照明
苏菲感觉床下有什么东西。你能帮她看清床底下的情况吗?
课前准备
(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
参与
(全班,10 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。
探究
(小组,35 分钟)
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
解释
(全班,10 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。
拓展
(全班,25 分钟)
- (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。
评估
(全班,10 分钟)
- 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……
分层教学
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。
拓展
- 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。
教师支持
学生将会:
- 搭建一个能够照亮黑暗区域的手电筒模型。
- 观察光线对黑暗空间中物体的影响。
- 利用观察结果进行论证,说明物体只有在被光照到时才能被看到。
(每两名学生 1 套积木套装)
- LEGO® Education SPIKE™ 科创基础套装
- 安装了 LEGO Education SPIKE App 应用程序的设备
- 请参阅”课前准备 - 材料”部分。
《义务教育科学课程标准(2022年版)》 3-4年级
- 3.3-10 识别来自光源的光或来自物体反射的光。
- 13.3-5 知道制作过程应遵循一定的顺序,制作简单的实物模型;尝试发现实物模型的不足,改进并展示。(工程教育标准)
《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》3-4年级
- 3.3.2-1能根据需要选用合适的数字设备解决问题,并简单地说明理由。能基于对事物的理解,按照一定的规则表达与交流信息。体验信息存储和传输过程中所必需的编码及解码步骤。
《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级
- 3.3.4-3 能提出学习和生活中的问题,有目的地搜集资料,共同讨论,尝试运用语文并结合其他学科知识解决问题。
拓展学习:《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级
- 3.3.4-2结合语文学习,观察大自然,观察社会,积极思考,运用书面或口头方式,并可尝试用表格、图像、音频等多种媒介,呈现自己的观察与探究所得。