影子探秘
——探究影子變化規律的教具設計

◎重慶市潼南巴川中學校 齊亞男

重慶市巴川中學校 劉松

如何規范學生實驗操作，提升課堂實驗的科學性？教師可以通過改進教具來實現。

一、背景

教科版小學科學五年級上冊第二單元的《光和影》一課中設計了三個不同的實驗，分別研究影子的長度、影子的大小以及影子的形狀與光源之間的關系。

在實際的操作過程中，我們發現了不少問題：學生用眼睛觀察影子的長短變化，沒有具體的數據對比；改變光源照射的角度會不經意地改變光源與遮擋物之間的距離；無法將物體穩定地懸浮在空中進行觀察，手拿木塊時，手的影子會影響實驗現象。這些問題導致實驗不嚴謹，所得數據不準確。

二、設計教具

為了解決實驗操作問題，我設計了探究影子變化規律的教具，它由遮擋物裝置、量角器板與底板、手電筒光源裝置等構成。

遮擋物裝置

準備一根小木棍，將其一頭與方形木塊垂直粘合，另一頭削出螺紋，方便用小木塞將其固定（如圖1）。

圖1 遮擋物裝置

量角器與底板

用廢舊KT板制作量角器和底板，并在底板上畫上橫線和多條相隔1厘米的豎線，方便學生直接估算影子的長度（如圖2）。

圖2 底板

在量角器板正中間90°標線處挖出一個寬度與小木棍直徑相等的方形洞（如圖3），使遮擋物裝置中的小木棍剛好能從方形洞中穿過，實現方形木塊的橫豎擺放、上下滑動和前后移動。將量角器底邊粘貼在底板刻度線的橫線上，使量角器垂直固定在底板上（如圖4）。

圖3 方形洞

圖4 教具正面

手電筒光源裝置

將手電筒作為實驗光源，用夾子把它夾在量角器上，打開手電筒并移動夾子的位置可以改變光源照射的角度，學生在量角器上能直接讀取光源照射角度的數值（如圖5、圖6）。

圖5 手電筒固定在夾子上

圖6 光源照射角度為90°時

三、教具的使用

（一）研究影子的長短與光源照射角度的關系

為了讓學生能夠直觀地對比數據，我們制作了影子長短變化記錄單（如圖7），記錄當光源照射角度不同時影子的長短變化,供學生完成實驗后填寫。

圖7 影子長短變化記錄單

為保證實驗的嚴謹性，我們選取多個照射角度進行對比實驗。當照射角度為80°時，測得影子的長度約為3.8厘米（如圖8）。當照射角度為40°時，測得影子的長度約為10厘米（如圖9）。由此，學生得出結論：改變光源照射的角度，可以改變影子的長短，光源照射角度越小，影子越長。

圖8 照射角度為80°時， 影子長約3.8厘米

圖9 照射角度為40°時， 影子長約10厘米

（二）研究影子的大小和遮擋物位置的關系

轉動遮擋物裝置，可以改變方形木塊與量角器之間的距離，研究光源照射角度不變的情況下，遮擋物位置的變化對影子大小的影響（如圖10、圖11）。

圖10 遮擋物離光源遠時

圖11 遮擋物離光源近時

同樣，我們也制作了影子大小變化記錄單（如圖12），通過圖示的方式記錄光源與遮擋物距離變化實驗的現象及結論。從而得出：改變光源與遮擋物之間的距離可以改變影子的大小，距離越近影子越大，距離越遠影子越小。

圖12 影子大小變化記錄單

（三）研究影子的形狀與光源照射的遮擋物不同側面的關系

轉動遮擋物裝置后部的小木塞，使方形木塊呈現橫、豎兩種狀態，觀察影子形狀的變化，可以得出：當光源照射遮擋物的不同側面時，影子的形狀也不同（如圖13、圖14）。

圖13 遮擋物豎著時呈現的影子

圖14 遮擋物橫著時呈現的影子

四、創新點

本套教具不僅取材于生活、操作簡便，還具備多種功能，可以進行影子的大小、長短、形狀等研究，化現象為具體數據，減小實驗誤差，便于學生發現影子變化的規律，能夠幫助學生養成嚴謹、實事求是的科學態度。