振动的音符

（注意：本课程包含 A 和 B 两个部分，它们对于完全达到教学标准都至关重要。如果时间有限，请根据学生的需要从这两部分中选取一些内容进行讲解。）

本课程的主要学习内容是制定方案并开展调查，弄清振动是如何产生声音的。学生将设计并搭建一个模型，用来帮助他们进行研究，这是一种充满乐趣的动手实践式体验。可通过查看提供的示例获取灵感。学生需要设计并搭建自己的鼓或其他测试模型。

• 科学背景 - 振动的音符:
  • 当物体振动时，会产生一种能够借助空气传播的能量波（即所谓的“声波”）。声波会让耳鼓发生振动，然后大脑会将这种振动识别为声音。
  • 可以根据声波产生的方式对乐器进行分类。打击乐器（鼓、木琴）是一类在演奏时整个乐器都会振动的乐器。
  • 弦乐器（小提琴、吉他）是一类通过琴弦的振动产生声波的乐器。
  • 管乐器（小号、竖笛、长笛）是一类通过乐器内部的空气柱振动来产生声音的乐器。
  • 感受乐器振动的方式包括触摸、用眼睛观察和聆听声音。
  • 注意：如果学生感觉不到或观察不到白色乐高板上产生的振动，可以让他们使用纸杯，这种做法更易于观察。
• 前期知识铺垫 - 振动的音符: 利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
  • 常见的乐器有鼓、三角铁、音叉、木琴、吉他、钢琴、长笛等。
  • 振动会使物体产生一种往复的运动或震动。
  • 材料在振动时会产生声波。
  • 声波能够让材料产生振动。
  • 关键词汇: 振动、乐器
• 搭建和编程提示: 请查看学习单元中的建议。针对本课程的建议：
  • 利用 SPIKE App 应用程序“帮助”>“图标模块”菜单中的“电机模块”部分提供更多支持。
• 材料: 准备一些乐器用于在课堂上进行演示和测试：鼓、三角铁、音叉、木琴、吉他、钢琴或长笛。给每对学生搭档各发一根橡皮筋、一个纸杯和一个浅碗（装半碗的水）。确定是否要让学生用装水的碗来测试振动，如果打算让他们做这种测试，请提前做好必要的保护。如果要开展“扩展”部分的活动，请为每个学生制作一份日志，用于记录声音。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：玛丽亚会弹钢琴。她想要弹奏更多不同的音乐。你能帮她搭建某种乐器吗？

• 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论，期间可根据需要使用故事图片，并演示音叉或手头其它乐器的使用方式。

  • 让学生在您/他们演奏时触摸每种乐器并感受振动。然后问：你在触摸乐器时，有什么感觉？ （振动/摇晃/移动）
  • 它什么时候会振动？（当老师/学生弹奏乐器的时候，或者当有声音产生的时候）
  • 你认为是什么让它振动的？（让学生预测每种乐器发出声音的方式。将他们共有的一些想法记录下来，作为共享的参考材料。）
  • *如何来制造一种乐器，让它也能以同样的方式振动？*跟旁边的同学分享你的想法。然后我们将通过测试来找出答案。（制定需要共同遵循的测试方案。）

• 给每个小组分发一套 LEGO^® Education SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在学生搭建或编程的过程中，可以通过分享下面的示例来给他们提供协助。告诉学生，他们可以用示例中鼓的模型来测试，也可以自己设计并搭建一种鼓或其他的乐器来进行测试。

• 让学生两人一组，共同完成下面的活动：

  • 设计一种方案来测试他们对乐器发声方式（通过产生振动）的预测，先从鼓开始。（可能的方案包括：在产生声音时感受白色板子上的振动或移动，或者在鼓面上放一个装有水的碗或盘子，在产生声音时观察碗或盘子中水的波动。请注意，不是所有的乐器都能产生足够大的振动，从而让板子产生振动感或者让水产生波纹。）
  • 用基础模型搭建一个鼓，帮助玛丽亚演奏更多的音乐。
  • 对模型进行编程，让鼓槌能够不断地敲击白色的板子。

• 让同伴按照他们制定的方案轮流测试他们的预测是否正确，包括：

  • 用鼓槌敲击白色的板子
  • 观察（看、听、感觉）白色的板子是否产生了振动或移动。
  • 确定鼓何时发出声音。
  • 尝试以各种方式演奏以制造不同的振动，看看鼓可以发出哪些不同的声音（例如，使用不同的“鼓槌”，例如铅笔的一端或另一端，沿着板子表面拖动鼓槌而不是敲击它等）。
  • 描述他们看到了什么，听到了什么，以及感受到了什么。

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论如何用乐高^®组件或其他材料（例如，纸杯）来制作不同的鼓面，从而在被敲击时能够发出不同的声音。

• 在活动进行到一半的时候，让学生按照他们习惯的方式交流想法，并利用在分享中获得的灵感进一步完善他们的模型。

创意示例

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。

• 让每个小组用他们的模型进行演示并解释：

  • 他们测试了什么想法（预测），是如何测试的。（他们认为会发生什么？）
  • 他们的鼓是如何发出声音的？
  • 他们用了哪些方法来让鼓发出不同的声音？
  • 每当他们听到白色的板子有声音发出时，都会发现什么现象？他们是怎么知道的？每次都会发生相同的情况吗？
  • 分享他们学到的知识，并举例说明。
  • 测试方案是否取得成功，还是他们必须要调整方案。

• 引导学生利用研究结果来论证“材料在振动时能够发出声音”的观点。（学生应该观察到，敲击白色的板子能够产生振动或移动，并且振动程度会根据鼓槌的运动方式而变化。他们应该能够提供凭借视觉、听觉和感觉所获得的证据。他们可能会感觉不到任何振动。）

如果要继续学习“B 部分 — 解释”，请让学生保留搭建好的模型，或者给他们一些时间重新进行搭建。

B 部分（45 分钟

• 重复“A 部分 — 解释”中的步骤，让其他小组演示并解释他们的学习成果。

• （5 分钟）回顾“参与”部分演示的内容，并分享背景知识，帮助学生更好地进行拓展：

  • 除了鼓之外，还有很多其他种类的乐器，包括弦乐器。演奏者通过琴弓或拨片拨弦，或者使用手指拨弦，能够让弦乐器发出声音。

• （5 分钟）让学生完成 App 应用程序中的下一项挑战：

  • 制定方案并测试弦乐器的发声方式。（他们可以直接使用或局部调整“探究”部分的测试方案，以研究橡皮筋能否发出声音，以及如何发出声音。）

• （15 分钟）

  • 分发橡皮筋。
  • 让学生将橡皮筋拉长，然后用力拨动。你听到了什么？看到了什么？感觉到了什么？（他们应该能够看到橡皮筋来回移动，感觉到它的振动，并听到声音。）

• （5 分钟）鼓励学生分享：

  • 帮助他们完成挑战的知识、想法或技能。
  • 他们在搭建和测试过程中获得的知识、想法或技能。

• 让学生整理套装和工作区。

• 在学生构思、搭建和编程的过程中，利用引导性问题促使他们进行思考和做出决策。

教师观察清单

• 查看主要目标（教师支持部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们的鼓模型包含一个振动部件。
  • 他们的研究方案包含一种测试乐器（和其他材料）如何发出声音的方法，其中包括可以通过哪些动作来让材料产生振动。
  • 他们能够用模型来论证：材料在振动时能够产生声音。

自我评估

让每位学生选择一块最能代表自己当前水平的积木。

• 蓝色积木：我觉得自己能够按照说明创建程序。
• 黄色积木：我能够按照说明创建程序。
• 绿色积木：我能够按照说明创建程序，还能帮助同伴达到相同水平。

同伴反馈

让学生在各自小组内讨论他们的合作经验。
鼓励他们使用如下表达方式：

• 当你……我非常感兴趣
• 我想了解更多关于你如何……

可通过如下方式简化本节课：

• 在学生制定方案的过程中，帮助他们将测试步骤与他们对于声音和振动的预测联系起来。在学生预测、测试和观察的过程中，针对每个步骤给出提示并提出引导性问题，例如如果用鼓槌敲击板子会发生什么？勇敢尝试！你感觉到板子移动了吗？
  可通过下列方式增加难度：
• 向学生提出挑战，让他们用 SPIKE^™ 科创基础套装搭建一个弦乐器（比如吉他、小提琴、大提琴等）。让他们直接使用或局部调整之前的测试方案，以研究乐器是如何发出声音的。或者，让学生研究声音能否让材料产生振动。他们可以为测试准备一张纸，或者一个扬声器。

• 给每个学生提供一份空白版的研究报告日志，上面带有小时和半小时标记。让他们以文字、视频或音频的方式，在日志上记录下他们在一天中的不同时间观察到的声音（冰箱的嗡嗡声、电视发出的声音、鸟儿鸣叫或拍打翅膀的声音、操场上的秋千吱吱作响的声音、弹跳球发出的砰砰声）。让学生写出、画出（例如，在图片上圈出或用箭头指示）或说出他们观察到声音的时间，以及他们认为每种声音分别是由什么物体或材料在振动时产生的。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。