自編STEAM課程《探秘共鳴箱》

吳喬喬 施昌魏

小學科學課程標準要求，四年級學生需要知道聲音因物體振動產(chǎn)生，聲音有高低強弱之分，能夠制作產(chǎn)生不同高低、強弱聲音的簡單裝置。根據(jù)這一要求，自編STEAM課程《探秘共鳴箱》定位在讓學生用學到的知識設計、制作一件弦樂器，并嘗試進行演奏，在制作的過程中學會運用專業(yè)的測量軟件（聲音分析軟件），測量高低不同聲音的頻率。

本項目共8課時。本節(jié)課之前，學生已經(jīng)通過古箏琴弦、三角錐、木條、釘子等材料制作了一個弦樂器，并用聲音分析儀檢測了琴弦的具體頻率。本課激發(fā)學生讓制作好的琴弦的聲音變得更大，結(jié)合真實問題情境，引入了共鳴箱。通過共鳴箱公式的運用和數(shù)學運算，學生最終確定共鳴箱的長度，同時產(chǎn)生關于共鳴箱的更多問題，指向本項目的最終目標——制作一件真正的弦樂器。

確定學習目標

1.創(chuàng)設情境，引出問題

請學生上臺展示自制的琴弦，然后撥動琴弦，引發(fā)問題：會場這么大，參會教師都聽得到嗎？你們有什么辦法可以放大聲音？

由于單根弦發(fā)出的聲音十分微弱，根本無法讓現(xiàn)場的所有人都聽到，從而引發(fā)學生思考如何才能將聲音放大。學生通常會想到用麥克風的辦法，但實際效果并不好。這一驅(qū)動性問題，旨在激發(fā)學生的好奇心和求知欲。

2.觀察比較，促進遷移

教師出示音叉，敲擊音叉后追問：如何將音叉的聲音放大？學生根據(jù)已有經(jīng)驗提出，將音叉插在箱體上，引出共鳴和共鳴箱的概念。

3.微課引領，揭示任務

觀看微課（對一位樂器專家的采訪視頻）后，學生初步認識共鳴箱，體驗不同共鳴箱帶來的不同音效，知道不同樂器的共鳴箱不同，同一種類樂器的共鳴箱也不同。學生意識到，共鳴箱的作用是放大聲音，從而揭示本課任務：為自制的琴弦制作共鳴箱，讓現(xiàn)場所有人清晰地聽到琴弦的聲音。

利用學生非常熟悉的音叉作為載體，幫助他們搭建已有概念和未知領域的橋梁，幫助他們進行知識遷移，從而理解共鳴現(xiàn)象和共鳴箱的概念。借助微課，為學生搭建腳手架。

探究共鳴箱

1.觀察對比，建立模型

教師展示多種樂器（尤克里里、手指琴等），讓學生尋找共鳴箱的特點，通過一系列問題，在學生頭腦中初步搭建起共鳴箱的模型結(jié)構(gòu)。問題如：你們認為共鳴箱應該具有怎樣的特點？它們之間有怎么樣的異同？你認為共鳴箱的共鳴效果與什么有關？

通過對多個共鳴箱的觀察，學生發(fā)現(xiàn)共鳴箱是一個一面鏤空的箱體，尺寸、形狀不同，引發(fā)學生猜測：這可能影響共鳴箱的共鳴效果。

2.聚焦問題，引出公式

教師演示將512赫茲的音叉置于兩個長短不一的共鳴箱上（512赫茲和256赫茲的共鳴箱，256赫茲的共鳴箱更長），讓學生判斷哪個共鳴箱的共鳴效果更強。結(jié)果卻與大多數(shù)學生的猜測不同：短的共鳴箱共鳴效果更好。

在討論“到底多大的共鳴箱長度才是最合適的”問題后，引出計算公式：

最短共鳴箱長度=1/4（聲音在空氣中傳播的速度÷發(fā)聲物體的頻率）×0.9

猜測與事實不符引起學生強烈思想碰撞和沖突，幫助他們建立科學嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度，從而成功引出共鳴箱長度計算公式。特別說明：聲音共鳴實驗表明，當某一聲波共鳴的空氣柱長度等于該聲波波長的1/4、3/4、5/4……倍時，都會發(fā)生共鳴現(xiàn)象，其中最短空氣柱長度等于該聲波的1/4，即1/4λ（其中λ=v/f）。事實上，我們研究團隊通過大量的數(shù)據(jù)計算分析，得出樂器的共鳴箱長度都是該公式計算結(jié)果的0.9倍左右，具體原因有待進一步研究。

3.運用公式，解決困惑

學生運用公式計算各種音叉的共鳴箱長度，驗證結(jié)果，再運用公式計算所設計樂器的共鳴箱長度。

當計算出的共鳴箱長度和實際音叉的共鳴箱長度非常吻合時，學生會將公式內(nèi)化，幫助他們完成共鳴箱的制作。計算自己設計樂器的共鳴箱長度，同時鞏固和強化了專業(yè)聲音分析儀的使用方法。

4.動手制作，及時測評

教師引導學生用六面圖的方式進行詳細設計，并根據(jù)設計圖紙完成制作。學生需要先完成設計，再領取材料制作。

教師講解制作的要求、注意事項和測評維度（見下表）。

在長達25分鐘的設計和制作過程中，教師以觀察和輔助有需要幫助的小組為主，在觀察的過程中，通過蓋章的形式在每組的測評表中完成對學生的測評。

測評維度

[測評要求 得章情況 團隊合作，分工明確，沒有組員空閑（如設計、裁剪、組裝等分工） （合作章蓋章處） 設計圖紙清晰，有六面圖和具體的尺寸，先設計再制作 （設計章蓋章處） 在規(guī)定的時間內(nèi)完成設計和制作 （效率章蓋章處） 在做的過程中充分思考，提出有深度的問題并進行反思 （思考章蓋章處） ]

測評的四大側(cè)重點為合作、設計、效率和思考，這也是本節(jié)課側(cè)重要發(fā)展的學生能力。對于取得3個章以上的小組，獎勵小組一份更加深入研究聲音的小獎品，促進學生的分工合作。

展示與評價

教師請各小組上臺介紹共鳴箱，介紹琴弦的聲音是多少赫茲，運用公式計算出的共鳴箱長度是多少，并展示共鳴箱的實際效果，分析本小組產(chǎn)生的問題和反思等。

這一環(huán)節(jié)目的是向他人介紹清楚自己的產(chǎn)品、學習的收獲以及產(chǎn)生的新疑問。在小組交流中，學生發(fā)現(xiàn)自己小組需要改進的地方，為后續(xù)的共鳴箱的深入探究開啟新的研究方向，并在思維碰撞中產(chǎn)生新的火花，引發(fā)更深層次的學習。

總? ? 評

本節(jié)課是在學生學習了聲音的基礎上進行的拓展。在“產(chǎn)生問題—認識共鳴和共鳴箱—探秘共鳴箱—制作共鳴箱—檢驗共鳴箱—發(fā)現(xiàn)更多問題”的過程中，學生懷著濃厚的興趣完成了本節(jié)課的學習，達成了項目的階段性目標。

1.引導主動思考，發(fā)展思維能力

教學的本質(zhì)就是發(fā)展思維，學生思維的推進是這節(jié)課的難點。本節(jié)課通過設置情境，讓學生觀察、對比生活中常見的共鳴箱，從而產(chǎn)生靈感。教師通過一系列的問題，不斷引發(fā)學生的認識沖突，激發(fā)他們產(chǎn)生探究共鳴箱的欲望，引出共鳴箱長度的計算公式水到渠成。在層層遞進中，學生根據(jù)教師提供的材料，設計和制作共鳴箱，并分享設計理由。在完成整個探究后，學生還能主動反思更多的關于共鳴箱效果的拓展研究，為本項目后續(xù)的開展奠定了基礎。一個完整項目的開展要著眼學生嚴謹?shù)倪壿嬎季S培養(yǎng)，要能夠幫助他們后續(xù)的學習。

2.注重學習過程，培養(yǎng)科學態(tài)度

本課著重培養(yǎng)學生小組之間的合作、設計、效率、思考等能力，通過小組之間的分工合作、設計完成共鳴箱的制作，并且能對自己的共鳴箱進行反思和總結(jié)，也能對其他小組的共鳴箱提出意見和問題，這些評價均偏向于學習過程而不是學習結(jié)果。工程是在設計的基礎上進行的，在制作之前注重學生的設計，有目的地培養(yǎng)和強化他們的設計意識，讓他們在設計與制作的過程中，意識到嚴謹求真的重要性。

3.運用多種工具，解決真實問題

在STEAM課堂中，工具的運用尤為關鍵，其合理性直接影響著學習的效率。在本項目中，教師提供了多種專業(yè)的工具，如切割尺、切割墊板等，能讓學生體會到工具的重要性，以及正確使用工具的必要性。本節(jié)課還隱含了一個看不見的工具——公式，實際生活中也不乏對公式的大量使用，學生在以后的職業(yè)生涯中也會頻繁地使用公式解決實際問題，他們可能不容易成為公式的創(chuàng)造者，但是必須成為一名公式的善用者，選取合適的公式解決不同的問題，這也是解決問題的一種思維。

浙江省溫州市鹿城區(qū)實驗小學

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