关于声音可视化实验的探讨与自制教具设计

梁燕妮

摘 要：在初中阶段，学生第一次接触物理学科，本文以声音可视化实验为例，笔者结合多年的教育工作经验，利用光学原理来自制教具，提升声音可视化实验教学的水平，不仅能够培养学生物理探索的精神，而且还能提升初中物理实验课的教学效果，以供借鉴。

关键词：声音可视化;实验教学;自制教具

引言

实验教学是物理教学的重要组成部分，不仅能培养学生探索物理的精神还能提升学生推理验证的能力。教师可以结合教材里提供的实验内容，通过自制教具来优化课堂教学结构，使得组织实验现象更加直观，学生能够更好的掌握物理实验背后的物理知识和物理规律，帮助学生更好的理解物理知识内在的逻辑。

一、目前声现象演示实验存在的不足之处

当学生在学习《声音的产生与传播》的时候，这部分内容比较抽象，如果教师只是简单的给学生讲解什么是声音，声音到底是怎么传播的？传播的过程中会产生声波，那到底什么是声波呢？学生并没有一个具体的概念，为了降低学生理解这部分知识的难度，教师应该给学生演示声现象实验，具体来说有以下三种：一是用震动的音叉来触及乒乓球;二是将正发声的音叉放入水中，让学生观察水中的波形;三是在扬声器或者鼓面上撒一些碎纸屑，让学生观察碎纸屑摆动的状态。这三个实验共同的特点就是将声现象放大，使得声音具备可视化效果，但是这并不是声现象的可视化，只是将震动的音叉或者扬声器放大，很难让学生真正理解声现象知识。

本文以第一个实验“音叉触及乒乓球”为例进行深入分析，乒乓球运动并不是音叉的震动，只是因为乒乓球受到了力的作用，才会做单摆运动，而震动的音叉为乒乓球的运动提供了一个力，与荡秋千的原理类似，不是手在震动，而是秋千在重复在单摆运动。还有乒乓球与音叉的震动也并不同频，只能反应声音的响度。因此，这个声现象演示实验并不严谨。

二、声音可视化实验自制教具设计

（一）实验设计

结合声学和光学知识来改进“音叉触及乒乓球”的实验，具体如下：

第一次尝试：

笔者在演示声现象实验过程中，可以在音叉上安装一个镜子，利用光的折射来放大微小的声音震动，这种改良方案的优点是声音可视化实验效果更加明显，而且镜子光斑上的震动也能与音叉的震动同频，但是也有一些缺点，比如学生没有办法看出声音的波形、只能简单的感知到声音响度的变化等。

第二次尝试：

为了改进第一次声音可视化实验存在的不足之处，笔者作出了第二次尝试，找一个塑料小圆柱，两边没有封口的小圆柱，然后在小圆柱的另外一端安装一个膜，在圆柱的中间贴一块镜子，圆柱里面放一个蓝牙音响，小圆柱的另外一侧应该安装设置一根激光笔，然后调整激光笔的角度，使得激光笔发出的光刚好能够照射在镜子上，反射落在墙上，随后再加入可以旋转的多面体棱镜，让光班不单单与薄膜同步震动，而且能够真正动起来，使得学生能够直观的看到声波的波形，完成了声音可视化实验演示的目的。人的视觉会有短暂的停留，当光斑移动的过程中，在墙上产生的光斑现象并不会马上就消逝，大约需要保持0.1～0.4秒，在人的眼睛里就能够留下一串完整的光斑印象，因此，学生通过墙面能够看到光斑震动的影响，所有的光斑按照时间紧密的排列在一起。在演示这一实验的过程中，笔者通过调整多面体棱镜转速，确保多面体棱镜的转速能够保持在一个合理的速度，第二次尝试的优点在于光斑的震动与圆柱橡皮膜的震动是同步的，还有利用视觉短暂停留原理，使得学生能够看到一段完整的声波，感受不同声音的不同声波，升学演示实验的效果更加明显。

（二）实验器材

激光笔、铁架台、塑料圆筒、橡皮膜、多面体棱镜等。

（三）实验操作步骤

首先，将多面体棱镜固定在电动机上，随后固定激光笔，将蓝牙小音响放入塑料圆柱内。其次，打开激光笔，调整好激光笔的角度，使得激光笔能够正好照射到圆柱中间的镜子上，经过镜面反射刚好可以投到多面体棱镜上，墙上就会有光斑。然后用自己的手机连接蓝牙音响，让学生仔细观察反射在墙上的光斑，感受不同声音的特征。然后打开电动机来带动多面体棱镜的旋转，将电动机转速调整到一个合适的范围，使得学生能够直观地观察到一段完整的声音波形，最后教师重新调整蓝牙音响的响度和声音的频率，引导学生再次仔细观察声音波形的特征，分析这一组声音波形和上一组声音波形有哪些区别。

（四）实验效果

通过自制教具来完成声音可视化实验，使得学生能够看到一组完整的声音波形，通过控制蓝牙音响的响度和声音的频率，来引导学生找出声音波形的变化，是的学生能够更好地理解声波形成的原因以及波形图的含义，为后续的声学学习奠定一个良好的基礎。除此之外，通过光学、声学原理来改进声音可视化实验，使得波形能够更加优美，实验的效果也能更加直观。

结束语

综上所述，通过自制教具，能够将教师对于这一知识点的理解融入其中，真正的将自己所学的物理知识显示在学生的面前，这不仅有利于提升初中物理实验课的效果，而且还能够集中学生学习的注意力。

参考文献：

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