關于對初中物理《聲音的特性》教學的幾點思考

劉建章

（惠民縣姜樓鎮中學，山東 濱州 251714）

一、從體驗活動中認識概念

音調、響度、音色 三個概念均比較抽象，教材中都沒有給出嚴格的定義，只是給出聲音的高低叫作音調，聲音的大小或強弱叫作響度，聲音的特性叫作音色，而這些定義都是不嚴格的，這三個概念的形成都只能借助實際生活的體驗。

對于音調，先讓學生感知大人與小孩發出的聲音，男生和女生發出的聲音，回味耕牛寬嗓音和蚊子刺耳聲，敲擊大鼓和小鼓 時發出的聲音，彈擊吉他的弦在較緊和較松時發出的聲音等等，細心品味，或親手操作，或洗耳恭聽，或積極討論，共同感知他們聲音的不同，從而逐漸形成對聲音高低即音調概念。在體驗所列舉的各種聲音并積極討論的過程中引導學生對聲音“尖”和“粗”的認識，從而認識到日常生活中的“聲音很尖”和“聲音很粗 ”均指聲音的音調特征。而后再通過對音調決定因素的探究 再進一步加深學生對音調概念的形成。

對于響度，先讓學生重新回味遠聞耕牛叫和近聽蚊鳴聲，再想一想文學作品中李逵的怒吼聲和賈寶玉的說話聲的不同，再體味一下戰場上大炮的爆炸聲和春節時的鞭炮聲，重錘敲鼓和輕輕敲鼓發出的聲音，石油工人一聲吼的“吼”和班上同學 私下竊私語的“語”，放音機的音量由小變大，用大小不同的兩個力敲擊同一面鼓發出的聲音，每組聲音的不同均體現了聲音的響度特征。在體驗所列舉的各種聲音并積極討論的過程中引導學生對聲音能量大小的認識，從而認識到在日常生活中聽起來能量大的，能傳播遠的均指聲音的響度特征。再通過探究影響響度大小的實驗過程進一步加深對響度概念的形成。

對于音色，首先也是先體驗聲音，如只聞其聲便知其人，只聞鳥鳴便知其鳥，只聽動物叫聲便知是什么動物，只聽樂器的演奏聲便知其樂器這是什么原因呢？引導學生探索區分兩種聲音的第三種特征或特性，那就是兩種聲音，即使兩種聲音的音調和響度都相同，我們仍能把他們區分開來，他們各有各的特性，聲音的這種特性就是我們要認識的音色，字面之意便是聲音的特色。然后再通過探究影響音色的決定因素，即用示波器或計算機演示不同樂器演奏同一首曲子所呈現的波形的不同來形成音色的概念。

總之一句話，在體驗活動中認識概念形成概念。

二、重視探究能力的培養

一個完整的探究過程包括提出問題，猜想與假設，制定計劃與設計實驗，進行實驗與收集數據，分析與論證，評估，交流與合作七個環節，而作為本節對音調、響度和音色的科學探究，由于學生對探究活動還比較陌生，對科學探究的認識還處于初級階段，切這些探究活動與科學家的實際探究過程也有較大差別，所以教材在設計這些探究活動時過程也都相對簡單，因此對本節科學探究活動的要求也體現在對問題基本思路的探究，沒有給出具體的科學探究環節的名稱，探究環節也并未要求那么齊全。

對音調的探究，突出問題的提出，實驗方案的設計，實驗的進行與實驗現象的記錄，分析與歸納得出結論。對于問題的提出，實在列舉多組有關音調不同的聲音，如用口琴吹出幾個不同的聲音，用吉他彈出幾個不同的聲音，用同一個木棒敲擊兩個盛水量不同的玻璃水杯而發出不同的聲音，讓學生充分地討論，便可引導學生由實驗中的現象自然得出 聲音有高低之分，產生“聲音的高低與什么因素有關呢？”的疑問。實驗方案的設計是直接給出撥動鋸條發聲，至于如何進行實驗，可引導學生嘗試各種方案，但根據現有的實際條件，選擇按在桌邊撥動發聲現象較突出，而且可以較方便地改變鋸條伸出桌邊的多少而撥動發出不同的聲音，在實驗過程中引導學生列表記錄各種情況下的發音高低的不同現象。在討論各種實驗現象的過程中便可直接得出“頻率的大小決定音調高低”的結論。演示實驗“觀察不同音叉所發聲波的波形”可以使學生更進一步形象直觀地得出“音調隨振動頻率的增大而升高”的結論。

對響度的探究，同樣也是在列舉多組不同響度的聲音，讓學生在體會聲音中自然得出聲音有強弱或大小之分，產生并提出問題:是什么因素決定響度的大小呢？設計實驗要求簡單明了，引導學生用不同的力敲擊同一個桌面或同一個音叉發出不同的聲音，同時用手摸或碎紙、乒乓球感知桌面或音叉振動幅度 的大小，從而分析歸納得出 響度 的大小隨振幅的增大而增大的結論。并分析指出聲音在向外傳播的過程中由于聲波振動受到介質阻力的作用，其振幅會不斷減小，因而其響度也會逐漸減小，直到響度變為零，聲音消失。

對音色的科學探究要求更為簡單，在列舉幾類不同聲音的基礎上，引導學生得出不同的物體所發出的聲音都有獨特性，也就是音色，學生也就自然想到，音色是由什么因素決定的呢？抽象的問題直觀化，就用示波器將幾個音調、響度相同的不同樂器所發出的聲音在示波器上展示出來共同觀察，并討論三組聲波的不同，從而得出材料和結構決定音色的結論。

通過對本節中音調、響度、音色的科學探究，雖然要求不高，但要努力培養學生在科學探究中形成一種思維習慣，即在現象中找到問題，帶著問題去思考可能的結論，在科學實驗中去驗證結論的正確性。

三、注重探究方法的積累

本節涉及到了一個非常重要的探究方法，那就是控制變量法，這也是一個探究問題的一個基本的方法。我們每學到一個物理量，影響的因素通常都不止一個，這樣我們在探究對這個物理量的影響因素時，就必然用到控制變量法。在探究弦樂器弦的松緊、粗細、長短對弦樂器發音的音調的影響時，就是一個用控制變量法解決問題的典型例子。弦樂器發出的聲音同時受弦的長短、松緊、粗細的影響，當要研究弦樂器發出的聲音與某一因素的關系時，就必須控制另外兩個因素不變。

【例題】學習聲音的有關知識之后,小杰等同學提出這樣一個問題:二胡、琵琶等弦樂器為什么能演奏出不同音調?在認真觀察樂器之后,他們提出了這樣幾種猜想:①弦樂器的音調跟弦的長短有關;②弦樂器的音調跟弦的松緊有關;③弦樂器的音調跟弦的粗細有關。

為了研究猜想①是否正確,小杰等同學進行了如下實驗:如圖所示,將一根二胡琴弦的一端繞結在桌子的腿上,另一端繞過桌邊的小滑輪,掛上幾個砝碼,使它在桌面上拉緊,并用A、B兩個三角形柱狀小木塊將弦支起。用一把塑料尺彈撥弦的中部,就可以聽見弦發出的聲音。然后在其他條件不變的情況下,改變A、B間的距離進行了多次實驗,發現A、B間的距離越長,音調越低。他們通過分析歸納,總結得出弦樂器的音調跟弦長短之間的關系。

(1)小杰通過上述實驗得出的結論是:同一根弦,松緊相同時,弦越長音調越____低____。

(2)小杰實驗過程中,要在其他條件不變的前提下,改變A、B之間的距離,所運用的一種研究方法是____控制變量法_____。

(3)小提琴演員演奏時,手指要在弦上不停地移動,這樣做的作用是___改變弦的長度___。

(4)請你將小杰他們的實驗改進成能研究猜想③的實驗。(寫出實驗的方法和注意點)_先照圖固定好一根細弦，用一把塑料尺彈撥弦的中部,聽見弦發出的聲音，再在其他條件不變的情況下,換用較上一根較粗的弦，彈撥弦的中部使弦發聲，再換用較第一根再粗一點的弦，彈撥弦的中部使弦發聲。通過分析歸納,總結得出弦樂器的音調跟弦粗細之間的關系。注意點是每次換弦時保持A、B之間的距離和鉤碼的重不變。

(5)據此可知,弦樂器的音調的高低是可以調節的,當弦越緊時,弦發出的音調越高 ;當弦越粗時,弦發出的音調越____低____。

四、緊密聯系實際，從生活走向物理，從物理走向社會

生活中充滿著豐富多彩的聲音，我們就是借助這些耳熟能詳的聲音去認識聲音的三個特性，同時也用我們教材中的已學有關聲音特性的知識到社會生活中得到充分應用。

日常生活中好多有關描述聲音的詞一定要和教材中描述聲音的術語對應起來，例如，日常生活中常說的聲音很粗、很低沉，指的是聲音音調低，聲音很尖、刺耳、很脆聲是指聲音音調高，聲音很大、很強是指聲音響度大，聲音很輕、很細、很小均指聲音響度小。吼聲、震耳欲聾、聲音洪亮、軍歌嘹亮形容的是聲音的響度大，竊竊私語、輕聲細語均形容聲音的響度小。只憑聽到的人、動物、樂器發出的聲音就能判斷出是哪一個人、哪一種動物、哪一類樂器發出的聲音，這是利用了人、動物、樂器的音色特性。買西瓜時，憑敲擊聲即可判斷其生熟，買碗、盆時憑敲擊聲就可判斷出其質量的好壞，憑汽車發動機轉動的聲音就可以判斷出發動機是否有故障或質量的好壞，這些主要依據的均是聲音的音調特征。因為西瓜由生到熟，瓜瓤由和瓜皮緊密結合在一起變成瓜瓤松散，振動時和瓜皮不同步，甚至阻礙瓜皮的振動，振動變慢，振動發出的聲音由清脆變成鈍厚，因而聲音變低，西瓜由生到熟，雖其結構材料有所改變，音色有變，但決定判斷西瓜生熟的主要依據還是音調。買碗時，如果碗有了裂紋，碗振動時結構就不那么緊湊，相當于變長了，因而振動就變慢，音調變低。機器中零件松動或有裂紋，就和西瓜、碗變聲的道理相同，因而其判斷的主要依據仍是音調。鄉音無改鬢毛衰，聽聲音便知是什么地方的人，兩句話中的聲音都體現的既不是音調、響度特征，也不是音色特征，而體現的是方言特征。以上這些都搞清了，對聲音的音調、響度、音色特征的判斷就迎刃而解了。所以，緊密聯系實際是打開本節知識大門的一把鑰匙。有了這把鑰匙，學生也就充分感受到了物理課堂的生活情趣，其科學情趣的提高也就在所難免了。

五、關于用發音齒輪轉動打硬紙片，硬紙片劃梳子齒探究音調的高低與聲音振動頻率的關系演示實驗的一點自我見解

發音齒輪轉動打硬紙片實驗在現滬科版教材和人教版教師教學用書上都有出現，硬紙片劃梳子發聲實驗在老人教版教材出現過，兩實驗的原理是相同的，都是作為探究音調的高低與聲源振動的頻率的關系的實驗，被一線教師廣泛應用，兩實驗教材或教參的結論都是：聲音的高低是由聲源的頻率決定的。頻率越大音調越高，頻率越小，音調越低。可我們知道每個物體都有他的固有頻率，只要物體質量、形狀、材料、硬度沒有發生變化，其整體的振動頻率是固定的與受到的外力的大小及頻率無關，在這兩個實驗中，改變的是齒輪的轉速和硬紙片的劃速，作為發聲的硬紙片、梳子齒、速度變化的齒輪其固有性質（質量、形狀、材料、硬度等）都沒有發生變化，因而我認為他們都會維持其固有振動頻率不變，即使用硬紙片接觸齒數不同的齒輪時，作為連在一起的齒數不同齒輪是一個整體其固有性質（質量、形狀、材料、硬度等）仍沒有發生變化，何況實驗中強調的是紙片發聲的變化。所以我認為這兩個實驗作為探究音調和頻率的關系不妥。

小結：知識的源于多彩的生活，讓我們在生活中體驗探究問題、展示智慧的樂趣，在知識運用中去 形成充實的自我，物理和生活同樣美好。