摘要：演示实验是提高震动与声基础理论讲课疗效的有效辅助教学技巧。演示实验把震动与声的规律和现象直观地对中学生进行诠释，提高中学生对理论知识的理解，同时吸引中学生注意力，活跃课堂氛围。遵守针对性、直观性、可靠性、安全性和启发性的原则进行演示实验设计，采用合理的实施方式在理论讲课过程中进行实验演示，达到提高震动与声基础理论课程讲课疗效的目的。
关键词：震动与声基础；演示实验；学院数学
1序言
“振动与声基础”是声学类专业的一门理论基础课程，也是一门以实验为基础的课程[1]。在理论课的教学过程中，会有大量具象的和无法理解的震动规律和声学现象，通过演示实验直观地进行震动与声学化学规律和现象的展示，将会提升班主任的讲课质量，也会令中学生对知识点的理解达到事半功倍的疗效。教育部在最新出台的《非化学类理工学科学院化学课程教学基本要求》中明晰强调：“大学数学课程的主要内容都应有演示实验（实物演示和多媒体仿真演示），其中实物演示实验的数量不应多于40个。”可见演示实验对学院数学理论教学具有极其重要的作用和意义[2]。声学是数学学的一个重要分支，在声学课程教学过程中也应注重相应演示实验的设计、开发和施行。
2演示实验的作用
演示实验是理论课教学的一部份，是为了配合理论知识的讲解、更有效地让中学生理解数学概念和规律的辅助教学手段。“振动与声基础”课程包含理论课和实验课，实验课是让中学生作为主体动手操作的实验。演示实验是在理论课堂上为某一个理论知识点设计的、主要是班主任操作演示的实验，每位演示实验的用时较少，中学生不参与动手，以观察现象、总结规律为主要目的。理论讲课中的演示实验不能取代课程配套的实验课中以中学生动手为主的专题实验。演示实验把震动与声学规律和现象直观地对中学生进行诠释，可提高对理论知识的理解，加深印象。理论课讲授过程中，一般是用物理方式剖析震动与声问题，通过公式推论得到问题解的等式；或是剖析得到某一数学问题的规律；或是在公式推论过程中引入某一震动或声学定义和概念。此时通过演示实验结合数理公式的讲解，让中学生由形象思维过渡到具象思维，加深对概念的理解，快速接受和把握相应知识点。另外，相比用单纯的公式和语言讲解，通过演示实验得到的推论、规律等能给中学生留下更深刻的印象。演示实验可以纠正中学生脑子中的一些错误观念。如人耳的可听阈范围为20Hz～20kHz，但人的发声频度范围在80Hz～1kHz。在一些中学生的错误观念里觉得人也能发出1kHz以上的声音，这一错误观念若果只是班主任讲解来纠正，很难让中学生接受。通过设计“人类发声频度检测演示实验”，课堂上实际检测若干个中学生的发声频度，让中学生通过亲身检测更能轻松纠正自己的错误观念。演示实验具有示范作用。通过班主任对实验目的、实验仪器、实验过程的讲解，以及对实验设备仪器的现场操作，就会对中学生形成潜在的影响，使中学生学会正确的实验方式。再通过对实验结果的总结和剖析，示范性的作用会使中学生产生科学、严谨的学习心态。演示实验可以吸引中学生的注意力，活跃课堂氛围，提升课堂教学效率。班主任长时间进行数理公式的推论和述说，容易让中学生形成沉闷无趣的觉得；在教学过程中穿插一些针对性的演示实验，观察震动现象或听一些配合理论讲解的声音，才能让中学生在听课过程中以多元化的方式进行学习，降低学习兴趣，保持长时间的听课专注力。
3演示实验设计原则
化学课堂演示实验设计，通常应遵守针对性、直观性、可靠性、安全性和启发性的原则[3-4]物理演示实验，“振动与声基础”课程也应遵守这种原则。针对性演示实验是配合理论教学的手段，其目的是让中学生理解和把握某个概念或规律现象，所以要按照不同的教学内容和目的制订相应的演示实验。如减振震动系统中引入的品质质数的概念，其定义是震动系统自由震动时，振幅衰减到初始值的1/eπ倍时所经历的周期数。为了让中学生更深刻地理解品质质数的概念，可设计一个单自由度减振震动系统，正式一定质量的球悬挂在一个弹簧下方，通过演示和记录质量球振幅衰减到初始振幅时的1/eπ倍的周期数，具体检测得到这个震动系统的品质质数；之后重新悬挂相同质量但容积不同的球，目的是改变空气阻力，重复检测品质质数。通过针对性的设计和施行品质质数检测演示实验，达到让中学生对概念深入理解的目的。直观性课堂演示实验是班主任在讲台或讲桌上进行操作，中学生在台下进行观察。为此，实验用具要足够大，仪器的刻度线要足够显著。仍以品质质数检测演示实验为例，弹簧和质量球在足够大的同时并具有艳丽的颜色，便捷中学生清晰地观察震动现象。另外，震动幅度检测时须要用到刻度尺进行标记，普通的尺子刻度线太细太小，应自制刻度尺，用鲜亮颜色进行刻度标记，保证整个寝室的中学生都能清晰地观察到实验现象，能够成功达到演示实验的目的。
可靠性理论课的学时有限，每节课都要在有限的时间内完成计划的课程内容。演示实验作为课程一部份，不能抢占过多时间。为此，班主任在备课过程中应提早进行仪器检测、设备联调，并完成起码一次实验过程，确保讲课过程中演示实验的成功。对于课堂演示中出现的问题，不能回避，要现场剖析问题和解决问题。对于演示实验检测过程中出现的偏差，要剖析偏差的来源和减少偏差的方式，必要时可重新进行演示实验检测。安全性震动与声的演示实验主要包含两方面的安全诱因。一是班主任的用电安全。在播放声音的演示过程中会用到讯号源、功率放大器、喇叭等设备，需要注意线路联接的安全。在扬声器接收声音显示波形时，自制的检波放大电路要模块化封装处理，保证班主任演示操作时的安全。二是中学生的听力安全。如音频声演示实验中，播放20Hz～20kHz范围的单频声，声音硬度不易过大，以免对中学生的听力导致损伤；每一个单频声播放时间不宜过长，以免对中学生引起不适。启发性演示实验在达到直观形象地展示理解数学概念的同时，应进一步引导中学生进行剖析、推理、判断、概括物理演示实验，不断引导中学生思索，按照学情和课程内容设置悬念，积极引导中学生获得感性认识的同时进行总结和增强。如“拍现象演示实验”中，中学生通过触觉体会两个频度相仿的单频声的拍现象，改变频度时拍现象发生变化，此时可以引导中学生思索：吉他调音师是怎样借助拍现象进行调音工作的？不同的初始条件是否对拍频震动形成影响？理论联系实际或理论深入讨论的问题，会进一步调动中学生学习和思索的积极性。
4施行方式
班主任打算，中学生预习班主任在进行理论备课的过程中，设计好本次课共须要进行什么演示实验，计划好每位演示实验在讲课过程中的次序和时长，提早进行演示实验过程，保证课堂演示的成功进行。在前一次课结束时，告知中学生下节课的讲课内容，要求中学生提早预习理论知识，预习过程中不清楚和不明白的知识，在课堂上带着问题听课，再配合演示实验观察学习，彻底理解所学内容。同步解说，中学生配合演示实验进行过程中，班主任首先把实验的目的、所用设备和仪器述说清楚，实验过程中对每一步操作进行解释说明。有些演示实验须要推动中学生配合，如在通过检测人的发声频度作为“单自由度机械震动系统受迫震动”课程内容的情境创设演示实验中，班主任首先让中学生思索回答自己发声的最高频率是多少，之后让中学生上台测试发声频度，再度讲解人类男女分别能发声的频度范围，最后提出问题：为何人类相像的发声结构，形成的声波频度范围不一样？为什么超过这个范围的声音发不下来？从而引出本节课的讲课内容。可视化虚拟演示好多震动问题和声学问题很难在课堂上进行演示实验，此时可以借助可视化的虚拟演示技术向中学生进行展示。借助计算机软件程序实现一些特殊的震动或声学问题，模拟显示各类具象的、微观的或动态的现象，充分借助现代化多媒体技术进行课程教学。如平面障板圆面活塞幅射器指向性问题，假若课堂演示进行指向性检测，会用到大量的实验仪器和专业设备，而且须要花费很长时间检测大量数据，因而不适宜进行课堂演示实验。通过计算机软件可以画出其五维空间的指向性图，调整声波频度、活塞规格等参数得到不同条件下的指向性结果。虚拟化的演示可以补充课堂演示实验的不足，同时达到提升教学效率和质量的目的。思索题基于演示实验的启发性设计原则，完成演示实验后，班主任要引导中学生进行扩充思索或深入思索，给出思索题让中学生课后通过查阅资料、理论剖析等进行解答。如“空气中波速检测演示实验”结束后，让中学生按照演示实验中的声波频度、现场的空气湿度等参数理论估算波速值，剖析理论和实验偏差形成的缘由，进一步思索和查阅文献，总结波速检测有什么方式。改进实验依据讲课疗效，班主任调整和建立演示实验的设备和技巧，并结合其他理论知识点设计新的演示实验。另一方面，把改进实验的内容作为作业留给学有余力的中学生，提升中学生主动思索的能力，也培养了中学生的动手能力。
5结语
综上所述，演示实验是震动与声基础理论讲课中的重要辅助教学手段，在明晰演示实验作用的前提下，设计和施行配合理论讲课中相应知识点的演示实验。演示实验的施行主体是班主任，接受主体是中学生，同时二者互相配合，充分发挥演示实验的作用，提高“振动与声基础”理论课程的讲课疗效。
参考文献
[1]张揽月,孙辉,田宝晶,等.声学专业课程教学变革的阐述[J].林区教学,2011(3):11-12.
[2]王金玉,赵言诚,孙秋华,等.探讨演示实验在学院化学教学中的作用[J].教育教学峰会,2018(20):208-209.
[3]祁晓晖.做好化学演示实验的“四性”[J].科学咨询:教育科研,2017(3):83.
[4]汪文明.学院化学演示实验教学研究[D].北京:华东师范学院,2006.
作者：陈文剑张揽月孙辉单位：南京工程学院水声工程大学
