CN112349188A - 一种关于声音和声波的教学器具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种系统地培养中小学生理解声音和声波的教学器具。通过学生亲自动手操作器具和直观的展示，以加深他们对相关物理知识理解和巩固。该教学器具设计方法可以以单独的设备形式存在，也可以通过软件形式运行于普通电脑、平板电脑和手机上，可获得同样的教学效果。
Description
技术领域
本发明属于教学器具，本质上是通过适当的设备进行先进教学方法和理念的实施。具体方法上涉及物理学、教育学、心理学、信息技术等。
背景技术
物理学教学中，关于声音和声波的一些基本概念对于中学生是难以掌握的，其原因主要在于声音看不见摸不着，无法直观地看到其传播过程，纵波的形式也是初学者难以想象和理解。为了更好地进行相关知识的教育，需要从中小学学生的心理特点出发，将他们需要掌握的知识点尽量用实际形象的直观方式呈现出来。虽然实际的声波传递过程无法显示出来，但可以利用信息技术通过多媒体的形式直观地表现出来，让学生们能听到能看到。
主要技术部分分点
物理知识的融合，声音传递是需要时间的，声音速度与介质的关系，纵波和横波的区别和联系，声强、频率与波形的关系，多个声音的叠加等。
友好的交互设计，用户交互是指使用者和设备（含软件）的交互方式、操作逻辑、显示美观的整体设计。好的用户交互设计不仅是让设备变得有个性有品味，还要让操作变得舒适、简单、自由，充分体现设备的定位和特点。本设备将面对中小学生，在交互设计上尤其要注意其简洁方便，操作简单，能实时互动，结果要清楚直观，要让学生愿意使用，有操作的快乐。
实现，该教学器具将以独立设备的形式存在，也可以将设计内容通过计算机编程实现，最后以独立教具设备的形式或者以计算机APP的形式运行在普通电脑、平板电脑和手机上。
发明内容
本发明提供了一套融合中学物理中关于声音和声波的重要知识点的教学器具，涵盖了介质在声音传播中的作用、纵波和横波的异同、频率、声强、波长的关系等。从教育学和心理学角度出发，将相关物理知识用直观的图形方式展示出来，有动态实时交互，适合课堂教学和课后巩固知识使用。
本发明提供了一套物理中关于声音和声波的教学器具，以独立实体设备形式实现，包括机体、外壳、按键和屏幕等部分。外壳覆盖和保护整个机体。外壳正面有屏幕和调节器部分。本发明也可以以软件APP形式实现，可以获得同样的教学效果。
有益效果
1、将基本的物理知识点融合在一起，通过直观的方式展示出来，便于教学活动。
2、使用者可以动手操作，动态地看到声音的传播过程，实时地听到声音的声强和频率的变化，促进学生对声音及其传播过程的真正理解。
3、采用实体的教具设备或者APP，灵活方便，适合课堂教学和学生课后的巩固和探索。
附图说明
图 1 设备正视图；
图 2 声音介质选择区图；
图 3 声音控制区图；
图 4 运行控制区图；
图 5 传播过程显示区图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的声音和波的教学器具的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种声音和波的教学器具，尤其适合中小学生使用， 附图1是本发明具体实施方式的示意图。
如图1所示，整个教具主要为覆有外壳的机体1，正面是一些电源开关2、声音传播介质选择区3、声音控制区4、运行控制区5和声波显示区6。机体1背面有电池盒，或者在侧面有电源插孔，机体1可以有耳机插孔。声波显示区域6主要为一个或者多个液晶屏幕。
长按电源开关2切换开关机状态，当处于关机状态时候，声波显示区6无显示。电脑开机后，液晶区域显示初始情况。
如图2所示，使用者根据需要，通过按钮31、32、33、34、35、36、37、38等选择声音的传播介质，分别对应着常见的介质，包括真空、空气、软木、油、水、冰、铜、铁等，可以适当增减或修改。
如图3所示，使用者根据需要进行声音控制，通过调节器（滑动电位器或者旋转电位器）41、42、43、44、45、46等确定声音成分中的强度和频率，示意图图3可以有三个频率的震动叠加在一起的声音。41、43、45调节强度，42、44、46调节频率，频率范围可以在在1Hz-25000Hz。当某一个声音成分的强度为0时表示不含有该成分。调整时候的强度和频率信息显示在47。
如图4所示，运行控制区包括播放按钮51、暂停按钮52、停止按钮53，还有控制耳朵距离声源位置的调节器54（用滑动电位器或者旋转电位器实现，耳朵位置和相对声源的距离显示在55）。按播放按钮51后，系统按所设定的频率和声强开始从声源向外传播，传播过程会在传播过程显示区域实时呈现，当声波到达耳朵位置后，通过扬声器或者耳机对外发声，音效由声音控制器确定。按暂停按钮52后系统运行暂停，暂停后声波形态保持不变，按播放按钮51后继续。按停止按钮53后系统恢复到开机状态，声音调节保持原情况不变。
如图5所示，声波的传递过程会形象地展示在传播过程显示区6的各个子面板中，包括：原始纵波显示区61、原始横波显示区62、放大纵波显示区64、放大横波显示区65。纵波为分子的疏密形式，不直观，通过密度计算出对应横波的形式，会有更加直观的展示。通过放大区域位置调节器63选择对于原始横波和纵波的放大。当前距离声源发声的时间显示在67。当系统暂停时候，可以通过放大区域时刻调节66的调整以观察某一时刻的波形。
Claims (7)
1.一种关于声音和声波的教学器具，包括：覆盖外壳的主体（1）、电源开关（2）、声音介质选择区（3）、声音控制区（4）、运行控制区（5）和传播过程显示区（6）。
2.如权利要求 1 所述的教学器具，其特征在于，介质选择区（3）包括多种介质选项按钮，如真空（31）、空气（32）、软木（33）、煤油（34）、水（35）、冰（36）、铜（37）、 铁（38）等常见介质，可以适当扩充或者减少。
3.如权利要求 1 所述的教学器具，其特征在于，声音控制区（4）包含多组声强（41、43、45等）和频率调节器（42、44、46等），可以实现单种频率和不同频率的叠加混频。
4.如权利要求 1 所述的教学器具，其特征在于，运行控制区（5）包括声源控制部分：播放按钮（51）、暂停按钮（52）、停止按钮（53），以及调整耳朵距离声源距离的调节器（54），声波从声源发出传播到耳朵后播放如权利要求3所确定的声音。
5.如权利要求1所述的教学器具，其特征在于，传播过程显示区（6）包含多个显示单元：原始纵波显示区（61）、原始纵波对应横波显示区（62）、放大纵波显示区（64）和放大纵波对应横波显示区（65），放大显示区域显示原始传播过程某一位置某一时刻的放大情况。
6.如权利要求5所述的教学器具，其特征在于，传播过程显示区（6）还包括放大区域位置调节器（63）、放大区域时刻调节（66）、当前时刻显示（67），放大区域位置调节器（63）和放大区域时刻调节（66）的设定改变会影响如权利要求5所述的放大纵波显示（64）和放大纵波对应横波显示（65）的显示情况。
7.如权利要求1-6所述的数学教学器具，可以实现在独立的设备上，也可以通过软件APP的形式运行在电脑、平板电脑和手机上。
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2020
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