搭建科學支架，突破學習難點

陳斌

【摘? ?要】“聲音”單元是小學科學課程中疑難較多的一個單元，其中《聲音的高與低》被認為是本單元中學習難度較大的一課。教師可以通過“搭建概念支架，鞏固基礎認知;搭建材料支架，提升探究效力;搭建思維支架，實現深度學習;搭建技術支架，輔助建立概念”，多角度、多方式幫助學生攻克學習難點，建構核心概念，發展科學思維。

【關鍵詞】小學科學;聲音;深度學習;概念;支架

教科版《科學》四年級上冊“聲音”單元是小學科學課程中疑難較多的一個單元。經調查，科學教師認為其中的《聲音的高與低》一課是本單元中學習難度較大的一課。從學生的角度進行分析，可以得出本課難學的原因主要有三點。一是聲音的高低“聽不清”。對于標準的樂音，學生區分高低時問題不大，但是對于本課中鋼尺發出的聲音，大部分學生難以識別其高低。二是聲音的強弱和高低“分不清”。為了降低難度，避免學生混淆聲音的強弱和高低，教材設置了兩課內容。即便如此，學生在學習聲音的高低時，仍時常提到“聲音強弱”，說明他們很難分清聲音的強弱和高低。三是振動快慢“看不清”。很多發聲物體的振動（如鋁片琴的振動），學生很難觀察清楚。沒有直觀的現象作為證據，要比較出振動的快慢確實存在較大難度。

為了解決以上難點，教師在教學過程中為學生搭建了解決問題的各種支架，幫助學生由表及里地開展科學探究，拾級而上，在深度學習中建構起“聲音”與“振動”之間的聯系。

一、搭建概念支架，鞏固基礎認知

在進入課堂之前，學生對即將學習的科學事物和現象已經有了一定的認知，這些前概念有的是接近實際的，有的是浮于表面的，還有的甚至與科學原理是完全相悖的。教師要先了解學生的學習出發點，據此搭建支架，使學生對研究對象形成更清晰的認識。

（一）溫舊知，分清聲音的強弱與高低

對于《聲音的高與低》這節課，如果一開始就直奔主題，讓學生感受聲音的高低變化，探究其形成原因，很容易就會使他們混淆聲音的強弱、高低兩個概念。如果學生的關注點不聚焦在對聲音高低的研究上，整個探究活動就會低效甚至無效。為避免這些問題，在課堂的導入環節，教師先用不同的力敲擊大鋁片琴，讓學生分辨強弱不同的聲音，初步形成對聲音強弱的認識，鞏固聲音強弱與振動幅度的關系，再把這些內容寫在黑板上，與之后要探究的“聲音的高低”這一概念區分開來。

（二）聽音階，感知聲音的高低變化

音階是學生最熟悉的認識音高變化的載體，因此讓學生聽一聽、唱一唱，感知聲音從低到高、從高到低的變化很有必要。教師借助音階，向學生提問：“你是怎么分辨出高的聲音和低的聲音的？”學生根據自身的經驗，回答道：“高的聲音是尖的、刺耳的;低的聲音是粗的、低沉的。”引導學生用這些詞匯描述聲音的高低，可以提高他們對聲音高低的辨別能力，為后續辨別鋁片琴、不銹鋼管、尺子等物體發出的高低不同的聲音打下基礎。

（三）比高低，明確音高是比較的結果

事實上，聲音的高與低并不是絕對的，而是比較出來的。這里指向的是聲音的內涵，對于學生來說是隱藏的知識。為了讓學生認識到這一點，教師設計了如下教學環節。

教師敲5音，提問：這個音是高還是低？

生1：我覺得是高的。

生2：我覺得不是很高也不是很低，處于中間的位置。

師：一個音能分出高低嗎？

生：不能，聲音的高低是比較出來的。

師：那我們就來比較著聽幾個聲音。（板書：1 3 5 1）

教師敲1、1音，提問：誰高誰低？

生3：1低，1高。

教師敲1、3、1音，提示：3在1和1之間，可以稱為“較低”。

教師敲3、5、1，提問：5在3和1之間，可以稱為？

生4：較高。

師：我們用四個詞來表示聲音的高低。（板貼：高、低、較高、較低）

二、搭建材料支架，提升探究效力

教材中，有的實驗材料存在著一些先天不足的問題，導致操作不方便，實驗現象不明顯，學生無法通過觀察獲取證據。這就需要教師改進實驗器材，創新探究活動，促使學生更好地搜集證據，建立概念。

（一）改進學具，排除實驗干擾

“聲音”單元中，《聲音是怎樣產生的》《聲音的強與弱》《聲音的高與低》等都涉及到了撥動鋼尺的實驗。這看似是一個簡單的實驗，實際上卻很難獲得理想的效果。原因在于學生沒有沿著桌邊按緊鋼尺，實驗中發出的聲音由鋼尺和桌面撞擊產生，而不是由鋼尺振動產生。這會影響學生對聲音的強弱與高低的判斷。

基于這些思考，教師改進了鋼尺實驗的學具（如圖1）。學具的上半部分放一個薄木塊，下半部分放一個厚木塊，用螺絲釘固定住上下兩個木塊。木塊中間留出空隙，插入鋼尺，如圖1。

改進后的學具優點有三：一是用手按住木塊，鋼尺就牢牢地夾在兩個木塊之間，發出的聲音基本是由尺子本身的振動產生的;二是鋼尺可以自由地插進和拿出，且可根據實驗需要調整振動部分的長度，非常方便;三是在探究鋼尺發出的聲音高低和振動快慢的關系時，如果把鋼尺按到底，那么鋼尺的振動幅度就是厚木塊的高度（如圖2），因此只要每次發聲時鋼尺的振動幅度保持相同，聲音的強弱就能保持一致。

（二）實物板貼，形象展示結論

學生在得出高低不同的聲音與發聲物體長短之間的關系后，進入交流討論環節。教師將鋁片琴中的4片鋁片拆卸下來，并粘上磁鐵，作為板貼使用，如圖3。

用長短不同的鋁片用作板貼并與實驗現象進行匹配，能夠更加形象地把實驗結論表達出來，幫助學生深入理解。

（三）創新實驗，遷移應用新知

《聲音的高與低》一課中，學生主要用“高、較高、較低、低”等字來描述聲音的高低，用“快、較快、較慢、慢”等字來表述振動的快慢。在遷移應用環節，教師引入了一個創新實驗：往一個玻璃容器中倒水，邊倒水邊敲擊玻璃杯壁（如圖4），隨著水量增多，玻璃杯壁發出的聲音由高到低慢慢變化。這就使聲音的變化和物體振動快慢之間的關系清晰呈現出來，幫助學生建立“物體振動得越快，發出的聲音越高”的科學概念。

三、搭建思維支架，實現深度學習

《義務教育科學課程標準（2022年版）》對于科學課程的培養目標進行了明確定位，著重強調了科學思維這一核心維度。在教學過程中，教師要設計一些能產生思維沖突的教學環節，最大限度地激發學生的學習動機，點燃學生的思維火花，促使學生主動參與學習并獲得思維發展。

（一）制造沖突，迸發思維火花

科學課上，學生是否真正在進行深度學習，取決于其思維參與程度的高低。而要提升學生思維的參與度，就要想方設法創造認知沖突，點燃他們的思維火花。本節課中，當學生通過鋁片琴和鋼尺實驗得出“物體越長，發出的聲音越低;物體長短一樣，發出的聲音高低也一樣”的結論時，教師適時出示長短一樣、粗細不同的四根不銹鋼管（如圖5）以及大小不同的編鐘（如圖6）。學生猛然發現：長短一樣，但粗細不同、大小不同的物體發出的聲音的高低也是不同的;物體發出的聲音的高低與物體的長短、粗細、大小都有關系。

（二）二次實驗，尋找關鍵證據

通過實驗，學生發現物體發出聲音的高低和物體的長短、粗細、大小都有關系，之后漸漸地將聲音的高低與物體的振動聯系起來。課堂上，一個學生提出物體發出聲音的高低可能和振動的快慢有關系，因為他在第一次實驗中就發現鋼尺發出的聲音高低不同時，振動的速度也是不同的。教師及時肯定這個學生的發現，并提出每一個同學都可以再次觀察鋼尺發出高低不同的聲音時振動的快慢情況。鋼尺在本節課中一共使用了兩次，第一次使用讓學生初步認識到鋼尺長短和聲音高低的關系，其實已經為深入探究振動快慢和聲音高低的關系埋下了伏筆。

（三）由表及里，助推思維深入

對于《聲音的高與低》一課，教材的編寫意圖是先讓學生通過觀察了解鋁片琴、口琴發出聲音的高低和發聲物體的長短存在聯系，再改變鋼尺的伸出長度，讓學生研究其與振動快慢之間的關系，然后來解釋聲音高低與發聲物體的粗細、長短也存在著關系。教師對本節課的教學順序做了一些調整：先觀察鋁片琴、鋼尺，初步探究長度與聲音高低的關系，然后引導學生發現物體的粗細、大小也影響著聲音的高低。此時學生就聯想到“聲音是由物體振動產生的”，從表層的發現逐漸深入到科學的本質，進而探究聲音的高低與鋼尺振動快慢之間的關系。在第二個探究活動中，教師帶領學生對尺子的長度、聲音的高低、振動的快慢進行對比觀察，加深學生的整體認知，具體如表1。這樣的邏輯順序更符合學生的認知規律。學生的過程拾級而上，逐步推進。

四、搭建技術支架，輔助建立概念

在日常的科學教學中，有不少實驗很難呈現直觀的現象和數據。信息技術的應用打破了這種限制，它可以很好地揭示實驗現象內部的發展變化，使一些不易觀察到的事物形象直觀地呈現出來，從而達到事半功倍的教學效果。

（一）播放慢速視頻，對比振動快慢

上文提到，《聲音的高與低》這節課的第三個難點為振動快慢“看不清”。要解決這個難點，需要借助現代信息技術手段，幫助學生看到發出高低不同聲音的物體振動速度的區別。教師用放慢32倍的慢鏡頭拍攝視頻，拍完后先逐個出示鋼尺伸出長度為10厘米、13厘米、16厘米、19厘米時的振動情況的視頻，再將四組視頻放在同一界面上同時播放，對比它們的振動速度。慢速視頻的播放效果十分明顯。學生很快發現“鋼尺伸出的長度越短，振動得越快，聲音越高”，如圖7。

（二）使用音頻軟件，化現象為數據

隨著現代信息技術的普及和發展，科學教學中的實驗也不可避免地向自動化、數字化、智能化的方向發展。比如，在上《聲音的高與低》一課時，學生看不到物體振動速度的差別。教師可以借助一些手機軟件來測出聲音的頻率，比如調音器軟件，如圖8、圖9。

音頻軟件的使用，使得原本看不到的現象轉化為直觀的數據。學生對測得的“聲音每秒鐘振動的次數”這個數據進行分析并得出結論，使得科學實驗更具說服力。數字化實驗開拓了學生的視野，也使學生懂得同一實驗結論可采用多種方法進行證明。

總體而言，教師可以通過搭建支架，多角度、多方式幫助學生攻克學習難點。學生在深層體驗、深層理解的深度學習過程中不斷提升學習力，最終明確“聲音高低”與“振動快慢”之間的關系，在思維螺旋發展的過程中提升科學核心素養和綜合能力。

參考文獻：

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（浙江省杭州市蕭山區城東小學? ?311200）