光和影

李佩寧

光在傳播過(guò)程中，遇到不透明的物體時(shí)便被擋住一部分，于是在地上形成一個(gè)一部分光不能到達(dá)的比較暗的區(qū)域，這便是影子。當(dāng)光源與光屏的距離不變時(shí)，物體離光源越近，所形成影子的面積就越大一些，反之，所形成影子的面積就越小一些。

光與影在生活中無(wú)處不在。動(dòng)畫(huà)片里會(huì)有各種影子；有踩影子、做手影游戲；甚至天空中的彎月，也是地球遮擋了太陽(yáng)光線所致。對(duì)于學(xué)生而言，控制影子是一件很有意思的事情。

一、課程重點(diǎn)

本課程旨在讓學(xué)生觀察光和影的變化現(xiàn)象，同時(shí)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，并使用數(shù)學(xué)工具對(duì)物理量和物理規(guī)律進(jìn)行設(shè)想、測(cè)定、衡量和預(yù)測(cè)。

【涉及領(lǐng)域】光學(xué)、數(shù)學(xué)

【建議年級(jí)】小學(xué)低年級(jí)

【建議時(shí)間】110分鐘

二、課程任務(wù)

學(xué)生首先直觀感受光和影的變化，之后對(duì)長(zhǎng)度、角度、高度等物理量進(jìn)行精確測(cè)量和記錄，然后根據(jù)需要的結(jié)果猜測(cè)變量的情況。通過(guò)完成給定的任務(wù)，對(duì)角度、長(zhǎng)度、高度、面積等綜合運(yùn)用有基本認(rèn)識(shí)，提升總結(jié)歸納能力。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入：身邊的光和影現(xiàn)象（20分鐘）

第一步：說(shuō)說(shuō)與影子有關(guān)的事例?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生描述自己對(duì)于影子的認(rèn)識(shí)；可以給學(xué)生普及一些有關(guān)日晷和冬夏太陽(yáng)高度的知識(shí)；可以讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)踩影子游戲。比如，在一天中，被太陽(yáng)照射到的物體投下的影子在不斷地改變著。一是影子的長(zhǎng)短在改變。早晨的影子最長(zhǎng)，隨后逐漸變短，一過(guò)中午又重新變長(zhǎng)。二是影子的方向在改變。在北半球，早晨的影子在西方，中午的影子在北方，傍晚的影子在東方。根據(jù)影子的長(zhǎng)度或方向都可以計(jì)時(shí)，但根據(jù)影子的方向來(lái)計(jì)時(shí)更方便一些，故通常都是以影子的方位計(jì)時(shí)。 隨著時(shí)間推移，晷針上的影子慢慢地由西向東移動(dòng)。移動(dòng)著的晷針影子好像是現(xiàn)代鐘表的指針，晷面則是鐘表的表面，以此來(lái)顯示時(shí)刻。我們熟知的踩影子游戲也有根據(jù)時(shí)間的難易之分，在中午或者陰天情況下的踩影子游戲較難，而晴朗天氣下早晨和傍晚時(shí)候則最簡(jiǎn)單。

第二步：頭腦風(fēng)暴。讓學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，分組使用工作單匯總教室、家里、校園中有哪些光影的現(xiàn)象和變化（見(jiàn)圖1）。教師可以讓各小組依次向全班匯報(bào)本組頭腦風(fēng)暴的結(jié)果，完成課程的導(dǎo)入。比較容易發(fā)現(xiàn)的有婆娑的樹(shù)影，窗臺(tái)延伸部分形成的影子等。教室中一般都有多個(gè)燈作為黑暗時(shí)候的光源，移開(kāi)桌子，讓學(xué)生選出代表站在中央，拉上窗簾，對(duì)這位同學(xué)站位不同情況下開(kāi)燈后形成的影子進(jìn)行觀察或者描述，小組可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。

第三步：進(jìn)階提問(wèn)。教師可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，向?qū)W生提出幾個(gè)進(jìn)階的問(wèn)題，讓學(xué)生思考并回答。問(wèn)題示例如下。

（1）誰(shuí)能總結(jié)一下大家所找到現(xiàn)象的原因？

（2）光和影現(xiàn)象中，有哪些導(dǎo)致影子變化的變量？

（3）對(duì)這些變量如何進(jìn)行人為控制？

需要特別說(shuō)明的是，變量是指那些可以人為控制和改變的因素。由于年齡所限，這里不要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確說(shuō)出變量名稱，如光照角度、光源大小、被射物體、本影等，但是要求學(xué)生能提出有關(guān)這些概念的部分特點(diǎn)的描述，如學(xué)生指出光從哪兒射過(guò)來(lái)很重要，這是個(gè)可以控制和改變的量。

2.實(shí)驗(yàn)與記錄（20分鐘）

教師給出工作單（見(jiàn)表1），以角度、光源距離、光屏距離為變量，每個(gè)變量變化3次，讓學(xué)生測(cè)定和記錄不同變量變化下的影子長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。材料：米尺、手電筒、10厘米長(zhǎng)的木棍、白紙（作為光屏）、兩種直角三角板。

3.宣布任務(wù)及評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】基本任務(wù)：用一個(gè)光源同時(shí)制作兩個(gè)同學(xué)的影子，一個(gè)長(zhǎng)2米，另一個(gè)長(zhǎng)50厘米。材料：米尺、調(diào)光手電筒（即可以調(diào)整光擴(kuò)散角的手電筒）。

挑戰(zhàn)任務(wù)：在墻上制作一個(gè)面積約為100平方厘米的樹(shù)葉的影子（如果有足夠空間的話，可以制作25平方分米的手掌的影子）。材料：手電筒、光滑的墻面、樹(shù)葉、暗室。

要求每組學(xué)生都嘗試任務(wù)，在空白紙上畫(huà)出原理圖，并用講解的形式向全班進(jìn)行基本任務(wù)和挑戰(zhàn)任務(wù)的展示。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表2）。

4.任務(wù)的執(zhí)行與提示（25分鐘）

正式執(zhí)行影子制作任務(wù)。教師可以提示學(xué)生以下內(nèi)容。

（1）關(guān)于面積，如果沒(méi)學(xué)過(guò)面積的概念，可以嘗試讓學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)化的理解，如：一根尺子的長(zhǎng)短可以衡量，那么一張桌子的大小也是可以衡量的，衡量的方法就是通過(guò)比較面積的大小。

（2）標(biāo)準(zhǔn)圖形的面積容易計(jì)算，但不規(guī)則圖形的面積如何計(jì)算呢？可以用數(shù)格子的方法，這樣即便低年級(jí)的學(xué)生不了解面積的概念，也能很好地比較與計(jì)算面積的大小。

（3）教師需要事先制作網(wǎng)格，可以利用教室的墻面，以1厘米為邊長(zhǎng)（選擇測(cè)量樹(shù)葉的影子時(shí)，以1厘米為單位邊長(zhǎng)；若選擇測(cè)量手掌的影子時(shí)，以5厘米或1分米為單位邊長(zhǎng)），制作正方形網(wǎng)格，讓學(xué)生將手掌的影子投射到墻面上，然后數(shù)格子。

（4）有的格子會(huì)被陰影填滿，有的填充了大部分，有的只填充了少部分。這時(shí)需要教師確定計(jì)算方式，可以進(jìn)行簡(jiǎn)便的計(jì)算，讓學(xué)生只數(shù)被陰影填滿的格子和填充了大部分的格子，而填充了少部分的格子則忽略不計(jì)。

（5）可以讓學(xué)生先預(yù)測(cè)光源、手掌、墻面之間的距離，然后再實(shí)際操作驗(yàn)證。

（6）在學(xué)生用手掌投影后，為了節(jié)省時(shí)間，可以拍照，讓學(xué)生慢慢數(shù)。

5.反思與總結(jié)（15分鐘）

教師可以要求學(xué)生舉手回答以下問(wèn)題，完成本環(huán)節(jié)。

（1）你們組在解決問(wèn)題過(guò)程中誰(shuí)的貢獻(xiàn)最大，為什么？

（2）你們組成功完成了任務(wù)，能詳細(xì)介紹一下設(shè)計(jì)原理么？

（3）你們組有沒(méi)有從其他組借鑒一些做法？借鑒了什么？為什么？

（4）你們組沒(méi)有完成挑戰(zhàn)的原因是什么？如果讓你們?cè)僮鲆淮?，?huì)有哪些改變？

（5）在地球上的你能否向月亮上投射一個(gè)巨大的影子，你需要什么材料？

對(duì)于問(wèn)題（5），教師應(yīng)當(dāng)做一些前期的物理知識(shí)儲(chǔ)備。首先，強(qiáng)烈的陽(yáng)光會(huì)稀釋月球上的影子，因此選擇時(shí)機(jī)最好是在即將進(jìn)入新月的時(shí)候，此時(shí)月球的正面是完全黑暗的。其次，要想向月球投射影子，需要一個(gè)很大的被照射的物體，這個(gè)物體不能透光，最好是在大氣層以外，以減少大氣層對(duì)于光的散射。最后，還需要一個(gè)功率極強(qiáng)的照射燈作為光源，光源必須足夠大、足夠亮。另外，教師應(yīng)提醒學(xué)生，若以太陽(yáng)作為光源的話，月全食就是地球在月球上投影的結(jié)果。

（責(zé)任編輯 張慧籽）