【虚谷物联与科学探究】声音在不同物体中的传播

涉及学科：物理、技术

声音的传播是小学科学物质科学领域的内容，教育部制定的小学科学课程标准要求3-4年级的学生探索声音在不同物质中的传播。为此，教育科学出版社小学科学教材四年级上册针对性地设计了一个实验，让学生探索声音在铝箔、棉线、尼龙绳、木质米尺中的传播效果。本案例为该实验的数字化改造，改造后的实验更具可操作性，并将原实验设计的主观判断改为量化比较。

● 改造教材的实验设计

教材中，原实验设计为学生直接用耳朵贴着实验介质听传导过来的声音大小。为取得更明显的实验效果，我引导学生改造了“土电话”，分别制作了铝箔、棉线、尼龙绳三种介质的土电话。这样即便是不借助数字化实验装置，也能让实验结果更具区分度。我们还可以基于开源硬件，用传感器替代人耳，用掌控板来分辨不同介质传播声音的效果，并用虚谷物联做数据记录。

这个小朋友正在做铝箔土电话

这组拿的似乎是绑大闸蟹的那种粗棉绳

这是尼龙绳版本的

棉线土电话玩过了，测试下铝箔土电话的效果

 ●用虚谷号搭建SIoT服务器

搭建服务器部分的内容在之前的文章已出现过，为避免大家移步阅读的麻烦，这里再复制一遍。熟悉这部分的老师可以直接略过。

SIoT已在虚谷号出厂预装。作为一个开源物联网项目，若被删除，可至GitHub下载针对vvboard的版本安装。

（网址：

https://SIoT.readthedocs.io/zh_CN/latest/）

虚谷号部署SIoT的步骤如下：

1.将USB线连至虚谷号的OTG口

2.稍后系统会将虚谷号识别为一个U盘

3.打开vvBoard的文件夹

4.用记事本编辑vvBoard_config文件

将SSID和SSID_PSD改为局域网的WIFI账号密码，保存配置文件。

5.重启虚谷号，双击“访问siot”

正常情况下，此时浏览器应呈现SIOT的后台登录页面

如果未自动生成包含虚谷号IP地址的快捷方式，可再次进入vvBoard文件夹，打开其中的wifi_log日志文件

如图，虚谷号的IP地址为192.168.0.1，访问http://192.168.0.101:8080/html/即可打开后台页面。

● 实验装置的硬件搭建

材料清单

虚谷号×1

掌控板×1

掌控I/O扩展板×1

模拟声音传感器×1

连线示意图

● 程序设计

程序设计的思路是：设置一个变量max用以记录声音传感器获取的数据。每次敲击音叉前，按下按钮A开始记录，在按钮B被按下之前，系统会持续将这一时段的最大值赋值给变量max，这样就能获取该次敲击的最大音量数据。

● 课堂教学实践

自从用上了虚谷物联，我上课时通常是提着这么一篮子家伙去的。

这一篮包括无线路由器、虚谷号、前述实验装置、充电宝、音叉。

实验过程中，小组成员的配合比较重要。敲击手发力是否稳定、介质长短是否接近、捏住纸杯的同学是否保持了介质的紧绷，都可能影响实验结果。

所以当出现离谱数据的时候，还是要引导学生找出问题所在，并让学生重新操作，以便尽量减少影响实验结果的变量。

折线图上的每一个点，代表一次敲击，其中有一些是明显失误的记录。这些失误的记录倒也并非没有价值，因为可以就此让学生明白控制实验变量的重要性，并努力消除这些影响。

● 小结

改进后的数字化实验，实验结果更加直观，更有说服力，但依然有值得完善的地方：

1.用创客的方式减少实验变量

敲击力度的一致性、介质是否保持紧绷等实验变量，在教材的原始实验设计和我们的实验中共同存在。我计划用铁架台结合3D打印支架来固定“土电话”，并由掌控板发送指令控制舵机敲击音叉。这样应该能在很大程度上消除这两个变量。

2.如条件允许，数字化实验装置可以由学生来设计制作。

其实大家都明白这个过程的价值，但是教学的时空掣肘，依然是STEM课程落地的痛点。迎合了时间上的限制，终究满足不了更适合孩子的学习方式啊！