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1、浅议利用“模型”和“概念图”解决声音单元几个疑难问题【摘要】围绕概念和模型学习是有效的学习方式，本文浅议了利用“模型”和“概念图”来解决声音单元的几个疑难问题。由于物体发出声音时人的眼睛常常看不到它在振动，更无法看清声音的高低强弱变化是振动不同引起的，声波也是看不到的，所以如何让学生直观的理解声音的产生、变化与传播形式，成了本单元的疑难问题。本文阐述了用“模型”和“概念图”作支架，解决这个单元中典型的四个疑难问题，分别是：声音是由物体振动产生的；音量与音高概念的本质区别；在探索“音高是由物体振动的频率决定”的过程中，发现“物体特征音高特点振动速度”三者之间的关系；声音以波的形式传播。【关键词】
2、声音 模型 概念图 疑难问题 解决策略韦钰院士在围绕概念和模型组织教学的讲座中指出：认知科学和神经教育学的研究成果表明围绕概念和模型学习是有效的学习方式。她说：“要发展在一个领域里的学习能力，学生必须具有两方面的基础，一是具有深入而扎实的科学知识，另一方面是具有一个强有力的概念框架。”模型能够帮助学生深刻地理解概念，概念图能够帮助学生建立概念之间的联系，包括旧概念与新概念，新概念与新概念之间的关系，从而使学生理解一个概念在整体结构中的位置，建立起整个概念框架。笔者几年的教学经历发现，在声音单元存在几个有待解决的疑难问题，教学中我试着用建立模型和制作概念图的方法去解决它们，现略述如下。疑难问题一
3、：声音是由物体振动产生的。也许很多老师都不认为这是个疑难问题，因为无论你是以直接讲授法教完此课，还是以阅读方法学这一课，亦或用探究方法教学这一课，上完课问学生：“声音是怎样产生的？”他们都会对你说：“声音是物体振动产生的。”然而，接下去你敲击桌子发出声音，问桌子怎么会发出声音？学生会回答，因为你敲击了，而不是桌子受到敲击产生了振动；当你击掌发出声音，让学生解释，他们也不会告诉你，因为手掌在振动，空气在振动，他们还是只关注到表面的原因击打。这说明他们只是背出了一句话：“声音是由物体振动产生的”，却根本没有建构起这个概念。当听到声音时，他们脑中出现的表象，不是这个物体振动的图像，而是“击打”动作，
4、概念水平依然停留在前概念状态：“撞击使物体发出了声音”。而概念建构的标志之一就是能用概念科学地解释生活中的现象。【解决策略】：1建立振动的模型，认识振动是怎样一种运动。（1）观察描述钢尺、橡皮筋的振动状态，建立初步的振动模型。在拨动钢尺、橡皮筋，使其发声的活动中，让学生观察钢尺发声时是怎样的？橡皮筋发生时是怎样的？让学生用语言和手势来描述看到的现象，教师随机板画：钢尺发声时的状态：橡皮筋发声时的状态：用图式来帮助学生认识发声的钢尺、橡皮筋都在不断重复地作往复运动。再与只用力弯曲尺子，尺子不发声作对比，知道只有来回运动了尺子才发声。同样，把弹拨橡皮筋发声时的状态与只拉伸橡皮筋不发声时的状态作对比
5、，认识到橡皮筋来回运动了才会发声。（2）推测验证鼓、音叉发声时的运动状态，知道发声的物体都在振动，建立振动概念。钢尺发声时在不断地来回运动，运动停止，声音也停止了。橡皮筋发声时也在不断地作来回运动，运动停止，声音也停止了。那么鼓、音叉发声时是否也在不断地作来回运动呢？我们能用眼睛直接看到吗？怎样可以证明？这样学生在老师启发下可以通过用手摸的方式来感觉鼓面、音叉的振动，也可以借助泡沫塑料在鼓面上的跳动来证明鼓发声时，鼓面的确也是在作上下来回运动，音叉发声时，用手指轻轻接触，手很麻，说明音叉发声时也在快速来回运动。从而给出概念：这种不断重复地往返运动，叫振动，并用不完全归纳法得出结论，物体发声时都
6、在振动。2利用概念图，认识“撞击”、“振动”、“声音”之间的联系。5E教学模式关于概念的转变中提到：“安德森（1987）认为，探究活动对概念的转变起很大作用，但是学生并不能自己完成这种转变。”教师要“提供应用和整合新概念的机会”“在新的情境中运用新学习的概念，有利于学生将新概念与原有知识进行整合。”据此，在建立了振动模型，认识了振动是一种不断重复地往复运动，建构“物体振动产生声音”这一初步概念后，教师应当创设情境让学生应用概念解释，即5E（参与、探究、解释、迁移、评价）中的第三步，从而帮助学生把前概念整合入学生已有的概念体系中。（1）师生互动，用新概念解释。听音叉发出声音，解释：音叉的声音是怎
7、样产生的？（因为音叉振动了）用手握住正在发声的音叉，解释：为什么声音没了？（因为振动停止了。）解释：敲击已经停止，为什么声音还有？（因为音叉还在振动）最后制止振动，让音叉的音停止。提升：你有什么发现？声音是怎么产生的？如果振动停止呢？（物体振动产生声音，没有振动就没有声音。）（2）利用概念图，建立新旧概念之间的联系。概念图是概念之间关系的可视化外部表征。【概念图1】概念图将新思想和经验与已存在的东西相联系或连接，有利于将信息置于长时间记忆系统，发展理解（Eggsen & Kauchak , 1992）。疑难问题二：音量与音高概念不分。根据以往教学发现，学生老是把音强与音高混淆，发一个响亮的音，
8、他们就认为这个音声调高，听到低音却会认为声音小、弱。如何区分音高与音强的关系，教材是有铺垫的，那就是在第一课中描述轻轻击打和重重击打大小音叉、大中小铁钉的声音。大小音叉一定要充分发挥作用，铁钉用风铃管代替效果更好。但作为教师有一点我们必须明确，我们探究的目标不是让学生会区分哪个音高，哪个音低，哪个音强，哪个音弱，那是音乐课的事，科学课探究的是现象背后的科学本质，也就是不同音高、音强产生的本质原因是什么。【解决策略】：可以从以下方面来帮助学生搭建思维的支架：1充分利用学生的已有经验，加强感知。在教学音量概念时，借助录音机的音量旋钮让学生感受音量大，即声音强就是声音大，响；音量小，即声音弱就是声音
9、小、轻。再让学生说说你在哪些电器上看到过有音量调节按钮，进一步扩展和加深学生对音量概念的理解。在音高概念的教学中，听音叉的感受，让学生用自己的语言描述听到的声音，声音是很明显的，学生会说一个声音低沉或沉闷，一个声音尖锐，学过乐器的孩子能马上发现一个音低，一个音高。每个班总有一两个乐感好的孩子，关键是如何让每个孩子对音高概念有感觉呢？我的做法是带学生唱音阶：从中音“do”到高音“do”，再从高音唱回中音，问两个“do”有什么不同？2建立音量与音高的不同模型，从本质上认识音量和音高的不同。 在观察描述的基础上建立不同振动状态的模型：轻轻拨动钢尺：声音弱，振动幅度小。用力拨动钢尺：声音强，振动幅度大
10、。橡皮筋松：声音低，振动速度慢。橡皮筋紧：声音高，振动速度快。（同时也变细了）通过图式法可以清晰地让学生理解声音的强弱由振动的幅度决定，声音的高低由振动的速度决定这个概念。接着可以用两个音叉上标注的不同频率来强化，频率快，声音高，频率慢，声音低。3建立概念图，理解概念之间的联系。诺瓦克创造了概念图作为评价学生概念学习过程中发生的变化工具（Novak & Gowin ,1984）。从那时起，概念图以各种方式帮助学生学习科学。“通过概念图，学习者可以管理自己的学习从本质上说，他们可以学习如何学习。”由于我们的学生对概念图的制作还不会，概念图可以师生共同编制，也可以教师编好后让学生来理解，并用自己的
11、语言描述概念间的关系。上面的概念图是我编制的，它能帮助学生深刻理解振动、振幅、频率、音量、音高等概念之间的关系。疑难问题三：在探索“音高是由物体振动的频率决定”的过程中，发现“物体特征音高特点振动速度”三者之间的关系。大、粗、长、厚、重、松的物体发出的音低，因为振动速度慢；小、细、短、薄、轻、紧的物体发出的音高，因为振动速度快。这个概念如果建立了，那么对学生理解和认识各种乐器的发音规律有很大帮助，也可以促进“创造”层面目标达成，比如自己制作一个小乐器，知道了规律后就可以用同样材料的物体改变它的长短（如不同长度的吸管做一个口笛）、大小（大小不一的金属片可以做一个编钟）、轻重（同样的口服液瓶子装不
12、同量的水挂起来敲击）来制作小乐器了。【解决策略】：1理出中间概念，搭好思维脚手架。（1）水琴课件，激发兴趣，为“杯子特征音高变化”关系作铺垫。因为水杯或瓶发出的音很难辨，要想让水杯或瓶发出一个音阶，让孩子好辨识，那是难上难，网上曾说专业人士调了一千多个啤酒瓶才调出来。我试过很多回，用烧杯、啤酒瓶请音乐老师一起调过，音都不对，杯子和瓶子很难同质、同音色。加入水琴课件作铺垫，初步感受“水越多音越低，水越少音越高”的现象。【Flash水琴课件图】：这个Flash水琴课件中杯子开始都是空的，有小槌敲击每个杯子，音高都相同，两把水壶可以加水或减水，水不同后，用小槌敲击就发出中音“do”到高音“ do”的
13、不同乐音，是钢琴的标准音。（2）水瓶实验，真实感受声音高低的变化。听听真实的水瓶乐器发出的音，提出研究问题：为什么水多音低，水少音高？推测：因为振动是不同的。（3）橡皮筋实验，观察到“声音高低振动速度”之间的关系，发现规律，建立振动波状模型。水瓶我们只能听到音高低不同，怎样看到声音高低不同时物体的振动状态呢？可以借助橡皮筋，让学生两人合作，分别拨动松紧不同的橡皮筋。听听声音有什么不同？橡皮筋的振动有什么不同？由于学生的橡皮筋短小，振动状态不明显，教师可再用长的航模用橡皮筋让学生清晰地看到松紧不同的橡皮筋发出高低不同的声音时振动速度的不同。从振动的图式模型转化为波状模型，有助于学生更深刻地理解概
14、念。【图式模型】橡皮筋松：声音低，振动速度慢。橡皮筋紧：声音高，振动速度快。【波状模型】 （4）推测验证音叉、风铃管的音高变化，强化“物体特征声音高低振动速度”三者的内在联系。推测其他更多物体的音高变化，在新情境下运用知识解释现象，并实现科学概念的迁移。2建立概念图，理解三者的本质联系：【概念图3】学习到这一步学生对概念图的编制已有一些认识，这个概念图根据情况可由教师编，也可以让程度好的学生自己编，除了从左向右理解概念外，还可以从右向左来理解，可以让学生换上不同的连接词，如：“音低”是因为“振动慢”是因为“物体大、粗、长、厚、松”，这样就可以把所有的概念纳入一个整体结构之中，所有概念之间都可以
15、建立起联系。3创造，制作自己的小乐器。 通过上面的教学，我们已经完成5E学习环的参与、探究、解释、迁移 （有的书也称“精致”，学生通过参与与此概念相关的活动，获得对概念更深刻的理解。），但缺了“评价”这一环节。我们的旧教材上曾有过制作我们的小乐器一课，我觉得这一课很好，现在我们可以在前面的学习基础上加上这一课，也可以让学生课外去制作小乐器，通过创造活动，我们可以评价学生在完成任务时所表现出的对“物体特征”与“声音高低”“振动速度”之间认识，从而帮助学生更好地建构概念。疑难问题四：声音以波的形式传播。声音是一种振动学生已经理解了，声音能通过各种介质从一个地方传播到另外一个地方，学生也容易理解，因
16、为能直接感受到，可“声音以波的形式传播”学生理解起来就困难了，因为无法直接看到声波。【解决策略】：1借助水波认识声波，建立声波模型。（1）先理解声音由声源向四面八方传播。老师在教室中间说话，让学生推测声音是怎样传播的，建立最初的图式，声音以同心圆方式向四周传递开去，类似扩散的方式（图1）。图式：（2）感受振动的音叉怎样引起水波振动，知道水波的这种振动由音叉振动引起。轻轻敲击音叉，用发声的音叉轻轻接触水面，观察水面的状态。再用不振动的同一个音叉轻轻接触水面，观察水面有什么不同？振动的音叉引起水波振动，不振动的音叉水面上没有水波，反复几次，得出结论，水波的振动是由音叉的振动引起的，音叉把振动传给了
17、水。（3）多媒体出示动态水波图，进一步强化学生对水波的已有认识。音叉引起的水波很小，用多媒体展示放大的水波图有助于学生更好地感知水波的特征。知道振动可以传递。 （4）迁移：声波也像水波一样，一波又一波地向外扩散。观看多米诺骨牌的连续倒下，知道水波和声波像多米诺骨牌一样能向外传递推动力。比较水波与多米诺骨牌的运动还有什么不同，知道水波能传递一个又一个推动力，而不只是一个，从而理解“一波又一波”。知道声波以类似水波的形式，由声源处以波的形式（像波浪一样）一波又一波地向外传递。2用日常生活中的声波图强化对声波的认识。如电脑上声音喇叭的图标上标有声波示意图，我们在讲述蝙蝠接收超声波时画的示意图等。通过
18、这些学生耳熟能详的图片进一步加深对声波的认识。以上是声音单元教学中遇到的几个疑难问题及自己教学中采取的解决策略。一点心得是一定要充分利用学生的已有经验，加强感知。因为声音看不见，有的物体振动很快，振动状态看不清，就要想法借助巧妙的器材让学生能看得到，摸得到，充分感受到。感知是理解的基础，不可跨越。同时，在感知基础上要强调模型的建立，要让学生的脑中有相应的图画，最后用概念图“把某一单元（学习单元）中包括的所有概念，用连接词及箭头把它们联结起来，使学生能较清楚地看到概念之间的联系，促进学习正迁移和意义学习（meaningful learning）的发生，从而提高学习效率。”【参考文献】：1.2009国培计划培训者培训，韦钰围绕概念和模型组织教学2.美阿瑟A卡琳 乔尔E巴斯 特丽L康坦特 ，教作为探究的科学，人民教育出版社，2008，P142，1433.美Joseph S.KrajcikCzerniakCarl F.Berger著，王磊等译，4.中小学科学教学基于项目的方法与策略，高等教育出版社，2004，P272，273，2525.郝京华主编小学科学教育概论，高等教育出版社，2008，P89
