3《影子的秘密》教学设计-2023-2024学年科学三年级下册教科版

教科版小学科学三年级下册《太阳、地球和月球》单元的第三课《影子的秘密》创新实验 一、使用教材： 本课选自教科版小学科学三年级下册《太阳、地球和月球》单元的第三课《影子的秘密》。 二、实验器材： 底座、观察角定位器、光源定位器、测量尺、 电筒、多种遮挡物（圆柱体、长方体、正方体、 球体）。 三、实验创新要点： 本课利用物体影子是一种光学现象的原理，探究影子的形状、大小和方向的变化都与光源位置 有关。 （一）原有实验在实际教学中的不足 教材将手电筒和木圆柱作为实验器材。通过垂直照射、斜射（图 1）和照射柱体正面、侧面 （图2）探究影子变化的规律。 图 1 改变光照射的角度 图 2 改变木圆柱的摆放 原有实验存在以下不便： 学生用手拿住电筒远近难控制、角度不稳定、手执不稳定、圆柱易滚动；只用木圆柱作为遮挡 物较为单一。 导致实验数据不精确，难以进行比较和分析。 （二）改进实验装置： 基于以上不便，结合教学实际，制作了影子测量器。（图 3） 图 3 影子测量器 包括以下器材： （1）置物台： 保持实验装置的稳定性，更好的观察影子的形状；还可以放置方格纸，便于学生勾画影子的轮 廓，收集数据。我用摄像头代替方格纸，便于演示，更直观。 （2）观察角定位器： 将平面观察变为多角度立体观察，让实验数据多样化；学生准确收集不同观察角度和不同光源 角度的数据，培养学生由定性到定量的分析能力和空间思维能力，提升学生的高阶思维。 （3）光源定位器： 方便学生精确调节光源角度，观察影子形状的变化； （4）多种遮挡物，避免实验的单一性。 本实验器材可供学生合作探究，提醒学生不能用手电筒直射眼睛后可以进行分组实验，也可供 教师演示操作。 （三）影子测量器适用对象： 本实验器材可供学生合作探究，提醒学生不能用手电筒直射眼睛后可以进行分组实验，也可供 教师演示操作。 四、实验原理及实验设计思路： （一）实验原理： 本课利用物体影子是一种光学现象的原理，探究影子的形状、大小和方向的变化都与光源位置 有关。 （二）实验设计思路： 影子可以发生哪些变化呢？ （1）影子的长短与纵向照射角度有关； （2）影子的大小与光照射距离有关； （3）影子的形状与遮光面的形状有关； （4）影子的形状与横向观察角度有关。 五、实验教学目标： 课标要求：影子的变化属于物质科学领域，新课标要求学生描述光被阻挡时，形成阻挡物影子 的现象。本课将引导学生探究影子的变化规律。 学生情况：三年级学生基本掌握探究实验的方法。 教材编排：本课将引导学生探究影子的变化规律，对学生进行控制变量意识的启蒙。学习影子 的变化有助于深入理解日晷、月相等相关规律。 （一）教学目标 （1）科学观念：知道光被阻挡时会形成阻挡物的阴影；了解影子产生的条件。 （2）科学思维：光源的位置和阻挡物的改变都会导致影子发生相应的变化。 （3）探究实践：能用改进后的实验装置探究影子的形成和变化，提升探究的有效性和层次性。 （4）责任态度：乐于参与创新实验，意识到科技对实验方式和学习效率的促进作用。 （二）教学重难点 （1）教学重点：光源的位置和阻挡物的改变导致影子长短、大小和方向的变化。 （2）教学难点：能用改进后的实验装置探究影子的形成和变化，提升探究的有效性和层次性。 六、实验教学内容： （一）改变光源的照射角度： 保持光照射的距离和遮挡物的摆放位置不变 （1）纵向照射角度与影子长短的关系： 通过观察角定位器，将光源放置在 30 度、60 度、90 度。教师通过摄像头精确定位观察点，在 屏幕上即时截屏，让学生可以直观得出：影子的长短与纵向照射角度有关。 部分学生可以发现光越接近垂直照射遮挡物时，影子越短；反之越长。部分学生还总结出影子 总是在背光的一面。既解决了学生发现自己影子发生变化的疑惑，又为学生学习月相相关知识做了 铺垫。 （2）横向照射角度与影子形状的关系： 保持照射角度和照射距离不变，学生从不同横向角度观察的影子。通过实验学生可以得出：影 子的形状与横向观察角度有关。 （二）改变光源的照射距离：持照射角度和遮挡物摆放不变，分别将手电筒放在距物体 40 厘 米、30 厘米和20 厘米的位置，通过摄像头观察现象及记录数据。 通过实验，可以得出影子的大小与光照射距离有关。 发现遮挡物离光源越近时，影子越大，遮挡物离光源越远，影子越小。个别学生还可以透过现 象看本质，大胆分析出这与遮光面挡住光的范围有关。 （三）改变遮挡物的摆放：保持照射角度和照射距离不变，学生分别将不同的遮挡物放在置物 台上，改变物体摆放，使用摄像头观察影子的变化。 通过实验学生可以得出：影子的形状与遮光面的形状有关。 可以告诉学生人们利用影子制造了： 日晷、皮影戏、电影，鼓励学生学做生活有心人；还可 以引导学生自制一个影子测量器，逐步渗透工程思维。 本项目使用摄像头测量灵活化用了mind+图形化编程，让测量更精确，变化更形象。 本课器材稍作改动，在下方放置摄像头，上方安装滑动条，以定量演示大小不同的两个物体因 离观察者距离不同而显示大小不同的现象。在光源角定位器上放置小球，右侧放置一排光源（表示 太阳），我们就可以形象地观察不同日期的月相变化。 同时，本器材可在语文《画杨桃》中突破难点，在数学《投影》中形象演示，更可以展示基于 摄像头的人工智能生活化应用，实现多学科深度融合。 七、实验教学过程： 在教学过程中我将采用这样的方式进行实验教学： （一）聚焦生活 实验论证： 出示一位同学在校园不同时段拍摄的照片，她发现自己影子的长短、大小、方向都发生了变化 （图 4）。引出课题。 图 4 影子发生变化了 这样做的目的是基于核心素养，让学生发现生活中的真实问题，进而激发学生解决问题的动机。 实现了从聚焦生活到实验论证。 （二）实验现象实验结论： 借助手电筒和橡皮擦，学生知道影子的产生条件：光源，遮挡物和屏。一起寻找影子的变化规 律。对于影子的形状和方向，学生有初略认知，难以得出影子的大小和长短，与距离有关？与角度 有关？抓住这一认知冲突，使用影子测量和对影子进行控制变量的方法进行测试。（图 5） 图 5 利用新器材验证影子的变化 通过对影子测量，学生发现影子的长短和光源的照射角度有关，学生发现影子的大小和光源的 照射距离有关。从实验现象中总结出实验结论。 （三）学校教育现实生活： 最后将学生所学到的关于影子的秘密用于生活中。可以让将孩子的手影打印出来，让学生找到 合适的角度与影子重合。（图6） 图 6 学生表演手影游戏 从学校教育走向现实生活，使教育发生。并可以告诉学生人们利用影子制造了：日晷、皮影戏、 电影。鼓励学生学做生活有心人。 八、实验效果评价： 使用新的实验装置，我发现有以下优点： （一）大单元教学 一套简单的器材，可以完成中小学大多数关于影子的实验，更易于达成大单元的项目实施目标； （二）跨学科教育 学生在精确的观察和记录中感知了平面投影与立体几何的关系，培养了稳定与变化的跨学科意 识； （三）STEM 教育 在培养学生科学思维的同时潜移默化地培养了学生的工程思维、技术思维和数学思维，进行 STEM 教育。 进而提升学生的认知，实现全面育人。 学科网（北京）股份有限公司 $$