科学与音乐融合教学的设计与实践

科学课程标准提出，应设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互联系，带动课程综合化实施，强化实践性要求。在小学科学教学中实施跨学科主题学习，将科学与音乐巧妙结合，不仅可以活跃课堂氛围，更能让学生在熟悉的场景中学习科学，促进其学科素养的提升。

一、教学分析

1.理解跨学科内涵，确立融合方向

跨学科学习是在回答问题、解决问题、处理问题的过程中，根据问题的宽泛性和复杂性，以整合见解、构建更加全面的认识为目的、多门学科相融合的教学活动。跨学科并非将多学科简单地混杂在一起，而是多学科思想、方法的整合。[1]基于跨学科主题学习的教学设计，要对科学教材深入分析，把握教学中需要解决问题的本质，发现学科间的内在联系，对多学科进行有效整合，加强学科贯通，提高教学的有效性。

科学学习注重与生活紧密联系，真实生活中没有明确的学科分割，不同学科都是事物组成的一个分支，学生对于事物的认识也是综合的、复杂的。将同一事物包含的不同学科进行整合的教学方法，符合学生的认知规律，是跨学科主题学习的有效实施方向。四年级“声音”单元，包含了声音的产生、传播与变化等科学知识，涵盖了通过分析、比较、归纳等思维方法解决科学问题，同时也对标音乐中“以美育人、艺术体验”的课程理念，因此，本单元宜采用跨学科主题教学。

2.基于课程标准，确定主题内容

科学课程标准立足学科教育现状，提出要激发学生的学习动机，加强探究实践的理念，认识科学本质及规律；倡导设计学生喜闻乐见的科学活动，创设愉快的教学氛围。“声音的变化”主题学习是科学与音乐紧密相关的主题课程，利用乐器演奏创设良好的学习情境，使学生在愉快氛围的助力下提升科学学习热情，产生探究“声音的产生与变化”的内在动机，多维度培养他们的核心素养。

科学课程标准的相关要求是，举例说明声音因物体振动而产生，知道声音有高低和强弱之分，声音高低和强弱的变化由于振动的变化引起的，制作能产生不同高低、强弱的声音简易装置。

艺术课程标准中也提到，注重艺术与其他学科的联系，提出了审美感知、文化理解、艺术表现、创意实践四方面的核心发展要求，其中创意实践就是综合运用多学科知识，紧密联系现实生活进行艺术创作和实际应用的能力。音乐学科课程内容中提出，学生要对音乐及其他各种声音进行探索，综合运用所学知识、技能和创造性思维，开展即兴表演和音乐编创活动。“声音的变化”主题学习中，学生感受音乐的美妙，探究声音变化的本质原因，将音乐与科学巧妙地融合在一起，形成跨学科主题教学活动。同时，“创编与展示”的学业要求也对本主题中的“设计与制作乐器”起到指导作用。学生利用在科学课上学习的声音变化的规律设计并利用身边材料制作乐器，使自制乐器能发出音调高低不同的声音，并结合声音强弱产生的方式演奏自制乐器，在音乐课上演奏《春天的声音》。

“声音的变化”主题学习是基于“声音”单元展开设计的，分为4个课时完成，分别是《声音的产生》《声音的强弱变化》《声音的高低变化》《设计和制作乐器》。

二、《声音的产生》教学

课堂导入用时虽短，但创设良好的学习情境能快速点燃学生的学习热情，激发他们的学习内驱力，迅速集中他们的注意力，从而提高课堂教学效率。为此，教师可以在教学前精心策划，采用跨学科的方式进行新课导入，给学生带来耳目一新的感觉，调动他们的学习热情。[2]在“声音的变化”主题学习中，每课时的导入都让学生现场演奏乐器，从音乐的角度欣赏声音，再从科学的角度探究声音的本质，从而使学生在熟悉、愉快的氛围中进入科学学习，这样可以充分利用他们的好奇心，激发他们的探究欲，推动科学探究活动的展开。

导入环节中乐器的选择，要贴合科学课研究的问题，要选择操作简单、利于学生发现现象、能让他们快速抓住现象本质的乐器（见表1）。课堂导入与乐器演奏相结合，激发了学生的学习热情，大幅提高注意力，对后续科学探究起到了积极促进的作用。同时，其他没有参与演奏的学生也能够结合自己的演奏经验，分析科学问题，提出相应猜想，提高参与度。

本课时安排了3个活动：①通过触摸正在发声的鼓、锣、尤克里里、口琴，初步感受到发声物体在振动；②利用轻小的豆子、乒乓球、水等放大鼓面、音叉的振动现象，从而确定发声的物体的确正在振动；③尝试让锣、音叉、琴弦停止振动，发现声音立即停止，说明振动停止，声音也消失了。

根据以往的教学经验，只展示一种乐器，演奏方式单一，学生容易将演奏动作当成声音产生的原因，无法抓住声音产生的本质原因。科学学习的基本要求之一便是认识事物的本质即抓住现象本质。为解决这个问题，教师让学生用敲、弹、吹三种方式现场演奏鼓、锣、尤克里里、口琴，这样他们就不会将演奏的动作当成声音产生的原因，继而寻找声音产生的本质，产生探究欲。

学生结合科学课常用的发声仪器音叉、钢尺、皮筋继续探究，通过手触摸的直接观察法，进一步感受到物体发声的同时在振动。有学生提出，看着没有什么变化，只有用手摸的时候才能感觉到，要是直接能看见振动就好了。通过讨论学生发现，可以使用轻小物体或者有一点振动就能看见的物质来放大振动现象。例如，击鼓发声时，可以放一些轻小的豆子，看看敲击鼓面以后豆子会不会由于振动而弹起来。使用音叉研究时，可以把敲击后的音叉插入水中，看看水面有没有波动现象；可以把音叉一部分放入水面以下固定住，敲击音叉露出水面的部分，观察水面现象；还可以把乒乓球挂在音叉旁边，观察乒乓球被弹起的现象等。这些借助物体间接观察的方法，使学生更容易发现振动现象，提升了他们的解决问题能力。而后，学生实验时发现，用手握住正在振动的锣，振动停止，声音也立即停止了。又用同样的方法验证了其他鼓和音叉，他们进而总结出“声音是由物体振动产生的”。

通过用手触摸的方法使没有演奏经验的学生感受到了发声的乐器正在振动，这是一种新奇的体验。在交流环节中，他们更愿意表达自己的感受，使用乐器探究科学问题，使交流更积极、更充分。

三、《声音的强弱变化》教学

本课时安排了两个活动：①使鼓和锣发出强弱不同的声音，用手初步感知振动幅度；②利用钢尺、皮筋发出强弱不同的声音，用肉眼观察振动幅度。

使用不同的力度敲击鼓和锣，使它发出强弱不同的声音，让学生聚焦本课研究主题——声音的强弱变化。学生体验如何使鼓和锣发出强弱不同的声音，用手初步感受到：大力敲击时，振动感较强，轻轻敲击时，振动感较弱，但是看不见振动幅度，可以借助钢尺、皮筋继续观察。

通过豆子放大鼓面振动现象的活动，学生看见豆子弹起的高度超乎自己的预期，兴奋不已，从而想要更多的体验——用不同的力控制鼓面振动，控制豆子弹起的高度。利用乐器探究，学生在实验中产生了更多体验，提升了课堂参与度。

四、《声音的高低变化》教学

本课时安排了3个活动：①利用尤克里里和迷你编钟发出高低不同的声音，并猜想声音的高低可能与什么有关；②利用皮筋、钢尺探究知道声音的高低变化与琴弦长短、粗细、松紧有关，与编钟大小有关，尝试总结振动现象；③利用自制教具画出振动轨迹，分析轨迹从而总结声音的高低变化与振动快慢的关系。

1.前测

本课使用自制教具画振动轨迹，是因为在前测中发现学生对于画出振动有部分类似“声波”的形象出现，这表明他们对声波有一定的理解、分析能力。

前测问题1“你认为声音的高低变化与什么有关？解释一下你写的词”，只有43%的学生能够写出一些与声音高低的相关因素，如物体面积、大小、长短、材质等表象原因。这说明大部分学生不知道声音的高低变化与振动快慢相关，教师课堂上应该多引导他们关注振动情况（如图1）。

前测问题2是“怎样能让皮筋发出更高的高音”，考虑到对于概念性问题学生可能很难准确表述自己的想法，教师设计了操作性问题供他们选择。通过这个问题可以看出，有58%的学生能写出一些相对准确的表述，如把皮筋拉长、拉紧等描述（如图2）。学生对于声音高低不同的认识只有“皮筋松紧”这一因素，对于长短、粗细这两个因素没有相关思考。由此，在课堂上教师要引导学生充分猜想，并结合乐曲加深他们对声音高低变化的分析，促进生生间的交流。

前测问题3“你能用笔画出下面两个声音的振动吗？分别敲击大号烧杯和小号烧杯，画出这两个声音的振动”，有56%的同学回答了这个问题，其中有75%的学生画出了类似声波的线条表示振动（如图3）。这说明学生潜意识里是有声波这样的形象存在的，利用振动轨迹分析振动特点，对学生抓住现象本质可以起到促进作用。

2.自制教具

在一般教学中，通常改变皮筋的长短、粗细、松紧这些因素制造出高低不同的声音，学生很容易猜想出这些表象原因与音调高低的关系，缺乏对振动的关注。他们即便关注到振动的快慢，也只能靠人眼的对比判断振动的快慢，不够严谨。基于以上分析，本课设计希望能帮助学生认识声音高低变化的本质，也就是“振动快慢”，并且能够使用排除人眼误差的方法将振动情况呈现出来。由此，教师设计了相应的教具来帮助学生抓住声音变化过程中的振动情况（如图4）。

皮筋穿过泡沫小球，使小球固定在皮筋上，提前将颜料涂满小球，相当于给皮筋一支笔，把皮筋两端打结挂在固定挂钩上。记录单上中线标识与皮筋重合，下端刻度是皮筋拉动位置的参考标线。松开皮筋同时匀速下拉记录单，能画出皮筋振动时某一点的振动轨迹，这样就能通过分析轨迹图发现振动快慢的本质。用这个小装置记录振动的轨迹，能培养学生关注现象本质的意识，对比声音高低不同时的振动轨迹，归纳出“声音的高低变化是由振动快慢产生的”。

3.简要教学过程

通过欣赏一段尤克里里、迷你编钟演奏的音乐，明确声音有高低的变化，聚焦本课重点。学生交流猜想，认为声音的高低与琴弦的粗细、松紧、长短以及编钟的大小有关。教师出示实验材料，学生自主选择，并开展实验。其中，橡皮筋（细的1根、粗的2根）模拟琴弦，钢尺伸出桌面的长短模拟编钟的大小不同。

实验发现，多种方法都能影响声音高低的变化，我们用肉眼观察并判断是振动快慢制造了高低不同的声音，但判断不完全准确，每个人的判断标准也不一样，想要得到更准确的证据就要想办法看清振动轨迹，继续研究。

使用长短不同的两根皮筋，挂在相同距离的挂钩上，可以研究琴弦松紧不同产生高低不同的声音时的振动情况，同时用蓝、红颜色作为区分（如图5）。

通过对比振动轨迹，发现声音低的皮筋振动得慢，声音高的皮筋振动得快。至此，学生借助教具找到了声音高低变化的本质原因，他们的分析、归纳等思维能力也得到相应发展。

五、《设计和制作乐器》教学

科学课程标准倡导设立跨学科主题学习活动，促进学科间的相互联系。基于此，教师可以积极组织学生开展跨学科实践活动，强化他们的跨学科学习体验，提升他们的学科核心素养。[3]

学生根据前3课时的学习，已经掌握了声音产生与变化的原理，知道有哪些因素能够改变声音的强弱与高低，也掌握了一些基本的操作方法，能自主设计制作发出高低不同声音的小乐器。

学生用皮筋模拟弦乐，用给皮筋打结的方式使其撑在小盒子上制造出松紧不同的琴弦；用两个同样的塑料小盒，里边装入不同大小的颗粒，从而实现声音的高低不同；还可以改变盒子的材质，使用金属盒和塑料盒，摇晃产生高低不同的声音；敲击不同大小的容器从而产生高低不同的声音；等等（如图6）。

学生使用自己设计制作的小乐器在音乐课上跟随音乐教师一起为春天配乐。本主题学习是以乐器演奏起始，学生使用科学的方法探究后知道了声音背后的原理，基于所学知识制造产生不同声音变化的乐器，体现了本次跨学科学习“从音乐中来，到音乐中去”的理念。

小结

科学和音乐学科的跨学科主题教学与传统的教学相比取得了更好的效果。在实践中使用乐器，使学生有了新的触觉体验，激起了探究欲、强化了探究意识，参与程度更高、目的性更强，在总结、归纳时有了更多的证据支持。通过开展跨学科主题学习方式优化教学设计，加强了学科之间的促进与融合，发展了学生的科学思维，提升了他们的核心素养。

[课题：人民教育出版社课程教材研究所“十四五”课题“小学科学跨学科学习及教材呈现研究”，批准号：KC2022-32]

（作者单位：北京市西城区复兴门外第一小学）

参考文献

[1]田娟，孙振东.跨学科教学的误区及理性回归[J].中国教育学刊，2019（04）.

[2]任学宝.跨学科主题教学的内涵、困境与突破[J].课程·教材·教法，2022（04）.

[3]陈肖颖，徐宸蔚.跨学科教学的有效开展——评《跨学科教育原理》[J].中国教育学刊，2023（03）.