太陽和影子關系變化演示器

“工欲善其事，必先利其器。”小學科學課程是培養學生動手操作能力、觀察能力、思維能力、表達能力和探究能力的重要途徑。這就要求我們教師，要為學生自己動手動腦親歷科學探究過程提供必要的時間、空間和材料。但有的時候，學校里的實驗器材和教具不能滿足這種需要！這就要求我們教師要開動腦筋，利用生活中的易得材料自制教具進行實驗。如在講小學科學中《太陽和影子》一課時，其中有一個實驗是探究太陽位置變化和影子的關系，我利用手電筒、KT 板、量角器等材料，制作了“模擬天空”，有效地輔助了課堂教學。

一、項目的科學原理

1.在日常生活中，我們可將太陽光視為平行光，所以我們可以選擇能發出近似平行光的手電筒來模擬太陽。

2.以北緯40°地區“二分二至”（“二分二至”是指春分、秋分、夏至、冬至，是中國傳統歷法中“二十四節氣”中的四個節氣）日太陽的高度直射角（冬至26.5°、春分和秋分50°、夏至73.5°），確定模擬太陽的軌道，軌道的弧度可以根據需要進行角度大小的調整。

3.根據一般辨別法“上北下南左西右東”確定方位，模擬畫出大約早晨7：00、中午12：00、下午5：00太陽的位置，通過軌道移動模擬太陽照射物體，由此來觀察太陽和影子的關系。

二、項目的教學用途與用法

（一）教學用途。

1.幫助學生認識“一天中影子的變化與太陽的運動關系”，讓他們學會利用太陽和影子辨認方向。

2.直觀地向學生展示“一年四季太陽位置變化和影子的關系”，幫助學生了解一年四季太陽和影子的變化規律。

（二）用法。

1.實驗一：探究一天中太陽位置變化和影子的關系。

（1）實驗時，一個同學負責移動模擬太陽（手電筒）到三個固定的位置：上午7：00，中午12：00，下午5：00。另外一個同學負責在實驗記錄單上分別畫出觀測物體的影子，移動一個位置，畫一次（見圖1）。

圖1

（2）實驗結束，通過觀察實驗記錄單上不同時間物體影子的長短，得出實驗結論：太陽的位置和影子的方向相反；早晚影子長，中午影子短。

【說明】實驗時，實驗記錄單可以套在觀測物體上，實驗結束后可以取下來，方便學生觀察。

2.實驗二：探究一年四季太陽位置變化和影子的關系。

以北緯40°地區“二分二至”日正午太陽下的物體影子為觀測對象。

（1）實驗時，一個同學負責調整“二分二至”日太陽的高度直射角：冬至26.5、春分和秋分50°、夏至73.5°。另外一個同學負責在實驗記錄單上分別畫出觀測物體的影子，移動一個位置，畫一次（見圖2）。

（2）實驗結束，通過觀察實驗記錄單上不同時間物體影子的長短，得出實驗結論：一年四季，同一地點物體的影子夏至最短，春分和秋分較長，冬至最長。

圖2

三、在現有教具基礎上的改進點和創新點

1.改進點。

“模擬天空”設定三個固定的位置：上午7：00，中午12：00（見圖3），下午5：00。學生沿著固定的軌道滑動手電筒，模擬太陽的東升西落，有利于幫助學生進行有針對性的觀察，并總結出正確的實驗結論。

2.創新點。

在“探究一年四季太陽位置變化和影子的關系”實驗中，以北緯40°地區“二分二至”日正午太陽下的物體影子為觀測對象，學生可以隨意調整“二分二至”日太陽的高度直射角，按照冬至26.5°、春分和秋分50°、夏至73.5°的太陽高度直射角（見圖4），觀察同一物體在不同季節的同一時間太陽和影子的關系，把長時間的觀察才能看到的實驗現象，瞬間呈現出來。

圖3

圖4

四、項目的其他介紹

“模擬天空”實驗器材的開發，不僅有效解決了長時間的觀察問題，而且在小組合作的過程中，學生們既輕松地掌握了一天中、一年中太陽位置變化引起影子變化的情況，又培養了他們的合作意識，從而給學生們提供了個性發展的空間。