中國傳統科技文化與STEM教育之生產生活用具

李湘黔

STEM知識素養

人文知識

聽甕的發明距今約有2500年，《墨子·備穴》中對聽甕的制造和使用方法有詳細的說明，其內容的大概意思為：將一個甕埋在地下，在甕口上蒙一層薄皮革，側耳伏在甕口上面，就可以聽到周圍的動靜。在后來的使用過程中，人們對聽甕不斷改進，使其逐漸發展成為一種非常有效的竊聽工具。唐代就出現了葫蘆狀枕形聽甕，晚上睡覺的時候將聽甕放在頭下，外面有動靜便能迅速察覺到。民間將聽甕改造成聽管，成語“隔墻有耳”就和這個有關。明代茅元儀《武備志》中記載：“甕聽，用七石甕，覆于地道內;擇耳聰人坐聽于甕下，以防城中鑿地道。”清末曾國荃（曾國藩的九弟）率領的湘軍進攻太卜天國都城天京（今南京）時，城內的太平軍在城墻腳下埋設聽甕偵測城外的動靜，導致湘軍一時無法破城。

宋代時，竊聽器的使用已經相當廣泛，出現了多功能竊聽器——“矢服”。矢服是利用空腔接納聲音的原理而發明的。宋代沈括在《夢溪筆談·器用》中記載：“古法以牛革為矢服，臥則以為枕，取其中虛，附地枕之，數里內有人馬聲，則皆聞之。蓋虛能納聲也。”矢服，就是盛裝箭（矢）的器具，用牛皮制作而成。當時的偵察兵都會配備這種工具，拿出箭矢，吹足氣，夜里枕在頭下，幾里以內的人馬聲都能竊聽到。

科學知識

聲音必須通過介質傳播，如氣體、液體和固體。聲音在氣體中傳播以輻射特性為主，在固體中傳播以傳導特性為主，而在液體中傳播時以上兩種特性均存在。聲音在固體中的傳播速度比在空氣中快，而且皮革等物體的使用，可以放大我們聽到的效果，聽診器也是使用了類似原理制作而成的。

STEM活動實踐

創意實踐

自制聽診器

材料

直徑約為1cm的橡膠管、小圓柱體（如中性筆的筆蓋等）、小漏斗、氣球、剪刀、膠帶等。

創意參考步驟

1.將漏斗下端插到橡膠管中，另一端用一個小圓柱體密封（比如中性筆的筆蓋）。

2.將氣球的吹氣嘴剪掉，留下大的那一截，撐開，蒙在漏斗口一端，拉緊，粘牢。

3.將漏斗口一端貼近胸口，另一端貼近耳朵，看看能不能幫你聽到心跳聲。

創意改良

查找資料，了解電子聽診器的使用及其原理，看看相比最原始的聽診器，有哪些改進和優點。

創意挑戰

1.我國民眾選購西瓜的時候，總是喜歡“敲打”幾下，根據聲音判斷西瓜是否成熟，是否“返沙”（沙瓤）。請你查找資料并親自動手實驗一下，這種判斷方式是否有科學依據。

2.傳統的聽診器使用簡單有效，但是有以下不便：

（1）聲音比較微弱，受到環境噪聲的影響很大;

（2）聽診效果依賴醫生的經驗判斷，可能會導致聽診結果不準確;

（3）只能用耳朵聽，表現力還不夠強，尤其是聽診效果不好對比。

所以為了解決以上問題，我們可以利用電子設備對聽診聲音進行可視化處理。請你結合信息技術，將聽診器聽到的聲音記錄起來，并分析對比聲波的特點。