8. Cấu trúc của luận văn
2.3.Tiến trình dạy học “Sóng âm” theo hƣớng phát huy tính tích cực và
phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
2.3.1. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Sóng âm” (Hình 2.20 và 2.21)
Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Âm là sóng cơ học”
Học sinh đã biết:
- Điều kiện để có sóng cơ là có nguồn dao động và môi trƣờng đàn hồi. - Các vật phát ra âm đều dao động.
- Không khí là môi trƣờng đàn hồi.
Âm có phải là sóng cơ học?
Chuẩn bị hai nguồn âm kết hợp để tiến hành thí nghiệm giao thoa âm
- Nếu âm là sóng cơ học thì phải có hiện tƣợng giao thoa âm.
- Tiến hành thí nghiệm giao thoa âm
Hình 2.21. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức về mối liên hệ giữa các đặc trưng sinh lí và đặc trưng vật lí của âm
Khi nghe các âm khác nhau, tai ngƣời phân biệt đƣợc các đặc tính: trầm, bổng (độ cao của âm); to nhỏ (độ to của âm); mỗi nhạc cụ khi tấu lên một đoạn nhạc ở cùng một độ cao nhƣng ta vẫn phân biệt đƣợc tiếng của từng nhạc cụ (âm sắc của âm). Các đặc tính này gọi là các đặc trƣng
sinh lí của âm
Các đặc trƣng sinh lí của âm (độ cao, độ to, âm sắc) có liên quan thế nào với các đặc tính vật lí của sóng âm?
Tìm hiểu phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm.
Từ các đặc tính vật lí của sóng âm, dự đoán và kiểm tra sự phụ thuộc của các đặc tính sinh lí của âm (độ cao, độ to, âm sắc) vào tần số, biên độ và dạng đƣờng biểu diễn dao động của nguồn âm.
- Tạo ra các âm có cùng biên độ nhƣng khác nhau về tần số và nghe các âm này để so sánh độ cao của chúng, sau đó lại tạo ra các âm có cùng tần số nhƣng khác nhau về biên độ và nghe để so sánh độ cao của các âm này.
- Học sinh nghe 3 âm khác nhau (3 âm này có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng có đƣờng biểu diễn lần lƣợt là hình sin, hình vuông và hình tam giác), sử dụng phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm âm thanh để khảo sát các tính chất của 3 âm này
Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm Độ to của âm phụ thuộc vào biên độ và tần số âm
2.3.2. Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo kiến thức “Sóng âm”
Ở bài học trƣớc, HS đã biết điều kiện để có sóng cơ học là có nguồn dao động và môi trƣờng đàn hồi. Ở lớp 7, HS đã biết các vật phát ra âm đều dao động và không khí là môi trƣờng đàn hồi. Vì vậy, HS có thể đề xuất dƣ án “Âm là sóng cơ học”. Hệ quả rút ra từ dự đoán này là: phải xảy ra hiện tƣợng giao thoa âm. Để kiểm tra hệ quả này, ta cần thiết kế phƣơng án và tiến hành TN tạo ra hiện tƣợng giao thoa âm. HS thảo luận thiết kế phƣơng án TN, GV tiến hành TN. Kết quả TN khẳng định điều dự đoán là đúng. Nhƣ vậy, ta có thể kết luận âm là sóng cơ học.
Để chuẩn bị cho việc khảo sát mối liên hệ giữa các đặc tính sinh lí và các đặc tính vật lí của âm, GV giới thiệu cho HS phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm những tính chất của âm và cho HS quan sát trên dao động kí điện tử hình ảnh dao động âm của một số nguồn âm nhƣ: âm thoa, còi và nguồn âm dùng mạch IC. Sau đó GV giới thiệu cho HS cách phân biệt các đặc tính của âm do tai ngƣời cảm nhận đƣợc nhƣ: độ cao, độ to, âm sắc. Các đặc tính này gọi là các đặc tính sinh lí của âm.
Để chuyển giao nhiệm vụ cho HS, phát biểu vấn đề, GV yêu cầu HS lần lƣợt tìm hiểu xem những đặc tính sinh lí (độ cao, độ to, âm sắc) của âm có mối liên hệ nhƣ thế nào với các đặc tính vật lí (tần số, biên độ…) của sóng âm và ta có thể dùng phƣơng án TN nào để kiểm tra nhận định đó?
HS biết phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm cho phép so sánh sự khác nhau về tần số, biên độ của các âm. Do đó, HS có thể đề xuất: độ cao của âm phụ thuộc vào tần số và biên độ của âm. Để kiểm tra điều này, ta phải tạo ra các âm có cùng biên độ nhƣng khác nhau về tần số và nghe các âm này để so sánh độ cao của chúng, sau đó lại tạo ra các âm có cùng tần số nhƣng khác nhau về biên độ và nghe để so sánh độ cao của các âm này.
GV hƣớng dẫn HS thảo luận việc lựa chọn nguồn âm cần sử dụng để thỏa mãn các yêu cầu đã đề ra. HS nhận thấy rằng, nguồn âm dùng âm thoa hay còi đều không đảm bảo yêu cầu tạo ra các âm có cùng biên độ. Từ đó GV giới
thiệu cho HS khả năng nguồn âm dùng mạch IC để tạo ra các âm thỏa mãn những yêu cầu trên. GV cho HS nghe âm do nguồn âm (nguồn âm dùng mạch IC) phát ra và quan sát hình ảnh dao động âm trên dao động kí điện tử. Kết quả TN cho thấy, với những âm có tần số càng lớn thì âm nghe càng cao, khi tăng biên độ của dao động âm thì ta nghe thấy âm to hơn nhƣng độ cao của âm không thay đổi. Nhƣ vậy, ta cũng đi đến kết luận, với một tần số nhất định thì độ to của âm phụ thuộc vào biên độ của dao động âm. Nếu giữ biên độ âm không đổi, nghe độ to ứng với các âm có tần số khác nhau thì sẽ đi đến kết luận: độ to của âm không những phụ thuộc vào biên độ âm mà còn phụ thuộc vào tần số âm.
Để tìm hiểu đặc tính âm sắc của âm do các nhạc cụ tấu cùng một nốt nhạc, HS chƣa thể đề xuất đƣợc dự đoán về mối liên hệ giữa âm sắc của âm và dạng đƣờng biểu diễn dao động âm. Vì vậy, GV hƣớng dẫn HS khảo sát đặc tính âm sắc của âm sử dụng nguồn âm dùng mạch IC để thay thế cho việc khảo sát đặc tính này trên các nhạc cụ khác nhau. Ban đầu, GV cho HS nghe ba âm khác nhau (ba âm này có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng có đƣờng biểu diễn lần lƣợt là hình sin, hình vuông và hình tam giác) và yêu cầu HS tìm hiểu xem các âm này nghe khác nhau là do đặc điểm gì? HS đề xuất sử dụng phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm âm thanh để khảo sát các tính chất của ba âm này. GV tiến hành TN, HS nghe âm do nguồn âm phát ra và quan sát hình ảnh dao động ân trên dao động kí điện tử. Kết quả TN cho thấy: các âm này có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng ta nghe thấy khác nhau là do dạng đƣờng biểu diễn của chúng khác nhau.
Cuối cùng, GV tổng kết về phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm những tính chất của âm và mối liên hệ giữa các đặc tính sinh lí với các đặc tính vật lí của âm.
Sau đây, chúng tôi sẽ trình bày cụ thể hoạt động của HS và sự trợ giúp của GV trong tiến trình dạy học kiến thức “Sóng âm”:
2.3.3. Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
Hoạt động 1
Xác định nội dung nghiên cứu. Nghe thông báo của GV về ý nghĩa của việc nghiên cứu các đặc điểm của âm.
Hoạt động 2
Dự đoán, suy ra hệ quả và thiết kế phƣơng án TN kiểm tra hệ quả. Thảo luận chung về câu trả lời cho câu hỏi 1. Đi đến kết luận:
Dự đoán: Âm là sóng cơ
Hệ quả: Nếu tao ra hai nguồn âm kết hợp thì ta sẽ quan sát đƣợc hiện tƣợng giao thoa âm.
Thiết kế phƣơng án TN giao thoa sóng âm: cho hai nguồn âm kết hợp phát ra hai âm, trong vùng giao thoa của hai âm này, ta sẽ thấy có chỗ nghe rõ, xen kẽ với những chỗ không nghe thấy gì.
Nêu câu hỏi.
H.1. Ta đã biết điều kiện để có sóng cơ học là có nguồn dao động và môi trƣờng đàn hồi. Ở lớp 7, các em cũng đã biết các vật phát ra âm đều dao động và không khí là môi trƣờng đàn hồi. Nhƣ vậy, ta có thể dự đoán âm là gì? cần tiến hành TN nào để khẳng định dự đoán này?
Bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa
sóng âm
Đồ thị dao động âm ứng với vị trí mà tại đó dao động tổng hợp âm đạt biên độ cực đại
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
Cần có hai nguồn âm kết hợp. Có thể nối nguồn âm IC với một loa nữa để đƣợc hai loa cùng phát ra các âm giống hệt nhau.
Quan sát các cực đại, cực tiểu sóng âm bằng một trong hai cách:
+Hai nguồn âm đứng yên, ngƣời di chuyển theo phƣơng song song với đƣờng nối hai nguồn âm.
+ Ngƣời đứng yên, hai nguồn âm đƣợc cố định trên một thanh cứng, xoay thanh nối hai nguồn âm xung quanh trục thẳng đứng đi qua trung điểm của thanh.
- Nghe độ to của âm, khẳng định tính chất của sóng âm.
Đồ thị
dao động âm ứng với vị trí mà tại đó dao động tổng hợp âm đạt biên độ cực tiểu
Giáo viên gợi ý
Nhớ điều kiện để có giao thoa, ở đây, ta cần làm gì để có thể tạo ra hiện tƣợng giao thoa sóng âm?
Lựa chọn phương án thí nghiệm
Để các HS trong lớp có thể nghe thấy âm cực đại, cực tiểu mà không phải rời khỏi chỗ ngồi thì ta cần tiến hành TN theo phƣơng án thứ hai. GV cần tiến hành TN theo phƣơng án này.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
Hoạt động 3
Quan sát đƣờng biểu diễn dao động âm của một số nguồn âm nhƣ âm thoa, còi, nguồn âm dùng mạch IC.
Hoạt động 4
Thảo luận chung về câu trả lời cho câu hỏi 2. Đi đến kết luận:
- Chỉ cần tìm hiểu sự phụ thuộc giữa các đặc tính sinh lí của âm vào tần số và biên độ âm là đủ. Thiết kế phƣơng án TN:
- Tạo ra các âm có cùng biên độ nhƣng khác nhau về tần số, nghe các âm này để so sánh độ cao của chúng.
- Tạo ra các âm có cùng tần số nhƣng khác nhau về biên độ, nghe các âm này để so sánh độ cao của chúng.
- Tƣơng tự nhƣ hai trƣờng hợp trên, nhƣng ta sẽ nghe để so sánh độ to của âm.
Phân loại sóng âm
Các khái niệm về cảm giác âm nhƣ độ cao, độ to, âm sắc.
Phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm bằng dao động kí điện tử.
H.2. Các đặc tính sinh lí nhƣ độ cao, độ to, âm sắc phụ thuộc nhƣ thế nào với các đặc tính vật lí của âm? Cần tiến hành TN nhƣ thế nào để khảo sát sự phụ thuộc này?
Đồ thị dao động của âm bổng
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Cho ba nhạc cụ tấu cùng một nốt nhạc rồi dùng dao động kí điện tử để khảo sát, so sánh các đặc tính vật lí của ba âm này.
Kết luận về sự phụ thuộc giữa các đặc tính sinh lí và các đặc tính vật lí của âm.
Hoạt động 5
Nhận biết ứng dụng của việc khảo sát những đặc tính của âm.
Đồ thị dao động của nhạc âm (loa)
Đồ thị dao động âm ứng với các trường hợp
nguồn âm phát ra sóng âm có dạng khác nhau
Giáo viên gợi ý
Thay vì dùng ba nhạc cụ khác nhau, ta có thể sử dụng nguồn âm IC. Nguồn âm này có thể phát ra ba âm của cùng một nốt nhạc nhƣng tai vẫn nghe thấy ba âm này có sắc thái riêng khác nhau.
GV tiến hành các TN theo những phƣơng án đã đƣợc HS thiết kế.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
Đồ thị dao động của tạp âm (Tiếng gõ kim loại)
-Phân biệt nhạc âm và tạp âm.
-Tác dụng của dây đàn, cột khí của sáo, thanh đới của ngƣời.
-Vai trò của hộp cộng hƣởng đối với các nhạc cụ.