第一章 緒論
第一節 研究背景與動機
「聽覺」是人類在胎兒時期就發展的感覺，初生嬰兒最早也是透過「聲音」來認識 這個周遭環境，大自然中充滿著各式各樣不同的聲音，不斷地透露出各種訊息，讓我們 能夠藉著聲音探索及了解這個世界。然而「聲音」是如何產生的呢？我們又是如何聽到 聲音？關於聲音的研究，涵蓋了許多領域範圍，科學家研究聲音及聲音對人類的影響，
音樂家透過聲音傳達藝術的美學，語言學家感興趣的是如何運用聲音來溝通與表達，聲 音在各領域都有其發展的重要性。國小的自然與生活科技領域課程裡，安排了｢聲音」的 相關單元，就是希望學生們能透過課程的學習，對聲音的物理現象能有基本的概念。
研究者在國小教授「自然與生活科技領域」大約有五年的時間，每年都有機會教導 學生學習「聲音」的單元，對於學生們在學習「聲音」單元時所表現出來的興致印象十 分深刻。學生們在「聲音」單元的歷程中，由於可以觀察、操弄各種不同的樂器，讓樂 器會發出各種不同的音調，因此學習樂趣高昂。不過當研究者在教學的歷程中想但對聲 音的產生、傳遞、特性等做進一步的學習及探討時，發現學生在理解上「聲音」的概念 時，仍存在著許多的迷思概念。
在目前牛頓、南一、康軒、翰林版本的教科書中，有關聲音的單元除了低年級生活 課程運用「傳聲筒」做為教具進行教學外，在高年級的聲音學習單元，多以「樂器」做 為素材，引出聲音的概念的學習，研究者曾使用上述教科書的其中三種版本進行聲音單 元的教學，在研究者的教學歷程中，發現了一些有趣的現象，茲舉例說明如下：
1.研究者使用學校的「鐘琴」做為教學的素材，讓學生觀察聲音高低與鐘琴長短的 相關性時，學生在觀察的歷程中因發現每個鐘琴片背後有不同凹陷記號（這些記 號可能是在製作樂器的歷程中標記音階使用的記號），以致認為是這些記號造成 鐘琴的聲音高低不同。這好像在提醒研究者，使用樂器的挑選，似乎要以簡單為 原則。或許研究者挑選一個比較簡單的鐵琴（例如：小朋友們在玩具店可買到的
簡易鐵琴）是否可以減少學生這些錯誤的思考。
2.研究者運用「鼓」做為教學的素材，讓學生觀察鼓的振動現象時，學生會同時發 現敲擊鼓的中間與旁邊的聲音不同，因此學生會認為同一個鼓有聲音的高低。但 運用「鼓」做為教材，所要傳遞的聲音概念是「同一個鼓當你敲擊同一個地方時，
聲音是不會有高低的」。由於學生在操作的歷程中發現鼓敲不同的地方會有聲音 的高低，於是學生會認為「同一個鼓有不同聲音的高低」，對於我們要傳遞的概 念，反而難以理解。因此，如果在教學的歷程裡，可以指導學生在觀察樂器聲音 高低時需要掌控的「變因」概念，學生在有效的變因控制與觀察下，才能發現「同 一個鼓敲擊相同的位置時，不會有聲音高低」的概念。
此外，研究者也發現，如果我們拿現成的「鼓」進行教學時，受限於「鼓」
無法拆解，學生無法透過操弄鼓面的鬆緊程度，了解「鼓面鬆，聲音低；鼓面緊，
聲音高」的概念，這也造成學生們很難理解為什麼同一個鼓敲中間與敲旁邊的聲 音會有所不同。「鼓」屬於節奏樂器，不像鐵琴有長短不同的鐵片，讓學生容易 發覺聲音高低與鐵片長短之間的關係，因此學生不容易觀察「影響鼓聲音高低的 因素」。
以目前大多數指導聲音概念的教材來說，大部份教師會運用「鼓」來引導振 動概念，但在引導了振動概念後，指導其他單元時，「鼓」這項樂器就不被討論 了。但站在學生本位的立場，學生在操弄樂器的歷程中產生了疑問及探究興趣，
教師更應該把握機會建立相關概念，對於學生的學習將更有幫助。
綜上所述，讓研究者思索，若「鼓」能拆解，學生能自由控制鼓面鬆緊，是 否能讓學生察覺「鼓面」的中間與旁邊鬆緊的差異，了解「不同鼓面鬆緊會影響 鼓敲擊的聲音高低」概念，如此，便可以引導學生了解敲擊鼓的中間與旁邊聲音 不同，是因為鼓的中央鼓面較鬆，鼓的旁邊鼓面較緊的緣故。
3.由於樂器昂貴，數量有限，大多數學校的樂器多提供學校的樂隊使用居多，自然 科任教師不一定能順利取得這些樂器進行教學（如木琴等），即使這些樂器可以 借用，在使用時老師還必須小心呵護，避免損壞，因此也不一定能在教學場域中 讓每個孩子都能夠有充分的操弄經驗。
4.樂器在聲音的單元教學中屬於操弄的教具素材，但在使用樂器進行聲音單元的教
學時，教師如果沒有將相關概念進行類化，很容易讓原本以「聲音概念」的教學 重心，變成以「了解樂器的發聲」原理為教學的重點，例如：學生撥彈吉他，看 吉他的震動產生聲音，學生會說「因為吉他的弦有震動，所以會有聲音」但如果 沒有運用其他的活動讓學生強化學生的概念（如：運用吹紙片的方式，讓學生思 考，為何紙片會發聲；運用觀察鼓面的震動，讓學生思考鼓為何會發聲等）那麼 學生似乎很難從單一的操弄事件中理解「物體振動產生聲音」的概念。
現有課程內容除了研究者在以往的教學中發現上述的現象外，由於研究者所任教的 學校原住民學生居多，研究者發現，教科書中使用有關聲音教學的樂器題材，或教材中 所陳述的樂器，對於研究者執教學校的學生來說並非是個容易取得或有機會操弄的題 材。因此研究者希望「在教學的歷程，能運用最接近學生生活的樂器做為教學素材，以 貼近學生的生活經驗」。
在一個偶然的機會下，研究者發現原住民電視台「科學小原子」的節目，在節目中 新竹高中的謝迺岳老師探訪了全台灣各原住民的部落，由他們的生活中去尋找素材，運 用科學原理來說明這些素材背後所隱含的科學概念。讓研究者驚艷的是：節目中運用貼 近原住民生活可得的簡單材料，就可以設計出淺顯易懂又好玩的科學玩具，讓學生從製 作玩具、操弄玩具的過程中，去學習先人的智慧及隱含的科學原理概念。這樣的發現，
似乎支持研究者「運用貼近學生生活素材進行聲音概念教學」的想法，也讓研究者思考：
如果學生在學習聲音概念的歷程中，我們運用貼近生活的簡單的素材來製作樂器，讓學 生從製作樂器的歷程中學習到聲音的概念，這樣似乎會讓教學很有趣，且增進學生的概 念學習。
目前各版本教科書中有關聲音概念的教學，在教材設計上，多採用「學習的歷程中 以樂器做為素材進行各項聲音概念的學習，結尾請學生運用所學的樂器發聲原理來製作 樂器」。這樣的課程安排是希望學生學習了聲音的概念後，能運用「製作樂器」的統整活 動整合學生學習的概念，是一個很好的思考與教材安排方式。但研究者在教學的場域中 卻發現，學生能自製的樂器似乎有限，能說主動說出樂器設計原理的學生就更少了1。這 讓研究者思考：有沒有可能在進行各項聲音概念的教學時，直接讓學生透過製作簡易樂 器的歷程來理解聲音的物理特性呢？雖然這樣的思維似乎與目前教科書在課程的安排順
1研究者曾經和其他學校的老師們請教他們學生在「製作樂器單元」的學習情形，發現多數老師與研究者 有相同的經驗與看法。
序上幾乎是完全相反的安排方式，但卻吸引者研究者探尋的興趣。教育部「九年一貫課 程自然與生活科技學習領域綱要」能力指標 2-3-5-2 也提到：「藉製作樂器瞭解影響聲音 高低的因素、音量大小、音色好壞等，知道樂音和噪音之不同」，因此，藉由製作樂器來 探索聲音的物理特性似乎更貼近所要達到的能力指標。
目前各版本教科書除了在聲音概念的安排順序與研究者的思維有所不同外，目前多 數的教科書多以「選擇特定樂器，做特定物理現象的觀察」方式進行教學。例如：為了 方便觀察震動概念，就拿「三角鐵」或「鼓」來觀察震動的現象。但指導聲音高低的概 念時，就更換如「試管裝水吹氣」或「鐵琴」、「吉他」作為素材，但三角鐵和鼓是否有 聲音的高低，似乎就被遺忘了。因此，研究者在思考：如果我們在指導聲音的每一個概 念時，都把每個樂器進行討論，這樣是否能讓學生對於吹管樂器、打擊樂器、撥彈樂器 的發生原理有各完整的了解。
兒童對於玩具的喜好是天性（楊忠樵，2000），玩具對於兒童來說具有重大的意義，
因為兒童會從玩具的操弄中獲得第一手訊息，藉此開始累積生活的經驗與人生的智慧（溫 明麗，1988）。在科學教育中能簡易製作科學玩具，可以做為學習教材和當作遊玩的器具
（成映鴻，1997），教師若能使用科學玩具進行教學活動，可以幫助學生建構概念（Setin，
1997），也能促進學童在學習過程中快樂的學習（Angier，1981）。上述的研究觀點讓研 究者思考：「把樂器變成一個樂器玩具」，運用「樂器玩具的製作進行聲音概念教學」的 想法。既然現有的樂器獲得不易，不能拆解，何不指導學生自己製作樂器玩具呢？
以上陳述研究者的思維和目前的課程內容與安排順序似乎有些不同，但研究者認為
以上陳述研究者的思維和目前的課程內容與安排順序似乎有些不同，但研究者認為