的噪声

教师播放有关噪声危害的视频，引导学生讨论：这些噪声对人们有哪些危害？除此之外，我们日常生活中还能听到哪些噪声？

通过讨论，学生初步了解身边对人们生活产生危害的噪声，并认识到这些噪声除了影响人们学习、生活和休息之外，对我们的听力也会有不同程度的影响。

2.噪声的防治

教师进一步引导学生，为了减少这些影响，现实生活中人们采取了哪些措施。紧接着，教师播放有关噪声防治的视频、图片，引导学生展开思考：这些防治噪声的方法有什么特点？

教师小结：通过观看视频和刚刚的讨论，我们知道，防治噪声的方法有两大类。第一类是直接降低噪声声源的大小和强弱，但是有些噪声本身并不能从根源上降低，所以我们采用比较多的方法是利用隔音带进行有效的隔音。今天，我们就一起来探究一下，不同材料的隔音效果有什么不一样。

二、实验探究

本实验分为两个部分：一是探究同一材料的隔音效果；二是探究不同材料的隔音效果。二者的区别在于所控制的变量不一样，前者是控制“材料”这一变量不变，后者则是控制“噪声”这一变量不变。

1.教师讲解实验装置的使用

（1）搭建装置，把连接模拟声级计的行空板和平板电脑分别放置于隔离带的两侧，并固定模拟声级计和平板电脑的位置，避免增加变量。平板电脑也可以换成其他能播放声音的设备，但是该设备必须可以线性调节声音，以便我们控制“噪声”这一变量。

（2）以同一种隔音材料为例，在隔离带放入隔音材料，尽可能把隔离带塞满。

（3）实验开始后，点击行空板上的“开始测试”按钮，在另一侧使用平板电脑播放汽车鸣笛声，播放完毕后点击“结束测试”按钮，系统将自动记录此过程中的最大分贝值。控制隔音材料不变，改变噪声的值，或者控制噪声的大小不变，改变隔音的材料，即可完成多组数据的记录。实验开始后，运行行空板上的实验程序。

2.学生自主探究实验

由于本探究实验设计两个不同变量的探究，因此，课堂上可以让学生分成两个小组，分别就其中一个变量进行探究。

（1）同一材料的隔音效果探究

学生开始测试后，先不放入隔音材料，以30%的音量播放汽车鸣笛声，记录模拟声级计所记录的声音大小，保持其他变量不变，以20%的幅度增加汽车鸣笛声的音量，然后分别记录不同音量大小下的噪声大小。随后，放入隔音材料，重复以上操作，以此对比同一材料在噪声大小不同的情况下隔音效果的差异。记录表1如下。

（2）不同材料的隔音效果探究

学生记录环境声音，汽车鸣笛声以30%的音量大小进行播放且音量始终保持不变，更换隔音带的材料，分别测试不同材料下降噪后的音量大小，以此对比不同材料在同一噪声下的隔音效果。更改汽车鸣笛声的播放音量后重复上述探究，即可在不同的噪声条件下，分别探究不同材料的隔音效果。记录表2如下。

三、分享总结

学生以小组为单位，以图表、PPT等形式展示小组实验得到的数据，并尝试通过分析数据总结小组的实验结论。学生可以用Excel软件展示图表，让实验数据更直观。

教师结合本节课的两组探究实验，分别对“同一材料的隔音效果”和“不同材料的隔音效果”两组实验的结果进行总结，并引导学生在生活中注意观察，多思考生活中的科学现象。

教学反思

本课以“身边的噪声”创设情境，引导学生观察生活，了解噪声的危害，并以此过渡到生活中的噪声防治。学生借助行空板等开源硬件，搭建实驗装置，分别展开“同一材料的隔音效果”与“不同材料的隔音效果”两组探究，通过观察和跨学科实验，知道不同的材料对噪声有不同的阻隔能力，并能结合模拟声级计等传感器，描述不同材料对声音的阻隔效果。

本课涉及两个变量的探究，因此在探究过程中应当把学生分为两组，分别就两个变量进行探究，这样既达到了控制变量的目的，又能分别对两个变量进行有效深入的探究。另外，本实验涉及对声音分贝的测量，所以对课堂的纪律要求较高，要求学生尽可能保持安静，避免造成干扰，小组之间也可以适当拉开距离，避免小组之间产生噪声，互相干扰。