小学生“声音的传播”的科学前概念测查及分析

姚春玲 吴莉荣 吴义生

小学科学课程里“声音的传播”是小学科学四个领域之一——物质世界的“能量”分支的一个内容，与运动和力、物质与材料等相关领域联系紧密（见图1）。本次研究主要关注小学生对“声音的传播”以及“人耳是怎样听到声音”的具体认识。我们的研究着重针对以下几个方面：了解学生对“声音在传播过程中能量逐渐衰减”的认识；了解学生对“人耳是怎样听到声音”的看法；了解学生对“真空能否传声”的认识；了解学生对“声音传播的路径”以及“声音的反射”的认识。我们利用情境性问题问卷调查，并辅以访谈的方式对北京地区的小学生进行了调查。本次调查的对象是四年级的69名学生，调查之前，这些被调查的小学生在科学课上没有接触过有关声音的内容。

图1 “声能”所处知识领域及其与相关领域的关系图

一、小学生对“声音在传播过程中能量逐渐衰减”的认识

总体来说，由于在日常生活中有这方面的丰富经验，绝大部分同学都关注到了声音在向远处传播过程中，人的主观感受的变化，极少数同学对此没有回应。事后进一步访谈发现，这几位同学没有理解该题的答题方式，因而未作答，但是他们表达的看法都比较准确。

1.离四五步远

小学生认为，在离自己四五步距离听别人大声说话，听的声音（很）大、（很）清楚甚至很刺耳的共62人（其中有2人认为听到的声音很刺耳），占89.86%；有1人觉得听到的声音有点小，占1.45%；有2人认为听不清，占2.90%；还有4人没作答，占5.80%。访谈后发现，这4位同学没有理解题意，不知道用什么方式回答，但在与其交谈时发现，他们认为听到的声音很清楚。

2.离10米远

小学生对10米的距离大概有多远，认识比较模糊，他们对这一问题的回答出现了以下五种情况。认为听到的声音较大、不太响（大）、音量中等的有20人，占28.99%；认为听到的声音小，能听得清（见）的有27人，占39.13%；认为听到的声音特别小、不太清楚、有点模糊的有17人，占24.64%；有2人认为声音听得很清楚、有一点刺耳，占2.90%；还有3人没有作答，占4.35%。与上一题情况不同的是，这3人没作答是因为他们对10米的距离大约有多远认识不清，或者没有关注过这种情况，不好回答。

3.隔着一堵墙

隔着的“这堵墙”引起了学生的困惑，有些学生追问这堵墙是像有顶的房子的墙壁还是院墙。教师预测，在他们的意识里，这两种“墙”隔音效果是不同的，因此，教师并没有具体指明是哪种墙。在这种情况下，认为听到的声音很小（轻、细）、好像变声了的有33人，占47.83%；认为听到的声音不太清楚，几乎听不见的有16人，占23.19%；有13人认为听不见声音，占18.84%；另外，分别有1人认为声音不大也不小，1人认为声音比较大，1人认为声音中等，并且从墙上面传播，这位同学的意识里已经有“声音的衍射”思想的萌芽了。这一组同学各占1.45%的比例，还有4位同学没有作答，占5.80%。这4人中有没理解题意的，也有纠缠于什么样的“墙”而没有作答的。

无论小学生在这些具体情境里是如何作答的，从总体上看，他们已经认识到声音在向远处传播的过程中音量会变小，尤其是要穿过类似于“墙”这样的物体。用他们的话来说，由于墙上有特别小的“洞”，声音要穿过曲曲折折的“通道”会损失很多能量，所以，声音会变小。因此，在教学这个知识点时，只需用一至两个演示实验引起他们对往日经验的回忆，让他们意识到声音的传播有些类似于他们在跑步。跑步会累，是因为身体里有能量损耗，同样，这里的声音在传播时也会有能量耗损，至于损失的能量变成了什么，今后在学习能量的转移和转化时可以进一步研究。

二、小学生对“人耳是怎样听到声音”的看法

在调查过程中，我们发现，接近90%的小学生对外界的声音是怎样传到耳朵里，引起我们的听觉的认识是模糊的。即使是大人，对这个问题也不一定认识得很清楚。因此，我们认为这个知识点对小学生来说是个难点。

仅有9人认识到外界的声音进入外耳道后会引起鼓膜振动，振动传到听小骨，再经过半规管，然后到达耳蜗，再传达给听神经，我们就听到声音了，占13.04%。其中有一位同学还提到了听神经要将信号传给大脑。另外，占86.96%的高比例的同学出于猜测，将声音在耳中的传播画成什么路径的都有，其中有7.25%的同学甚至连耳蜗的作用可能都没听说过，而认为外界的声音进入外耳道后引起鼓膜振动后，直接传进咽鼓管里去了（见图2）。

图2 人耳构造示意图

这个知识点对于小学生来说，之所以难以理解和无法想象，还在于声音在耳朵里的传播路径看不见、摸不着，以至于小学生乃至大多数成人对此没有形成形象的认识。如果有学生提到相关知识，在教学时，我们可以采用多媒体动画甚至真实的视频资料，再现这个传播过程，强调鼓膜、听小骨、半规管及耳蜗的传导作用，这个难题就迎刃而解了。

三、小学生对“真空能否传声”的认识

调查发现，近半小学生认为太空中没有空气（或者说是真空），无法传播声音，也有的同学认为太空里彼此直接说话时都听不见。另外一多半小学生则将宇航员在太空中要借助无线电交流的原因归结于太空距离地球远，或者是宇航员的太空头罩的阻隔等，其中有近三成的小学生根本不知道为什么要这样做。

有26人正确地回答出了原因——太空中无空气（或回答是真空的），无法传播声音，占37.68%；有7人认为在太空中直接相互说话会听不见，占10.14%，两项合起来共占47.82%。也就是说，这一小半小学生能够意识到太空中如果不借助无线电，声音是无法传播到彼此的耳朵里的。还有2人觉得太空里信号不好或者没有信号，所以手机不能用，这部分学生占2.90%；2人认为宇航员的头被头罩罩起来了，因此，直接说话对方听不见，这部分学生也占2.90%；2人认为太空中没有引力和重力，无法将声音传播出去，这部分小学生对声音传播的介质毫无意识，错误地想象成重力或者引力能充当声音传播的媒介；更有2人与众不同地认为，因为太空中声音会向四面八方传出，笔者估计他们认为声音的传播就像正在跑离自己的同学，跑远了就听不到他的脚步声了。最后，还有19人根本不知道这是怎么回事，占总数的27.54%。

根据对以上调查结果的分析，我们认为，过半小学生对“真空能否传声”是不清楚的，因此，这个知识点可以在学生学完声音可以通过气体、液体、固体传播之后作为拓展内容讲解。建议有条件的话，可以在课堂上用真空泵抽掉玻璃密封罩内的空气，模仿真空环境，将闹铃放进这个近似真空的环境里，让学生亲身体验这种效果。缺少真空泵的学校可以运用实验录像或者其他多媒体的方式，将真空无法传声形象化，这样可以巩固这一小半同学的认识，更能澄清另外大半同学的思路。

四、小学生对“声音传播的路径”以及“声音的反射现象”的认识

小学生对“声音传播的路径”的认知比较模糊，其原因在于传播的过程看不见、摸不着，难以形象地呈现，只能凭自己的经验或者曾经看过的科普书上的介绍来猜测和估计。80%以上的小学生提到了声音在传播过程中遇到山会反弹回来，只有一位同学用文字的形式明确指出了声音遇到山反射回来形成了回声。

完全不知道回声是怎么回事的小学生有6人，占8.70%；将回声理解成传到远处的声音的有4人，占5.80%；其余85.50%的小学生认为回声是声音在传播过程中被山反弹回来，进入人耳后形成的，其中有1人没有画图，只是直接用文字描述为“因为声波反射”。但是他们对声音的具体传播路径和传播形式看法不一，具体情况如下。

有18人画出了声音传播的波面，占总数的26.09%；有13人画出了自己的喊声传到山上再返回来进入自己的耳朵，经过的路径就跟操场上跑道的形状类似，这部分小学生占总数的18.84%；有10人画的声音沿直线传到山前，再自到达位置起，沿直线路径返回，进入自己的耳朵，这部分小学生占总数的14.49%；有8人画的声音的反射图与光的反射图类似，这部分小学生占总数的11.59%；有4人画的声音的传播形式有些让人出乎意料，他们认为声音是以一个个圆形的形式沿直线向前推进，遇到阻碍的山后又以同样的形式沿直线返回，这部分小学生占总数的5.80%；有3人认为自己的喊声从自己发出后，转了一大圆圈反射后，有一部分进入自己的耳朵里，还有一部分传到山外去了，这部分小学生占总数的4.35%；还有2人认为声音沿直线传到山上后，从到达位置两侧反弹。稍有区别的是，其中1人认为反弹回来的声音沿直线传播，另外1人认为反弹回来的声音沿弧线传播。这两部分小学生各占总数的1.45%。

对于 “回声”这个知识点，由于小学生认知水平发展的限制，应该是一个非常难理解的教学点。如果有学生提到相关知识，建议在此只需让小学生了解声音传播时候遇到障碍物会有反射，产生回声的现象就可以了，没有必要再拓展到具体的传播形式和反射方式。

综上所述，声音的传播形式抽象，传播过程中的表现由于与能量等其他知识相关，我们无法对小学生解释完整、透彻，只能先帮助小学生形成初步印象和主要概念。随着其认知和思维发展的进步，进入高学段乃至中学后，再引入抽象的声音传播过程中能量损失的原因等相关知识。

（作者单位：1&2.北京师范大学实验小学 3. 安徽省枞阳县府君小学）

责任编辑：赵彩侠

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