關(guān)于聲音可視化實(shí)驗(yàn)的探討與自制教具設(shè)計

梁燕妮

摘 要：在初中階段，學(xué)生第一次接觸物理學(xué)科，本文以聲音可視化實(shí)驗(yàn)為例，筆者結(jié)合多年的教育工作經(jīng)驗(yàn)，利用光學(xué)原理來自制教具，提升聲音可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生物理探索的精神，而且還能提升初中物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：聲音可視化;實(shí)驗(yàn)教學(xué);自制教具

引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，不僅能培養(yǎng)學(xué)生探索物理的精神還能提升學(xué)生推理驗(yàn)證的能力。教師可以結(jié)合教材里提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過自制教具來優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，使得組織實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀，學(xué)生能夠更好的掌握物理實(shí)驗(yàn)背后的物理知識和物理規(guī)律，幫助學(xué)生更好的理解物理知識內(nèi)在的邏輯。

一、目前聲現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)存在的不足之處

當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)《聲音的產(chǎn)生與傳播》的時候，這部分內(nèi)容比較抽象，如果教師只是簡單的給學(xué)生講解什么是聲音，聲音到底是怎么傳播的？傳播的過程中會產(chǎn)生聲波，那到底什么是聲波呢？學(xué)生并沒有一個具體的概念，為了降低學(xué)生理解這部分知識的難度，教師應(yīng)該給學(xué)生演示聲現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)，具體來說有以下三種：一是用震動的音叉來觸及乒乓球;二是將正發(fā)聲的音叉放入水中，讓學(xué)生觀察水中的波形;三是在揚(yáng)聲器或者鼓面上撒一些碎紙屑，讓學(xué)生觀察碎紙屑擺動的狀態(tài)。這三個實(shí)驗(yàn)共同的特點(diǎn)就是將聲現(xiàn)象放大，使得聲音具備可視化效果，但是這并不是聲現(xiàn)象的可視化，只是將震動的音叉或者揚(yáng)聲器放大，很難讓學(xué)生真正理解聲現(xiàn)象知識。

本文以第一個實(shí)驗(yàn)“音叉觸及乒乓球”為例進(jìn)行深入分析，乒乓球運(yùn)動并不是音叉的震動，只是因?yàn)槠古仪蚴艿搅肆Φ淖饔?，才會做單擺運(yùn)動，而震動的音叉為乒乓球的運(yùn)動提供了一個力，與蕩秋千的原理類似，不是手在震動，而是秋千在重復(fù)在單擺運(yùn)動。還有乒乓球與音叉的震動也并不同頻，只能反應(yīng)聲音的響度。因此，這個聲現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)并不嚴(yán)謹(jǐn)。

二、聲音可視化實(shí)驗(yàn)自制教具設(shè)計

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計

結(jié)合聲學(xué)和光學(xué)知識來改進(jìn)“音叉觸及乒乓球”的實(shí)驗(yàn)，具體如下：

第一次嘗試：

筆者在演示聲現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)過程中，可以在音叉上安裝一個鏡子，利用光的折射來放大微小的聲音震動，這種改良方案的優(yōu)點(diǎn)是聲音可視化實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，而且鏡子光斑上的震動也能與音叉的震動同頻，但是也有一些缺點(diǎn)，比如學(xué)生沒有辦法看出聲音的波形、只能簡單的感知到聲音響度的變化等。

第二次嘗試：

為了改進(jìn)第一次聲音可視化實(shí)驗(yàn)存在的不足之處，筆者作出了第二次嘗試，找一個塑料小圓柱，兩邊沒有封口的小圓柱，然后在小圓柱的另外一端安裝一個膜，在圓柱的中間貼一塊鏡子，圓柱里面放一個藍(lán)牙音響，小圓柱的另外一側(cè)應(yīng)該安裝設(shè)置一根激光筆，然后調(diào)整激光筆的角度，使得激光筆發(fā)出的光剛好能夠照射在鏡子上，反射落在墻上，隨后再加入可以旋轉(zhuǎn)的多面體棱鏡，讓光班不單單與薄膜同步震動，而且能夠真正動起來，使得學(xué)生能夠直觀的看到聲波的波形，完成了聲音可視化實(shí)驗(yàn)演示的目的。人的視覺會有短暫的停留，當(dāng)光斑移動的過程中，在墻上產(chǎn)生的光斑現(xiàn)象并不會馬上就消逝，大約需要保持0.1～0.4秒，在人的眼睛里就能夠留下一串完整的光斑印象，因此，學(xué)生通過墻面能夠看到光斑震動的影響，所有的光斑按照時間緊密的排列在一起。在演示這一實(shí)驗(yàn)的過程中，筆者通過調(diào)整多面體棱鏡轉(zhuǎn)速，確保多面體棱鏡的轉(zhuǎn)速能夠保持在一個合理的速度，第二次嘗試的優(yōu)點(diǎn)在于光斑的震動與圓柱橡皮膜的震動是同步的，還有利用視覺短暫停留原理，使得學(xué)生能夠看到一段完整的聲波，感受不同聲音的不同聲波，升學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的效果更加明顯。

（二）實(shí)驗(yàn)器材

激光筆、鐵架臺、塑料圓筒、橡皮膜、多面體棱鏡等。

（三）實(shí)驗(yàn)操作步驟

首先，將多面體棱鏡固定在電動機(jī)上，隨后固定激光筆，將藍(lán)牙小音響放入塑料圓柱內(nèi)。其次，打開激光筆，調(diào)整好激光筆的角度，使得激光筆能夠正好照射到圓柱中間的鏡子上，經(jīng)過鏡面反射剛好可以投到多面體棱鏡上，墻上就會有光斑。然后用自己的手機(jī)連接藍(lán)牙音響，讓學(xué)生仔細(xì)觀察反射在墻上的光斑，感受不同聲音的特征。然后打開電動機(jī)來帶動多面體棱鏡的旋轉(zhuǎn)，將電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到一個合適的范圍，使得學(xué)生能夠直觀地觀察到一段完整的聲音波形，最后教師重新調(diào)整藍(lán)牙音響的響度和聲音的頻率，引導(dǎo)學(xué)生再次仔細(xì)觀察聲音波形的特征，分析這一組聲音波形和上一組聲音波形有哪些區(qū)別。

（四）實(shí)驗(yàn)效果

通過自制教具來完成聲音可視化實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生能夠看到一組完整的聲音波形，通過控制藍(lán)牙音響的響度和聲音的頻率，來引導(dǎo)學(xué)生找出聲音波形的變化，是的學(xué)生能夠更好地理解聲波形成的原因以及波形圖的含義，為后續(xù)的聲學(xué)學(xué)習(xí)奠定一個良好的基礎(chǔ)。除此之外，通過光學(xué)、聲學(xué)原理來改進(jìn)聲音可視化實(shí)驗(yàn)，使得波形能夠更加優(yōu)美，實(shí)驗(yàn)的效果也能更加直觀。

結(jié)束語

綜上所述，通過自制教具，能夠?qū)⒔處煂τ谶@一知識點(diǎn)的理解融入其中，真正的將自己所學(xué)的物理知識顯示在學(xué)生的面前，這不僅有利于提升初中物理實(shí)驗(yàn)課的效果，而且還能夠集中學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力。

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