物理核心素養(yǎng)指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的思考與改進(jìn)

楊紅糧 王久強(qiáng)

摘?要：物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，物理的學(xué)科核心素養(yǎng)要求培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.從原來的新課標(biāo)到現(xiàn)在的物理學(xué)科核心素養(yǎng)都強(qiáng)調(diào)要重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，即提出物理問題，敢于猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力.對(duì)于“聲音的傳播”實(shí)驗(yàn)的思考和改進(jìn)就是從規(guī)范實(shí)驗(yàn)探究的角度進(jìn)行探索的.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)探究;聲音的傳播

文章編號(hào)：1008-4134（2019）18-0031中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

目前，關(guān)于聲音的傳播實(shí)驗(yàn)基本都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和歸納結(jié)論的過程.規(guī)范的實(shí)驗(yàn)探究，應(yīng)該有對(duì)比實(shí)驗(yàn)，而目前課堂上出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)以一次性驗(yàn)證為主，沒有對(duì)比實(shí)驗(yàn)或用控制變量法解決問題.所以目前關(guān)于聲音的傳播實(shí)驗(yàn)基本上不能體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力.聲音的傳播是初中物理階段學(xué)習(xí)的知識(shí)，為培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，應(yīng)盡可能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究的情景，盡可能為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)探究的條件.

物理學(xué)科素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)，物理學(xué)科教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的做法只能在一定程度上補(bǔ)充學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生記住和理解知識(shí)，但是不能提高學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí).所以課堂上應(yīng)盡可能利用這些背景知識(shí)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究的情境，把原有實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)，讓學(xué)生體會(huì)探究.

1?關(guān)于聲音的傳播，目前課堂上一些實(shí)驗(yàn)存在的問題

1.1?關(guān)于空氣可以傳播聲音實(shí)驗(yàn)

如圖1所示，鐵架臺(tái)、兩個(gè)音叉放在桌面上，鐵架臺(tái)上掛一個(gè)乒乓球，乒乓球緊貼左邊的音叉，用橡膠錘敲擊右邊的音叉，左邊的音叉將乒乓球彈起，說明空氣可以傳播聲音.如圖2所示，揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)，蠟燭會(huì)隨著揚(yáng)聲器的聲音有節(jié)奏的晃動(dòng)，說明空氣可以傳聲.

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)存在缺點(diǎn)，雖然乒乓球跳起來，主要是由于空氣傳播造成的，但是音叉和鐵架臺(tái)都放在桌面上，不能排除固體傳播聲音的影響，相當(dāng)于沒有控制變量，也沒有對(duì)比實(shí)驗(yàn)，揚(yáng)聲器和蠟燭實(shí)驗(yàn)也是存在同樣的問題.所以這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)只能作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能稱之為物理學(xué)科素養(yǎng)所要求的探究實(shí)驗(yàn).

1.2?關(guān)于真空不能傳聲

如圖3甲、乙所示，將鬧鐘放在真空罩內(nèi)，將手機(jī)用細(xì)線懸掛在真空杯中，利用抽氣筒向外抽氣，隨著空氣減少，收聽者聽到的聲音減小，最后聽不到聲音，于是得到結(jié)論：真空不能傳播聲音.

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)存在缺點(diǎn)，首先，真空罩的內(nèi)部空間不可能被抽氣筒抽成真空，不能得到真空不傳聲的結(jié)論.第二，沒有對(duì)比實(shí)驗(yàn)，沒有從提出問題開始讓學(xué)生體驗(yàn)探究，體驗(yàn)控制變量法.第三，鬧鐘與真空罩底部相連，手機(jī)通過繩子與真空杯相連，不能排除固體傳播聲音對(duì)收聽者的影響.所以，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)只能算是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能稱之為物理學(xué)科素養(yǎng)所要求的探究實(shí)驗(yàn).

1.3?關(guān)于固體傳聲問題

如圖4甲所示，用“土電話”更容易聽到遠(yuǎn)處較小的聲音，說明固體能夠傳播聲音.如圖乙所示，將耳朵貼在桌面上，更容易聽到桌子的另一側(cè)手與桌面摩擦的聲音，說明固體能夠傳播聲音.

一些課堂上是按以上方式處理固體傳聲這一知識(shí)點(diǎn)的，為學(xué)生記憶和理解知識(shí)補(bǔ)充了生活經(jīng)驗(yàn)和客觀事實(shí)，但是存在問題，要證明固體可以傳播聲音，就要盡可能排除空氣傳播聲音的影響，而且此實(shí)驗(yàn)缺乏對(duì)比實(shí)驗(yàn)，不能讓學(xué)生體會(huì)從提出問題到解決問題的科學(xué)探究過程.

2?對(duì)聲音的傳播實(shí)驗(yàn)的思考和改進(jìn)

準(zhǔn)備器材：磁懸浮、真空罩、蜂鳴器、抽氣機(jī)和分貝儀.

2.1?對(duì)空氣可以傳聲實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

（1）引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)問題或給出探究問題

給學(xué)生這樣的閱讀資料，太空宇航員不能直接溝通，需要無線電交談，而地球表面的人卻可以直接交談，引導(dǎo)學(xué)生提出可探究的科學(xué)問題，如聲音的大小與空氣的多少有關(guān)嗎？

（2）提出猜想與假設(shè)

有了科學(xué)問題，學(xué)生要進(jìn)行合理猜想與假設(shè)，如聲音的大小與空氣的多少有關(guān)，且空氣越少，聲音的大小越小.

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生分析變量并根據(jù)器材設(shè)計(jì)操作措施，空氣的多少是自變量，可以用抽氣機(jī)減少真空罩內(nèi)的空氣從而改變自變量.聽到或檢測(cè)到的聲音大小是因變量，可以通過分貝儀或手機(jī)分貝軟件檢測(cè)，人耳聽覺作為感受檢驗(yàn).考慮到固體也可能傳播聲音，影響分貝儀的示數(shù)，所以作為控制變量，要排除固體傳播聲音的影響，就要讓發(fā)聲體不接觸真空罩玻璃壁和底座，可以用磁懸浮使發(fā)聲的蜂鳴器懸浮在空中.

裝置組裝如圖5甲所示.

（4）如圖5乙、丙所示，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表1）.

（5）分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，抽出空氣后，分貝儀的示數(shù)變小，說明分貝儀檢測(cè)到的聲音大小與真空罩內(nèi)空氣多少有關(guān)，并且空氣越少，檢測(cè)到的聲音越小，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以得到結(jié)論，聲音的傳播需要介質(zhì)，空氣是傳播聲音的介質(zhì).雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能創(chuàng)造真正的真空環(huán)境，但是根據(jù)空氣越少，聽到聲音越小這一結(jié)論，可以推測(cè)得出真空不傳聲的結(jié)論，思路類似于牛頓第一定律的得出，是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推理得到的.

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究，不僅讓學(xué)生感受了從提出科學(xué)問題，到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問題的探究過程，而且得到空氣可以傳聲，真空不能傳聲的結(jié)論，所以要得到一個(gè)結(jié)論，可以設(shè)計(jì)一些巧妙的科學(xué)問題讓學(xué)生體驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力.

2.2?對(duì)固體可以傳播聲音實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

如圖6所示，將發(fā)聲器貼在玻璃壁上，抽出空氣，盡可能控制空氣傳播因素，對(duì)比發(fā)聲的蜂鳴器是否接觸玻璃壁對(duì)聲音傳播的影響，用分貝儀檢測(cè)聲音大小.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)（見表2）.

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在盡可能控制空氣傳播的情況下，蜂鳴器貼在真空罩玻璃壁上時(shí)，存在玻璃的固體傳播，分貝儀的示數(shù)明顯不同，說明固體可以傳播聲音.

這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)在于，體現(xiàn)了控制變量的思想，培養(yǎng)學(xué)生控制變量的意識(shí)，從而提升科學(xué)探究能力，體現(xiàn)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求.

本篇對(duì)聲音傳播實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，體現(xiàn)控制變量的思想.通過問題的研究，也得到了空氣、固體可以傳播聲音（液體是否可以傳播聲音也可按照此裝置進(jìn)行探究），真空不傳聲的結(jié)論.所以，讓學(xué)生獲取一個(gè)知識(shí)，可以巧妙地設(shè)置一些問題讓學(xué)生研究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和解決問題的能力，包括如何根據(jù)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何改進(jìn)器材等.

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