中學以下的素養教育與經驗談：國二上自然科，聲音與波動

聲音與波動

• 先提人類聽到聲音的原因，是空氣振動，然後被我們感受到，著重解釋聲音是一個具體的現象，而這個現象從何而來。
• 接著提聲音的速度，跟介質的種類與狀態有關，這邊建議讓學生，拿著槌子等工具敲桌子，耳朵貼在桌子上敲，跟沒有貼在桌子上去聽，聽到的會有何差別，抓到那個「聲音的感受確實跟介質有關」的意義。
• 下一步提真空狀態，讓學生理解沒有振動的介質，聲音就無法產生的道理，做一個收尾。之後再回去第一節，開始講述聲波的各種性質定義，然後千萬不要一開始就講縱波、橫波。

熟悉「波動」不同性質的定義

在這一章節中，波動的第一節著重性質，性質指的是波的波長、頻率、週期、振幅、波速。定義熟悉，照理說不會有不懂的情況，筆者見過的問題，大部分出在兩個，第一個是文字解釋跟代數運算的不協調，第二個是其實沒抓到波的概念，只是好像代數字會，這就建議回去看影片跟用教具抓感覺。

這邊提幾個容易犯錯的點，提供老師跟家長參考，再次提醒各位，國中生不大適合看筆者這一系列的文章，這系列比較偏重提供經驗給教學者。

• 頻率：每秒幾次，單位「次/秒」
• 週期：每次幾秒，單位「秒/次」

所以兩者相乘的乘積為1，但建議練題目前，先用有變化的敘述，強化學生的認知，如：

• 頻率指的是每秒幾次，所以「1次/秒」指的是每秒鐘1次，「2次/秒」指的是每秒2次，依此類推「10次/秒」指的是每秒10次。
• 週期指的是每次幾秒，所以「1秒/次」指的是每次要1秒，「2秒/次」指的是每次要2秒，依此類推「10秒/次」指的是每次要10秒。

請不要忽略抽象能力不好的人，無法舉一反三的事實，大部分的理化教師自己都很強才能教，理工科背景家長通常自己也不差，但孩子不見得是。

絕大部分計算出錯的學生，關鍵都是出在頻率跟週期上，題型一變化就倒，反過來說，完全抓到頻率週期意義的人，過關的機率就很高。

以具體、具像、動態的實例進行解釋

所以繼續上面所說，頻率跟週期要進一步用具體概念去講，像是拿繩子慢慢地甩動，最好綁著紅色帶子，或是有影片可以慢動作播放得更好。一次又一次，甩動繩子讓學生觀看，抓到那個「從這個點開始，到左右（上下）的頂點後回到原處，稱做1次」的感覺，接著加快、減慢速度甩動，理解頻率跟週期的概念。

為何如此？因為大多數會弄錯的學生，都把頻率、週期跟速度弄混，他們會以為頻率高就是速度快，畢竟從影片中感覺是這樣，故筆者一直說要慢動作播放。透過慢動作播放，找到那個綁帶子的點，來回1次，加快速度再來一次，學生會發現到，其實速度沒有多少變化，是波的數量改變，讓人感覺好像變快。

這樣，才會理解頻率週期等時間因素，在同一介質中，影響的是數量而非速度，之後才能丟公式：

筆者個人經驗上，會混亂的學生，混淆了感覺上的數量跟速度差，以及時間與速度的影響。因為生活上的例子，「時間不是跟速度有關嗎？」這件事，在同一介質中，波的速度可不是如此，頻率周期的時間，指的是產生波的快慢，不是波的速度。

說歸說，筆者這邊的教學，習慣上都是拿彈簧、繩子，以及播放影片去解說，完全不建議只寫黑板，用靜態畫去表達，除非你教的是資優班，不然真的不建議。

現在網路上很多教學影片，強烈建議家長找一些適合的，或是透過班導聯絡管道，請理化老師提供適合的。

波速的計算，藉示意圖理解題目

下面一小節，波速的基本運算，要記得算兩段就對了，這裡必須要建立圖解的習慣，也就是學生除非看了就會，不然請一律要他繪製大概的示意圖，如下題：

範例：向著山壁大喊一聲，2秒後聽到聲波，假設聲音速度340m/s，請問距離山壁多遠？

答：過去跟回來聲音走了兩段路，所以過去1秒，回來1秒，時間距離1秒鐘，所以距離 340m/s ╳ 1s = 340m。

要數學表達，就是假設距離x，聲音過去又回來，距離就是2x，而時間是2秒，列式「距離=速度乘以時間」為：

數學形式不是說不重要，而是先會再說，看懂了之後再要求數學列式列好比較重要。

後續跟進階題型，重點還是背定義跟畫圖輔助

後面兩小節，先提到音色、音調、響度，這就是用背的，拿實際樂器表現效果會更好，這比較沒問題。超聲波等也只是現象跟定義，都很好處理，筆者建議這邊搞不懂的同學，將這類屬於常識的部分記一記，不會有壞處。

最大的麻煩是最後，聲波的反射，這其實已經不大會考了，但作為各校的進階考題，聲波的反射跟計算還是有一席之地。

筆者只能就既有的題型，稍微解釋一下，實際教學的麻煩總是在學生能不能跟上，沒辦法抓個標準狀況。以下說明邊發出聲音邊移動的題目解法，請記得不要死背，更不要去記解法，沒弄懂的同學硬記只是拿分，還是不會懂。

範例：有一艘船以速度10m/s往一面山崖開過去，並發出鳴笛聲，已知2秒後收到笛聲，請問「發出笛聲時」船距離山崖多遠？（此時聲波速度為340m/s）

解：一律畫圖

很多老師都會畫，但解釋上需要下功夫，首先就是要先讓學生理解，聲音發出去後，因為船也會往前移動，所以接收到聲音的位置，會在移動後的位置（淺色船）。

所以，把船移動跟聲音移動的距離加起來，正好會是下面距離x的兩倍，列式子如下：

如果是反向開船的，圖片如下：

看得懂兩張差異的，就不會去死記所謂的速解法，看不懂的才需要。另一種更少見的考題，蝙蝠前進那種，也是類似的繪製法。

讓學生抓到動態性的思維

筆者的經驗是，聲波的反射這類題目，不念高中的基本上通常不會想懂，會想去懂的要教他教到會。念高中想走理工科的，這類題目當然要會，而且是要真懂，不然連這種程度的模擬都模不出來，後面的路更慘，不如早點看開。

而這邊教師的能力非常重要，請各位師長理解，不是畫圖列式，學生就可以懂，需要動態性的解說，讓學生抓到「一齊移動」的思維。

因為，大多數的學生，同一時間只能處理一個物體的移動，也就是當A移動時B不會動，若A、B同時在動，腦袋思考會打結。不會打結的，天分都不算低了，而我們的教學目標放在哪，自己要評估一下。

家長若覺得自己孩子好像不大好，這可能性兩個，一種就天分，這筆者無法幫忙。另一種是之前小學提過的，從小訓練太少，抓不到那種自然的動態變化感覺，這種感覺可以依靠多看科學性影片拉起來。

總之，分清楚可以幫，跟救不了的部分，去幫學生的效率會比較好。