創新《影子的秘密》實驗教具

方一盈

〔摘? ? 要〕? 小學科學課程的宗旨關鍵是培養學生的科學素養，實驗教學是培養學生科學核心素養不可或缺的環節。實驗教學應立足素養，找準課程內容中的關鍵難點，結合學情創新實驗教具，解決學生實驗過程中遇到的困難，聚焦素養合理安排教學內容。實驗教學還應該服務于學生，不增加學生的操作難度，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力和團隊合作能力。

〔關鍵詞〕? 小學科學；核心素養；創新教具；實驗教學

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 058-060

2022年版《義務教育科學課程標準》（以下簡稱“新課標”）中首次提出“核心素養”導向。新課標指出：小學科學課程的宗旨關鍵是培養學生的科學素養，因此，科學教學應立足于培養學生的核心素養。科學學科的核心素養內涵分為四個方面：科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任。四個方面互相交融，探究實踐需要科學觀念和科學思維作為基礎，其中也體現責任態度。

實驗探究是小學科學課程中開展探索和實踐的重要方式，它可以呈現具體的實驗現象來解釋抽象的科學知識。正因為小學科學課堂上的實驗探究發揮著如此重要的作用，所以改進和創新教具成為提高教學效率的有效手段。本文以教科版三年級下冊《影子的秘密》一課為例，闡述在核心素養的視角下如何利用創新教具開展實驗教學。

一、立足素養，明確目標，找準課程關鍵

立足素養，教師要明確指向素養的教學目標。教學中，教學目標的確定非常關鍵。根據新課標的要求，確定教學目標要從核心素養的四個方面進行。具體如下：科學觀念目標——不但要確定所學習的科學知識，還要關注它的應用。該課例中，需要通過影子產生和變化的分析，初步了解陽光下影子變化的規律和日月食產生的原因；科學思維目標——要理清運用哪些科學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、遮擋物的相互關系；探究實踐目標——要寫出具體的探究實踐活動及其要求。學生能對教師提供的創新教具結合所要探究的問題用圖像法記錄現象，從影子的變化中分析出光源、遮擋物、影子之間的關系；態度責任目標——要寫出通過什么，培養什么樣的態度責任。通過利用創新教具觀察影子的活動，培養學生對人類生活的光影世界感興趣。

分析《影子的秘密》一課的教學內容發現，它屬于新課標附錄4“學生必做探究實踐活動”下“3～4年級11.觀察影子形成的原因”實驗。教材當中，先設計利用手電筒、小木塊產生影子并觀察。三年級的學生對于如何利用材料產生影子并不會覺得困難，但是在實驗的觀察中出現兩個問題：第一，忽略影子的產生需要接收屏；第二，發現影子很亂。這兩個問題出現的原因在于，實驗時，實驗材料一般都是擺放在不透明的桌子上，桌子其實是隱形材料接收屏。在實驗的過程當中，隨著光源的角度、距離等因素的改變，造成影子復雜多變。所以這兩個問題就是本課程要突破的關鍵。

二、依托學情，創新教具，輔助學生完成實驗

在本課改變影子的活動中首次涉及控制變量法。分析三年級學生的特點可知，學生能發現影子有長短、大小和形狀上的變化，但他們的實驗穩定性并不是很高，比如在實驗的過程當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，故而實驗教學的教具改進重點就是要處理好光源、物體之間的動態穩定性。基于對上述問題的分析思考，筆者自主設計制作創新教具——光影實驗一體盒，輔助學生完成實驗。

（一）創新教具裝置

實驗裝置實物圖（如下圖所示）及具體介紹。

光影實驗一體盒主要由四部分組成：手電筒移動器——固定手電筒的同時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；物體滑軌——盒身兩側開有滑軌，物體固定桿可在滑軌內實現上下移動，以便研究影子大小和物體距離光源遠近的觀察實驗；滑軌設小卡槽，可固定物體桿研究，定量分析。固定后，旋轉固定桿就可變換物體側面，完成影子形狀和光源所照射物體面的形狀之間的關系；透明盒身——足夠空間觀察影子，繪圖記錄。

另外還增設三種實驗材料：五角星體——正面、側面差異大，影子形狀變化明顯，利于學生觀察；網格紙——精準繪圖；影子尺——既可繪圖，又可讀出影子長度。

（二）實驗創新點

影子的產生和變化實驗中關鍵要解決如何讓學生發現影子的產生條件還需要接收屏和只改變一個條件進行探究。針對影子產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比中發現。

首先，木塊有無影子的現象在光影實驗一體盒的透明盒蓋上進行對比，直觀展現影子的產生還需要不透光的接收屏，解決了平常實驗在不透光的桌子上操作，難以發現還需要接收屏的問題。

其次，學生能夠很好地只改變大小、長短、形狀當中的一個條件來進行探究，還能利用自創實驗單：影子尺，既能畫出不同光源角度下影子的變化形態，又能測量出物體影子的長短變化數據，利用網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。該創新教具能在學生大體清楚影子的變化的基礎上，再將實驗分成影子的大小、長短、形狀三部分依次實驗操作，留下了更多的時間和空間去比較、思考、歸納和總結，促進學生思維的發展。

三、聚焦素養，組織架構，合理安排課程內容

教師要根據素養目標設計組織架構，合理安排教學活動。課堂教學中，要把握素養導向，以探究實踐活動培養學生的興趣和能力，注重遷移應用，及時跟進學習效果和素養培養效果。接下來通過介紹利用創新教具來實驗探究影子的長短、大小、形狀和光源之間的關系，建構核心概念。

（一）情境鎖定，鼓勵學生思考

筆者播放影子相關視頻，聚焦探究問題——影子，學生不難發現影子在變化。接著引出對影子產生條件和變化特點的問題，鼓勵學生思考。三年級的學生知道有光源和遮擋物能產生影子，也大概了解光源的位置變化會引起影子的變化。借此機會，筆者出示初步實驗探究的材料：手電筒和小木塊，請學生完成產生影子和以“改變??????，會使影子的??????發生改變”為題，試著用多種方法讓影子發生不同的變化，發現影子的變化情況。

（二）初步實驗，發現操作難點

學生利用手電筒和小木塊可以順利地產生影子，但是在影子的變化上，他們開始出現了分歧：有些同學認為影子的大小變化是光源（手電筒）角度變化引起的；另外，大部分小組實驗時木塊是不動的，學生改變光源（手電筒）所照射面時，他們的理解是在旋轉光源的角度。

實驗上的操作問題明顯影響了學生對實驗現象的判斷。交流后，學生認為影子的大小、形狀、方向、長短都是可以改變的。影子的變化會受多種因素影響。為了便于觀察，每次只能改變其中的一個條件，來讓影子發生改變。

（三）創新教具，輔助學生探究操作

首先，筆者將木塊放在光影實驗一體盒盒蓋上。第一次實驗木塊在透明盒蓋上找不到影子，第二次實驗加墊白紙后才能看到影子，學生直觀地看出影子產生的三條件：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），引導學生了解光影盒的結構及使用方法。1.探究影子和光源照射角度的關系。引導學生思考，如何利用光影盒進行探究影子和光源照射角度的關系實驗。組織學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，如何進行記錄。實驗時，讓學生放好木塊，不改變手電筒的高度，分別將手電筒調至30度、60度、90度、120度、150度，及時讀出影子長度和記錄數據。2.探究影子大小和光源距離物體遠近關系，介紹光影盒的可拆卸平板、滑軌、卡點、固定桿等結構，給出木塊及記錄單。組織學生通過小組討論，設計和進行探究影子大小和光源距離物體遠近關系的實驗。學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。在網格紙上畫出相應的影子。3.探究影子形狀和光源所照射物體側面形狀關系。在前面實驗的基礎上，讓學生思考，還需要增加或更換什么材料，才能進行探究影子形狀和光源所照射物體側面形狀關系實驗。

引導學生從材料包里自行尋找適合的材料（側面為五角星體的木塊），旋轉五角星體側面、正面，觀察并繪制相應的影子變化圖。

（四）交流研討，提高學生思維能力

思維作為一種心理活動，是“人腦對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，表達交流，有助于思維外顯化、明晰化，是思維獲得意義和有機建構的基礎，并促進思維的社會交互。研討環節，學生結合創新教具之后得到結論，第一，影子的長短和光源的照射角度有關，并且控制距離不變時，光源越斜著照射，影子會越長；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近有關，并且照射角度不變時，遮擋物離光源距離越近，影子就越大；離光源越遠影子就越小。第三，影子的形狀與遮擋物擋光的那面的形狀有關。

四、回歸課堂，服務學生，創新也要“接地氣”

科學實驗教學對學生學習興趣的培養、科學觀念的形成、科學思維的發展、科學方法的掌握及科學精神的養成等方面都能起到非常重要的作用。“學生必做的探究實踐活動”是新課標強調的內容，它針對實驗教學的現實情況設置了最低要求，目的是促進我國實驗教學的發展，培養學生的探究實踐和創新能力。

在實際的實驗教學中容易出現兩種情況：一是教學物資不足，實驗教學難以有效開展；二是教師對于實驗器材的改進矯枉過正，過于追求數字化、智能化，講解教具的使用方法占去大部分的時間并且超出所要求的實驗難度。解決的辦法還是教師實驗教學的開展要秉著服務學生的原則，全面分析學生的學情、實驗水平、實驗難點和操作能力等等，在教學中要強化學生實踐操作、情境體驗、探索求知和親身感悟，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力和團隊合作能力，培育學生的興趣愛好、創新精神、科學素養和意志品質。

參考文獻

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