自制音调影响因素演示器——从一道调研题谈起，本文主要内容关键词为：音调论文,演示论文,因素论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
声音的特性是初中物理声现象这一单元的重点内容，同时也是学生学习该章知识的难点所在。而探究活动、实验器材的合理设计是学生获得体验是否充分，进而达成“能区分出声音的三个特性”这一学习目标的关键。笔者查阅了人教版、苏科版、沪科版、北师大版、教科版及沪科粤教版初中物理教材中的相关内容，期望通过分析上述各版本教材中“探究决定声音高低的因素”的实验方案，设计出制作简单、现象明显、可操作性强的实验器材，以使学生经历更清晰的探究过程，获得更深刻的探究体验。
一、对各版本教材中“探究决定声音高低的因素”探究方案的分析
1.人教版教材中的探究方案
方案1：将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌面。拨动钢尺，听它振动发出的声音，同时注意钢尺振动的快慢。改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动钢尺。如图1所示，比较两种情况下钢尺振动的快慢和发出的声音。
方案2：把音叉发出的声音输入示波器或计算机，观察声音的波形。换一个不同频率的音叉做实验，边听边分析它们的波形有何不同（图2）。
上述方案中，方案1可作为全体学生参与的探究活动，方案2为方案1的补充和验证。
2.苏科版教材中的探究方案
方案3：将钢制刻度尺的一端紧压在桌面上，另一端伸出桌面，拨动钢制刻度尺使它振动（图3）。你能听到钢制刻度尺发出的声音吗？
改变钢尺伸出桌面的长度，再次拨动，你听到的声音有什么变化？
钢制刻度尺伸出桌面较长时，声音较高还是较低？钢制刻度尺振动较快还是较慢？由此你有什么发现？
3.沪科版教材中的探究方案
方案4：用纸片分别接触转速相同、齿数不同的旋转齿轮，听纸片发出的声音的音调的区别，观察现象，得出结论（图4）。
4.教科版教材中的探究方案
方案5：先拨动绷紧的细橡皮筋，再拨动绷紧的粗橡皮筋。哪根橡皮筋振动得快？哪根橡皮筋的音调高（图5）？
方案6：改变尺子伸出桌面的长度，用手拨动尺子，比较尺子振动的快慢和发声的音调（图6）。
上述两个方案为并列的实验方案，目的是通过多个探究活动，强化学生的认知表象，更容易得出实验结论。
5.沪科粤教版教材中的探究方案
方案7：将一把钢尺紧压在桌面上，尺的一端伸出桌面，用手拨动使其上下振动，发出声音（图7）。
改变钢尺伸出桌面的长度，重复上述操作，仔细观察，钢尺振动的快慢是否改变？倾听并辨别钢尺振动时发出的声音的高低有无变化？
该实验表明，声音的高低跟物体振动的快慢存在怎样的关系？
二、教材中几种探究方案的优缺点分析
（1）多本教材都选用了钢尺作为实验的器材，这可能是鉴于该器材的来源较为广泛，易于全体学生开展探究活动。但学生在实际操作过程中往往会出现以下问题：一是钢尺伸出桌面的长度太长导致振动太慢而产生次声波，无法听到声音。二是钢尺振动时拍打桌面发出的声音掩盖了钢尺振动发出的声音。三是钢尺振动的快慢很难用肉眼察觉，不便于比较。
（2）用音叉和示波器来探究音调与频率的关系，通过观察波形，听声音的高低，就能非常清晰地得出声音的高低同频率的关系。但是，对于大部分学校而言，示波器及计算机等设备往往成为开展这一探究活动的瓶颈；同时，学生对于波形的理解也需要教师花费一定时间加以分析讲解。
（3）用齿轮和硬纸片来探究音调与频率的关系，优点是能够很方便地控制转速，从而改变纸片振动的快慢，进而对声音进行分析比较；缺点是只能进行演示实验，而无法开展大规模的学生探究活动。
（4）用橡皮筋来探究音调与频率的关系，笔者经过试验发现存在的问题有：一是若橡皮筋没有拉紧，则橡皮筋不容易振动，拨动橡皮筋发出的声音非常微弱；二是若拉得太紧，橡皮筋在使用过程中容易被拉断。
三、自制音调影响因素演示器
1.自制器材，开展探究活动
通过分析比较上述探究方案的优缺点，笔者设计了一款音调影响因素的探究器材。课前笔者让学生准备一个空的金属饼干箱（形状不限），并准备一把木梳。
实验时，将木梳紧贴空饼干箱（图8），用一块塑料片先后快拨和慢拨木梳上的齿，听塑料片发出的声音有什么不同。
该实验方案的优点在于器材来源广泛，便于开展学生探究活动；塑料片的振动快慢容易控制和观察；空饼干箱起到共鸣箱的作用，使发出声音的响度更大，易于辨别声音的高低。
2.音调影响因素演示器的拓展功能
（1）笔者使用的木梳为一半疏、一半密（图8），在用塑料片匀速拨动木梳齿的过程中，可以听到两种不同音调的声音。
（2）在饼干箱的两侧打孔，系上两根粗细不同长短相同的琴弦，通过旋转调节螺丝，能改变弦的松紧；利用这一设计，就能够探究弦乐器的音调与弦的长短、粗细和松紧的关系。由于共鸣箱的作用，响度较大，学生较容易听清音调的不同（图9）。
（3）在饼干箱表面撒上泡沫塑料或者纸屑，用小锤敲击饼干箱，就能展现一种“声音是由物体振动产生”的方案。
（4）在饼干箱另一端的盖子上开一小口，将开口对准烛焰，敲击饼干箱，能够看到烛焰晃动，可以用来验证声音具有能量（图10）。
综上所述，分析上述各版本教材，目的是为了寻找一种符合学校、教师和学生自身实际情况的、适合学生认知发展规律的探究方案。通过对上述各种方案的比较分析，提炼出最优化的探究方案，设计出最简单实用的实验器材，以服务于教学活动，构建学生主动参与的高效课堂。
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