音调、响度和音色

教材依据

人民教育出版社九年义务教育三年制初级中学教科书{dy}册第三章。

教学流程

教学简案

教学目的：

1. 了解乐音及它的三个特征：音调、响度和音色。

2. 了解音调的高低与发声体振动频率的关系；响度的大小与发声体振动的振幅、发声体与听者之间的距离的关系；不同发声体发出的乐音音色不同。

3. 培养学生观察、实验操作能力和概括能力，激发他们研究自然现象的兴趣。

4. 培养学生的科技意识和团队精神。

教学重点：

通过学生实验和演示实验，引导学生得出音调和响度的概念。

教学难点：

音调与频率的关系。

教学方法：

启发式教学法。

教学器材：

由电动机带动的可控制转速的发音齿轮，散片发音齿轮，锯条，橡皮筋，木板，图钉，小铁锤，学生自带乐器。

教学环境：电脑，投影仪，屏幕，视频展示台，物理实验计算机辅助分析系统。

教学实录：

一、引入新课

生：（一学生用沾水的泡沫板在玻璃上摩擦，发出刺耳的声音。另一学生拖动座位下的凳子发出讨厌的声音。）

（说明：刚上课，在几百位外校教师听课的情况下，居然有学生“扰乱课堂秩序，破坏学校形象”，这一反常行为立即引起学生公愤。教学设计达到了提高学生注意力，引起学生兴趣的效果。）

师：刚才的声音好不好听？

（说明：噢。刚才的声音原来是老师故意安排的，学生们一脸释然的表情。）

生：不好听。

师：我们把像这样嘈杂刺耳，令人烦躁的声音叫噪声。

（屏幕显示：噪声：嘈杂刺耳，令人烦躁的声音。）

（说明：因为教材后面将专门讲有关噪声的问题，所以此处不宜多讲，甚或举例，以免喧宾夺主。但课初又提出噪声的概念，其目的，一是为了利用噪声和乐音的强烈反差对比，突出乐音的概念，二是课初某些学生制造噪声的行为易引起其他学生的反感，从而达到引起学生注意的目的。）

师：下面同学们将听到几种声音。请同学们仔细辨别这些声音，看看有什么不同。

生：（大提琴、小提琴、长笛演奏，然后一学生独唱半曲。）

（说明：低沉、舒缓、优美的大提琴曲《化蝶》让学生陶醉，心境也顿时宁静。接着用小提琴拉同一首曲子，学生明显感到声音高低不同。荡气回肠的长笛曲无论从声音的高低还是音色，都让学生明显感到不同。而学生的一曲高歌不仅让同学们感到美妙，更感到亲切。同学们顿时轻松起来。在热烈、温馨、自豪的氛围中正式拉开了本课的序幕。）

师：刚才的声音好听吗？

生：好听。

（说明：学生一脸的轻松、愉悦和自豪。）

师：像这样优美动听，令人愉快的声音叫乐音。歌唱家的歌声，各种乐器发出的声音，都是乐音。刚才的乐音有哪些不同？

（屏幕显示：乐音：优美动听，令人愉快的声音。）

生：有大小不同，高低不同，还有用的乐器不同。

师：为什么同是乐音，会有高低不同，大小不同呢？要回答这个问题，我们一起来学习“音调、响度和音色”。

（屏幕显示：音调、响度和音色。）

二、新　授

1. 音　调

（1）音调的概念

师：我们把声音的高低叫音调。女生说话的声音高，音调高；男生说话声音低沉，沙哑，音调低。花腔女高音音调高，男低音音调低。刚才大提琴的演奏音调低，小提琴的演奏音调高。

（屏幕显示：一、音调　1. 音调：指声音的高低。）

（2）频率的概念

师：下面由同学们探究音调高低不同的原因。从哪里入手进行探究呢？

（说明：稍稍停顿。）

师：声音是怎样产生的？

生：声音是由物体振动产生的。

师：（边演示边讲解）既然声音是由物体振动产生的，那么，声音不同的原因一定与发声体的振动有关。下面以同桌的三个同学为一组，探究锯条的振动和它发声的音调关系。方法是，分别将锯条的1/4长和3/4长垂直于桌面边缘伸出桌外，用手按住桌子边缘及其上面的所有锯条，拨动桌外的锯条，使其振动。观察锯条的振动，辨别锯条发出的声音，填写表1。

表1　　　　　　　　　　锯条振动的快慢与声音之间的关系

学生探究一：探究锯条振动的频率和音调之间的关系

（说明：学生进行探究时，教师到学生中间去及时了解情况，进行指导。学生往往不会放置锯条，手压锯条的位置也往往不正确。）

师：通过刚才的探究，你们发现音调不同的原因是什么了吗？

（说明：请一个实验小组派代表发言，并将该小组所填的实验表格通过视频展示台向全班展示。）

生：是因为锯条振动的快慢不同。

师：对。为了描述物体振动的快慢，我们引入“频率”这个物理量。频率指物体1s内振动的次数。物体振动越快，1s内振动的次数越多，频率越大；物体振动越慢，1s内振动次数越少，频率越小。

（屏幕显示：2. 频率：物体1s内振动的次数。）

（3）初步建立音调和频率之间的关系

师：我们用频率表示物体振动的快慢，那么，音调跟发声物体振动的什么物理量有关？具体是什么关系？

生：音调与发声物体振动的频率有关。振动频率越大，音调越高；振动频率越小，音调越低。

（说明：还是让刚才的小组代表回答。）

师：其他小组有没有不同的意见？

（屏幕显示：音调与发声物体的振动频率有关。振动频率越大，音调越高；振动频率越小，音调越低。）

生：没有。

（说明：虽然学生通过自己的探究得出了音调与频率之间的关系，其实，学生心里对概念并没有多少底。）

（4）用计算机辅助分析系统探究音调和频率的关系

师：（边演示边讲解）打开电脑，从桌面依次进入“计算机辅助分析系统”，“力学”，“振动和波”，打开“振动和波”。敲击音叉，音叉振动发出声音，声波通过传感器传输给计算机，计算机自动将声波信号转变为电信号并显示出来。取观察时间为0.1s，0.1s内波形图波峰的个数为几个，那么，声波的频率也就是音叉的振动频率为每秒振动几次。改敲不同的音叉，辨别音调的高低，计算音叉的振动频率。探究这个实验，会带给我们什么结论？请同学们边做实验，边填好表2。

表2　　　　　　　　　　音叉振动的频率和音调之间的关系

（说明：从学生一张张好奇、兴奋的脸上不难发现学生对先进科技设备的渴望。初中二年级的学生并不懂波形图，更不懂传感器和计算机辅助分析，但这不重要，重要的是，要带给学生现代科技意识，通过高科技设备潜移默化地让学生知道“科学技术是{dy}生产力”，引导学生爱科学，知道学好科学文化知识的重要意义。为避免造成学生将信将疑的局面，简要说明实验装置的原理是必要的，还要教学生如何利用声波图形计算音叉的振动频率。）

学生探究二：用物理实验计算机辅助分析系统探究音叉的音调和振动频率之间的关系

（说明：学生非常好奇，热情十分高，起初个个争先恐后地敲音叉，动电脑，看波形图，觉得好玩有趣，但是，没有出来实验结果。经过研究，他们最终采取轮流分工合作的方式，极好地实现了团队意识教育。学生以三人为一组进行探究活动时，教师到学生中间进行指导，及时了解情况。教师将实验做得好的小组的波形图，通过辅助系统的功能投影到屏幕上，供全班学生欣赏，并请该小组派代表回答教师的问题。）

师：你们选取的观察时间是多少？这段时间里波峰的个数是多少？音叉的振动频率是多少？

生：（逐一回答教师提出的问题。）

师：换一个音叉重做上面的实验。哪个音叉发出的声音音调高？这个音叉的振动频率又是多少？

生：（边依照教师的要求做实验，边回答教师的问题，屏幕上的波形图也随之改变。）

师：通过实验你们得出什么结论？

生：音调的高低与发声物体的振动频率有关。振动频率越大，发出的声音音调越高；振动频率越小，音调越低。

师：其他小组有没有不同结论？

生：没有。

师：大家通过对锯条和音叉的振动探究得出了相同的结论，那就是：音调的高低与发声物体的振动频率有关。振动频率越大，发出的声音音调越高；振动频率越小，音调越低。

（说明：此时，学生才真正掌握音调和频率之间的关系。）

师：（边讲解边演示）我这里有一个发音齿轮，四个齿片分别有40、50、60、80个齿，从上到下依次装在同一根轴上，轴连同齿轮每秒转10圈，用塑料片从上到下分别接触齿片，塑料片振动。塑料片的振动频率分别为多少？

（说明：选择适当的角度，用视频展示台将操作过程清晰地投影到屏幕上，便于后排学生观察。教师边演示边讲解。发音齿轮由经过改装的慢速可调电动机带动。）

生：每秒振动400次、500次、600次、800次。

师：塑料片振动的频率越来越大，它发出的声音怎样变化？

生：音调会越来越高。

（说明：这时学生已牢记了音调、频率的概念以及它们的相互关系。在学生的预测中，教师控制演示节奏，稍带神秘的演示塑料片的振动发声，结果应验了学生的预测。学生高兴极了，成功的喜悦立即洋溢在脸上。）

2. 响　度

（屏幕显示：二、响度　1. 响度：指声音的大小。）

（1）振幅的概念

师：因为声音是物体振动产生的，所以，我们通过研究锯条和音叉的振动发声，找到了音调不同的原因。下面请同学们重新研究锯条和音叉的振动发声，探究乐音响度不同的原因。首先探究锯条的振动发声。（边演示边讲解）将锯条垂直于桌面边缘伸出桌外，用手按住桌子边缘及其上面的所有锯条，保持锯条位置不变，先后用手轻拨、重拨锯条，使锯条振动，仔细辨别声音，并同时观察锯条的振动。你们能得出什么结论？填写表3。

表3　　　　　　　　　　锯条振动的幅度与声音响度之间的关系

学生探究三：探究锯条振动的振幅与响度之间的关系

（说明：学生因为有了前面的实验基础，做这个实验时，就显得驾轻就熟了。）

师：哪个小组愿意派代表说说你们的实验现象和探究结果？（说明：各小组为了本组荣誉，都积极推选代表，被推选人中胆大的直接站起来发言了，胆小而没有站起来发言的代表，则受到小组其他两名同学善意的责怪。）

生：（逐一回答教师的提问）声音的响度与发声物体振动的幅度有关。振动幅度越大，声音响度越大；振动幅度越小，声音响度越小。

（屏幕显示：声音的响度与发声物体振动的幅度有关。振动幅度越大，声音响度越大；振动幅度越小，声音响度越小。）

师：很好。为了描述物体振动的幅度，我们引入振幅这个物理量。振幅就是振动物体离开原来位置的{zd0}距离。

（说明：教师振动手臂，形象地说明振幅的概念。）

（屏幕显示：2. 振幅：振动物体离开原来位置的{zd0}距离。）

（2）响度与振幅的关系

师：如果振动的幅度用振幅来表示，那么，响度与振动的什么物理量有关？是什么关系？

生：声音的响度与发声体振动的振幅有关。振幅越大，声音响度越大；振幅越小，声音响度越小。

（说明：相应的将原屏幕显示的“振动幅度”改为“振幅”。）

师：下面请同学们利用物理实验计算机辅助分析系统分析音叉的声音响度与振幅之间的关系。大家边做边想，看看怎样做，怎样分析，有怎样的结论。

学生探究四：用物理实验计算机辅助分析系统分析音叉的声音响度与振幅之间的关系

（说明：这对学生的发散实验能力是很大的挑战，个别小组边做边摸索，很快找出了方法。他们的成功激励着邻组。有的小组干脆过来讨教，只有极个别的小组一筹莫展，教师及时辅导。）

师：你们是怎样操作的？又是怎样分析的？结果怎样？

（说明：将实验做得又快又好的小组的波形图反馈到屏幕上，并请该组代表回答问题。）

生：敲击音叉，采集声波波形图。通过实验发现：轻敲音叉，音叉振幅小，波形图的幅度小，这时音叉发出的声音也小；重敲音叉，音叉的振幅大，波形图的幅度大，这时音叉发出的声音也大。以上现象说明：响度跟音叉振动的振幅有关。振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。波形图的幅度越大，说明音叉振幅越大，波形图幅度越小，音叉振幅越小。

（屏幕显示：响度跟发声物体振动的振幅有关。振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。）

师：该小组同学肯动脑筋，思路清晰，配合得好，实验做得又快又好，值得大家学习。

（说明：同学们都把羡慕的目光不自觉地投向该小组，而该小组的同学露出无法掩饰的得意的微笑。正当此时，有一名学生举手要求发言。）

师：（面对举手的学生，充满肯定的、鼓励的语气）请说。

生：其实只敲一次音叉就可以。敲一次音叉后，当声音逐渐减小时，发现声波波形图的幅度越来越小，就能说明“响度与发声物体的振幅有关”。

（说明：话音刚落，教室里立即爆发雷鸣般的掌声，刚才有些得意的同学也为自己的骄傲有点不好意思了。）

（3）响度与距离发声体远近的关系

师：通过对锯条和音叉的研究，我们得出了相同的结论，那就是：响度跟发声物体振动的振幅有关。振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。那么，乐音的响度还会不会跟其他因素有关呢？下面，我说一句话，请同学们仔细听，看谁能重复出来。

（说明：实验虽然简单，但颇具挑战性。学生们聚精会神，有的甚至伸长脖子侧耳倾听。）

师：深高好。

（说明：“深高”是深圳高级中学的简称。教师说话时略带神秘，注意不要让学生看到口形，否则，有被后排学生猜出来的可能。）

生：（后排的）听不到。（前排的）深高好。

师：同样都是我说的话，距离我远的同学听不到，而距离我近的同学却能准确地重复出来，这一现象说明了什么？

生：声音的响度还跟距离发声体的远近有关。距离发声体越远，响度越小；距离发声体越近，响度越大。

（屏幕显示：声音的响度还跟距离发声体的远近有关。距离发声体越远，响度越小；距离发声体越近，响度越大。）

师：请同学们利用计算机辅助分析系统验证声音的响度与距离发声体远近有关的结论，做出来就请举手。

（说明：因为这个实验本身很简单，加之同学们已有一定的实验基础，所以，不需要教师过多指导。）

学生探究五：用计算机辅助分析系统验证“声音的响度与距离发声体远近有关”

（说明：有了前面的实验基础，以及有良好表现会受到表扬的好胜心理，各小组更加愿意独立思考，更有竞争意识了，实验氛围空前紧张，不一会儿，很多小组举手表示完成实验要求了。）

（4）响度与音调的区别

师：我们讲了音调与响度的概念及其影响因素。那么，是不是音调高的声音响度一定大，音调低的声音响度一定小呢？

（说明：音调和响度是学生很容易混淆的两个概念。很多学生认为声音小就是音调低。）

生：不是。

（说明：其实，学生此时的回答还带有一定的盲从性，可信度并不高。）

师：能不能说出理由或者举出事例进行说明？

（说明：同学们个个一副绞尽脑汁的样子，少倾，有学生举手。）

生：（分别小声唱高音，大声唱低音。）

（说明：同学们热烈鼓掌，对她的表现很钦佩。）

3. 音　色

师：刚才那名同学如果在教室外唱歌，你们能听出是她的声音吗？

生：能。

师：如果那名同学在教室外拉小提琴，你们能听出那是小提琴的声音吗？

生：能。

师：我们之所以能听出熟悉的人、熟悉的乐器的声音，是因为不同的人、不同的乐器发出的声音有不同的特色，叫做音色不同。

（屏幕显示：三、音色）

师：不同的发声体音色不同，音色是由发声体本身决定的。影响音色的具体因素将在高中阶段学习。

（屏幕显示：不同的发声体音色不同，音色是由发声体本身决定的。）

三、探究巩固练习

师：这节课，我们学习了区别乐音的三个特征：音调、响度和音色。乐音不同的原因都与发声体的振动有关。音调由发声体的振动频率决定，响度与发声体振动的振幅有关。现在请同学们利用橡皮筋、木板、铅笔、小铁锤做橡皮筋的振动探究。改变橡皮筋的振动长度，看看橡皮筋发声有什么不同。重拨、轻拨橡皮筋，看看橡皮筋发出的声音有什么不同。通过实验回答下列练习。

（屏幕显示：

1. 弦乐演奏者演奏前常常调弦。音高时，要使弦发出的声音音调变低，应把弦调 ___________ 一些，以使它振动的 ___________ 。

A. 紧　　B. 松　　C. 频率变大　　D. 频率变小

2. 二胡演奏者演奏时，按在弦上的手指向下移动，弦振动的，发出的声音。）

（说明：学生针对提出的问题专注的做实验。问题回答得相当准确。可见，通过系列的探究活动，确实很好地实现了教育教学能力培养的目的。）

学生探究六：利用橡皮筋、木板、铅笔、小铁锤进行橡皮筋的振动研究（说明：学生往往向上拨动橡皮筋，欲使橡皮筋上下振动。应提醒学生左右拨动橡皮筋使其振动。学生往往会通过固定两根松紧不同的橡皮筋改变橡皮筋的振动长度，观察橡皮筋的振动和发声，不能充分利用铅笔改变振动橡皮筋的长度。学生开始实验时会为图钉钉紧橡皮筋，橡皮筋没有振动空间而烦恼，然后会思索着用铅笔解决困难。）

四、学生课后小制作

师：请同学们根据橡皮筋的实验研究制作一个“皮筋琴”。

（屏幕显示：扬琴画面，用以暗示指导学生的小制作。）

教学设计说明

1. 这节课教师打乱教材结构，打破常规教学新课引入法。首先让学生在玻璃上摩擦泡沫，通过发挥学生多才多艺的特点，让学生拉大、小提琴，吹长笛，唱歌，激发学生的兴趣，得出乐音和噪声的概念。在要求学生通过对以上乐音仔细辨别的基础上，导入新课，明确课堂任务。

2. “锯条振动发声”的“土实验”简单易做、可见度大、通俗易懂。从生动的直观开始，学生获得生动而具体的感性知识后得出频率、振幅的概念，学生再通过对“土实验”的分析、推理，初步得出音调与频率的关系、响度与振幅的关系。进一步让学生通过使用“物理实验计算机辅助分析系统”这一{jd0}科学技术的“洋实验”。通过对音叉的振动探究，得出音调和频率的关系以及响度和振幅之间的关系，实现土、洋实验的有机结合，从感性认识到理性认识的自然过渡，从而揭示现象的本质，完成由具体到抽象的高度和谐统一。学生在研究状态下学习的主体作用得以充分体现。

3. 这节课的启发式教学方法贯穿教学的每个环节，而且环环紧扣，步步深入，承上启下，自然流畅，令人深思。开始通过学生吹长笛得出乐音的概念，继而又通过仔细辨别学xx出的不同乐音，发掘问题，激发学生的求知欲，得出音调、响度和音色的概念。接着学生通过土、洋两个实验分析总结出音调、响度与振动的关系。教师再次利用视频成像器演示发音齿轮现象，使学生深刻理解频率的概念，音调和频率的关系更加形象，学生记忆牢固。在教学过程中，围绕本节教学目的，连续设问，层层深入，不断给学生指出思考的方向和线索，并且抓住生活现象与物理知识的联系，引导学生联想和推理，从而得出新结论。总之，教师的主导作用通过学生的主观能动性起了积极有效的作用。

4. “创新是一个民族的灵魂”。学生是祖国的未来，培养学生的创新思维方法、创新思维能力是教师的责任。课堂教学方法必须服务于人才素质的培养，应追求教学的{zj0}效果。这节课彻底改变了“教师教，学生学”的注入式和“物理课堂数学化”的教学模式。学生“在探究状态下学习”贯穿整个课堂教学。不同的知识、不同的能力要求采取不同的活动、不同的教法。整节课教法灵活，构思新颖别致，引人入胜，效果好。教师充分发挥学生的特长引入新课，使学生一开始就置身于兴趣浓、求知旺的情景中。土实验让学生感到亲切可信，洋实验使学生大开眼界，豁然开朗，发音齿轮惟妙惟肖。教师一句“深高好”，远处的同学听不清，妙趣横生，轻而易举地说明了响度与距离发声物体远近有关的道理。学生的一句小声高唱，生动形象地区分了音调和响度这两个概念，化难为易。学生通过研究橡皮筋的振动发声，找出弦乐发声的原理，并制作出“皮筋琴”，将对学生的科学素质培养、实践能力培养推向高潮。

点　评

1. 课堂设计科学、流畅，艺术享受美。

2. 学生身边的“土实验”和应用{jd0}科学技术的“洋实验”有机结合，相映生辉美。

3. 培养学生的科学素质、实践能力、观察能力、分析思维能力、研究问题等能力，独具匠心美。

4. 现代教育技术设备合理、高效利用，人机对话美。

5. 针对学生生理、心理特征，充分刺激感官，学生兴趣浓厚美。