創(chuàng)新《影子的秘密》實(shí)驗(yàn)教具

方一盈

〔摘? ? 要〕? 小學(xué)科學(xué)課程的宗旨關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)不可或缺的環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)立足素養(yǎng)，找準(zhǔn)課程內(nèi)容中的關(guān)鍵難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)情創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的困難，聚焦素養(yǎng)合理安排教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)還應(yīng)該服務(wù)于學(xué)生，不增加學(xué)生的操作難度，著力提升學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；核心素養(yǎng)；創(chuàng)新教具；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 058-060

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中首次提出“核心素養(yǎng)”導(dǎo)向。新課標(biāo)指出：小學(xué)科學(xué)課程的宗旨關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，因此，科學(xué)教學(xué)應(yīng)立足于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)?？茖W(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)內(nèi)涵分為四個(gè)方面：科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任。四個(gè)方面互相交融，探究實(shí)踐需要科學(xué)觀念和科學(xué)思維作為基礎(chǔ)，其中也體現(xiàn)責(zé)任態(tài)度。

實(shí)驗(yàn)探究是小學(xué)科學(xué)課程中開展探索和實(shí)踐的重要方式，它可以呈現(xiàn)具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來解釋抽象的科學(xué)知識(shí)。正因?yàn)樾W(xué)科學(xué)課堂上的實(shí)驗(yàn)探究發(fā)揮著如此重要的作用，所以改進(jìn)和創(chuàng)新教具成為提高教學(xué)效率的有效手段。本文以教科版三年級(jí)下冊(cè)《影子的秘密》一課為例，闡述在核心素養(yǎng)的視角下如何利用創(chuàng)新教具開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、立足素養(yǎng)，明確目標(biāo)，找準(zhǔn)課程關(guān)鍵

立足素養(yǎng)，教師要明確指向素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)的確定非常關(guān)鍵。根據(jù)新課標(biāo)的要求，確定教學(xué)目標(biāo)要從核心素養(yǎng)的四個(gè)方面進(jìn)行。具體如下：科學(xué)觀念目標(biāo)——不但要確定所學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)，還要關(guān)注它的應(yīng)用。該課例中，需要通過影子產(chǎn)生和變化的分析，初步了解陽光下影子變化的規(guī)律和日月食產(chǎn)生的原因；科學(xué)思維目標(biāo)——要理清運(yùn)用哪些科學(xué)思維方法并完成什么。觀察影子的變化，通過分析、歸納，交流，概括出影子的大小和形狀的改變與光源、遮擋物的相互關(guān)系；探究實(shí)踐目標(biāo)——要寫出具體的探究實(shí)踐活動(dòng)及其要求。學(xué)生能對(duì)教師提供的創(chuàng)新教具結(jié)合所要探究的問題用圖像法記錄現(xiàn)象，從影子的變化中分析出光源、遮擋物、影子之間的關(guān)系；態(tài)度責(zé)任目標(biāo)——要寫出通過什么，培養(yǎng)什么樣的態(tài)度責(zé)任。通過利用創(chuàng)新教具觀察影子的活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人類生活的光影世界感興趣。

分析《影子的秘密》一課的教學(xué)內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，它屬于新課標(biāo)附錄4“學(xué)生必做探究實(shí)踐活動(dòng)”下“3～4年級(jí)11.觀察影子形成的原因”實(shí)驗(yàn)。教材當(dāng)中，先設(shè)計(jì)利用手電筒、小木塊產(chǎn)生影子并觀察。三年級(jí)的學(xué)生對(duì)于如何利用材料產(chǎn)生影子并不會(huì)覺得困難，但是在實(shí)驗(yàn)的觀察中出現(xiàn)兩個(gè)問題：第一，忽略影子的產(chǎn)生需要接收屏；第二，發(fā)現(xiàn)影子很亂。這兩個(gè)問題出現(xiàn)的原因在于，實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料一般都是擺放在不透明的桌子上，桌子其實(shí)是隱形材料接收屏。在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，隨著光源的角度、距離等因素的改變，造成影子復(fù)雜多變。所以這兩個(gè)問題就是本課程要突破的關(guān)鍵。

二、依托學(xué)情，創(chuàng)新教具，輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)

在本課改變影子的活動(dòng)中首次涉及控制變量法。分析三年級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)可知，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)影子有長短、大小和形狀上的變化，但他們的實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性并不是很高，比如在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中他們很難做到只改變光源的角度而不改變光源和物體之間的距離，故而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教具改進(jìn)重點(diǎn)就是要處理好光源、物體之間的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性?；趯?duì)上述問題的分析思考，筆者自主設(shè)計(jì)制作創(chuàng)新教具——光影實(shí)驗(yàn)一體盒，輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

（一）創(chuàng)新教具裝置

實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖（如下圖所示）及具體介紹。

光影實(shí)驗(yàn)一體盒主要由四部分組成：手電筒移動(dòng)器——固定手電筒的同時(shí)也可改變光源的方向和角度；半圓軌道——手電筒可在該軌道上移動(dòng)；物體滑軌——盒身兩側(cè)開有滑軌，物體固定桿可在滑軌內(nèi)實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，以便研究影子大小和物體距離光源遠(yuǎn)近的觀察實(shí)驗(yàn)；滑軌設(shè)小卡槽，可固定物體桿研究，定量分析。固定后，旋轉(zhuǎn)固定桿就可變換物體側(cè)面，完成影子形狀和光源所照射物體面的形狀之間的關(guān)系；透明盒身——足夠空間觀察影子，繪圖記錄。

另外還增設(shè)三種實(shí)驗(yàn)材料：五角星體——正面、側(cè)面差異大，影子形狀變化明顯，利于學(xué)生觀察；網(wǎng)格紙——精準(zhǔn)繪圖；影子尺——既可繪圖，又可讀出影子長度。

（二）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

影子的產(chǎn)生和變化實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵要解決如何讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)影子的產(chǎn)生條件還需要接收屏和只改變一個(gè)條件進(jìn)行探究。針對(duì)影子產(chǎn)生需要接收屏的問題，可以利用盒子的上半部分，木塊直接放在透明盒蓋上和加墊白紙之后的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)。

首先，木塊有無影子的現(xiàn)象在光影實(shí)驗(yàn)一體盒的透明盒蓋上進(jìn)行對(duì)比，直觀展現(xiàn)影子的產(chǎn)生還需要不透光的接收屏，解決了平常實(shí)驗(yàn)在不透光的桌子上操作，難以發(fā)現(xiàn)還需要接收屏的問題。

其次，學(xué)生能夠很好地只改變大小、長短、形狀當(dāng)中的一個(gè)條件來進(jìn)行探究，還能利用自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)單：影子尺，既能畫出不同光源角度下影子的變化形態(tài)，又能測(cè)量出物體影子的長短變化數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)格紙畫出影子的大小變化和選擇五角星體來觀察影子形狀上明顯的變化。該創(chuàng)新教具能在學(xué)生大體清楚影子的變化的基礎(chǔ)上，再將實(shí)驗(yàn)分成影子的大小、長短、形狀三部分依次實(shí)驗(yàn)操作，留下了更多的時(shí)間和空間去比較、思考、歸納和總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

三、聚焦素養(yǎng)，組織架構(gòu)，合理安排課程內(nèi)容

教師要根據(jù)素養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)組織架構(gòu)，合理安排教學(xué)活動(dòng)。課堂教學(xué)中，要把握素養(yǎng)導(dǎo)向，以探究實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的興趣和能力，注重遷移應(yīng)用，及時(shí)跟進(jìn)學(xué)習(xí)效果和素養(yǎng)培養(yǎng)效果。接下來通過介紹利用創(chuàng)新教具來實(shí)驗(yàn)探究影子的長短、大小、形狀和光源之間的關(guān)系，建構(gòu)核心概念。

（一）情境鎖定，鼓勵(lì)學(xué)生思考

筆者播放影子相關(guān)視頻，聚焦探究問題——影子，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)影子在變化。接著引出對(duì)影子產(chǎn)生條件和變化特點(diǎn)的問題，鼓勵(lì)學(xué)生思考。三年級(jí)的學(xué)生知道有光源和遮擋物能產(chǎn)生影子，也大概了解光源的位置變化會(huì)引起影子的變化。借此機(jī)會(huì)，筆者出示初步實(shí)驗(yàn)探究的材料：手電筒和小木塊，請(qǐng)學(xué)生完成產(chǎn)生影子和以“改變??????，會(huì)使影子的??????發(fā)生改變”為題，試著用多種方法讓影子發(fā)生不同的變化，發(fā)現(xiàn)影子的變化情況。

（二）初步實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)操作難點(diǎn)

學(xué)生利用手電筒和小木塊可以順利地產(chǎn)生影子，但是在影子的變化上，他們開始出現(xiàn)了分歧：有些同學(xué)認(rèn)為影子的大小變化是光源（手電筒）角度變化引起的；另外，大部分小組實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊是不動(dòng)的，學(xué)生改變光源（手電筒）所照射面時(shí)，他們的理解是在旋轉(zhuǎn)光源的角度。

實(shí)驗(yàn)上的操作問題明顯影響了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷。交流后，學(xué)生認(rèn)為影子的大小、形狀、方向、長短都是可以改變的。影子的變化會(huì)受多種因素影響。為了便于觀察，每次只能改變其中的一個(gè)條件，來讓影子發(fā)生改變。

（三）創(chuàng)新教具，輔助學(xué)生探究操作

首先，筆者將木塊放在光影實(shí)驗(yàn)一體盒盒蓋上。第一次實(shí)驗(yàn)?zāi)緣K在透明盒蓋上找不到影子，第二次實(shí)驗(yàn)加墊白紙后才能看到影子，學(xué)生直觀地看出影子產(chǎn)生的三條件：光源、遮擋物和接收屏。接著介紹光影盒的上半部（量角器固定道、影子尺、物體），引導(dǎo)學(xué)生了解光影盒的結(jié)構(gòu)及使用方法。1.探究影子和光源照射角度的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生思考，如何利用光影盒進(jìn)行探究影子和光源照射角度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。組織學(xué)生討論明確影子尺記錄單、木塊、手電筒的用途，知道如何改變手電筒的照射角度，如何進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生放好木塊，不改變手電筒的高度，分別將手電筒調(diào)至30度、60度、90度、120度、150度，及時(shí)讀出影子長度和記錄數(shù)據(jù)。2.探究影子大小和光源距離物體遠(yuǎn)近關(guān)系，介紹光影盒的可拆卸平板、滑軌、卡點(diǎn)、固定桿等結(jié)構(gòu)，給出木塊及記錄單。組織學(xué)生通過小組討論，設(shè)計(jì)和進(jìn)行探究影子大小和光源距離物體遠(yuǎn)近關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以不改變手電筒的位置，改變木塊與光源的距離；也可以固定木塊的位置，改變手電筒與木塊的距離。在網(wǎng)格紙上畫出相應(yīng)的影子。3.探究影子形狀和光源所照射物體側(cè)面形狀關(guān)系。在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生思考，還需要增加或更換什么材料，才能進(jìn)行探究影子形狀和光源所照射物體側(cè)面形狀關(guān)系實(shí)驗(yàn)。

引導(dǎo)學(xué)生從材料包里自行尋找適合的材料（側(cè)面為五角星體的木塊），旋轉(zhuǎn)五角星體側(cè)面、正面，觀察并繪制相應(yīng)的影子變化圖。

（四）交流研討，提高學(xué)生思維能力

思維作為一種心理活動(dòng)，是“人腦對(duì)于客觀世界的間接的、概括的反映過程”，語言作為思維的載體，表達(dá)交流，有助于思維外顯化、明晰化，是思維獲得意義和有機(jī)建構(gòu)的基礎(chǔ)，并促進(jìn)思維的社會(huì)交互。研討環(huán)節(jié)，學(xué)生結(jié)合創(chuàng)新教具之后得到結(jié)論，第一，影子的長短和光源的照射角度有關(guān)，并且控制距離不變時(shí)，光源越斜著照射，影子會(huì)越長；光源越接近直射，影子越短。第二，影子的大小和物體距離光源遠(yuǎn)近有關(guān)，并且照射角度不變時(shí)，遮擋物離光源距離越近，影子就越大；離光源越遠(yuǎn)影子就越小。第三，影子的形狀與遮擋物擋光的那面的形狀有關(guān)。

四、回歸課堂，服務(wù)學(xué)生，創(chuàng)新也要“接地氣”

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)、科學(xué)觀念的形成、科學(xué)思維的發(fā)展、科學(xué)方法的掌握及科學(xué)精神的養(yǎng)成等方面都能起到非常重要的作用?！皩W(xué)生必做的探究實(shí)踐活動(dòng)”是新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，它針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)情況設(shè)置了最低要求，目的是促進(jìn)我國實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的探究實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中容易出現(xiàn)兩種情況：一是教學(xué)物資不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以有效開展；二是教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)矯枉過正，過于追求數(shù)字化、智能化，講解教具的使用方法占去大部分的時(shí)間并且超出所要求的實(shí)驗(yàn)難度。解決的辦法還是教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展要秉著服務(wù)學(xué)生的原則，全面分析學(xué)生的學(xué)情、實(shí)驗(yàn)水平、實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)和操作能力等等，在教學(xué)中要強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作、情境體驗(yàn)、探索求知和親身感悟，著力提升學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，培育學(xué)生的興趣愛好、創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)和意志品質(zhì)。

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