许文凤

研究背景

《小学科学课程标准》对于“声音”提出两点学习目标，一是声音因物体振动而产生，二是声音通过物质传播。第二点细化为学习要求“声音可以在气体、液体和固体中向各个方向传播”。但在实际教学过程中，我们发现教材所设计的实验难以达成课标要求的目标。

如教科版小学《科学》4年级上册声音单元的第5课“声音的传播”一课，该教材期望学生能设计声音在不同物体中的传播实验，并对声音在不同物体中的传播情况进行比较。

为此教材设计的实验内容如下：准备1张铝箔，纵向折叠几次，做成挺直的铝箔尺;1根木制的米尺、棉线、尼龙绳等。这些材料的长度相同，比如都是1米长。先预测声音在铝箔、棉线、尼龙绳、木制米尺的传播效果是否一样，声音通过哪一种材料传播效果最好，再进行实验。注意每种材料的一端要分别与音叉连接，找1名同学在材料的另一端倾听。分别使振动的音叉接触铝箔、棉线、尼龙绳、木制米尺等物体，仔细倾听和感受音叉的振动，比较这些物体传播的声音有什么不同。

但是，该教材所列的实验有几个问题还待商榷。①铝箔尺、木制米尺、棉线、尼龙绳这些材料可以保持长度一致，但形状、粗细均不相同，实验不够严谨。且该实验只能探究声音在不同的固体中传播，并未涉及其他两种物质的研究。②通过手动敲击音叉发声，因学生每次敲击的力度保持难以一致，主观影响了实验结果。③学生通过耳朵区分声音在不同固体中的传播效果，容易受主观感性因素影响。④本实验需要用手绷紧材料，但每组学生拉的松紧度可能不一样，因而影响了实验效果。⑤做这个实验时，还有些学生会提出质疑：耳朵听到的声音不一定是通过被测物质传播的，还有可能是直接通过空气传过去的。

查看其他版本的教材，也发现类似问题存在。因此，为了让实验更加科学严谨，使学生能够更好地探究声音的传播现象，通过研究，我自主设计制作了可视化、数显式声音传播演示器，让实验现象数字化、可视化，解决现有实验存在的各种问题，提高学生的学习效率和热情。

教具结构

本教具的主要结构如图1所示，实物图如图2所示。

用透明亚克力板制成第一箱体，在箱体全部侧面的内侧壁均设有1个声波传感器，全部外侧壁上均设有1个声控灯，每个侧面的声波传感器和声控灯一一对应连接。在箱体内部设有1个蜂鸣器和声音传播器，声音传播器延伸至箱体外，与声音分贝仪连接;声音传播器还可连接听诊器。该箱体内可根据实验需要填充气体、液体或固体介质。

用透明亚克力板制成第二箱体，箱体包括容室一和容室二，第一箱体放置于第二箱体的容室一内。容室二内设有1个弹簧敲击锤。弹簧敲击锤包括锤球、锤杆和复位弹簧，在容室二内设有1个支撑板，锤球位于支撑板下方，锤杆贯穿支撑板延伸至箱体外，锤杆上设有1个弹簧座，弹簧座位于支撑板上方，复位弹簧两端分别顶持于弹簧座和支撑板。箱体上放置钟表游丝振动器。第一箱体放置在第二箱体内，可以降低外界声音对声波传感器的干扰。

教具的功能及使用方法

实验一：可视化认知到声音传播的方向

第一箱体内分别填充有水、空气、沙子、塑料泡沫等不同的介质。分别装入第二箱体容室一内，当蜂鸣器发出声音时，通过相应的介质传播，被内侧壁上的声波传感器捕捉到后，声控灯会亮起来，由此将

声音可视化，清楚直观地告诉学生声音可以在不同物质中向四面八方传播。

实验二：数显声音传播的效果

在实验一的基础上，将内置于第一箱体内的声音传播器连接到声音分贝仪（见图3）。当蜂鸣器发出的声音经过不同介质传播给声音分贝仪，分贝仪可以直观显示数据，学生可以直观记录测量结果。

实验三：用耳朵感受不同介质的传播效果

与实验二的方法相似，只需将声音分贝仪换成听诊器，手动敲击弹簧敲擊锤，使锤球与第二箱体接触发出声音，声音通过容室一内的不同介质传播后，被声音传播器捕捉，学生从听诊器听取其传播后的声音效果（见图4）。

实验四：利用钟表游丝演示声音的振动

在第一箱体上设有1个钟表游丝振动器，在实验一或实验三的演示过程中，声音传播产生的振动，被该钟表游丝振动器捕捉，从而使得声音的振动可视化，也可借此模拟鼓膜振动，提高学生对声音传播的知识理解。

创新点

令声音以声源为中心向各个方向传播的可视化演示，以前未见涉及。

采用分贝仪实现不同介质中声音传播差异的数字显示，该演示方式以前未见述及。

小结

本套装置还可灵活更换介质探究声音的传播效果，可分开或组合使用，功能丰富、通用性强，并具有可复制性。该教具申请了实用新型专利，并获得了通过（201721768887.4）。

该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。

专家评语

该项目制作了适合小学教学的可视化、数显式声音传播演示器，能够有效帮助学生客观地学习和理解声音传播的相关知识。该项目原理科学、概念清晰、构思巧妙、设计合理，作品实用性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。希望该项目在工艺方面作出改进和提升。