物理核心素养指导下对实验探究的思考与改进

杨红粮 王久强

摘 要：物理学科的核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，物理的学科核心素养要求培养学生的物理觀念、科学思维、实验探究、科学态度与责任.从原来的新课标到现在的物理学科核心素养都强调要重视培养学生的实验探究能力，即提出物理问题，敢于猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.对于“声音的传播”实验的思考和改进就是从规范实验探究的角度进行探索的.

关键词：核心素养;实验探究;声音的传播

文章编号：1008-4134（2019）18-0031中图分类号：G633.7文献标识码：B

目前，关于声音的传播实验基本都是验证性实验，缺乏提出问题、猜想与假设、设计实验和归纳结论的过程.规范的实验探究，应该有对比实验，而目前课堂上出现的实验以一次性验证为主，没有对比实验或用控制变量法解决问题.所以目前关于声音的传播实验基本上不能体现培养学生实验探究能力.声音的传播是初中物理阶段学习的知识，为培养学生的探究能力，应尽可能为学生创设实验探究的情景，尽可能为学生提供实验探究的条件.

物理学科素养强调，物理学科教学要培养学生的科学探究能力，很多传统实验的做法只能在一定程度上补充学生认知经验，帮助学生记住和理解知识，但是不能提高学生对科学探究的认识.所以课堂上应尽可能利用这些背景知识为学生创设实验探究的情境，把原有实验加以改进，让学生体会探究.

1 关于声音的传播，目前课堂上一些实验存在的问题

1.1 关于空气可以传播声音实验

如图1所示，铁架台、两个音叉放在桌面上，铁架台上挂一个乒乓球，乒乓球紧贴左边的音叉，用橡胶锤敲击右边的音叉，左边的音叉将乒乓球弹起，说明空气可以传播声音.如图2所示，扬声器发声时，蜡烛会随着扬声器的声音有节奏的晃动，说明空气可以传声.

这两个实验存在缺点，虽然乒乓球跳起来，主要是由于空气传播造成的，但是音叉和铁架台都放在桌面上，不能排除固体传播声音的影响，相当于没有控制变量，也没有对比实验，扬声器和蜡烛实验也是存在同样的问题.所以这两个实验只能作为验证性实验，不能称之为物理学科素养所要求的探究实验.

1.2 关于真空不能传声

如图3甲、乙所示，将闹钟放在真空罩内，将手机用细线悬挂在真空杯中，利用抽气筒向外抽气，随着空气减少，收听者听到的声音减小，最后听不到声音，于是得到结论：真空不能传播声音.

这两个实验存在缺点，首先，真空罩的内部空间不可能被抽气筒抽成真空，不能得到真空不传声的结论.第二，没有对比实验，没有从提出问题开始让学生体验探究，体验控制变量法.第三，闹钟与真空罩底部相连，手机通过绳子与真空杯相连，不能排除固体传播声音对收听者的影响.所以，这两个实验只能算是验证性实验，不能称之为物理学科素养所要求的探究实验.

1.3 关于固体传声问题

如图4甲所示，用“土电话”更容易听到远处较小的声音，说明固体能够传播声音.如图乙所示，将耳朵贴在桌面上，更容易听到桌子的另一侧手与桌面摩擦的声音，说明固体能够传播声音.

一些课堂上是按以上方式处理固体传声这一知识点的，为学生记忆和理解知识补充了生活经验和客观事实，但是存在问题，要证明固体可以传播声音，就要尽可能排除空气传播声音的影响，而且此实验缺乏对比实验，不能让学生体会从提出问题到解决问题的科学探究过程.

2 对声音的传播实验的思考和改进

准备器材：磁悬浮、真空罩、蜂鸣器、抽气机和分贝仪.

2.1 对空气可以传声实验的改进

（1）引导学生提出科学问题或给出探究问题

给学生这样的阅读资料，太空宇航员不能直接沟通，需要无线电交谈，而地球表面的人却可以直接交谈，引导学生提出可探究的科学问题，如声音的大小与空气的多少有关吗？

（2）提出猜想与假设

有了科学问题，学生要进行合理猜想与假设，如声音的大小与空气的多少有关，且空气越少，声音的大小越小.

（3）设计实验

引导学生分析变量并根据器材设计操作措施，空气的多少是自变量，可以用抽气机减少真空罩内的空气从而改变自变量.听到或检测到的声音大小是因变量，可以通过分贝仪或手机分贝软件检测，人耳听觉作为感受检验.考虑到固体也可能传播声音，影响分贝仪的示数，所以作为控制变量，要排除固体传播声音的影响，就要让发声体不接触真空罩玻璃壁和底座，可以用磁悬浮使发声的蜂鸣器悬浮在空中.

装置组装如图5甲所示.

（4）如图5乙、丙所示，进行实验收集实验数据（见表1）.

（5）分析数据得到结论

通过数据发现，抽出空气后，分贝仪的示数变小，说明分贝仪检测到的声音大小与真空罩内空气多少有关，并且空气越少，检测到的声音越小，在这个实验基础上，可以得到结论，声音的传播需要介质，空气是传播声音的介质.虽然这个实验不能创造真正的真空环境，但是根据空气越少，听到声音越小这一结论，可以推测得出真空不传声的结论，思路类似于牛顿第一定律的得出，是在实验的基础上推理得到的.

通过这个实验的探究，不仅让学生感受了从提出科学问题，到设计实验解决问题的探究过程，而且得到空气可以传声，真空不能传声的结论，所以要得到一个结论，可以设计一些巧妙的科学问题让学生体验探究过程，培养学生的探究能力.

2.2 对固体可以传播声音实验的改进

如图6所示，将发声器贴在玻璃壁上，抽出空气，尽可能控制空气传播因素，对比发声的蜂鸣器是否接触玻璃壁对声音传播的影响，用分贝仪检测声音大小.进行实验测得数据（见表2）.

通过数据发现，在尽可能控制空气传播的情况下，蜂鸣器贴在真空罩玻璃壁上时，存在玻璃的固体传播，分贝仪的示数明显不同，说明固体可以传播声音.

这个实验改进优点在于，体现了控制变量的思想，培养学生控制变量的意识，从而提升科学探究能力，体现了物理学科核心素养的要求.

本篇对声音传播实验的改进，体现控制变量的思想.通过问题的研究，也得到了空气、固体可以传播声音（液体是否可以传播声音也可按照此装置进行探究），真空不传声的结论.所以，让学生获取一个知识，可以巧妙地设置一些问题让学生研究，培养学生的实验探究能力和解决问题的能力，包括如何根据器材设计实验，如何改进器材等.

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