跨学科实践：乐器的调查与制作（表格式教学设计）物理苏科版2024八年级上册

跨学科实践：乐器的调查与制作 （教学设计） 年级 八年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 跨学科实践：乐器的调查与制作 教学 目标 物理观念 了解中国传统乐器的历史由来、特点和简单的声学原理；了解不同类型乐器的结构、发声原理以及怎样实现对声音三要素的控制等； 科学思维 通过调查和实践制作，在分析乐器发声原理时，能将复杂乐器简化为物理模型；在探究“弦乐器音调影响因素”时，能运用控制变量法；在制作过程中，能根据乐器发声效果推理可能的原因，并提出改进假设。 科学探究 能基于调查发现提出可探究的问题，并作出合理猜想；能根据猜想设计具体制作方案，规范完成制作步骤；利用生活中常见的材料，自制一种简易乐器进行一些有趣的探究活动；能客观评估自制乐器的优缺点。 科学态度 与责任 在小组合作中，能主动承担任务；与同学分享设计思路和遇到的问题，通过讨论达成共识；能尝试用生活中的常见材料制作乐器，体现“变废为宝”的创新意识；在制作失败时不气馁，反复调试直至达到目标。通过调查传统乐器，感受物理知识与传统文化的联系；体会科学知识在生活中的应用价值，增强对物理学科的兴趣。 教材 分析 本实践活动是苏科版八年级上册物理“声现象”单元的延伸与拓展，以“跨学科实践”为载体，体现物理学在工程实践的实际应用，融合物理、音乐、劳动技术、美术等多学科知识，通过“调查—设计—制作—展示—改进”的完整流程，落实“做中学”“用中学”的理念。本节引导学生调查生活中常见乐器，并基于调查结果，选择一种简易乐器类型，最后对自制乐器进行发声测试，通过调整结构优化音调和响度，最后进行班级展示、交流评价及改进。通过调查和制作跨学科实践，提升学生的动手实践能力和音乐、美学、科技素养。 学情分析 学生已经学习了“声现象”单元，对声现象有了初步的理论知识。学生接触过一些乐器，对乐器发声有一定认识。学生已具备一定的手工制作和简单绘画基础。他们乐于动手操作，喜欢亲身体验；具备一定的利用网络、书籍或询问他人进行信息搜集的能力。具有一定的合作意识和表现欲，乐于在小组中与同伴协作，也希望在班级展示环节分享自己的成果。但参与调查的意识、动手制作的意识和能力等方面还有诸多不足。 教学重点 1．物理知识与工程实践的结合； 2．简易乐器的设计与制作。 教学难点 1．原理转化为实践的操作； 2．跨学科知识、多方面能力的综合运用。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【问题情境】音乐是一门用声音创造美的艺术。人们通过它抒发情感、愉悦身心、陶冶情操、丰富精神世界。器乐和声乐是音乐的主要门类，它们既蕴含了丰富的文化内涵，又包含了许多科技知识。用声学知识研究乐器，尝试制作和演奏乐器，十分有趣且有意义。 【任务要求】对一种中国传统乐器进行调查，如编钟、骨笛、古琴等。了解它的历史由来、特点和简单的声学原理。 根据自己已了解或感兴趣的乐器，自主领取任务进行探究 任务一、中国传统乐器的调查 （一）一些中国传统乐器 中国古代拥有丰富多样的传统乐器，这些乐器源远流长，承载着深厚的文化底蕴，例如二胡、琵琶、编钟、箫、笛、瑟、琴、埙、笙和鼓等，它们常用于宫廷、民间及宗教场合，展现了中国古代音乐的独特魅力。 1．二胡 二胡，是唐代由西域胡人传过来的弦乐器，来自北方的奚部落，因此又称“胡琴”。后来，胡琴发展出了二胡、中胡、京胡、坠胡、板胡等十几个品种，二胡就是其中比较重要的一种。是一种中国传统拉弦乐器。二胡，即二弦胡琴，又名“南胡”、“嗡子”，二胡是中华民族乐器家族中主要的弓弦乐器（擦弦乐器）之一。 二胡基本上都是木质的，整体由琴杆、琴筒、琴轴等基本部件构成。二胡的琴筒有圆形、六角形等多种形状，琴筒的一端蒙有蛇皮或蟒皮，另一端则设置雕花的音窗。在乐队中，二胡作用很大，它既能独奏，也适合合奏。既能演奏风格细腻深沉、柔美抒情的乐曲，也能够演奏风格欢快活泼的乐曲，有非常丰富的表现力和艺术感染力。 二胡音色近乎跟人声一样，具有歌唱性、诉说感。二胡名曲有《二泉映月》《良宵》《听松》《赛马》《葡萄熟了》等。 2．琵琶 琵琶被誉为“弹拨乐器之王”，属于拨弦类弦鸣乐器。琴体木制，音箱呈半梨形，上设四弦，古时以丝弦为材，今多以钢丝、钢绳或尼龙制成。琴颈与面板上设有定位音高的"相"与"品"。琵琶音色兼具清脆明亮与深沉浑厚，高音区如珠落玉盘，低音区似钟磬共鸣。演奏时竖抱怀中，通过左手按品改变弦长、右手变换拨弦力度与位置，精准控制音高、响度及音色变化。桐木面板与硬木背板的振动耦合，使琴体成为高效声能辐射器，共鸣箱的梨形结构优化了声波反射路径，增强余韵。代表曲目《十面埋伏》以急速轮指模拟战鼓，《阳春白雪》用泛音展现空灵意境，体现"点状发音"的物理特性。 3．编钟 编钟作为青铜礼乐重器，最早可追溯至商周。曾侯乙编钟（战国）由65件甬钟、钮钟组成，分三层八组悬挂于曲尺形钟架。每件钟呈合瓦状结构，敲击正鼓部与侧鼓部可分别发出呈三度音程的两个乐音——此设计源于青铜振动模态的精密计算：合瓦造型限制振动衰减时间，避免音波干涉；钟壁厚度梯度分布（铣边薄于舞部）实现双音频率分离。编钟音律体系包含"姑洗宫""浊兽钟"等律名，十二律俱全，证明先秦声学已达到系统化理论高度。 4．箫 箫的产生，其历史可以追根溯源到远古时期。中国考古学表明，目前出土文物中发现了有距今七千多年的骨质发声器，考古学家称之为“骨哨”（浙江河姆渡出土的文物，现存浙江博物馆）。 箫，分为洞箫和琴箫，皆为单管、竖吹，是一种非常古老的汉族吹奏乐器。箫历史悠久，音色圆润轻柔，幽静典雅，适于独奏和重奏。它一般由竹子制成，吹孔在上端，有六孔箫和八孔箫之分。 5．笛 笛是中国最具特色的吹奏乐器之一。1986年5月，在河南舞阳县贾湖村东新石器时代早期遗址中发掘出16支竖吹骨笛（用鸟禽肢骨制成），根据测定距今已有8000余年历史。竖吹，音孔由五孔至八孔不等，其中以七音孔笛居多，具有所熟悉的中国传统大致相同的音阶。 6．琴 琴发明于伏羲时代。琴面装有七根弦，由粗而细，自外向内按五声音阶排列。琴面还嵌有十三个琴徽，以标识弦上音位而用。演奏里右手拨弦有散、泛、按三种音色变化。散声以空弦发音、其声刚劲浑厚。泛音是以左手轻触徽位，发出轻盈虚飘的乐音。 泛音是以左手轻触徽位，发出轻盈虚飘的乐音。按声是左手按弦发音，移动按指可以改变音高并能奏出滑音、颤音或其他装饰音。此外还能演奏同度、八度、五度等音程。有关古琴的文献记载及传谱浩如烟海，是我国古代音乐的珍品。 （二）一些中国传统乐器的发声原理 1．二胡的发声原理 （1）二胡的结构：二胡由琴筒、琴皮、琴杆、琴头、琴轴、千斤、琴马、弓子和琴弦等部分组成，另外还有松香等附属物。 （2）二胡的发声原理 源自于演奏者手中的弓与弦相互摩擦时产生的奇妙效应。作为拉弦乐器的一种，二胡的琴弦在弓毛的摩擦下产生振动，这种振动引发琴体内部的共振现象，进而转化为醉人的旋律。 2．中国传统乐器的分类及发声原理 分类 中国传统乐器 主要发声原理 弹拨类 琵琶、古筝、古琴、扬琴、瑟等 琴弦的振动 吹奏类 笛子、唢呐、长号、洞箫、排箫等 空气柱的振动 拉弦类 二胡、中胡、京胡、马头琴等 琴弦的振动 打击类 锣、鼓、梆子、木鱼、钹、编钟、编磬等 乐器表面的振动 摇动类 铃铛、沙球、手鼓等 内部物体振动 （二）生活·物理·社会——贾湖骨笛 1．贾湖骨笛的历史由来 图所示是河南博物院收藏的贾湖骨笛，它器形完整，是我国目前出土的年代最早的乐器实物，被称为“中华第一笛”。 贾湖骨笛不只是中国年代最早的乐器实物，更被专家认定为世界上最早的可吹奏乐器。它不仅能够演奏传统的五声或七声调式的乐曲，而且能够演奏富含变化音的少数民族乐曲等。它的出土，改写了先秦音乐史乃至整部中国音乐史，也为我们研究中国音乐与乐器发展史提供了弥足珍贵的实物资料。 2．贾湖骨笛的特点 该骨笛是用鹤类尺骨管制成。磨制精细，7孔。在第六孔与第七孔之间有一小孔，经测音可以发两变音，应为调整第七孔发音而钻的调音孔。值得注意的是，该墓出土有两件形制相似的骨笛。据测音研究，它们是一雌一雄，印证了中国自古雌雄笛的传统。 贾湖骨笛它有两个八度的音域，并且音域内半音阶齐全。这意味着贾湖骨笛不仅能够演奏中原传统的五声或七声调式的乐曲，而且能够演奏富含变化音的少数民族或外国的乐曲。1986-1987年间，贾湖遗址出土20多支精致的骨笛，分别有5孔骨笛、6孔骨笛、7孔骨笛和8孔骨笛。能够演奏传统的五声或七声调式的乐曲，能够演奏富含变化音的少数民族或外国乐曲。 3．贾湖骨笛的声学原理 吹奏贾湖骨笛时发出的声音是由空气柱振动产生的；用手按住不同的孔，改变了骨笛内空气柱的质量和体积，从而改变了空气柱振动的频率，改变了骨笛的音调；用力吹骨笛时，骨笛内空气柱的振动幅度会变大，声音的响度变大。 【例题1】图甲是贾湖骨笛，出土于中国河南省漯河市舞阳县贾湖遗址，用鹤类尺骨制成，距今7800至9000年。骨笛管开七孔，它能吹奏出完备的“宫、商、角、徽、羽”五声音阶，发出“角”音和“羽”音时测得其对应的频率信息如图乙所示，据此信息可推断（　　） A．“角”音比“羽”音的响度一定更大 B．“角”音比“羽”音的音调一定更高 C．发出“角”音时，发声体的振动比发出“羽”音时慢 D．发出“角”音时，发声体每秒振动的次数更多 【答案】 C 【解析】由图乙可知：“羽”音的频率比“角”音的频率高，即“羽”音的音调比“角”音的音调高，每秒钟振动的次数更多，振动得更快，而响度跟振幅有关，题干中没有提供关于振幅的信息。 故选C。 认识中国一些传统乐器 了解一些乐器的发声原理 分工合作，课外调查 结合实例，了解一些中国传统乐器的分类及发声原理 阅读教材，自主学习 练习例题 任务二、中国传统乐器对声音三要素的控制 （一）调查了解乐器声音三要素的控制 【任务要求】选择一种自己喜爱或擅长的乐器， 如二胡、竹笛、小提琴等，研究它的结构、发声原理以及怎样实现对声音三要素的控制等。走访与乐器有关的职业人员，如音乐教师、演奏家、乐器生产维修人员等，了解他们使用乐器的工作感受与职业要求。 （二）二胡对声音三要素的控制 二胡通过调节琴弦的松紧程度来控制音调，‌通过共鸣箱来增大响度，‌以及通过琴弦的材料和结构来决定音色。‌ （1）音调：‌在演奏二胡时，‌演奏家通过调节琴轴来调整弦线的松紧程度，‌从而改变琴弦振动的频率，‌进而控制二胡所发出的音调。‌琴弦绷得越紧，‌振动频率越高，‌音调也随之升高。‌ （2）响度：‌二胡下方有一个共鸣箱，‌其目的是通过增加声音的集程度和使声音更集中，‌从而增大二胡所发出的响度。‌ （3）音色：‌‌在二胡演奏中，‌音色由琴弦的材料、‌二胡的制作材料以及结构共同决定，‌使得听众能够“闻其声而知其人”。 （三）一些中国传统乐器对声音三要素的控制 示例 图示 发声方式 控制音调 控制响度 控制音色 二胡 琴弦振动发声 改变琴弦的松紧、粗细、振动部分的长度 拉动弓毛的力度 制作弓、琴弦、弓毛等的材质 竹笛 空气柱振动发声 用手指按压不同的孔，改变空气柱的长度 改变吹奏的力度 竹的材质 琵琶 琴弦振动发声 改变琴弦的松紧、粗细、振动部分的长度 改变拉动琴弦的力度 制作琴弦等的材质 鼓 鼓面振动发声 改变鼓面皮膜的张紧度或击打位置 改变敲击的力度 制作鼓面皮膜和鼓身的材料 【例题2】在学习二胡演奏过程中，小雅发现琴弦发出的声音音调高低受各种因素的影响，他决定对此进行探究，经过和同学们讨论提出了以下几种猜想： 猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关； 猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关； 猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关； 为了验证上述猜想是否正确，他和同学们找到了表中所列 4 种规格的琴弦，进行实验； 编号 规格 材料 长度/cm 横截面积/mm2 A 尼龙 80 1 B 尼龙 80 0.5 C 尼龙 55 1 D 镍合金 ① 0.5 （1）为了验证猜想一，应选编号________ 两种序号的琴弦进行实验； （2）为了验证猜想二，应选编号________两种序号的琴弦进行实验； （3）在验证猜想三时，小明发现粗心的同学没有把表中数据填全，表中①的位置所缺数据是________； （4）小雅在这个探究实验中，采用的研究方法是________。 【答案】 AC AB 80 控制变量法 【解析】（1）为了验证猜想一，根据控制变量法，需控制琴弦的材料和横截面积相同，琴弦长短不同，因此应选编号AC两种序号的琴弦进行实验。 （2）为了验证猜想二，根据控制变量法，需控制琴弦的材料和琴弦长短相同，琴弦横截面积不同，因此应选编号AB两种序号的琴弦进行实验。 （3）为了验证猜想三，根据控制变量法，需控制琴弦的长度和横截面积相同，琴弦材料不同，应选编号BD两种序号的琴弦进行实验，因此表中①的位置所缺数据是80。 （4）本实验中影响琴弦发出声音的音调高低的因素有多个，因此小雅在这个探究实验中，采用的研究方法是控制变量法。 调查了解，讨论汇总 练习例题 任务三、自制简易乐器 【任务要求】利用生活中常见的材料，自制一种简易乐器，如单弦琴、竹笛、 排箫、活塞音哨、酒杯打击乐器等。在制作过程中进行一些有趣的探究活动。 （一）自制“吉他” 【实验材料】废弃小盒子、小皮筋、吸管（直尺、卡纸）。 【制作步骤】 （1）小盒子可以当作简易的小音箱。 （2）吸管（直尺、卡纸）是用来充当古筝琴码将琴弦撑起，用于调整琴弦的长短。 （3）通过调整长短与拉伸小皮筋的松紧以达到调整音高的目的。 （4）最后再用一根小皮筋来固定住"琴弦”。 【制作成果】 调整小皮筋长短和松紧程度，波动小皮筋，就能发出高低不同音质的声音。 （二）自制“排箫” 【实验材料】不同长度的吸管或塑料管、胶带或胶水，绳子或细带、剪刀、记号笔、尺子等。 【制作方法】 （1）用记号笔在管子上标记出需要的长度，并小心切割，细心打磨管口； （2）用胶水或胶带将管子的一侧贴在一个平面上固定好，或用细带并排捆绑； （3）制作好后调音，努力使各管发出的声音音调更准。 （4）调整优化，并装饰美化。 （三）自制“水瓶琴” 如图所示，在8个相同的水瓶中，灌入质量不同的水，水面的高度不等，就可以制成一个酒杯打击乐器。 （1）当用相同的力敲击瓶子时，振动的物体是瓶和水，瓶中盛水不同，振动频率不同，发出的声音的音调不同，瓶中盛水越多，瓶子和水的质量越大，越难振动，音调越低。当不同的瓶子发出声音的频率和基本音阶的频率一致时，一个简单的“水瓶琴”就做好了。 （2）当用嘴依次吹瓶口，振动的物体是空气柱，瓶中盛水越多，空气柱越短，越容易振动，频率越快，音调越高。所有吹H瓶发出的声音的音调会更高一些。 【例题3】如图所示，四个相同的瓶子中注入不等量的水，用筷子从左向右依次敲击，它们发出声音的音调逐渐上升（简谱“┈6 7 1 2 3 4 5 6 7┈”的发声中，音调从低到高）。 （1）敲击_______（选填“甲”“乙”“丙”“丁”）瓶时，发声体每秒振动次数最多； （2）根据以上信息，能否判断敲哪个瓶子的发声最响？答：____________； （3）在相同的另一空瓶中装适量的水，可敲出简谱“2”音调的声音。请在空瓶中画出大致的水面位置。 【答案】 丁 否 【解析】（1）用筷子敲击时发声体是瓶子和水，当瓶子里装水量较少时，振动的速度越快，频率越高，即发声体每秒振动次数最多，所以敲击丁瓶时，频率最高，音调最高。 （2）响度是指声音的大小，发声最响，说明响度最大，响度与振幅有关，即与敲击的力度有关，根据以上的信息，没有说明敲击力度的大小，故不能判断敲哪个瓶子的发声最响。 （3）“2”音调比“1”音调高，比“4”音调低，则水量比乙瓶少，比丙瓶多，又在“1”音调和“4”音调之间还有“2、3”音调，所以空瓶水面的位置跟乙瓶的水面近，跟丙瓶的水面远，如图所示。 利用课余时间准备材料，进行制作 小组合作，或独立完成，选择一种乐器进行制作 交流讨论，评价反思 例题练习 任务三：交流与评价 1．以短文的形式介绍一种中国传统乐器，内容主要包括乐器的结构、发音特点、历史渊源、演奏要求等。 2．向同学展示自制的简易乐器，说明制作过程的关键环节以及你是怎样调整和控制响度、音调和音色的。 3．对短文内容的准确性与完整性等进行评价，对自制乐器的结构、声音效果和创新性等进行评价。 （四）学生作品展示 交流评价 课 堂 练 习 1．编钟是我国春秋战国时期的乐器，显示了中国古代音乐文化的先进水平。演奏时轻敲、重敲某一编钟的同一位置，发出的声音具有不同的（　C　） A．音调　　　　B．音色　　　　C．响度　　　　D．声速 2．如图所示是古时的一种乐器排箭，又叫做“参差”，是由长短不一的竹管组成，故成语有云“参差不齐”。竹管参差不齐，目的是改变声音的（　A　） A．音调　　　　B．音色　　　　C．响度　　　　D．传播速度 3．中国古乐中一般使用“宫、商、角、徵、羽”五个音阶，如图是跨学科实践小组用不同长度的吸管制作的“宫、商、角、徵、羽”五音排箫，这五音指声音的（　C　） A．响度　　　　B．音色　　　　C．音调　　　　D．振幅 4．为了陶冶学生的艺术情操，学校开展了丰富多彩的社团活动。如图是学生用古筝表演的情景，其中说法正确的是（　D　） A．琴声是由手指振动产生的 B．用力拨动弦可以改变声音的音色 C．琴声在真空中也能传播 D．用大小相同的力拨动不同粗细的弦可以改变声音的音调 5．如图所示的陶笛，其原型可追溯至距今6000多年前陕西半坡遗址出土的陶哨。下列说法正确的是（　A　） A．吹奏陶笛发出声音，主要是由陶笛内空气柱振动产生的 B．用力吹陶笛，可使陶笛发出声音的频率加快 C．人们主要依靠音调辨别出陶笛和其他乐器的声音 D．吹奏陶笛产生的声音在真空中的传播速度约为 6．如图所示是小北用纸盒、橡皮筋、木棒制作的吉他。下列有关说法正确的是（　A　） A．设计粗细不同的橡皮筋是为了改变吉他发声的音调 B．设计粗细不同的橡皮筋是为了改变吉他发声的响度 C．小北自制的吉他与商店售卖的吉他发声的音色是相同的 D．橡皮筋振动时变得“越胖”，发出声音的响度越小 7．如图编钟是我国春秋战国时代的乐器，大小不同的钟按照一定次序排列起来，悬挂在一个巨大的钟架上，用木锤敲击这些钟就能演奏乐曲。下列说法正确的是（　D　） A．编钟声是木锤振动发出的声音 B．用大小不同的力敲击同一只钟，是为了改变音调 C．演奏时敲击大小不同的钟，是为了改变响度 D．敲击编钟时发出的声音可能属于噪声 8．如图所示，分别用琵琶、二胡、古筝和阮演奏同一首乐曲，演奏声音一定不同的是（　C　） A．音调 B．响度 C．音色 D．频率 9．1987年，我国发现了公元前6 000年前的一支完整骨笛——贾湖骨笛(如图所示)，它是由丹顶鹤尺骨制成的，上有七个音孔。演奏时用手指控制不同音孔的开闭，使它发出声音的 音调 变化。我们能够区分骨笛和古筝的声音是因为它们的 音色 不同。 10．如图所示是小刚在课余时间制作的一支竹笛，各部分名称：①竹管开口；②管侧劈形小口；③竹管；④木劈；⑤布团；⑥铁丝。在竹管开口处①向管内吹气时，竹笛可以发出美妙的笛声，推拉铁丝环⑥时，音调可以改变。 （1）当布团分别位于 a、b、c 三个位置时，竹笛发出声音音调最高的位置是 a ，增大响度的办法有 用更大力吹 。 （2）在民族乐器中， 萧 （二胡/腰鼓/古筝/箫）的发声原理与此相似。 板 书 设 计 跨学科实践：乐器的调查与制作 一、一些中国传统乐器 1．中国传统乐器如：二胡、琵琶、编钟、箫、笛、瑟、琴、埙、笙和鼓等； 2．二胡发声原理：琴弦振动发声。 3．一些乐器的分类及发声原理 分类 中国传统乐器 主要发声原理 弹拨类 琵琶、古筝、古琴、扬琴、瑟等 琴弦的振动 吹奏类 笛子、唢呐、长号、洞箫、排箫等 空气柱的振动 拉弦类 二胡、中胡、京胡、马头琴等 琴弦的振动 打击类 锣、鼓、梆子、木鱼、钹、编钟、编磬等 乐器表面的振动 摇动类 铃铛、沙球、手鼓等 内部物体振动 二、一些中国传统乐器对声音三要素的控制 示例 图示 发声方式 控制音调 控制响度 控制音色 二胡 琴弦振动发声 改变琴弦的松紧、粗细、振动部分的长度 拉动弓毛的力度 制作弓、琴弦、弓毛等的材质 竹笛 空气柱振动发声 用手指按压不同的孔，改变空气柱的长度 改变吹奏的力度 竹的材质 琵琶 琴弦振动发声 改变琴弦的松紧、粗细、振动部分的长度 改变拉动琴弦的力度 制作琴弦等的材质 鼓 鼓面振动发声 改变鼓面皮膜的张紧度或击打位置 改变敲击的力度 制作鼓面皮膜和鼓身的材料 三、自制乐器并展示说明 课 堂 小 结 跨学科实践：乐器的调查与制作 作业布置 1．写一篇短文，简介一种中国传统乐器；包括结构、发声特点、历史渊源、演奏要求等； 2．自制一件简易的乐器，向同学演奏并说明如何调节响度、音调和音色；制作过程中的关键环节、遇到的困难，以及解决方法。 教学反思 / 学科网（北京）股份有限公司 $$