关于对初中物理《声音的特性》教学的几点思考

刘建章

（惠民县姜楼镇中学，山东 滨州 251714）

一、从体验活动中认识概念

音调、响度、音色 三个概念均比较抽象，教材中都没有给出严格的定义，只是给出声音的高低叫作音调，声音的大小或强弱叫作响度，声音的特性叫作音色，而这些定义都是不严格的，这三个概念的形成都只能借助实际生活的体验。

对于音调，先让学生感知大人与小孩发出的声音，男生和女生发出的声音，回味耕牛宽嗓音和蚊子刺耳声，敲击大鼓和小鼓 时发出的声音，弹击吉他的弦在较紧和较松时发出的声音等等，细心品味，或亲手操作，或洗耳恭听，或积极讨论，共同感知他们声音的不同，从而逐渐形成对声音高低即音调概念。在体验所列举的各种声音并积极讨论的过程中引导学生对声音“尖”和“粗”的认识，从而认识到日常生活中的“声音很尖”和“声音很粗 ”均指声音的音调特征。而后再通过对音调决定因素的探究 再进一步加深学生对音调概念的形成。

对于响度，先让学生重新回味远闻耕牛叫和近听蚊鸣声，再想一想文学作品中李逵的怒吼声和贾宝玉的说话声的不同，再体味一下战场上大炮的爆炸声和春节时的鞭炮声，重锤敲鼓和轻轻敲鼓发出的声音，石油工人一声吼的“吼”和班上同学 私下窃私语的“语”，放音机的音量由小变大，用大小不同的两个力敲击同一面鼓发出的声音，每组声音的不同均体现了声音的响度特征。在体验所列举的各种声音并积极讨论的过程中引导学生对声音能量大小的认识，从而认识到在日常生活中听起来能量大的，能传播远的均指声音的响度特征。再通过探究影响响度大小的实验过程进一步加深对响度概念的形成。

对于音色，首先也是先体验声音，如只闻其声便知其人，只闻鸟鸣便知其鸟，只听动物叫声便知是什么动物，只听乐器的演奏声便知其乐器这是什么原因呢？引导学生探索区分两种声音的第三种特征或特性，那就是两种声音，即使两种声音的音调和响度都相同，我们仍能把他们区分开来，他们各有各的特性，声音的这种特性就是我们要认识的音色，字面之意便是声音的特色。然后再通过探究影响音色的决定因素，即用示波器或计算机演示不同乐器演奏同一首曲子所呈现的波形的不同来形成音色的概念。

总之一句话，在体验活动中认识概念形成概念。

二、重视探究能力的培养

一个完整的探究过程包括提出问题，猜想与假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集数据，分析与论证，评估，交流与合作七个环节，而作为本节对音调、响度和音色的科学探究，由于学生对探究活动还比较陌生，对科学探究的认识还处于初级阶段，切这些探究活动与科学家的实际探究过程也有较大差别，所以教材在设计这些探究活动时过程也都相对简单，因此对本节科学探究活动的要求也体现在对问题基本思路的探究，没有给出具体的科学探究环节的名称，探究环节也并未要求那么齐全。

对音调的探究，突出问题的提出，实验方案的设计，实验的进行与实验现象的记录，分析与归纳得出结论。对于问题的提出，实在列举多组有关音调不同的声音，如用口琴吹出几个不同的声音，用吉他弹出几个不同的声音，用同一个木棒敲击两个盛水量不同的玻璃水杯而发出不同的声音，让学生充分地讨论，便可引导学生由实验中的现象自然得出 声音有高低之分，产生“声音的高低与什么因素有关呢？”的疑问。实验方案的设计是直接给出拨动锯条发声，至于如何进行实验，可引导学生尝试各种方案，但根据现有的实际条件，选择按在桌边拨动发声现象较突出，而且可以较方便地改变锯条伸出桌边的多少而拨动发出不同的声音，在实验过程中引导学生列表记录各种情况下的发音高低的不同现象。在讨论各种实验现象的过程中便可直接得出“频率的大小决定音调高低”的结论。演示实验“观察不同音叉所发声波的波形”可以使学生更进一步形象直观地得出“音调随振动频率的增大而升高”的结论。

对响度的探究，同样也是在列举多组不同响度的声音，让学生在体会声音中自然得出声音有强弱或大小之分，产生并提出问题:是什么因素决定响度的大小呢？设计实验要求简单明了，引导学生用不同的力敲击同一个桌面或同一个音叉发出不同的声音，同时用手摸或碎纸、乒乓球感知桌面或音叉振动幅度 的大小，从而分析归纳得出 响度 的大小随振幅的增大而增大的结论。并分析指出声音在向外传播的过程中由于声波振动受到介质阻力的作用，其振幅会不断减小，因而其响度也会逐渐减小，直到响度变为零，声音消失。

对音色的科学探究要求更为简单，在列举几类不同声音的基础上，引导学生得出不同的物体所发出的声音都有独特性，也就是音色，学生也就自然想到，音色是由什么因素决定的呢？抽象的问题直观化，就用示波器将几个音调、响度相同的不同乐器所发出的声音在示波器上展示出来共同观察，并讨论三组声波的不同，从而得出材料和结构决定音色的结论。

通过对本节中音调、响度、音色的科学探究，虽然要求不高，但要努力培养学生在科学探究中形成一种思维习惯，即在现象中找到问题，带着问题去思考可能的结论，在科学实验中去验证结论的正确性。

三、注重探究方法的积累

本节涉及到了一个非常重要的探究方法，那就是控制变量法，这也是一个探究问题的一个基本的方法。我们每学到一个物理量，影响的因素通常都不止一个，这样我们在探究对这个物理量的影响因素时，就必然用到控制变量法。在探究弦乐器弦的松紧、粗细、长短对弦乐器发音的音调的影响时，就是一个用控制变量法解决问题的典型例子。弦乐器发出的声音同时受弦的长短、松紧、粗细的影响，当要研究弦乐器发出的声音与某一因素的关系时，就必须控制另外两个因素不变。

【例题】学习声音的有关知识之后,小杰等同学提出这样一个问题:二胡、琵琶等弦乐器为什么能演奏出不同音调?在认真观察乐器之后,他们提出了这样几种猜想:①弦乐器的音调跟弦的长短有关;②弦乐器的音调跟弦的松紧有关;③弦乐器的音调跟弦的粗细有关。

为了研究猜想①是否正确,小杰等同学进行了如下实验:如图所示,将一根二胡琴弦的一端绕结在桌子的腿上,另一端绕过桌边的小滑轮,挂上几个砝码,使它在桌面上拉紧,并用A、B两个三角形柱状小木块将弦支起。用一把塑料尺弹拨弦的中部,就可以听见弦发出的声音。然后在其他条件不变的情况下,改变A、B间的距离进行了多次实验,发现A、B间的距离越长,音调越低。他们通过分析归纳,总结得出弦乐器的音调跟弦长短之间的关系。

(1)小杰通过上述实验得出的结论是:同一根弦,松紧相同时,弦越长音调越____低____。

(2)小杰实验过程中,要在其他条件不变的前提下,改变A、B之间的距离,所运用的一种研究方法是____控制变量法_____。

(3)小提琴演员演奏时,手指要在弦上不停地移动,这样做的作用是___改变弦的长度___。

(4)请你将小杰他们的实验改进成能研究猜想③的实验。(写出实验的方法和注意点)_先照图固定好一根细弦，用一把塑料尺弹拨弦的中部,听见弦发出的声音，再在其他条件不变的情况下,换用较上一根较粗的弦，弹拨弦的中部使弦发声，再换用较第一根再粗一点的弦，弹拨弦的中部使弦发声。通过分析归纳,总结得出弦乐器的音调跟弦粗细之间的关系。注意点是每次换弦时保持A、B之间的距离和钩码的重不变。

(5)据此可知,弦乐器的音调的高低是可以调节的,当弦越紧时,弦发出的音调越高 ;当弦越粗时,弦发出的音调越____低____。

四、紧密联系实际，从生活走向物理，从物理走向社会

生活中充满着丰富多彩的声音，我们就是借助这些耳熟能详的声音去认识声音的三个特性，同时也用我们教材中的已学有关声音特性的知识到社会生活中得到充分应用。

日常生活中好多有关描述声音的词一定要和教材中描述声音的术语对应起来，例如，日常生活中常说的声音很粗、很低沉，指的是声音音调低，声音很尖、刺耳、很脆声是指声音音调高，声音很大、很强是指声音响度大，声音很轻、很细、很小均指声音响度小。吼声、震耳欲聋、声音洪亮、军歌嘹亮形容的是声音的响度大，窃窃私语、轻声细语均形容声音的响度小。只凭听到的人、动物、乐器发出的声音就能判断出是哪一个人、哪一种动物、哪一类乐器发出的声音，这是利用了人、动物、乐器的音色特性。买西瓜时，凭敲击声即可判断其生熟，买碗、盆时凭敲击声就可判断出其质量的好坏，凭汽车发动机转动的声音就可以判断出发动机是否有故障或质量的好坏，这些主要依据的均是声音的音调特征。因为西瓜由生到熟，瓜瓤由和瓜皮紧密结合在一起变成瓜瓤松散，振动时和瓜皮不同步，甚至阻碍瓜皮的振动，振动变慢，振动发出的声音由清脆变成钝厚，因而声音变低，西瓜由生到熟，虽其结构材料有所改变，音色有变，但决定判断西瓜生熟的主要依据还是音调。买碗时，如果碗有了裂纹，碗振动时结构就不那么紧凑，相当于变长了，因而振动就变慢，音调变低。机器中零件松动或有裂纹，就和西瓜、碗变声的道理相同，因而其判断的主要依据仍是音调。乡音无改鬓毛衰，听声音便知是什么地方的人，两句话中的声音都体现的既不是音调、响度特征，也不是音色特征，而体现的是方言特征。以上这些都搞清了，对声音的音调、响度、音色特征的判断就迎刃而解了。所以，紧密联系实际是打开本节知识大门的一把钥匙。有了这把钥匙，学生也就充分感受到了物理课堂的生活情趣，其科学情趣的提高也就在所难免了。

五、关于用发音齿轮转动打硬纸片，硬纸片划梳子齿探究音调的高低与声音振动频率的关系演示实验的一点自我见解

发音齿轮转动打硬纸片实验在现沪科版教材和人教版教师教学用书上都有出现，硬纸片划梳子发声实验在老人教版教材出现过，两实验的原理是相同的，都是作为探究音调的高低与声源振动的频率的关系的实验，被一线教师广泛应用，两实验教材或教参的结论都是：声音的高低是由声源的频率决定的。频率越大音调越高，频率越小，音调越低。可我们知道每个物体都有他的固有频率，只要物体质量、形状、材料、硬度没有发生变化，其整体的振动频率是固定的与受到的外力的大小及频率无关，在这两个实验中，改变的是齿轮的转速和硬纸片的划速，作为发声的硬纸片、梳子齿、速度变化的齿轮其固有性质（质量、形状、材料、硬度等）都没有发生变化，因而我认为他们都会维持其固有振动频率不变，即使用硬纸片接触齿数不同的齿轮时，作为连在一起的齿数不同齿轮是一个整体其固有性质（质量、形状、材料、硬度等）仍没有发生变化，何况实验中强调的是纸片发声的变化。所以我认为这两个实验作为探究音调和频率的关系不妥。

小结：知识的源于多彩的生活，让我们在生活中体验探究问题、展示智慧的乐趣，在知识运用中去 形成充实的自我，物理和生活同样美好。