著眼培養學生創新思維教學《影子的秘密》

科學課程標準指出，創新思維體現在從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價值的觀點和解決問題的方法。創新思維不是憑空產生的，而是學生在課堂中一系列邏輯問題鏈的任務驅動與深入思考中慢慢形成的，這要求教師充分挖掘科學課程標準與教材中的素材，創設合理的教學過程，從而循序漸進、由淺入深地在課堂中培養學生的創新思維。

《影子的秘密》一課主要涉及探究影子成因與影響影子變化的因素的相關知識。學生在美術課和英語課中接觸過影子，玩過手影游戲，也學習過影子的變化規律，對影子的形成和變化過程有初步的認識。在深入挖掘教材、科學課程標準并分析學情后，本課教學圍繞“影子的變化包括形狀、大小和長短的變化，影響影子變化的因素包括光源角度、距離、物體的擺放方式”展開，以影子畫為創新思維點，從有趣的影子畫出發，借助開放的任務情境，推動學生發現影子產生和變化的秘密，幫助他們獲取知識的同時，進行創造性的設計與制作。

一、創設情境，聚焦設計需求

合理的任務情境，能激發學生主動求知的興趣，引導他們進入深度思考的狀態，將他們的注意力快速聚焦到待研究的問題上。教師帶領學生欣賞神奇的影子畫，引導他們關注想象力和影子相結合可以用于藝術創作，在觀察中制造認知沖突——影子畫是怎樣形成的，從而進一步分析制作影子畫的條件，也就是思考并挖掘設計需求，為創作影子畫奠定基礎。

教學片段一

（教師出示橘子變成創意影子畫的魔術。）

師：橘子是怎么變成“孩子”的？

生：光照在橘子上，被橘子擋住，在紙上形成了影子，畫上一些細節就變成了“孩子”。

師：沒錯，這也就是影子形成的過程，光在傳播過程中遇到了物體，被擋住了，最終在屏上形成了影子，當我們再加入一些想象力，就成了影子畫。今天我們也來制作影子畫，制作影子畫都需要什么呢？

生：需要光、物體和紙。

師：需要什么光呢？能不能具體說說。

生：可以借助太陽或者手電筒、燈光等。

師：像你們所說的太陽、手電筒、燈等會發光的物體，我們稱之為光源。剛剛你們提到了物體，這個物體是做什么用的？

生：把光擋住形成影子。

師：也就是充當了阻擋物的作用。紙的作用呢？

生：可以讓我們看到影子，還可以用來畫畫。

師：除了紙，在生活中我們還能在哪里看見影子？

生：地上、桌子上。

師：像紙、地面、墻壁、桌面等可以接收影子的載體，我們稱之為投影面，也就是屏。所以，我們能觀察到影子至少需要哪些條件？

生：光源、阻擋物、投影面。

師：沒錯，這就是影子產生需要的因素，也是我們制作影子畫的必要條件。

教學片段中，教師充分利用由淺入深、層層遞進的問題鏈，引導學生對事物的直觀印象進行歸納，使他們發現影子的成因并描述影子的形成過程。同時，以設計思維為主線，學生在制作影子畫的任務驅動中，圍繞需求思考制作影子畫的材料，歸納總結影子產生的必要條件。學生從不同的角度思考問題，將所需材料聯系生活實際，自主發現產生影子的條件缺一不可，將創新思維具象化。

二、圍繞設計，優化實驗方案

設計思維的特點是可以對作品（產品）進行不斷更新迭代，讓學生在探究過程中時刻保持警醒，不斷質疑問題、假設及其價值。當他們遇到不明確或未知的問題時，教師可以通過重新構建問題、在頭腦風暴中創建多種想法等提供強有力的支撐。為了更好地在設計思維的框架下培養學生的創新思維，教師將教材中的探究實驗“產生影子、讓影子發生變化、手影游戲”進行拆分重組：探索環節一，用同一物體畫相同的畫，探究影子變化規律；探索環節二，用同一物體畫不同的畫，探究影響影子變化的因素；應用環節，用不同物體畫不同的畫，應用影子的變化。

教材中的實驗能幫助學生利用所給物體造出影子、探究影子會發生變化。但在實際教學中，學生在通過造影子不能自主發現產生影子的必要條件、不易梳理影子的形成過程、不能明確知道影子的變化具體包含哪些方面（大小、長短等）和影響影子變化的因素。為了更好地幫助學生突破思維局限，從不同角度分析、思考問題，提高創新思維能力，本節課對實驗材料與過程進行了一些改進。原實驗是將遮擋物放在桌子上，學生把光源舉在上方使影子發生變化，但實際上產生影子的三個必要材料之間的接觸會給影子的變化帶來干擾。這種接觸導致遮擋物的位置、形狀或大小發生微小的變化，使得影子變化的結果不能完全歸于單一因素的改變。例如，在改變光源角度的同時，由于遮擋物和屏（桌面）是接觸的，會干擾學生的認識（正方形的遮擋物影子會變成梯形），因此他們難以斷定影子是長短還是形狀發生了變化，難以分析影響影子的變化因素，無法將變化因素和影子具體變化一一對應起來。又如，在只改變物體擺放方式時，學生由于需要手持手電筒，手會人為地抖動，無法保證每一次的光源角度是一樣的或者光源與遮擋物的距離是一樣的。

為了減少實驗誤差、避免干擾，準確地找到每一個因素對影子變化的影響，教師對教材中的材料進行了優化，優化后的材料有手電筒、手電筒支架、展示架、紙板屏、積木數字2、帶刻度的圓形底板、積木等（如圖1）。

優化后的實驗讓光源、遮擋物、屏處于平行放置的狀態（如圖2），減少了三種因素之間接觸產生的干擾；用展示架或手電筒支架等來固定遮擋物和光源，以確保它們的位置相對穩定；配備了帶刻度的圓形底板，確保每次實驗只改變其中一種因素，而不引起其他因素變化，從而使學生更清晰、便捷、準確地探究影子的變化。例如，在探究光源角度對影子變化影響的實驗中，只需要將固定在手電筒支架上的光源沿著圓形底板移動即可改變光源角度，由于圓形的形狀特點，光源與放在圓心位置遮擋物之間的距離是不會改變的，保證了單一因素的改變。同理，在探究光源、遮擋物與屏之間的距離對影子變化影響的實驗中，只需在刻度線上移動帶有遮擋物的展示架即可。

三、基于方案，開展探究活動

1.用同一物體畫相同的畫，探究影子變化規律

在探究影子的變化規律的實驗中，學生先發揮想象力思考積木數字2像什么，再利用材料創作數字2的影子畫，他們能主動尋找適合的方法將設計創意變成影子畫。在真實的設計任務情境下，學生對影子的變化產生了認知沖突——明明實驗材料相同，為什么畫出來的圖形卻不同？由此，他們形成新的問題，并自主尋找解決策略。

教學片段二

師：老師準備了積木數字2、手電筒和白紙，這三個物體在創作中發揮了什么作用？

生：手電筒代表著光源、積木數字2代表著遮擋物、白紙代表著投影面。

師：你們覺得積木數字2像什么？

生：天鵝。

師：請你們用它“畫”一幅天鵝的影子畫。

（將學生天鵝的影子畫投屏。）

師：這些影子都一樣嗎？影子有什么不同？

生：圖1和圖2中“天鵝”的長短不一樣。

師：還有其他發現嗎？

生：圖2和圖4中“天鵝”的方向不一樣，一個頭部在左邊，一個頭部在右邊，但他們的手電筒都在左邊，因此我認為這兩個組擺放積木數字2的方式不同。

師：你們不僅找到了影子的不同之處，還嘗試分析了不同的原因。

（學生繼續尋找天鵝影子畫的不同，當學生說得不準確時，教師追問：哪里不一樣？學生通過對比，陸續找到影子的形狀、大小、長短、方向不同。）

2.用同一物體畫不同的畫，探究影響影子變化的因素

學生猜測使影子發生變化的因素，思考利用積木數字2還能創作出什么影子畫，并驗證自己的想法，創造性地形成解決問題的思路與方案。在實驗中，學生探究并歸納影響影子變化的因素，創造更多富有想象力的影子畫。在交流過程中，學生初步認識控制變量法，開展歸納推理，產生創造性思維，最后實現思維進階。

教學片段三

師：明明實驗材料都一樣，為什么出現的影子卻不同呢？你認為是什么影響了影子的變化？

（學生根據上一環節中天鵝影子畫的不同分析，猜測影響影子變化的原因。）

生：光源的角度、物體擺放的方式、光源和物體之間的距離。

師：我們來驗證一下你們的想法。還是這個積木數字2，利用剛剛猜測的因素使它的影子發生變化，看一看還能創作出什么影子畫。

（學生自主創作影子畫。）

師：哪一組能結合新創作出的影子畫說說影響影子變化的因素是什么？

生：我們組通過改變擺放方式，創作出了數字5。

生：我們組創作出了“煙斗”。

師：數字5是怎么變成“煙斗”的？

生：我們通過改變光源的角度和距離。

師：還有哪一個組想展示你們的創作。

生：我們組制造出了數字1。

師：數字1跟數字2的形狀完全不一樣，他們組怎么做到的？

生：他們改變了擺放方式。這說明了物體的擺放方式影響影子的變化。

師：如果不改變物體的擺放方式，還有什么方法使數字2變成數字1？

生：改變光源的角度，照射在豎著的面上。

師：通過剛才的交流，誰能說說影響影子變化的因素有哪些？

生：光源的角度、物體擺放的方式、光源和物體之間的距離。

師：如果我們保證物體的擺放方式和距離不變，只改變光源的角度，看到的影子會是什么樣呢？你來演示一下。

（學生演示的同時，教師引導大家發現影子的新變化：這是什么？）

師：在實驗時，只改變一個量，我們會更清晰地感受到它對影子變化的影響。這就是實驗中為什么常常用控制變量法進行研究，課下你們可以再試試其他兩個因素。

在創新實驗中，學生能夠用自己的語言描述影子畫的形成，他們通過深入討論，精準說出影子產生的條件，創新地進行科學知識的意義建構。同時，在教師的幫助下，學生把創作影子畫需要的條件轉化為認識影子產生所需的條件，將影子的形成從現象抽象為模型。

四、應用遷移，回歸生活

本節課的主題是“創作影子畫”，融合了藝術設計。學生從基礎創作到復雜的藝術創作，圍繞不同的設計任務，進行頭腦風暴，不斷思考、不斷分析，最終以作品形式呈現。

教學片段四

師：藝術家利用這些秘密和想象力創作了許多影子創意畫，我們一起來欣賞一下。你們能發揮自己的想象力創作影子畫嗎？老師為你們準備了一些積木，在創作之前先討論想創作什么？打算怎么創作？

（學生分小組自主創作影子畫。）

師：集體的力量真大，你們創作出了很多有創意的影子畫。請這組同學上來介紹你們的影子創意畫。

生：我們的影子創意畫是一個火箭。我們按照火箭的樣子進行積木搭建，但是實際投影出來的影子和搭建樣子不一樣。于是我們對積木的擺放方式進行了調整，最后在紙上繪制出了火箭的影子畫。

師：這個小組在創作中不斷地進行調整，有效地應用所學知識。你們發現這幅作品有什么問題？

生：他們組的這個火箭太長了，影子已經到畫紙外面了。

師：有什么好的辦法幫助他們改進嗎？

生：可以調整光源的角度使影子變短，或者改變光源與物體之間的距離讓影子變小。

從用同一物體創作同一個影子畫，到用同一物體創作不同的影子畫，再到用不同物體創作不同的影子畫，一步一步使學生思維進階，他們在思考、分析推理的過程中，提出新穎、有價值的觀點并形成相關核心概念的科學觀念。整個教學過程環環相扣，均指向對學生創新思維的培養。在應用遷移環節中，學生一開始的想法是搭與影子相同的物體來投射形成影子，后來發現與影子不同的物體也能形成想要的影子，這是學生思維的又一次進階。

教學片段五

師：除了你們，大自然也是藝術創作的高手，這些都是影子帶給我們的空間藝術美。（出示頤和園十七孔橋冬季金光穿洞的攝影作品）頤和園的十七孔橋在冬至的時候會出現金光穿洞的現象，你能運用所學知識分析為什么嗎？

生：地球是圍繞太陽進行公轉的，太陽的光照角度也在發生變化，夏天和冬天的光照射角度是不一樣的。在剛剛的實驗中，我們也得知了光源角度不同看到的影子不同，調整光源角度，光就可以穿過橋洞。所以，在不同的季節看到的十七孔橋景色也不同。

師：在冬至那天，太陽直射在南回歸線上，光源角度與橋趨于垂直，因此光穿過橋洞形成了神奇的景色。如果你站在橋的另一邊看就不是這個畫面了，這也是攝影學的神奇之處。

從自己創新設計影子畫到欣賞自然界中的影子畫，學生感受到大自然與影子相結合的藝術魅力。通過對十七孔橋金光穿洞的分析，學生嘗試將所學知識反向推理，深入了解影子的奧秘，提升了在真實情境中將不同學科的知識整合以解決問題的能力。

五、教學反思

1.深入備課，挖掘教學中的創新點

教學分析是教師對課程標準、教材、學情的深入了解。教師做好教學分析，結合學情確定教學的起點與目標，可以提高對實際課堂教學的把握，增強課堂教學的自覺性、預見性，減少隨意性、盲目性，更有效、更有針對性地提高學生的創新思維能力。

在科學思維中，設計思維和創新思維有許多共同點，它們之間相互促進、相互借鑒。設計思維涉及不同學科和領域的知識與技能，強調跨學科融合和對細節的關注。設計思維將創新思維具象化，讓學生體驗并發現問題，在探究中尋找設計需求，通過設計過程和實踐驗證將創新思維轉化為切實可行的解決方案，運用創意和整合能力來解決問題。

2.改進實驗，發展創新思維

實驗在科學課堂中發揮著至關重要的作用，它能夠激發學生的學習興趣，讓他們創造性地思考問題。從知識的層面看，學生通過實踐主動去探索新知識，會掌握得更牢固。從能力的層面看，實驗教學能培養學生實驗設計、實驗操作、實驗觀察記錄、整理記錄資料等方面的能力。從思維的層面看，提出問題是實驗操作的基礎，猜想假設是深入思考的重要環節，制訂方案是有序思考的體現，反思交流是探究成果的體現，這些都有利于學生創新思維的形成。因此，改進實驗對學生創新思維的培養是非常重要的。

3.貼近生活，重視跨學科教學

學以致用，意味著學生用不同學科和領域的知識、思維方式創造性地解決同一個問題?？鐚W科教學重視培養學生在真實情境中的綜合應用能力，能夠給他們帶來全新的視角和解決方案，還能加強他們與生活、社會的聯系。

（作者單位：張鑫，北京市燕山向陽小學；趙文君，北京市燕山教研中心）

參考文獻

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