自编STEAM课程《探秘共鸣箱》

吴乔乔 施昌魏

小学科学课程标准要求，四年级学生需要知道声音因物体振动产生，声音有高低强弱之分，能够制作产生不同高低、强弱声音的简单装置。根据这一要求，自编STEAM课程《探秘共鸣箱》定位在让学生用学到的知识设计、制作一件弦乐器，并尝试进行演奏，在制作的过程中学会运用专业的测量软件（声音分析软件），测量高低不同声音的频率。

本项目共8课时。本节课之前，学生已经通过古筝琴弦、三角锥、木条、钉子等材料制作了一个弦乐器，并用声音分析仪检测了琴弦的具体频率。本课激发学生让制作好的琴弦的声音变得更大，结合真实问题情境，引入了共鸣箱。通过共鸣箱公式的运用和数学运算，学生最终确定共鸣箱的长度，同时产生关于共鸣箱的更多问题，指向本项目的最终目标——制作一件真正的弦乐器。

确定学习目标

1.创设情境，引出问题

请学生上台展示自制的琴弦，然后拨动琴弦，引发问题：会场这么大，参会教师都听得到吗？你们有什么办法可以放大声音？

由于单根弦发出的声音十分微弱，根本无法让现场的所有人都听到，从而引发学生思考如何才能将声音放大。学生通常会想到用麦克风的办法，但实际效果并不好。这一驱动性问题，旨在激发学生的好奇心和求知欲。

2.观察比较，促进迁移

教师出示音叉，敲击音叉后追问：如何将音叉的声音放大？学生根据已有经验提出，将音叉插在箱体上，引出共鸣和共鸣箱的概念。

3.微课引领，揭示任务

观看微课（对一位乐器专家的采访视频）后，学生初步认识共鸣箱，体验不同共鸣箱带来的不同音效，知道不同乐器的共鸣箱不同，同一种类乐器的共鸣箱也不同。学生意识到，共鸣箱的作用是放大声音，从而揭示本课任务：为自制的琴弦制作共鸣箱，让现场所有人清晰地听到琴弦的声音。

利用学生非常熟悉的音叉作为载体，帮助他们搭建已有概念和未知领域的桥梁，帮助他们进行知识迁移，从而理解共鸣现象和共鸣箱的概念。借助微课，为学生搭建脚手架。

探究共鸣箱

1.观察对比，建立模型

教师展示多种乐器（尤克里里、手指琴等），让学生寻找共鸣箱的特点，通过一系列问题，在学生头脑中初步搭建起共鸣箱的模型结构。问题如：你们认为共鸣箱应该具有怎样的特点？它们之间有怎么样的异同？你认为共鸣箱的共鸣效果与什么有关？

通过对多个共鸣箱的观察，学生发现共鸣箱是一个一面镂空的箱体，尺寸、形状不同，引发学生猜测：这可能影响共鸣箱的共鸣效果。

2.聚焦问题，引出公式

教师演示将512赫兹的音叉置于两个长短不一的共鸣箱上（512赫兹和256赫兹的共鸣箱，256赫兹的共鸣箱更长），让学生判断哪个共鸣箱的共鸣效果更强。结果却与大多数学生的猜测不同：短的共鸣箱共鸣效果更好。

在讨论“到底多大的共鸣箱长度才是最合适的”问题后，引出计算公式：

最短共鸣箱长度=1/4（声音在空气中传播的速度÷发声物体的频率）×0.9

猜测与事实不符引起学生强烈思想碰撞和冲突，帮助他们建立科学严谨的研究态度，从而成功引出共鸣箱长度计算公式。特别说明：声音共鸣实验表明，当某一声波共鸣的空气柱长度等于该声波波长的1/4、3/4、5/4……倍时，都会发生共鸣现象，其中最短空气柱长度等于该声波的1/4，即1/4λ（其中λ=v/f）。事实上，我们研究团队通过大量的数据计算分析，得出乐器的共鸣箱长度都是该公式计算结果的0.9倍左右，具体原因有待进一步研究。

3.运用公式，解决困惑

学生运用公式计算各种音叉的共鸣箱长度，验证结果，再运用公式计算所设计乐器的共鸣箱长度。

当计算出的共鸣箱长度和实际音叉的共鸣箱长度非常吻合时，学生会将公式内化，帮助他们完成共鸣箱的制作。计算自己设计乐器的共鸣箱长度，同时巩固和强化了专业声音分析仪的使用方法。

4.动手制作，及时测评

教师引导学生用六面图的方式进行详细设计，并根据设计图纸完成制作。学生需要先完成设计，再领取材料制作。

教师讲解制作的要求、注意事项和测评维度（见下表）。

在长达25分钟的设计和制作过程中，教师以观察和辅助有需要帮助的小组为主，在观察的过程中，通过盖章的形式在每组的测评表中完成对学生的测评。

测评维度

[测评要求 得章情况 团队合作，分工明确，没有组员空闲（如设计、裁剪、组装等分工） （合作章盖章处） 设计图纸清晰，有六面图和具体的尺寸，先设计再制作 （设计章盖章处） 在规定的时间内完成设计和制作 （效率章盖章处） 在做的过程中充分思考，提出有深度的问题并进行反思 （思考章盖章处） ]

测评的四大侧重点为合作、设计、效率和思考，这也是本节课侧重要发展的学生能力。对于取得3个章以上的小组，奖励小组一份更加深入研究声音的小奖品，促进学生的分工合作。

展示与评价

教师请各小组上台介绍共鸣箱，介绍琴弦的声音是多少赫兹，运用公式计算出的共鸣箱长度是多少，并展示共鸣箱的实际效果，分析本小组产生的问题和反思等。

这一环节目的是向他人介绍清楚自己的产品、学习的收获以及产生的新疑问。在小组交流中，学生发现自己小组需要改进的地方，为后续的共鸣箱的深入探究开启新的研究方向，并在思维碰撞中产生新的火花，引发更深层次的学习。

总    评

本节课是在学生学习了声音的基础上进行的拓展。在“产生问题—认识共鸣和共鸣箱—探秘共鸣箱—制作共鸣箱—检验共鸣箱—发现更多问题”的过程中，学生怀着浓厚的兴趣完成了本节课的学习，达成了项目的阶段性目标。

1.引导主动思考，发展思维能力

教学的本质就是发展思维，学生思维的推进是这节课的难点。本节课通过设置情境，让学生观察、对比生活中常见的共鸣箱，从而产生灵感。教师通过一系列的问题，不断引发学生的认识冲突，激发他们产生探究共鸣箱的欲望，引出共鸣箱长度的计算公式水到渠成。在层层递进中，学生根据教师提供的材料，设计和制作共鸣箱，并分享设计理由。在完成整个探究后，学生还能主动反思更多的关于共鸣箱效果的拓展研究，为本项目后续的开展奠定了基础。一个完整项目的开展要着眼学生严谨的逻辑思维培养，要能够帮助他们后续的学习。

2.注重学习过程，培养科学态度

本课着重培养学生小组之间的合作、设计、效率、思考等能力，通过小组之间的分工合作、设计完成共鸣箱的制作，并且能对自己的共鸣箱进行反思和总结，也能对其他小组的共鸣箱提出意见和问题，这些评价均偏向于学习过程而不是学习结果。工程是在设计的基础上进行的，在制作之前注重学生的设计，有目的地培养和强化他们的设计意识，让他们在设计与制作的过程中，意识到严谨求真的重要性。

3.运用多种工具，解决真实问题

在STEAM课堂中，工具的运用尤为关键，其合理性直接影响着学习的效率。在本项目中，教师提供了多种专业的工具，如切割尺、切割垫板等，能让学生体会到工具的重要性，以及正确使用工具的必要性。本节课还隐含了一个看不见的工具——公式，实际生活中也不乏对公式的大量使用，学生在以后的职业生涯中也会频繁地使用公式解决实际问题，他们可能不容易成为公式的创造者，但是必须成为一名公式的善用者，选取合适的公式解决不同的问题，这也是解决问题的一种思维。

浙江省温州市鹿城區实验小学

浙江省温州市教育教学研究院（325000）？？