探密光世界

謝俊翔

光是一個古老而又永恒的課題。人類自誕生之初，就不斷探尋著光的本質(zhì)，光的內(nèi)涵不斷得到修正和完善。如何讓教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)？如何利用新手段改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，揭示光的原理？如何在教學(xué)過程中采取不同的形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣？如何從不同角度出發(fā)，形成專題，幫助學(xué)生解決難點(diǎn)，學(xué)以致用？這些都是校外教育工作者需要不斷深入探索的課題。作為學(xué)校教育的補(bǔ)充，江蘇省科技館在開發(fā)“探密光世界”教育項(xiàng)目時，有自己獨(dú)有的特色與優(yōu)勢。

“探密光世界”課程面向小學(xué)3—6年級學(xué)生。該年齡層學(xué)生具有較強(qiáng)的求知欲和好奇心，具有一定的邏輯思維能力，接受新事物也比較快，同時也是形成自身人格及價值觀的重要時期，需要正確及時加以引導(dǎo)。

“探密光世界”整個課程框架設(shè)計(jì)成閉環(huán)邏輯鏈結(jié)構(gòu)，“光是什么”既是這條邏輯鏈的起點(diǎn)也是終點(diǎn)。要了解光是什么，首先必須明確研究對象，這就是第一環(huán)節(jié)——光之家族;有了光后，眼睛為什么能夠看見這個世界，這是第二環(huán)節(jié)——光之律動;眼睛看到的世界為什么是色彩繽紛的，這是第三環(huán)節(jié)——光色之謎;眼睛看到的這個色彩繽紛的世界是否是真的，這是第四環(huán)節(jié)——眼見未必為實(shí)。每個環(huán)節(jié)都由一條分邏輯鏈構(gòu)成，這樣層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的邏輯結(jié)構(gòu)，可以讓學(xué)生更加容易把握課程脈絡(luò)，回顧所學(xué)內(nèi)容。下面結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)法，著重介紹第一環(huán)節(jié)“光之家族”的設(shè)計(jì)。

“光之家族”活動內(nèi)容

首先為學(xué)生設(shè)置情境，想象自己是一群身處原始森林的原始人類，為光源的追本溯源作好準(zhǔn)備，然后進(jìn)行任務(wù)設(shè)置。

情境一：原始森林

將畫面推進(jìn)到神秘的原始森林，小男孩皮皮飛奔而來（動畫視頻）。通過皮皮的求助，探險(xiǎn)小分隊(duì)（學(xué)生分組）將完成3項(xiàng)任務(wù)。

任務(wù)一：森林大火讓原始人懂得了火的好處，可這火終會熄滅，怎樣人工取火

各組學(xué)生根據(jù)自身知識儲備和經(jīng)驗(yàn)，通過討論得到初步結(jié)論?？萍驾o導(dǎo)員通過講述“燧明國取火”的故事引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出摩擦生火的原理，進(jìn)而進(jìn)行鉆木取火和燧石取火的實(shí)踐。

此任務(wù)采用情境式教學(xué)法，綜合應(yīng)用多媒體、道具及角色扮演等手段，為學(xué)生營造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，引發(fā)學(xué)生探究的興趣。通過故事的形式，讓學(xué)生學(xué)會分析、推理、假設(shè)的思維方法。

任務(wù)二：簡單地敲、砸，取火效率太低，設(shè)計(jì)一個簡單的機(jī)械，使取火過程變得簡單易行

給學(xué)生提供石頭、木棒及火絨、枯葉等生火材料，讓學(xué)生模擬取火。然后，讓學(xué)生分組討論，簡單地敲、砸取火容易嗎？如何改進(jìn)？讓學(xué)生比較敲打與旋轉(zhuǎn)摩擦，哪種方式更容易取火。人類手臂成直線來回運(yùn)動比較方便，而木棒旋轉(zhuǎn)摩擦生火比較容易，讓學(xué)生思考如何利用工具將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?？萍驾o導(dǎo)員提供拆成零件的彈弓式取火工具讓學(xué)生現(xiàn)場組裝，組裝過程中逐步給予提示，比如，如何利用摩擦？利用哪兩種零件摩擦可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換？輔導(dǎo)員提供拆成零件的下壓式取火工具讓學(xué)生現(xiàn)場組裝，過程中提示學(xué)生，如何利用慣性，并為學(xué)生演示旋轉(zhuǎn)球（一種通過來回抽拉繩子可以旋轉(zhuǎn)的玩具），訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用類比思維方法解決問題的能力。

此任務(wù)通過動手操作，提高學(xué)生動手實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;通過讓學(xué)生自己構(gòu)思、設(shè)計(jì)、組裝工具，訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維能力，尤其是運(yùn)用類比方法解決問題的能力;讓學(xué)生初步懂得需求推動了工具的發(fā)展，為后面進(jìn)一步闡述作鋪墊。

任務(wù)三：木材作為原料，不僅有濃煙，而且砍伐費(fèi)時費(fèi)力，如何改進(jìn)燃料？

學(xué)生分組討論“在原始森林里，哪些材料可以作為燃料”，根據(jù)學(xué)生的答案，科技輔導(dǎo)員準(zhǔn)備動物油、植物油、樹葉等材料，組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，比較各種材料的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)。然后，科技輔導(dǎo)員提問：“近代出現(xiàn)了什么新型燃料？”并組織學(xué)生分組討論：“為什么人造光源的發(fā)展從木材、動物油燈、植物油燈，再到燃油燈？”最后，科技輔導(dǎo)員對任務(wù)進(jìn)行總結(jié)升華。從取火到改進(jìn)燃料，人造光源的發(fā)展歷程其實(shí)就是人類不斷產(chǎn)生需求、解決需求的過程，人類文明就是這樣積累而來。深化認(rèn)識需求是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的動力，推動著社會的發(fā)展。

此任務(wù)訓(xùn)練學(xué)生列舉、比較、歸納、總結(jié)的思維能力，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)與社會的關(guān)系。

情境二：愛迪生的實(shí)驗(yàn)室

將畫面推進(jìn)到發(fā)明大王愛迪生的實(shí)驗(yàn)室。電力的應(yīng)用，使新的光源成為可能。

學(xué)生分組討論“哪些材料可以作為燈絲”，科技輔導(dǎo)員準(zhǔn)備毛發(fā)、鉛筆芯、絲絨、金屬絲，現(xiàn)場演示發(fā)光實(shí)驗(yàn)。學(xué)生看完實(shí)驗(yàn)后分組討論，為什么這些材料容易被燒斷，有什么辦法可以讓它們?nèi)紵L時間。根據(jù)討論結(jié)果，科技輔導(dǎo)員將裝有燈絲的玻璃罩中填充氦氣演示發(fā)光實(shí)驗(yàn)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，填寫各種燈絲材料填充氦氣前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論?？萍驾o導(dǎo)員進(jìn)行總結(jié)升華，直到電的出現(xiàn)，人類才迎來了真正意義上的光明。隨著科技的發(fā)展，人類的需求可以得到更好、更多的滿足。通過愛迪生實(shí)驗(yàn)了6000多種燈絲材料的故事，讓學(xué)生體會科學(xué)精神，培養(yǎng)他們?yōu)槿祟愒旄５那楦袃r值觀。

情境二的任務(wù)讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用試錯法進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生假設(shè)、推理判斷的邏輯思維能力。

情境三：伊曼的實(shí)驗(yàn)室

畫面推進(jìn)到美國科學(xué)家伊曼的實(shí)驗(yàn)室，揭開熒光燈發(fā)光之謎。

科技輔導(dǎo)員演示熒光燈管靠近輝光球時發(fā)光的實(shí)驗(yàn)?？赐陮?shí)驗(yàn)，學(xué)生分組討論為什么熒光燈沒有接通電源也能發(fā)光。各組進(jìn)行假設(shè)推理，得出初步結(jié)論，集中評價。輔導(dǎo)員讓學(xué)生思考“熒光燈與白熾燈相比有哪些優(yōu)點(diǎn)”。學(xué)生學(xué)習(xí)拓展知識——發(fā)光二極管的應(yīng)用使一種新型光源應(yīng)運(yùn)而生，即LED光源。然后進(jìn)行分組討論：“為什么如今LED光源大范圍替代了傳統(tǒng)白熾燈？”活動最后，科技輔導(dǎo)員進(jìn)行總結(jié)升華，節(jié)能環(huán)保是替代的根本原因，讓學(xué)生認(rèn)識到地球上的資源是有限的，要與自然和諧相處，保護(hù)地球環(huán)境，節(jié)約能源。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)

整個課程框架設(shè)計(jì)成閉環(huán)邏輯鏈結(jié)構(gòu)，分4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都由1條分邏輯鏈構(gòu)成，整體課程脈絡(luò)清楚，學(xué)生易于把握。

課程充分依托館內(nèi)展品資源優(yōu)勢。在第二環(huán)節(jié)“光之律動”中，涉及館內(nèi)“探索發(fā)現(xiàn)”展區(qū)18件光學(xué)展品，學(xué)生可以通過動手操作鞏固課堂所學(xué)知識?？梢哉f科技館就是課堂的延伸，是課堂的后花園。

科技館教育強(qiáng)調(diào)的是動手實(shí)踐和互動參與，所以在設(shè)計(jì)課程時，每一個新出現(xiàn)的知識點(diǎn)都以實(shí)驗(yàn)的形式加以呈現(xiàn)，使概念不再停留在表面，把知識落在實(shí)處。課程的每個環(huán)節(jié)都安排了動手制作項(xiàng)目，有潛望鏡、望遠(yuǎn)鏡、萬花筒、手機(jī)三維全息、手機(jī)投影儀等，讓學(xué)生懂得知識的價值在于運(yùn)用、實(shí)踐和創(chuàng)造。

發(fā)揮館內(nèi)實(shí)驗(yàn)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢，將藝術(shù)融入科學(xué)。利用激光炫目的效果，配上動感音樂，盡可能營造出美輪美奐的藝術(shù)氛圍。通過奇幻的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

綜合運(yùn)用探究式教學(xué)法、情境式教學(xué)法、PBL教學(xué)法及“做中學(xué)”，變被動學(xué)為主動學(xué)，提高了教學(xué)效果，訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

教學(xué)內(nèi)容及時更新，反映了時代的新熱點(diǎn)和新成果。