關(guān)于對初中物理《聲音的特性》教學(xué)的幾點(diǎn)思考

劉建章

（惠民縣姜樓鎮(zhèn)中學(xué)，山東 濱州 251714）

一、從體驗(yàn)活動(dòng)中認(rèn)識概念

音調(diào)、響度、音色 三個(gè)概念均比較抽象，教材中都沒有給出嚴(yán)格的定義，只是給出聲音的高低叫作音調(diào)，聲音的大小或強(qiáng)弱叫作響度，聲音的特性叫作音色，而這些定義都是不嚴(yán)格的，這三個(gè)概念的形成都只能借助實(shí)際生活的體驗(yàn)。

對于音調(diào)，先讓學(xué)生感知大人與小孩發(fā)出的聲音，男生和女生發(fā)出的聲音，回味耕牛寬嗓音和蚊子刺耳聲，敲擊大鼓和小鼓 時(shí)發(fā)出的聲音，彈擊吉他的弦在較緊和較松時(shí)發(fā)出的聲音等等，細(xì)心品味，或親手操作，或洗耳恭聽，或積極討論，共同感知他們聲音的不同，從而逐漸形成對聲音高低即音調(diào)概念。在體驗(yàn)所列舉的各種聲音并積極討論的過程中引導(dǎo)學(xué)生對聲音“尖”和“粗”的認(rèn)識，從而認(rèn)識到日常生活中的“聲音很尖”和“聲音很粗 ”均指聲音的音調(diào)特征。而后再通過對音調(diào)決定因素的探究 再進(jìn)一步加深學(xué)生對音調(diào)概念的形成。

對于響度，先讓學(xué)生重新回味遠(yuǎn)聞耕牛叫和近聽蚊鳴聲，再想一想文學(xué)作品中李逵的怒吼聲和賈寶玉的說話聲的不同，再體味一下戰(zhàn)場上大炮的爆炸聲和春節(jié)時(shí)的鞭炮聲，重錘敲鼓和輕輕敲鼓發(fā)出的聲音，石油工人一聲吼的“吼”和班上同學(xué) 私下竊私語的“語”，放音機(jī)的音量由小變大，用大小不同的兩個(gè)力敲擊同一面鼓發(fā)出的聲音，每組聲音的不同均體現(xiàn)了聲音的響度特征。在體驗(yàn)所列舉的各種聲音并積極討論的過程中引導(dǎo)學(xué)生對聲音能量大小的認(rèn)識，從而認(rèn)識到在日常生活中聽起來能量大的，能傳播遠(yuǎn)的均指聲音的響度特征。再通過探究影響響度大小的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)一步加深對響度概念的形成。

對于音色，首先也是先體驗(yàn)聲音，如只聞其聲便知其人，只聞鳥鳴便知其鳥，只聽動(dòng)物叫聲便知是什么動(dòng)物，只聽樂器的演奏聲便知其樂器這是什么原因呢？引導(dǎo)學(xué)生探索區(qū)分兩種聲音的第三種特征或特性，那就是兩種聲音，即使兩種聲音的音調(diào)和響度都相同，我們?nèi)阅馨阉麄儏^(qū)分開來，他們各有各的特性，聲音的這種特性就是我們要認(rèn)識的音色，字面之意便是聲音的特色。然后再通過探究影響音色的決定因素，即用示波器或計(jì)算機(jī)演示不同樂器演奏同一首曲子所呈現(xiàn)的波形的不同來形成音色的概念。

總之一句話，在體驗(yàn)活動(dòng)中認(rèn)識概念形成概念。

二、重視探究能力的培養(yǎng)

一個(gè)完整的探究過程包括提出問題，猜想與假設(shè)，制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)，分析與論證，評估，交流與合作七個(gè)環(huán)節(jié)，而作為本節(jié)對音調(diào)、響度和音色的科學(xué)探究，由于學(xué)生對探究活動(dòng)還比較陌生，對科學(xué)探究的認(rèn)識還處于初級階段，切這些探究活動(dòng)與科學(xué)家的實(shí)際探究過程也有較大差別，所以教材在設(shè)計(jì)這些探究活動(dòng)時(shí)過程也都相對簡單，因此對本節(jié)科學(xué)探究活動(dòng)的要求也體現(xiàn)在對問題基本思路的探究，沒有給出具體的科學(xué)探究環(huán)節(jié)的名稱，探究環(huán)節(jié)也并未要求那么齊全。

對音調(diào)的探究，突出問題的提出，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄，分析與歸納得出結(jié)論。對于問題的提出，實(shí)在列舉多組有關(guān)音調(diào)不同的聲音，如用口琴吹出幾個(gè)不同的聲音，用吉他彈出幾個(gè)不同的聲音，用同一個(gè)木棒敲擊兩個(gè)盛水量不同的玻璃水杯而發(fā)出不同的聲音，讓學(xué)生充分地討論，便可引導(dǎo)學(xué)生由實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象自然得出 聲音有高低之分，產(chǎn)生“聲音的高低與什么因素有關(guān)呢？”的疑問。實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是直接給出撥動(dòng)鋸條發(fā)聲，至于如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可引導(dǎo)學(xué)生嘗試各種方案，但根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際條件，選擇按在桌邊撥動(dòng)發(fā)聲現(xiàn)象較突出，而且可以較方便地改變鋸條伸出桌邊的多少而撥動(dòng)發(fā)出不同的聲音，在實(shí)驗(yàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生列表記錄各種情況下的發(fā)音高低的不同現(xiàn)象。在討論各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中便可直接得出“頻率的大小決定音調(diào)高低”的結(jié)論。演示實(shí)驗(yàn)“觀察不同音叉所發(fā)聲波的波形”可以使學(xué)生更進(jìn)一步形象直觀地得出“音調(diào)隨振動(dòng)頻率的增大而升高”的結(jié)論。

對響度的探究，同樣也是在列舉多組不同響度的聲音，讓學(xué)生在體會(huì)聲音中自然得出聲音有強(qiáng)弱或大小之分，產(chǎn)生并提出問題:是什么因素決定響度的大小呢？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求簡單明了，引導(dǎo)學(xué)生用不同的力敲擊同一個(gè)桌面或同一個(gè)音叉發(fā)出不同的聲音，同時(shí)用手摸或碎紙、乒乓球感知桌面或音叉振動(dòng)幅度 的大小，從而分析歸納得出 響度 的大小隨振幅的增大而增大的結(jié)論。并分析指出聲音在向外傳播的過程中由于聲波振動(dòng)受到介質(zhì)阻力的作用，其振幅會(huì)不斷減小，因而其響度也會(huì)逐漸減小，直到響度變?yōu)榱?，聲音消失?/p>

對音色的科學(xué)探究要求更為簡單，在列舉幾類不同聲音的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生得出不同的物體所發(fā)出的聲音都有獨(dú)特性，也就是音色，學(xué)生也就自然想到，音色是由什么因素決定的呢？抽象的問題直觀化，就用示波器將幾個(gè)音調(diào)、響度相同的不同樂器所發(fā)出的聲音在示波器上展示出來共同觀察，并討論三組聲波的不同，從而得出材料和結(jié)構(gòu)決定音色的結(jié)論。

通過對本節(jié)中音調(diào)、響度、音色的科學(xué)探究，雖然要求不高，但要努力培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)探究中形成一種思維習(xí)慣，即在現(xiàn)象中找到問題，帶著問題去思考可能的結(jié)論，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中去驗(yàn)證結(jié)論的正確性。

三、注重探究方法的積累

本節(jié)涉及到了一個(gè)非常重要的探究方法，那就是控制變量法，這也是一個(gè)探究問題的一個(gè)基本的方法。我們每學(xué)到一個(gè)物理量，影響的因素通常都不止一個(gè)，這樣我們在探究對這個(gè)物理量的影響因素時(shí)，就必然用到控制變量法。在探究弦樂器弦的松緊、粗細(xì)、長短對弦樂器發(fā)音的音調(diào)的影響時(shí)，就是一個(gè)用控制變量法解決問題的典型例子。弦樂器發(fā)出的聲音同時(shí)受弦的長短、松緊、粗細(xì)的影響，當(dāng)要研究弦樂器發(fā)出的聲音與某一因素的關(guān)系時(shí)，就必須控制另外兩個(gè)因素不變。

【例題】學(xué)習(xí)聲音的有關(guān)知識之后,小杰等同學(xué)提出這樣一個(gè)問題:二胡、琵琶等弦樂器為什么能演奏出不同音調(diào)?在認(rèn)真觀察樂器之后,他們提出了這樣幾種猜想:①弦樂器的音調(diào)跟弦的長短有關(guān);②弦樂器的音調(diào)跟弦的松緊有關(guān);③弦樂器的音調(diào)跟弦的粗細(xì)有關(guān)。

為了研究猜想①是否正確,小杰等同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):如圖所示,將一根二胡琴弦的一端繞結(jié)在桌子的腿上,另一端繞過桌邊的小滑輪,掛上幾個(gè)砝碼,使它在桌面上拉緊,并用A、B兩個(gè)三角形柱狀小木塊將弦支起。用一把塑料尺彈撥弦的中部,就可以聽見弦發(fā)出的聲音。然后在其他條件不變的情況下,改變A、B間的距離進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)A、B間的距離越長,音調(diào)越低。他們通過分析歸納,總結(jié)得出弦樂器的音調(diào)跟弦長短之間的關(guān)系。

(1)小杰通過上述實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是:同一根弦,松緊相同時(shí),弦越長音調(diào)越____低____。

(2)小杰實(shí)驗(yàn)過程中,要在其他條件不變的前提下,改變A、B之間的距離,所運(yùn)用的一種研究方法是____控制變量法_____。

(3)小提琴演員演奏時(shí),手指要在弦上不停地移動(dòng),這樣做的作用是___改變弦的長度___。

(4)請你將小杰他們的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成能研究猜想③的實(shí)驗(yàn)。(寫出實(shí)驗(yàn)的方法和注意點(diǎn))_先照圖固定好一根細(xì)弦，用一把塑料尺彈撥弦的中部,聽見弦發(fā)出的聲音，再在其他條件不變的情況下,換用較上一根較粗的弦，彈撥弦的中部使弦發(fā)聲，再換用較第一根再粗一點(diǎn)的弦，彈撥弦的中部使弦發(fā)聲。通過分析歸納,總結(jié)得出弦樂器的音調(diào)跟弦粗細(xì)之間的關(guān)系。注意點(diǎn)是每次換弦時(shí)保持A、B之間的距離和鉤碼的重不變。

(5)據(jù)此可知,弦樂器的音調(diào)的高低是可以調(diào)節(jié)的,當(dāng)弦越緊時(shí),弦發(fā)出的音調(diào)越高 ;當(dāng)弦越粗時(shí),弦發(fā)出的音調(diào)越____低____。

四、緊密聯(lián)系實(shí)際，從生活走向物理，從物理走向社會(huì)

生活中充滿著豐富多彩的聲音，我們就是借助這些耳熟能詳?shù)穆曇羧フJ(rèn)識聲音的三個(gè)特性，同時(shí)也用我們教材中的已學(xué)有關(guān)聲音特性的知識到社會(huì)生活中得到充分應(yīng)用。

日常生活中好多有關(guān)描述聲音的詞一定要和教材中描述聲音的術(shù)語對應(yīng)起來，例如，日常生活中常說的聲音很粗、很低沉，指的是聲音音調(diào)低，聲音很尖、刺耳、很脆聲是指聲音音調(diào)高，聲音很大、很強(qiáng)是指聲音響度大，聲音很輕、很細(xì)、很小均指聲音響度小。吼聲、震耳欲聾、聲音洪亮、軍歌嘹亮形容的是聲音的響度大，竊竊私語、輕聲細(xì)語均形容聲音的響度小。只憑聽到的人、動(dòng)物、樂器發(fā)出的聲音就能判斷出是哪一個(gè)人、哪一種動(dòng)物、哪一類樂器發(fā)出的聲音，這是利用了人、動(dòng)物、樂器的音色特性。買西瓜時(shí)，憑敲擊聲即可判斷其生熟，買碗、盆時(shí)憑敲擊聲就可判斷出其質(zhì)量的好壞，憑汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音就可以判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)是否有故障或質(zhì)量的好壞，這些主要依據(jù)的均是聲音的音調(diào)特征。因?yàn)槲鞴嫌缮绞欤先坑珊凸掀ぞo密結(jié)合在一起變成瓜瓤松散，振動(dòng)時(shí)和瓜皮不同步，甚至阻礙瓜皮的振動(dòng)，振動(dòng)變慢，振動(dòng)發(fā)出的聲音由清脆變成鈍厚，因而聲音變低，西瓜由生到熟，雖其結(jié)構(gòu)材料有所改變，音色有變，但決定判斷西瓜生熟的主要依據(jù)還是音調(diào)。買碗時(shí)，如果碗有了裂紋，碗振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)就不那么緊湊，相當(dāng)于變長了，因而振動(dòng)就變慢，音調(diào)變低。機(jī)器中零件松動(dòng)或有裂紋，就和西瓜、碗變聲的道理相同，因而其判斷的主要依據(jù)仍是音調(diào)。鄉(xiāng)音無改鬢毛衰，聽聲音便知是什么地方的人，兩句話中的聲音都體現(xiàn)的既不是音調(diào)、響度特征，也不是音色特征，而體現(xiàn)的是方言特征。以上這些都搞清了，對聲音的音調(diào)、響度、音色特征的判斷就迎刃而解了。所以，緊密聯(lián)系實(shí)際是打開本節(jié)知識大門的一把鑰匙。有了這把鑰匙，學(xué)生也就充分感受到了物理課堂的生活情趣，其科學(xué)情趣的提高也就在所難免了。

五、關(guān)于用發(fā)音齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)打硬紙片，硬紙片劃梳子齒探究音調(diào)的高低與聲音振動(dòng)頻率的關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)的一點(diǎn)自我見解

發(fā)音齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)打硬紙片實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)滬科版教材和人教版教師教學(xué)用書上都有出現(xiàn)，硬紙片劃梳子發(fā)聲實(shí)驗(yàn)在老人教版教材出現(xiàn)過，兩實(shí)驗(yàn)的原理是相同的，都是作為探究音調(diào)的高低與聲源振動(dòng)的頻率的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，被一線教師廣泛應(yīng)用，兩實(shí)驗(yàn)教材或教參的結(jié)論都是：聲音的高低是由聲源的頻率決定的。頻率越大音調(diào)越高，頻率越小，音調(diào)越低?？晌覀冎烂總€(gè)物體都有他的固有頻率，只要物體質(zhì)量、形狀、材料、硬度沒有發(fā)生變化，其整體的振動(dòng)頻率是固定的與受到的外力的大小及頻率無關(guān)，在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，改變的是齒輪的轉(zhuǎn)速和硬紙片的劃速，作為發(fā)聲的硬紙片、梳子齒、速度變化的齒輪其固有性質(zhì)（質(zhì)量、形狀、材料、硬度等）都沒有發(fā)生變化，因而我認(rèn)為他們都會(huì)維持其固有振動(dòng)頻率不變，即使用硬紙片接觸齒數(shù)不同的齒輪時(shí)，作為連在一起的齒數(shù)不同齒輪是一個(gè)整體其固有性質(zhì)（質(zhì)量、形狀、材料、硬度等）仍沒有發(fā)生變化，何況實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)的是紙片發(fā)聲的變化。所以我認(rèn)為這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)作為探究音調(diào)和頻率的關(guān)系不妥。

小結(jié)：知識的源于多彩的生活，讓我們在生活中體驗(yàn)探究問題、展示智慧的樂趣，在知識運(yùn)用中去 形成充實(shí)的自我，物理和生活同樣美好。