毛禮園

《聲音的傳播》一課實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和裝置在實(shí)際教學(xué)中存在實(shí)驗(yàn)裝置笨重、不易攜帶、設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)、現(xiàn)象對(duì)比不明顯等問題。為此，我們對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)：將發(fā)聲的蜂鳴器放入注射器中，通過拉動(dòng)活塞形成近似真空，讓學(xué)生體會(huì)真空不能傳播聲音;用擴(kuò)音器的麥克風(fēng)接收空氣和水傳播過來的聲音，在現(xiàn)象對(duì)比中讓學(xué)生知道聲音可以在液體中傳播，并且液體傳播聲音的能力比氣體強(qiáng)。創(chuàng)新和改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，材料和操作更簡單、設(shè)計(jì)更嚴(yán)謹(jǐn)、過程更有趣、效果更明顯，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

小學(xué)科學(xué)課程注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用。教師只有抓好小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，才有利于培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有利于科學(xué)課程的有效教學(xué)。

《聲音的傳播》是教科版四年級(jí)《科學(xué)》上冊“聲音”單元的重要一課。隨著課程改革的深入，雖然本課在內(nèi)容設(shè)計(jì)上已有很大的改進(jìn)，但在教學(xué)實(shí)踐中，教師發(fā)現(xiàn)有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和裝置依然存在一些不夠完善的地方。新的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》建議教師要?jiǎng)?chuàng)造性地使用教材，切實(shí)可行地處理與加工教材，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。因此，筆者以科學(xué)素養(yǎng)為導(dǎo)向，進(jìn)行新教科版《聲音的傳播》一課實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)研究，通過探索與實(shí)踐，讓《聲音的傳播》實(shí)驗(yàn)課始終圍繞“簡”“嚴(yán)”“趣”“實(shí)”四個(gè)維度展開，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

一、實(shí)驗(yàn)分析

（一）聲音不能在真空中傳播的實(shí)驗(yàn)分析

聲音不能在真空中傳播的實(shí)驗(yàn)，教材中的設(shè)計(jì)是將正在響鈴的鬧鐘放在玻璃罩內(nèi)，然后逐漸抽出玻璃罩內(nèi)的空氣，觀察聲音的變化，從而推斷出聲音不能在真空中傳播。該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中存在以下兩個(gè)問題：一是有些學(xué)校沒有配套的抽真空裝置，無法完成該實(shí)驗(yàn)，只能用視頻代替現(xiàn)場演示進(jìn)行教學(xué);二是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)只適合演示，學(xué)生不能參與操作，同時(shí)需要花較長的時(shí)間抽氣，抽氣聲會(huì)干擾學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。不管是看視頻還是看教師演示，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生都沒有參與操作，沒有獨(dú)立思考，只記住了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并沒有真正理解和內(nèi)化什么是真空、為什么真空不能傳播聲音。

（二）聲音在液體中傳播的實(shí)驗(yàn)分析

聲音在液體中的傳播，教材中的設(shè)計(jì)是安排一位學(xué)生把擊打后的音叉浸入水中，另外一位學(xué)生耳朵貼著水槽聽聲音，由此得出聲音可以在液體中傳播。因?yàn)橛幸徊糠终駝?dòng)的音叉是在水面以上的，耳朵貼著水槽聽到的聲音也可能是通過空氣傳播過來的，通過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說明聲音能在液體中傳播并不嚴(yán)謹(jǐn)。同時(shí)，用這套裝置來比較液體和氣體傳播聲音的能力時(shí)，沒有控制其他因素完全相同。兩次實(shí)驗(yàn)中擊打音叉的力度，速度可能不同。聲音在氣體中傳播路徑：音叉→空氣→耳朵;聲音在液體中傳播路徑：音叉→水→水槽→耳朵，聲音在水中的傳播還經(jīng)過了水槽這一固體介質(zhì)。另外，聲音在液體中傳播實(shí)驗(yàn)，音叉擊打后再浸入水中，有部分聲音是通過空氣傳播出去的。在多種因素的干擾下，往往會(huì)出現(xiàn)耳朵貼著水槽聽到的聲音和站在水槽邊上聽到的聲音現(xiàn)象對(duì)比不明顯，甚至出現(xiàn)站在水槽邊上聽到的聲音比耳朵貼著水槽聽到的聲音更明顯的情況，使學(xué)生得出空氣傳播聲音的能力比液體強(qiáng)的錯(cuò)誤結(jié)論。在該實(shí)驗(yàn)中，雖然學(xué)生有體驗(yàn)、有感知，但因教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)干擾因素較多，而使學(xué)生觀察到的是反常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出的是錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

這樣的一堂學(xué)生體驗(yàn)少、設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)、效果不明顯的科學(xué)實(shí)驗(yàn)課，無法激發(fā)學(xué)生的興趣，也無法很好地將科學(xué)素養(yǎng)落實(shí)到位。

二、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中存在的不足，筆者對(duì)《聲音的傳播》一課的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新與改進(jìn)，利用一套裝置完成了聲音在空氣、液體、固體中的傳播實(shí)驗(yàn)。

（一）聲音不能在真空中傳播的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)

筆者所用的實(shí)驗(yàn)器材是一個(gè)蜂鳴器用于產(chǎn)生聲音、一個(gè)紐扣電池用于給蜂鳴器供電、一只注射器和一個(gè)橡膠帽用于創(chuàng)設(shè)一個(gè)相對(duì)密閉的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)器材及組裝如圖1。

當(dāng)把活塞往外拉時(shí)聲音逐漸減弱，這是因?yàn)樽⑸淦鲀?nèi)的空氣量是一定的，活塞往外拉時(shí)注射器內(nèi)的空氣體積增大，空氣變稀，蜂鳴器周圍的空氣減少;當(dāng)活塞往里推時(shí)聲音逐漸增強(qiáng)，這是因?yàn)榛钊锿茣r(shí)注射器內(nèi)的空氣體積減小，空氣變濃，蜂鳴器周圍的空氣增多，實(shí)驗(yàn)演示如圖2。

通過對(duì)上述現(xiàn)象的分析和比較，讓學(xué)生明白蜂鳴器周圍的空氣多時(shí)，聽到的聲音強(qiáng)，蜂鳴器周圍的空氣少時(shí)，聽到的聲音弱，從而推斷出隨著蜂鳴器周圍的空氣減少聲音也將減弱，進(jìn)而得出聲音不能在真空中傳播的結(jié)論。

（二）聲音在液體中傳播的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)

筆者在實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上新增了一個(gè)水槽和一個(gè)擴(kuò)音器，用擴(kuò)音器的麥克風(fēng)接收空氣和水傳播過來的聲音，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝置浸入水中時(shí)聲音明顯增強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以得出聲音能在液體中傳播，并且液體傳播聲音的能力比氣體強(qiáng)的結(jié)論。筆者也嘗試用實(shí)驗(yàn)室配備的聽診器來代替擴(kuò)音器接收聲音，同樣有很明顯的效果。這兩者相比，擴(kuò)音器更適用于演示實(shí)驗(yàn)，聽診器更適用于學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)。

（三）聲音在固體中傳播的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)

探究聲音在固體中的傳播，筆者選了橡皮泥作為傳聲的固體。在實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上將水槽替換成裝滿橡皮泥的容器，用擴(kuò)音器的麥克風(fēng)接收空氣和橡皮泥傳播過來的聲音，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝置插入橡皮泥時(shí)，聲音明顯增強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們可以得出聲音能在固體中傳播，并且固體傳播聲音的能力比氣體強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“簡”“嚴(yán)”“趣”“實(shí)”

筆者設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與教材實(shí)驗(yàn)相比，材料更簡單、設(shè)計(jì)更嚴(yán)謹(jǐn)、過程更有趣、實(shí)驗(yàn)效果更明顯更實(shí)用，能更好地為實(shí)際教學(xué)服務(wù)。

“簡”體現(xiàn)在取材和操作更簡單。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中所用的注射器、蜂鳴器和擴(kuò)音器等都是實(shí)驗(yàn)室和生活中常見的材料，與教材實(shí)驗(yàn)中的玻璃罩、真空泵相比，材料更方便易得，成本更低，這一方面有利于農(nóng)村學(xué)校，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的學(xué)校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，另一方面也適合學(xué)生開展家庭實(shí)驗(yàn)。將教材中繁雜的抽真空實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)為將發(fā)聲的蜂鳴器放入注射器中，通過拉動(dòng)活塞形成近似真空來探究真空不能傳播聲音，操作簡單、更安全，效果明顯、用時(shí)少，有利于開展學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，提高課堂效率。

“嚴(yán)”體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更嚴(yán)謹(jǐn)。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中只有介質(zhì)是不同的，其他因素都相同，排除了其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維是科學(xué)探究的靈魂，對(duì)于小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)形成和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。科學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅要讓學(xué)生“自己動(dòng)手，多活動(dòng)”“去感受，去體驗(yàn)”，還要讓學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維彌散在實(shí)際探究的過程中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，使他們真正掌握科學(xué)技能，從而逐步形成良好的科學(xué)素養(yǎng)，讓他們在科學(xué)探究的道路上，穩(wěn)步前進(jìn)，為他們終身的學(xué)習(xí)和生活打好基礎(chǔ)。

“趣”體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過程更有趣。把只適合演示的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成適合小組合作的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生從旁觀者的身份轉(zhuǎn)變成了參與者和實(shí)踐者，學(xué)生參與課堂的積極性更高，無趣的課堂變得有趣，課堂氛圍更濃厚。而且，當(dāng)學(xué)生見到生活中的常見材料通過改裝或設(shè)計(jì)變成實(shí)驗(yàn)的有效器材時(shí)，更能激發(fā)其探索興趣。在每一節(jié)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課上，教師都應(yīng)把激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生探究能力作為主要目的和教學(xué)重點(diǎn)，要改變過去單純用說教的方式告訴學(xué)生“科學(xué)是有趣的”，要讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在實(shí)踐中感受科學(xué)探究的樂趣。

“實(shí)”體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)效果更好、更實(shí)用。與教材實(shí)驗(yàn)相比，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比更明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)論更可靠，能讓學(xué)生更深刻地理解實(shí)驗(yàn)的原理，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)，有效提高教學(xué)效率。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)共用一套核心裝置，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)裝置的“一具多用”，在實(shí)際教學(xué)中有很強(qiáng)的可推廣性。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能讓學(xué)生在簡單的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中充分觀察、充分思考，從而達(dá)到提高科學(xué)素養(yǎng)的目的。實(shí)用有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生提高科學(xué)思維能力，掌握科學(xué)探究的正確方法，并能受到良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的教育。

總之，一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)可以使教學(xué)更加形象直觀，可以讓學(xué)生的思維在實(shí)驗(yàn)過程中得到啟發(fā)，輕松建立科學(xué)概念，使課堂效率大大提高。因此，教師在開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)做出有益的改進(jìn)，并不斷創(chuàng)新科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而促進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)所需要的材料可以用現(xiàn)有的器材和生活中常見的物品替代。通過自制簡易、有趣、適合操作、符合學(xué)生年齡特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)儀器來詮釋不同的科學(xué)原理，把復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)簡單化，能讓學(xué)生在愉快的實(shí)驗(yàn)過程中，不知不覺地邁進(jìn)科學(xué)的殿堂，得到更多的素質(zhì)培養(yǎng)。