照明

（注意：本课程包含 A 和 B 两个部分，它们对于完全达到教学标准都至关重要。如果时间有限，请根据学生的需要从这两部分中选取一些内容进行讲解。）

本课程的主要学习内容是在黑暗的空间中观察光照效果，进而得出“物体只有在被光照到时才能被看到”的结论。学生将搭建一个手电筒模型，用它来帮助他们进行观察，这是一种充满乐趣的动手实践式体验。可通过查看提供的示例获取灵感。鼓励学生发挥想象力，设计并搭建自己的手电筒模型。
如果您决定让学生在黑暗的房间中进行试验，应考虑到这可能会让一些学生感到不适，并为其提供帮助。

• 科学背景 - 照明: 本课程的教学重点是让学生认识到：人类需要借助光才能看见物体。
  • 太阳、火焰、萤火虫、灯泡和电子屏幕等物体属于光源，可以通过直接发光而被看见。
  • 月亮、行星、大多数岩石、树木等物体不属于光源，必须通过反射来自光源的光才能被看见。
  • 眼睛能够将检测到的光信号转化为电信号，然后将其发送到大脑，再由大脑将电信号转化为图像。
• 前期知识铺垫 - 照明: 利用常备科学材料以及提供的背景知识、共享信息、图片和定义。
  • 人类需要借助光才能看到物体。
  • 发光的物体称为光源。光源包括：太阳、其它星星、闪电、营火、蜡烛、灯、手电筒等。
  • 不发光的物体只有在被光线照到时才能被看到。自身不发光的物体包括：月亮、篮球和鼠标等。
  • 关键词汇: 光源
• 搭建和编程提示: 请查看学习单元中的建议。针对本课程的建议：
  • 利用 SPIKE App 应用程序“帮助”>“图标模块”菜单中的“事件模块”和“灯模块”部分提供更多支持。
  • 完成“材料的透光性”课程，帮助学生熟悉光照的相关内容。
• 材料: 为了方便教学和进行光照测试，需要准备一个黑暗的空间和一些测试用的材料。
  • 如果条件允许，可以将教室或其他房间的光线调暗。
  • 或者，准备一个测试用的带盖大纸箱，在上面开一个或多个观察孔。在纸箱的一端开一个小观察孔。
  • 在纸箱中放置一件秘密物品（或一张带字母的卡片）。
  • 让学生通过这个小孔来观察黑暗的空间。
  • 制定纸箱共享规则，以保护孩子们的眼睛。比如：在每个孩子透过小孔进行观察之前，先要在小孔的上方放一张方形的玻璃纸。每次观察之后都要更换玻璃纸。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：苏菲感觉床下有什么东西。你能帮她看清床底下的情况吗？

• 思考 — 引导学生围绕课程主题和测试展开简短的讨论，期间可根据需要进行快速动手调查和使用故事图片。

  • 调暗房间的光线。接着，让光线照进房间。然后，再次让房间变暗，并用手电筒照亮一个角落。（帮助学生做好心理准备。谅解或帮助在黑暗房间中会感到不适的学生。）
  • 你在黑暗的房间里能看到什么？为什么？（几乎看不清，因为光源不够充足）
  • 当房间变亮时，你能看到什么？为什么？光源有哪些？（房间里的所有东西都能看清，因为充足的光源照亮了物体；光源可能来自室内的灯光，也可能来自外面的阳光）
  • 在一个黑暗的房间里，如果用手电筒照亮一个角落，你能看到什么东西？是什么帮助你看清了东西？（角落里的东西，但其他的地方变得更暗；手电筒，因为它照亮了角落）
  • 苏菲需要借助什么才能看到床下的物体？（她需要在床下放一个光源。她可以使用手电筒。）

• 给每个小组分发一套 LEGO^® Education SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在学生搭建或编程的过程中，可以通过分享下面的示例来给他们提供协助。

• 告诉学生，图片中展示了一种手电筒模型，他们需要根据此方案发挥创造力，搭建自己的手电筒。

• 让学生：

  • 用基础模型搭建一个手电筒，帮助苏菲看到床下的东西。
  • 对手电筒模型进行编程，让它能够照亮带观察孔纸箱中的某个区域或整个空间。

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论如何在手电筒中使用矩阵灯。为了看清物体，我们应该使用哪种颜色的光线？我们应该使用矩阵灯上的几个像素灯？（白光的效果最好，因为其它颜色的光会干扰我们分辨物体的颜色。让矩阵灯上的九个像素灯全部亮起来能够获得最佳效果。）

创意示例

• 让学生测试他们的手电筒在黑暗空间中的照明效果。（告诉他们如何让房间变暗，或者向他们演示如何使用事先准备好的带小孔的纸箱。）
  • 每次向纸箱中放入一个小组的手电筒，然后盖上箱盖。
  • 让每个组员通过小孔观察并尝试识别纸箱中的物体（或字母）。
  • 鼓励学生写出、画出或说出他们观察到的东西。
• 在活动进行到一半的时候，让学生按照他们习惯的方式交流想法，并利用在分享中获得的灵感进一步完善他们的模型。

如果要继续学习“B 部分 — 解释”，请让学生保留搭建好的模型，或者给他们一些时间重新进行搭建

B 部分（45 分钟

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。
• 让他们解释自己的模型
  • 你在盒子里看到了什么？（或者你在黑暗中看到了什么？）
  • 为什么我们需要在黑暗的空间中进行测试？为什么我们需要用到手电筒？
  • 你的手电筒是如何帮助你看到物体的？

让学生保留搭建好的模型，以便在“拓展”部分继续使用。

• （5 分钟）分享背景知识，帮助学生更好地进行拓展
  • *你搭建的手电筒能够自己发光，因此，即使空间中没有其它光源，也可以看到物体。*探索当改变光照强度时会发生什么。
• （15 分钟）反复测试和修改，以完成 App 应用程序中的下一项挑战。
• 让几个小组进行合作，进一步测试一些新的条件。询问学生在下面列出的每种条件下分别会发生什么：
  1.多个手电筒照在物体上
  2.多个手电筒没有照在物体上
  3.一个手电筒没有照在物体
  4.不使用手电筒
  • （学生会发现，照在物体上的光线越亮，就越能清楚地看到近处和远处的物体。）
• （5 分钟）鼓励学生分享：
  • 帮助他们完成挑战的知识、想法或技能。
  • 在搭建过程中获得的知识、想法或技能。
• 让学生整理套装和工作区。

• 在学生构思、搭建和编程的过程中，利用引导性问题促使他们进行思考和做出决策。

教师观察清单

• 查看学习目标（_教师支持_部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们的手电筒能够照亮黑暗空间中的神秘物品。
  • 他们在观察记录中能够指出，他们何时能够看见物体。
  • 他们能够利用观察结果进行论证，说明黑暗中的物体只有在被光线照到时才能被看到。

自我评估

让每位学生选择一块最能代表自己当前水平的积木。

• 蓝色积木：我觉得自己能够按照说明创建程序。
• 黄色积木：我能够按照说明创建程序。
• 绿色积木：我能够按照说明创建程序，还能帮助同伴达到相同水平。

同伴反馈

让学生在各自小组内讨论他们的合作经验。
鼓励他们使用如下表达方式：

• 当你……我非常感兴趣
• 我想了解更多关于你如何……

可通过如下方式简化本节课：

• 当学生讲述他们在每个测试条件下的观察结果时，给他们一些适当的协助，可以借助身体语言（摇头或点头、站起或坐下），使用“是/否”句进行询问，比如“你是否看到（卡片、物体、字母）”，或者指引他们查看资料/分类图片。
  可通过下列方式增加难度：
• 给模型添加传感器，用来控制光源的开关。

• 与学生一起讨论，天黑后不久，他们透过学校或家里的窗户能够看到外面的哪些光源（路灯、汽车前灯、霓虹灯、萤火虫、星星）。如果有学生认为月亮是光源，请提醒他们月亮其实是反射了来自太阳的光。月亮本身并不会发光。让学生制作一份图文并茂的社区夜间照明指南。必要时可以提供一个带空缺部分的页面句式模板，例如*我看到外面有一个______________。光是从它那里发出来的。*然后让学生数一下共有多少个光源。在学生的理解力能够达到的情况下，可通过提问来引导学生对光源进行分类，让他们找出哪些是自然光源，哪些是人造光源。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。