创新《影子的秘密》实验教具

方一盈

〔摘    要〕  小学科学课程的宗旨关键是培养学生的科学素养，实验教学是培养学生科学核心素养不可或缺的环节。实验教学应立足素养，找准课程内容中的关键难点，结合学情创新实验教具，解决学生实验过程中遇到的困难，聚焦素养合理安排教学内容。实验教学还应该服务于学生，不增加学生的操作难度，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力。

〔关键词〕  小学科学；核心素养；创新教具；实验教学

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  02    058-060

2022年版《义务教育科学课程标准》（以下简称“新课标”）中首次提出“核心素养”导向。新课标指出：小学科学课程的宗旨关键是培养学生的科学素养，因此，科学教學应立足于培养学生的核心素养。科学学科的核心素养内涵分为四个方面：科学观念、科学思维、探究实践、态度责任。四个方面互相交融，探究实践需要科学观念和科学思维作为基础，其中也体现责任态度。

实验探究是小学科学课程中开展探索和实践的重要方式，它可以呈现具体的实验现象来解释抽象的科学知识。正因为小学科学课堂上的实验探究发挥着如此重要的作用，所以改进和创新教具成为提高教学效率的有效手段。本文以教科版三年级下册《影子的秘密》一课为例，阐述在核心素养的视角下如何利用创新教具开展实验教学。

一、立足素养，明确目标，找准课程关键

立足素养，教师要明确指向素养的教学目标。教学中，教学目标的确定非常关键。根据新课标的要求，确定教学目标要从核心素养的四个方面进行。具体如下：科学观念目标——不但要确定所学习的科学知识，还要关注它的应用。该课例中，需要通过影子产生和变化的分析，初步了解阳光下影子变化的规律和日月食产生的原因；科学思维目标——要理清运用哪些科学思维方法并完成什么。观察影子的变化，通过分析、归纳，交流，概括出影子的大小和形状的改变与光源、遮挡物的相互关系；探究实践目标——要写出具体的探究实践活动及其要求。学生能对教师提供的创新教具结合所要探究的问题用图像法记录现象，从影子的变化中分析出光源、遮挡物、影子之间的关系；态度责任目标——要写出通过什么，培养什么样的态度责任。通过利用创新教具观察影子的活动，培养学生对人类生活的光影世界感兴趣。

分析《影子的秘密》一课的教学内容发现，它属于新课标附录4“学生必做探究实践活动”下“3～4年级11.观察影子形成的原因”实验。教材当中，先设计利用手电筒、小木块产生影子并观察。三年级的学生对于如何利用材料产生影子并不会觉得困难，但是在实验的观察中出现两个问题：第一，忽略影子的产生需要接收屏；第二，发现影子很乱。这两个问题出现的原因在于，实验时，实验材料一般都是摆放在不透明的桌子上，桌子其实是隐形材料接收屏。在实验的过程当中，随着光源的角度、距离等因素的改变，造成影子复杂多变。所以这两个问题就是本课程要突破的关键。

二、依托学情，创新教具，辅助学生完成实验

在本课改变影子的活动中首次涉及控制变量法。分析三年级学生的特点可知，学生能发现影子有长短、大小和形状上的变化，但他们的实验稳定性并不是很高，比如在实验的过程当中他们很难做到只改变光源的角度而不改变光源和物体之间的距离，故而实验教学的教具改进重点就是要处理好光源、物体之间的动态稳定性。基于对上述问题的分析思考，笔者自主设计制作创新教具——光影实验一体盒，辅助学生完成实验。

（一）创新教具装置

实验装置实物图（如下图所示）及具体介绍。

光影实验一体盒主要由四部分组成：手电筒移动器——固定手电筒的同时也可改变光源的方向和角度；半圆轨道——手电筒可在该轨道上移动；物体滑轨——盒身两侧开有滑轨，物体固定杆可在滑轨内实现上下移动，以便研究影子大小和物体距离光源远近的观察实验；滑轨设小卡槽，可固定物体杆研究，定量分析。固定后，旋转固定杆就可变换物体侧面，完成影子形状和光源所照射物体面的形状之间的关系；透明盒身——足够空间观察影子，绘图记录。

另外还增设三种实验材料：五角星体——正面、侧面差异大，影子形状变化明显，利于学生观察；网格纸——精准绘图；影子尺——既可绘图，又可读出影子长度。

（二）实验创新点

影子的产生和变化实验中关键要解决如何让学生发现影子的产生条件还需要接收屏和只改变一个条件进行探究。针对影子产生需要接收屏的问题，可以利用盒子的上半部分，木块直接放在透明盒盖上和加垫白纸之后的对比中发现。

首先，木块有无影子的现象在光影实验一体盒的透明盒盖上进行对比，直观展现影子的产生还需要不透光的接收屏，解决了平常实验在不透光的桌子上操作，难以发现还需要接收屏的问题。

其次，学生能够很好地只改变大小、长短、形状当中的一个条件来进行探究，还能利用自创实验单：影子尺，既能画出不同光源角度下影子的变化形态，又能测量出物体影子的长短变化数据，利用网格纸画出影子的大小变化和选择五角星体来观察影子形状上明显的变化。该创新教具能在学生大体清楚影子的变化的基础上，再将实验分成影子的大小、长短、形状三部分依次实验操作，留下了更多的时间和空间去比较、思考、归纳和总结，促进学生思维的发展。

三、聚焦素养，组织架构，合理安排课程内容

教师要根据素养目标设计组织架构，合理安排教学活动。课堂教学中，要把握素养导向，以探究实践活动培养学生的兴趣和能力，注重迁移应用，及时跟进学习效果和素养培养效果。接下来通过介绍利用创新教具来实验探究影子的长短、大小、形状和光源之间的关系，建构核心概念。

（一）情境锁定，鼓励学生思考

笔者播放影子相关视频，聚焦探究问题——影子，学生不难发现影子在变化。接着引出对影子产生条件和变化特点的问题，鼓励学生思考。三年级的学生知道有光源和遮挡物能产生影子，也大概了解光源的位置变化会引起影子的变化。借此机会，笔者出示初步实验探究的材料：手电筒和小木块，请学生完成产生影子和以“改变      ，会使影子的      发生改变”为题，试着用多种方法让影子发生不同的变化，发现影子的变化情况。

（二）初步实验，发现操作难点

学生利用手电筒和小木块可以顺利地产生影子，但是在影子的变化上，他们开始出现了分歧：有些同学认为影子的大小变化是光源（手电筒）角度变化引起的；另外，大部分小组实验时木块是不动的，学生改变光源（手电筒）所照射面时，他们的理解是在旋转光源的角度。

实验上的操作问题明显影响了学生对实验现象的判断。交流后，学生认为影子的大小、形状、方向、长短都是可以改变的。影子的变化会受多种因素影响。为了便于观察，每次只能改变其中的一个条件，来让影子发生改变。

（三）创新教具，辅助学生探究操作

首先，笔者将木块放在光影实验一体盒盒盖上。第一次实验木块在透明盒盖上找不到影子，第二次实验加垫白纸后才能看到影子，学生直观地看出影子产生的三条件：光源、遮挡物和接收屏。接着介绍光影盒的上半部（量角器固定道、影子尺、物体），引导学生了解光影盒的结构及使用方法。1.探究影子和光源照射角度的关系。引导学生思考，如何利用光影盒进行探究影子和光源照射角度的关系实验。组织学生讨论明确影子尺记录单、木块、手电筒的用途，知道如何改变手电筒的照射角度，如何进行记录。实验时，让学生放好木块，不改变手电筒的高度，分别将手电筒调至30度、60度、90度、120度、150度，及时读出影子长度和记录数据。2.探究影子大小和光源距离物体远近关系，介绍光影盒的可拆卸平板、滑轨、卡点、固定杆等结构，给出木块及记录单。组织学生通过小组讨论，设计和进行探究影子大小和光源距离物体远近关系的实验。学生可以不改变手电筒的位置，改变木块与光源的距离；也可以固定木块的位置，改变手电筒与木块的距离。在网格纸上画出相应的影子。3.探究影子形状和光源所照射物体侧面形状关系。在前面实验的基础上，让学生思考，还需要增加或更换什么材料，才能进行探究影子形状和光源所照射物体侧面形状关系实验。

引导学生从材料包里自行寻找适合的材料（侧面为五角星体的木块），旋转五角星体侧面、正面，观察并绘制相应的影子变化圖。

（四）交流研讨，提高学生思维能力

思维作为一种心理活动，是“人脑对于客观世界的间接的、概括的反映过程”，语言作为思维的载体，表达交流，有助于思维外显化、明晰化，是思维获得意义和有机建构的基础，并促进思维的社会交互。研讨环节，学生结合创新教具之后得到结论，第一，影子的长短和光源的照射角度有关，并且控制距离不变时，光源越斜着照射，影子会越长；光源越接近直射，影子越短。第二，影子的大小和物体距离光源远近有关，并且照射角度不变时，遮挡物离光源距离越近，影子就越大；离光源越远影子就越小。第三，影子的形状与遮挡物挡光的那面的形状有关。

四、回归课堂，服务学生，创新也要“接地气”

科学实验教学对学生学习兴趣的培养、科学观念的形成、科学思维的发展、科学方法的掌握及科学精神的养成等方面都能起到非常重要的作用。“学生必做的探究实践活动”是新课标强调的内容，它针对实验教学的现实情况设置了最低要求，目的是促进我国实验教学的发展，培养学生的探究实践和创新能力。

在实际的实验教学中容易出现两种情况：一是教学物资不足，实验教学难以有效开展；二是教师对于实验器材的改进矫枉过正，过于追求数字化、智能化，讲解教具的使用方法占去大部分的时间并且超出所要求的实验难度。解决的办法还是教师实验教学的开展要秉着服务学生的原则，全面分析学生的学情、实验水平、实验难点和操作能力等等，在教学中要强化学生实践操作、情境体验、探索求知和亲身感悟，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]王晓记.核心素养下的小学科学课堂教学有效性提升策略[J].天津教育，2022（32）：73-75.

[3]贾雪燕.指向思维品质培养的对话语篇教学设计：以牛津上海版初中英语教材为例[J].上海教育科研，2022（11）：88-89.