淺議利用模型和概念圖解決聲音單元幾個疑難問題

1、淺議利用“模型”和“概念圖”解決聲音單元幾個疑難問題浙江省湖州市南潯錦繡實驗學校 沈躍群【摘要】圍繞概念和模型學習是有效的學習方式，本文淺議了利用“模型”和“概念圖”來解決聲音單元的幾個疑難問題。由于物體發(fā)出聲音時人的眼睛常常看不到它在振動，更無法看清聲音的高低強弱變化是振動不同引起的，聲波也是看不到的，所以如何讓學生直觀的理解聲音的產(chǎn)生、變化與傳播形式，成了本單元的疑難問題。本文闡述了用“模型”和“概念圖”作支架，解決這個單元中典型的四個疑難問題，分別是：聲音是由物體振動產(chǎn)生的；音量與音高概念的本質(zhì)區(qū)別；在探索“音高是由物體振動的頻率決定”的過程中，發(fā)現(xiàn)“物體特征音高特點振動速度”三者之間的

2、關系；聲音以波的形式傳播?！娟P鍵詞】聲音 模型 概念圖 疑難問題 解決策略韋鈺院士在圍繞概念和模型組織教學的講座中指出：認知科學和神經(jīng)教育學的研究成果表明圍繞概念和模型學習是有效的學習方式。她說：“要發(fā)展在一個領域里的學習能力，學生必須具有兩方面的基礎，一是具有深入而扎實的科學知識，另一方面是具有一個強有力的概念框架。”模型能夠幫助學生深刻地理解概念，概念圖能夠幫助學生建立概念之間的聯(lián)系，包括舊概念與新概念，新概念與新概念之間的關系，從而使學生理解一個概念在整體結(jié)構(gòu)中的位置，建立起整個概念框架。筆者幾年的教學經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，在聲音單元存在幾個有待解決的疑難問題，教學中我試著用建立模型和制作概念圖的方

3、法去解決它們，現(xiàn)略述如下。疑難問題一：聲音是由物體振動產(chǎn)生的。也許很多老師都不認為這是個疑難問題，因為無論你是以直接講授法教完此課，還是以閱讀方法學這一課，亦或用探究方法教學這一課，上完課問學生：“聲音是怎樣產(chǎn)生的？”他們都會對你說：“聲音是物體振動產(chǎn)生的。”然而，接下去你敲擊桌子發(fā)出聲音，問桌子怎么會發(fā)出聲音？學生會回答，因為你敲擊了，而不是桌子受到敲擊產(chǎn)生了振動；當你擊掌發(fā)出聲音，讓學生解釋，他們也不會告訴你，因為手掌在振動，空氣在振動，他們還是只關注到表面的原因擊打。這說明他們只是背出了一句話：“聲音是由物體振動產(chǎn)生的”，卻根本沒有建構(gòu)起這個概念。當聽到聲音時，他們腦中出現(xiàn)的表象，不是這

4、個物體振動的圖像，而是“擊打”動作，概念水平依然停留在前概念狀態(tài)：“撞擊使物體發(fā)出了聲音”。而概念建構(gòu)的標志之一就是能用概念科學地解釋生活中的現(xiàn)象?！窘鉀Q策略】：1建立振動的模型，認識振動是怎樣一種運動。（1）觀察描述鋼尺、橡皮筋的振動狀態(tài)，建立初步的振動模型。在撥動鋼尺、橡皮筋，使其發(fā)聲的活動中，讓學生觀察鋼尺發(fā)聲時是怎樣的？橡皮筋發(fā)生時是怎樣的？讓學生用語言和手勢來描述看到的現(xiàn)象，教師隨機板畫：鋼尺發(fā)聲時的狀態(tài)：橡皮筋發(fā)聲時的狀態(tài)：用圖式來幫助學生認識發(fā)聲的鋼尺、橡皮筋都在不斷重復地作往復運動。再與只用力彎曲尺子，尺子不發(fā)聲作對比，知道只有來回運動了尺子才發(fā)聲。同樣，把彈撥橡皮筋發(fā)聲時的狀

5、態(tài)與只拉伸橡皮筋不發(fā)聲時的狀態(tài)作對比，認識到橡皮筋來回運動了才會發(fā)聲。（2）推測驗證鼓、音叉發(fā)聲時的運動狀態(tài)，知道發(fā)聲的物體都在振動，建立振動概念。鋼尺發(fā)聲時在不斷地來回運動，運動停止，聲音也停止了。橡皮筋發(fā)聲時也在不斷地作來回運動，運動停止，聲音也停止了。那么鼓、音叉發(fā)聲時是否也在不斷地作來回運動呢？我們能用眼睛直接看到嗎？怎樣可以證明？這樣學生在老師啟發(fā)下可以通過用手摸的方式來感覺鼓面、音叉的振動，也可以借助泡沫塑料在鼓面上的跳動來證明鼓發(fā)聲時，鼓面的確也是在作上下來回運動，音叉發(fā)聲時，用手指輕輕接觸，手很麻，說明音叉發(fā)聲時也在快速來回運動。從而給出概念：這種不斷重復地往返運動，叫振動，并

6、用不完全歸納法得出結(jié)論，物體發(fā)聲時都在振動。2利用概念圖，認識“撞擊”、“振動”、“聲音”之間的聯(lián)系。5E教學模式關于概念的轉(zhuǎn)變中提到：“安德森（1987）認為，探究活動對概念的轉(zhuǎn)變起很大作用，但是學生并不能自己完成這種轉(zhuǎn)變?！苯處熞疤峁煤驼闲赂拍畹臋C會”“在新的情境中運用新學習的概念，有利于學生將新概念與原有知識進行整合?！睋?jù)此，在建立了振動模型，認識了振動是一種不斷重復地往復運動，建構(gòu)“物體振動產(chǎn)生聲音”這一初步概念后，教師應當創(chuàng)設情境讓學生應用概念解釋，即5E（參與、探究、解釋、遷移、評價）中的第三步，從而幫助學生把前概念整合入學生已有的概念體系中。（1）師生互動，用新概念解釋。

7、聽音叉發(fā)出聲音，解釋：音叉的聲音是怎樣產(chǎn)生的？（因為音叉振動了）用手握住正在發(fā)聲的音叉，解釋：為什么聲音沒了？（因為振動停止了。）解釋：敲擊已經(jīng)停止，為什么聲音還有？（因為音叉還在振動）最后制止振動，讓音叉的音停止。提升：你有什么發(fā)現(xiàn)？聲音是怎么產(chǎn)生的？如果振動停止呢？（物體振動產(chǎn)生聲音，沒有振動就沒有聲音。）（2）利用概念圖，建立新舊概念之間的聯(lián)系。概念圖是概念之間關系的可視化外部表征?！靖拍顖D1】（略） 概念圖將新思想和經(jīng)驗與已存在的東西相聯(lián)系或連接，有利于將信息置于長時間記憶系統(tǒng)，發(fā)展理解（Eggsen & Kauchak , 1992）。疑難問題二：音量與音高概念不分。根據(jù)以往教學發(fā)現(xiàn)

8、，學生老是把音強與音高混淆，發(fā)一個響亮的音，他們就認為這個音聲調(diào)高，聽到低音卻會認為聲音小、弱。如何區(qū)分音高與音強的關系，教材是有鋪墊的，那就是在第一課中描述輕輕擊打和重重擊打大小音叉、大中小鐵釘?shù)穆曇?。大小音叉一定要充分發(fā)揮作用，鐵釘用風鈴管代替效果更好。但作為教師有一點我們必須明確，我們探究的目標不是讓學生會區(qū)分哪個音高，哪個音低，哪個音強，哪個音弱，那是音樂課的事，科學課探究的是現(xiàn)象背后的科學本質(zhì)，也就是不同音高、音強產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么?！窘鉀Q策略】：可以從以下方面來幫助學生搭建思維的支架：1充分利用學生的已有經(jīng)驗，加強感知。在教學音量概念時，借助錄音機的音量旋鈕讓學生感受音量大，即聲

9、音強就是聲音大，響；音量小，即聲音弱就是聲音小、輕。再讓學生說說你在哪些電器上看到過有音量調(diào)節(jié)按鈕，進一步擴展和加深學生對音量概念的理解。在音高概念的教學中，聽音叉的感受，讓學生用自己的語言描述聽到的聲音，聲音是很明顯的，學生會說一個聲音低沉或沉悶，一個聲音尖銳，學過樂器的孩子能馬上發(fā)現(xiàn)一個音低，一個音高。每個班總有一兩個樂感好的孩子，關鍵是如何讓每個孩子對音高概念有感覺呢？我的做法是帶學生唱音階：從中音“do”到高音“do”，再從高音唱回中音，問兩個“do”有什么不同？2建立音量與音高的不同模型，從本質(zhì)上認識音量和音高的不同。 在觀察描述的基礎上建立不同振動狀態(tài)的模型：輕輕撥動鋼尺：聲音弱，

10、振動幅度小。用力撥動鋼尺：聲音強，振動幅度大。橡皮筋松：聲音低，振動速度慢。橡皮筋緊：聲音高，振動速度快。（同時也變細了）通過圖式法可以清晰地讓學生理解聲音的強弱由振動的幅度決定，聲音的高低由振動的速度決定這個概念。接著可以用兩個音叉上標注的不同頻率來強化，頻率快，聲音高，頻率慢，聲音低。3建立概念圖，理解概念之間的聯(lián)系?！靖拍顖D2】（略） 諾瓦克創(chuàng)造了概念圖作為評價學生概念學習過程中發(fā)生的變化工具（Novak & Gowin ,1984）。從那時起，概念圖以各種方式幫助學生學習科學?！巴ㄟ^概念圖，學習者可以管理自己的學習從本質(zhì)上說，他們可以學習如何學習?！庇捎谖覀兊膶W生對概念圖的制作還不會，

11、概念圖可以師生共同編制，也可以教師編好后讓學生來理解，并用自己的語言描述概念間的關系。上面的概念圖是我編制的，它能幫助學生深刻理解振動、振幅、頻率、音量、音高等概念之間的關系。疑難問題三：在探索“音高是由物體振動的頻率決定”的過程中，發(fā)現(xiàn)“物體特征音高特點振動速度”三者之間的關系。大、粗、長、厚、重、松的物體發(fā)出的音低，因為振動速度慢；小、細、短、薄、輕、緊的物體發(fā)出的音高，因為振動速度快。這個概念如果建立了，那么對學生理解和認識各種樂器的發(fā)音規(guī)律有很大幫助，也可以促進“創(chuàng)造”層面目標達成，比如自己制作一個小樂器，知道了規(guī)律后就可以用同樣材料的物體改變它的長短（如不同長度的吸管做一個口笛）、大

12、小（大小不一的金屬片可以做一個編鐘）、輕重（同樣的口服液瓶子裝不同量的水掛起來敲擊）來制作小樂器了?！窘鉀Q策略】：1理出中間概念，搭好思維腳手架。（1）水琴課件，激發(fā)興趣，為“杯子特征音高變化”關系作鋪墊。因為水杯或瓶發(fā)出的音很難辨，要想讓水杯或瓶發(fā)出一個音階，讓孩子好辨識，那是難上難，網(wǎng)上曾說專業(yè)人士調(diào)了一千多個啤酒瓶才調(diào)出來。我試過很多回，用燒杯、啤酒瓶請音樂老師一起調(diào)過，音都不對，杯子和瓶子很難同質(zhì)、同音色。加入水琴課件作鋪墊，初步感受“水越多音越低，水越少音越高”的現(xiàn)象?！綟lash水琴課件圖】：這個Flash水琴課件中杯子開始都是空的，有小槌敲擊每個杯子，音高都相同，兩把水壺可以加水

13、或減水，水不同后，用小槌敲擊就發(fā)出中音“do”到高音“ do”的不同樂音，是鋼琴的標準音。（2）水瓶實驗，真實感受聲音高低的變化。聽聽真實的水瓶樂器發(fā)出的音，提出研究問題：為什么水多音低，水少音高？推測：因為振動是不同的。（3）橡皮筋實驗，觀察到“聲音高低振動速度”之間的關系，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建立振動波狀模型。水瓶我們只能聽到音高低不同，怎樣看到聲音高低不同時物體的振動狀態(tài)呢？可以借助橡皮筋，讓學生兩人合作，分別撥動松緊不同的橡皮筋。聽聽聲音有什么不同？橡皮筋的振動有什么不同？由于學生的橡皮筋短小，振動狀態(tài)不明顯，教師可再用長的航模用橡皮筋讓學生清晰地看到松緊不同的橡皮筋發(fā)出高低不同的聲音時振動速度

14、的不同。從振動的圖式模型轉(zhuǎn)化為波狀模型，有助于學生更深刻地理解概念?！緢D式模型】橡皮筋松：聲音低，振動速度慢。橡皮筋緊：聲音高，振動速度快?！静钅Ｐ汀浚裕?）推測驗證音叉、風鈴管的音高變化，強化“物體特征聲音高低振動速度”三者的內(nèi)在聯(lián)系。推測其他更多物體的音高變化，在新情境下運用知識解釋現(xiàn)象，并實現(xiàn)科學概念的遷移。2建立概念圖，理解三者的本質(zhì)聯(lián)系：【概念圖3】學習到這一步學生對概念圖的編制已有一些認識，這個概念圖根據(jù)情況可由教師編，也可以讓程度好的學生自己編，除了從左向右理解概念外，還可以從右向左來理解，可以讓學生換上不同的連接詞，如：“音低”是因為“振動慢”是因為“物體大、粗、長、厚、

15、松”，這樣就可以把所有的概念納入一個整體結(jié)構(gòu)之中，所有概念之間都可以建立起聯(lián)系。3創(chuàng)造，制作自己的小樂器。 通過上面的教學，我們已經(jīng)完成5E學習環(huán)的參與、探究、解釋、遷移 （有的書也稱“精致”，學生通過參與與此概念相關的活動，獲得對概念更深刻的理解。），但缺了“評價”這一環(huán)節(jié)。我們的舊教材上曾有過制作我們的小樂器一課，我覺得這一課很好，現(xiàn)在我們可以在前面的學習基礎上加上這一課，也可以讓學生課外去制作小樂器，通過創(chuàng)造活動，我們可以評價學生在完成任務時所表現(xiàn)出的對“物體特征”與“聲音高低”“振動速度”之間認識，從而幫助學生更好地建構(gòu)概念。疑難問題四：聲音以波的形式傳播。聲音是一種振動學生已經(jīng)理解了

16、，聲音能通過各種介質(zhì)從一個地方傳播到另外一個地方，學生也容易理解，因為能直接感受到，可“聲音以波的形式傳播”學生理解起來就困難了，因為無法直接看到聲波?！窘鉀Q策略】：1借助水波認識聲波，建立聲波模型。（1）先理解聲音由聲源向四面八方傳播。老師在教室中間說話，讓學生推測聲音是怎樣傳播的，建立最初的圖式，聲音以同心圓方式向四周傳遞開去，類似擴散的方式（圖1）。圖式：（略）（2）感受振動的音叉怎樣引起水波振動，知道水波的這種振動由音叉振動引起。輕輕敲擊音叉，用發(fā)聲的音叉輕輕接觸水面，觀察水面的狀態(tài)。再用不振動的同一個音叉輕輕接觸水面，觀察水面有什么不同？振動的音叉引起水波振動，不振動的音叉水面上沒有

17、水波，反復幾次，得出結(jié)論，水波的振動是由音叉的振動引起的，音叉把振動傳給了水。（3）多媒體出示動態(tài)水波圖，進一步強化學生對水波的已有認識。音叉引起的水波很小，用多媒體展示放大的水波圖有助于學生更好地感知水波的特征。知道振動可以傳遞。 （4）遷移：聲波也像水波一樣，一波又一波地向外擴散。觀看多米諾骨牌的連續(xù)倒下，知道水波和聲波像多米諾骨牌一樣能向外傳遞推動力。比較水波與多米諾骨牌的運動還有什么不同，知道水波能傳遞一個又一個推動力，而不只是一個，從而理解“一波又一波”。知道聲波以類似水波的形式，由聲源處以波的形式（像波浪一樣）一波又一波地向外傳遞。2用日常生活中的聲波圖強化對聲波的認識。如電腦上聲音喇叭的圖標上標有聲波示意圖，我們在講述蝙蝠接收超聲波時畫的示意圖等。通過這些學生耳熟能詳?shù)膱D片進一步加深對聲波的認識。以上是聲音單元教學中遇到的幾個疑難問題及自己教學中采取的解決策略。一點心得是一定要充分利用學生的已有經(jīng)驗，加強感知。因為聲音看不見，有的物體振動很快，振動狀態(tài)看不清，就要想法借助巧妙的器材讓學生能看得到，摸得到，充分感受到。感知是理解的基礎，不可跨越。同時，在感知基礎上要強調(diào)模型的建立，要讓學生的腦中有相應的圖畫，最后用概念圖“把某一單元（學習單元）中包括的所有概念，用連接詞及箭