探究噪聲阻隔效果的活動設(shè)計

徐敬洪

廣東省佛山市順德區(qū)李介甫小學信息科技教師，順德區(qū)創(chuàng)客教育聯(lián)盟講師團成員，公眾號“玩轉(zhuǎn)信息技術(shù)”創(chuàng)辦人，致力于創(chuàng)客教育和人工智能的研究，曾多次輔導學生在省、市、區(qū)級創(chuàng)客競賽中獲獎。

主講人：徐敬洪

教學背景

噪聲污染是生活中常見的污染之一。日常生活中，樓上樓下發(fā)出的各種聲音，馬路上汽車行駛的聲音和鳴笛聲……這些來自身邊的聲音，都是學生熟悉的噪聲。如何阻隔這些噪聲，是社會一直關(guān)心的問題?！读x務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》要求，3～4年級學生應(yīng)能了解聲音可以在不同物質(zhì)中傳播的相關(guān)知識，了解生產(chǎn)生活中的噪聲現(xiàn)象和防噪辦法。

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷發(fā)展，公路、高鐵等交通設(shè)施已經(jīng)成了學生身邊熟悉而又普遍的基礎(chǔ)設(shè)施，而如何減少道路交通噪聲，是公眾一直十分關(guān)心的問題。此案例中，我們選取了一個典型的需要降低噪聲的地方：城市公路。我們模擬公路的隔離帶，并且嘗試給隔離帶替換不同的阻隔材料，分別探究同一材料的隔音效果，并對比不同材料的隔音效果。

教學目標

科學思維：能在教師指導下，以“使用不同阻隔材料后聲音的強弱不同”為依據(jù)，說明不同材料對噪聲的阻隔能力不一樣。

探究實踐：能夠利用模擬聲級計等傳感器，結(jié)合身體感官，描述不同材料對聲音的阻隔效果。

態(tài)度責任：通過探究活動了解噪聲的危害，培養(yǎng)良好的社會責任感、環(huán)保意識以及保護自身聽力的意識。

教學重點與難點

教學重點：通過觀察和跨學科實驗，知道不同的材料對噪聲有不同的阻隔能力。

教學難點：能夠利用模擬聲級計等傳感器，結(jié)合身體感官，描述不同材料對聲音的阻隔效果。

教學準備

一、材料準備

椴木板若干，棉花、廢紙等不同的阻隔材料，行空板1塊，平板電腦（或其他模擬汽車聲音的設(shè)備），模擬聲級計1個，杜邦線若干。

二、制作實驗裝置

利用椴木板（或其他材料）模擬制作公路隔離帶，隔離帶兩邊分別放置行空板和聲音播放設(shè)備，行空板與模擬聲級計連接。（如圖1所示）

三、編寫硬件程序

在實驗過程中，編寫程序所需要實現(xiàn)的功能是借助行空板和模擬聲級計，記錄使用不同阻隔材料的情況下，在隔離帶的另一端所檢測到的聲音分貝值。在行空板的屏幕上，我們主要記錄或者顯示三個分貝值。

第一個是當前環(huán)境的分貝值，考慮環(huán)境中會自帶一定的環(huán)境噪聲，且不同實驗環(huán)境下，環(huán)境噪聲本身存在差異。因此，在程序設(shè)計上，我們希望能在實驗開始前就將當前環(huán)境的噪聲分貝值記錄下來，作為空白對照。

第二個是實驗過程中的實時分貝值，這是為了便于實時觀察當前的分貝值。最后，由于噪聲的分貝值不是一個恒定的值，即使噪聲是我們自己模擬出來的，也必然會出現(xiàn)動態(tài)的變化。因此，我們編寫程序，讓程序以列表的方式，每隔1秒記錄1次測試期間的分貝值。測試結(jié)束后，以測試過程中記錄得到的最大分貝值，作為該次測試過程中的參考分貝值。部分主程序如圖2所示。

教學過程

一、情境導入

1.身邊的噪聲

教師播放有關(guān)噪聲危害的視頻，引導學生討論：這些噪聲對人們有哪些危害？除此之外，我們?nèi)粘Ｉ钪羞€能聽到哪些噪聲？

通過討論，學生初步了解身邊對人們生活產(chǎn)生危害的噪聲，并認識到這些噪聲除了影響人們學習、生活和休息之外，對我們的聽力也會有不同程度的影響。

2.噪聲的防治

教師進一步引導學生，為了減少這些影響，現(xiàn)實生活中人們采取了哪些措施。緊接著，教師播放有關(guān)噪聲防治的視頻、圖片，引導學生展開思考：這些防治噪聲的方法有什么特點？

教師小結(jié)：通過觀看視頻和剛剛的討論，我們知道，防治噪聲的方法有兩大類。第一類是直接降低噪聲聲源的大小和強弱，但是有些噪聲本身并不能從根源上降低，所以我們采用比較多的方法是利用隔音帶進行有效的隔音。今天，我們就一起來探究一下，不同材料的隔音效果有什么不一樣。

二、實驗探究

本實驗分為兩個部分：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。二者的區(qū)別在于所控制的變量不一樣，前者是控制“材料”這一變量不變，后者則是控制“噪聲”這一變量不變。

1.教師講解實驗裝置的使用

（1）搭建裝置，把連接模擬聲級計的行空板和平板電腦分別放置于隔離帶的兩側(cè)，并固定模擬聲級計和平板電腦的位置，避免增加變量。平板電腦也可以換成其他能播放聲音的設(shè)備，但是該設(shè)備必須可以線性調(diào)節(jié)聲音，以便我們控制“噪聲”這一變量。

（2）以同一種隔音材料為例，在隔離帶放入隔音材料，盡可能把隔離帶塞滿。

（3）實驗開始后，點擊行空板上的“開始測試”按鈕，在另一側(cè)使用平板電腦播放汽車鳴笛聲，播放完畢后點擊“結(jié)束測試”按鈕，系統(tǒng)將自動記錄此過程中的最大分貝值?？刂聘粢舨牧喜蛔?，改變噪聲的值，或者控制噪聲的大小不變，改變隔音的材料，即可完成多組數(shù)據(jù)的記錄。實驗開始后，運行行空板上的實驗程序。

2.學生自主探究實驗

由于本探究實驗設(shè)計兩個不同變量的探究，因此，課堂上可以讓學生分成兩個小組，分別就其中一個變量進行探究。

（1）同一材料的隔音效果探究

學生開始測試后，先不放入隔音材料，以30%的音量播放汽車鳴笛聲，記錄模擬聲級計所記錄的聲音大小，保持其他變量不變，以20%的幅度增加汽車鳴笛聲的音量，然后分別記錄不同音量大小下的噪聲大小。隨后，放入隔音材料，重復(fù)以上操作，以此對比同一材料在噪聲大小不同的情況下隔音效果的差異。記錄表1如下。

（2）不同材料的隔音效果探究

學生記錄環(huán)境聲音，汽車鳴笛聲以30%的音量大小進行播放且音量始終保持不變，更換隔音帶的材料，分別測試不同材料下降噪后的音量大小，以此對比不同材料在同一噪聲下的隔音效果。更改汽車鳴笛聲的播放音量后重復(fù)上述探究，即可在不同的噪聲條件下，分別探究不同材料的隔音效果。記錄表2如下。

三、分享總結(jié)

學生以小組為單位，以圖表、PPT等形式展示小組實驗得到的數(shù)據(jù)，并嘗試通過分析數(shù)據(jù)總結(jié)小組的實驗結(jié)論。學生可以用Excel軟件展示圖表，讓實驗數(shù)據(jù)更直觀。

教師結(jié)合本節(jié)課的兩組探究實驗，分別對“同一材料的隔音效果”和“不同材料的隔音效果”兩組實驗的結(jié)果進行總結(jié)，并引導學生在生活中注意觀察，多思考生活中的科學現(xiàn)象。

教學反思

本課以“身邊的噪聲”創(chuàng)設(shè)情境，引導學生觀察生活，了解噪聲的危害，并以此過渡到生活中的噪聲防治。學生借助行空板等開源硬件，搭建實驗裝置，分別展開“同一材料的隔音效果”與“不同材料的隔音效果”兩組探究，通過觀察和跨學科實驗，知道不同的材料對噪聲有不同的阻隔能力，并能結(jié)合模擬聲級計等傳感器，描述不同材料對聲音的阻隔效果。

本課涉及兩個變量的探究，因此在探究過程中應(yīng)當把學生分為兩組，分別就兩個變量進行探究，這樣既達到了控制變量的目的，又能分別對兩個變量進行有效深入的探究。另外，本實驗涉及對聲音分貝的測量，所以對課堂的紀律要求較高，要求學生盡可能保持安靜，避免造成干擾，小組之間也可以適當拉開距離，避免小組之間產(chǎn)生噪聲，互相干擾。