优化学具，突破难点——谈小学科学《光和影》一课的学具改进

来源:基础教育参考 作者:马水娟

   

《光和影》是小学科学教科版五年级上册《光》单元的起始课。本课的教学内容由两个部分组成：物体影子产生的条件有光源、遮挡物和屏；在光源照射下，物体影子变化的规律。

其中 “在光源照射下物体影子变化的规律”这部分教学内容共有三个并列关系的对比实验组成，1.影子的方向、长短与光源照射的方向、角度有关；2．影子的大小与遮挡物和光源之间的距离有关；3.影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。这部分内容的教学是本课的重难点所在，难主要难在对比实验变量的控制。

（一）问题与不足


五年级学生对对比实验变量的控制已不陌生，通过三四年级的系统学习，孩子们已经有了一定的学习基础。下图是学生画的实验方案，经过讨论，孩子们已经能够明确实验一要改变的是光源照射的角度，实验二要改变的是光源到遮挡物的距离，实验三要改变遮挡物被照射面的形状，除此之外，其余不变量均应严格控制。

 

     实验三   

但在实验时，我们发现学生的实际操作存在一些问题和不足，主要有以下几点：

1．实验缺乏专用仪器，学生难以严格控制不变量。如实验一，学生知道除光源照射角度外，另两个条件即光源到遮挡物的距离和遮档物被照射面的形状应严格控制不变，但在操作时却很难做到，往往在改变光源照射角度而移动手电筒过程中不经意间改变照射距离，操作不够科学。

2．这三个实验在操作时需要小组成员互相配合，一人持光源，一人持遮挡物，一人在纸上画出影子，实验时因为画影子需要一定的时间，在此过程中需手持光源与遮挡物不动，小学生难以做到，经常会晃动，而且在实验中，手持遮挡物时必然手的影子也同时投在纸屏上，给画影子带来了难度。

3．教材对于影子大小，长短的区分都比较粗略，缺乏数据分析与研究，实验不够深入。

（二）改进与创新

因而，我们认为学生的实验方案设计到具体操作之间是有差距的，而缺乏一套严谨科学的学具是造成这个差距的一个重要的原因。正是基于这样的考虑，我们设计并制作了学具----光影仪，它能严格控制实验中的不变量，让学生科学便捷地进行实验操作。

    



这个学具由三部分组成，1.光源，由光源臂固定，摇动光源源臂，达到改变光源照射角度的目的，量角器测量光源照射的角度；2.遮挡物，教材使用的是长方体的遮挡物，它在光源斜射时影子容易变形。我们经过反复试验，选用了圆柱体的遮挡物，利用螺丝上下移动遮挡物，达到光源与屏不变的情况下，改变光源与遮挡物的距离的目的。同时可以90度旋转，以及便捷替换，达到改变遮挡物照射面形状的目的；3.底板，上面有以厘米为单位的刻度盘，目的在于引入数据研究，精确便捷测量影子的长短和大小。

那么在教学中，如何使用这个光影仪来开展三个对比实验的教学呢？

1.实验一：影子的方向，长短与光源照射的方向，角度有关。

在实验中，引导学生摇动光源源臂，达到改变光源照射角度的目的，同时可以利用仪器上固定的量角器准确测量光源照射的角度。






在教学中，我们充分考虑到不同孩子的差异，鼓励学生个性化表达与交流，有的孩子在底板上铺上白纸，把影子画下来，用图示的方法来交流；也有学习能力较强的孩子，利用底板上的刻度，精确计算影子的长度，从定性研究向定量研究发展。孩子们通过分析实验数据发现，在光源照射角度改变时，影子的长度发生变化，但宽度基本不变。从而得出结论，影子的长短与光源照射的角度有关，光源直射时，影子最短，随着斜射的程度越来越大，影子也越来越长。

2.实验二：影子的大小与遮挡物和光源之间的距离有关

在遮挡物移动过程中，可是借助固定杆上的刻度定位。杆子的左右各有两种刻度，一边是比较粗略的定位1，2，3，引导学生可以把遮挡物固定在这三个位置；另一边的刻度比较细，以厘米为单位，更方便学习能力比较强的组自行设定光源与遮挡物的距离，进行定量研究。






同前一个实验相同，不同的影子大小孩子们可以画下来，也可以利用底板上的刻度进行数据分析。通过比较，发现当改变光源与遮挡物之间的距离时，影子不仅长度发生了变化，它的宽度也同时发生了变化。引导学生得出结论：当屏和光源位置一定的情况下，遮挡物离光源越近，影子越大。

3.实验三：研究影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状的关系。

教材引导学生对一个长方体的2个不同侧面进行观察，我们增加了圆柱体，以丰富对不同形状物体投影的感知，进一步建构投影的概念。






 

总之，在《光和影》一课的对比实验教学中利用自制学具——光影仪，几个对比实验的变量得到严谨的控制，使实验更科学；通过具体的数据分析，使实验走向精确。这套学具研制己有一年多的时间，期间反复应用于教学中，并经过了多次调整，修正，发现教学效率有所提高，课堂可以节省更多的时间用于深入思考。

 （作者单位：浙江省宁波市奉化区锦屏中心小学）