依據山野中凝聽到的聲音,有系統地介紹聲音的傳導,物理性質,並寫成教案
依據山野中凝聽到的聲音,有系統地介紹聲音的傳導,物理性質,並寫成教案
### **自然聲學探索教案:山野聲音的物理奧秘**
**課程名稱**:從蟲鳴到風嘯——聲音科學的野外實證
**教學對象**:國中自然科/高中物理(跨領域整合)
**課程時間**:90分鐘(可拆分為理論40分鐘+實作50分鐘)
**核心概念**:聲波傳導、頻率與振幅、介質影響、生物聲學
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### **一、教學目標**
1. **知識層面**:
- 理解聲波的產生與傳導路徑,分析不同介質(空氣、固體、水)的傳聲效率。
- 認識聲音三要素(頻率、振幅、音色)與其物理意義。
2. **探究層面**:
- 透過山野實測,驗證環境變因(濕度、溫度、障礙物)對聲音的影響。
- 對比生物聲(鳥鳴)與非生物聲(溪流)的波形特徵差異。
3. **應用層面**:
- 思考人類活動噪音對自然聲景的干擾,提出科學減噪方案。
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### **二、教學準備**
1. **工具組**:
- 基礎設備:手機(安裝頻譜分析App如Spectroid)、聲級計(分貝儀)、振動音叉(440Hz)。
- 自製教具:簡易「土電話」(紙杯+棉線)、長木棍(固體傳聲實驗)。
2. **場地需求**:
- 多樣化聲景區域(森林、溪畔、空曠岩地),建議陰天(濕度高,利於聲音傳導比較)。
3. **學習單**:附聲波圖表、介質傳導比較表、生物聲頻率範圍參考。
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### **三、教學流程**
#### **階段1:現象觀察 → 問題提出(15分鐘)**
1. **靜默聆聽任務**:
- 學員閉眼記錄1分鐘內聽到的所有聲音,分類為:
- **生物聲**(鳥、蟲、蛙)
- **非生物聲**(風、水、落石)
- **人為聲**(遠方車聲、飛機)
2. **關鍵提問**:
- 「為什麼啄木鳥的敲擊聲比蟋蟀叫傳得更遠?」
- 「溪水聲在霧天聽起來更清晰,可能原因為何?」
#### **階段2:理論架構 → 聲學三要素(25分鐘)**
1. **介質實驗組**(分組操作):
| **介質類型** | 實驗方法 | 學員記錄(傳聲效果★~★★★★★) |
|--------------|---------------------------|-------------------------------|
| 空氣 | 音叉震動,測5公尺外音量 | ____________ |
| 固體(木材) | 耳朵貼近木棍,敲擊另一端 | ____________ |
| 水面 | 手指輕劃水,聽水下聲音 | ____________ |
2. **參數測量競賽**:
- 使用手機頻譜App,測量以下聲音的**主頻率**與**持續時間**:
- 風搖樹葉(寬頻噪音) vs. 蟬鳴(窄頻純音)
- 比較「近距離鳥叫」與「50公尺外鳥叫」的頻率衰減差異。
#### **階段3:野外聲學探究(40分鐘)**
1. **環境變因實驗**:
- **濕度影響**:同一地點,測量乾燥地面與潑水後地面的腳步聲回響差異。
- **溫度梯度**:清晨(低溫)vs. 午後(高溫)的遠方聲音可聽度比較。
2. **生物聲學挑戰**:
- 推測「貓頭鷹低頻叫聲」的演化優勢(低頻聲波繞射能力強,利於穿過密林)。
#### **階段4:應用與反思(10分鐘)**
1. **聲景地圖繪製**:
- 標註各測點的分貝值與主要聲源,分析「自然安靜區」與「噪音熱點」。
2. **減噪設計提案**:
- 若在溪邊設置步道,如何利用聲波反射原理(如堆石牆)阻隔公路噪音?
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### **四、評量與延伸**
1. **實作評量**:
- 完整度:是否記錄三種介質的傳聲數據?
- 推論力:能否用「波長」解釋高頻聲(鳥鳴)比低頻聲(雷)易被障礙物阻擋?
2. **延伸活動**:
- **仿生設計**:模仿生物發聲結構(如蟬腹共鳴腔)製作樂器。
- **聲景保育**:錄製瀕危物種叫聲(如山羌),分析棲地破碎化對聲波傳播的影響。
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### **五、教學提示**
- **安全第一**:溪畔實驗需遠離急流,禁止獨自行動。
- **低科技備案**:若無測量工具,可改用「相對比較法」(如A聲音比B聲音尖銳→頻率較高)。
- **跨科連結**:
- 生物:動物聽覺範圍比較(蝙蝠超聲波vs.人類可聽聲)。
- 地科:逆溫層對聲音傳遞的影響(解釋「聲音清晰之夜」)。
此教案將抽象聲學理論轉化為可觸摸的自然現象,透過「假設→驗證→應用」三步驟,培養學生像聲學家一樣思考。