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探究噪声阻隔效果的活动设计

2024-05-29徐敬洪

江苏科技报·E教中国 2024年5期
关键词:隔音分贝噪声

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。

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