设为首页 | 加入收藏

五年级上科学教参(光)

发表时间:2015-1-5  浏览次数:9793  
字体大小: 【小】 【中】 【大】

一、单元概述
光与我们的生活关系十分密切。光究竟是什么呢?光是一种电磁波。按波长电磁波可以分为无线电波、红外线、可见光、紫外线等几个波谱区。其中可见光区又可细分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光。光既有波动性,又具有粒子性。光是一种物质,光也是一种能量。
由于学生的理解水平所限,小学科学中不可能指导学生从光的本质上去认识光。本单元只引导学生观察发现它的传播特点——直线传播和反射现象,另外认识太阳光具有热能,探究阳光强弱和温度的关系。
学生天天和光接触,对于光的传播特点和光可以转化为热,他们有自己的观察和发现。生活中他们也接触了一些利用光的原理制作的玩具和仪器。因此本单元的教学是具有一定基础的。
这一单元中内容是这样安排的。
第1~4课研究光的传播特点(路径、反射),第5~7课研究阳光强弱和温度的关系。
研究光的传播特点从观察光和影的关系开始,包括第1课“光和影”、第2课“阳光下的影子”。因为影子的产生和其特点正好反映了光直线传播的规律。所不同的是,第一课时在教室里进行,后一课时在室外观察阳光下影子的变化。
第3课“光是怎样传播的”,是在前面观察的基础上,推测和验证光的传播特点,即光是沿直线传播的。然后回过头去解释影子的成因。
第4课“光的反射”,是第3课的延续。光的传播特点还包括光遇到物体会反射,反射光也是直线传播的。本课通过三个逐渐增加难度、层层递进的活动,让学生理解光的反射,并知道反射光也是直线传播的。
从第5课开始,探究光和热的关系。许多光源在发光的时候也在发热。太阳给我们带来光明的同时,也给我们带来了温暖。但是光的强弱和温度有什么关系呢?本课让学生通过实际的观测得出自己的结论。
第6课“怎样得到更多的光和热”,这一课内容紧接着上一课的内容,研究光的强度与热的关系。重点从材料的性质和物体受阳光照射的角度去探究。
第7、8课是在前面研究的基础上,设计、制作、评价、改进学生们的太阳能热水器。因为太阳能热水器涉及到很多科学原理,所以这两课的活动要综合运用前面所学的知识。首先观察、了解太阳能热水器的结构以及工作过程和原理,接着是设计、制作简易的太阳能热水器。最后通过展示、实践、评价、交流来进一步理解本单元的知识和技能。
二、单元教学目标
科学概念
●影子产生的条件是光源、挡光物体和屏。
●像电灯这样可以自己发光的物体叫做光源。
●在光的照射下物体影子的长短、方向、大小和光源的位置、方向、距离有关。
●影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。
●一天中,阳光下物体的影子会随着太阳位置的高低和方向的改变而改变。
●光是直线传播的。挡光物体会有影子,是因为光是直线传播造成的。
●光在传播过程中碰到物体,会发生反射,反射光也是直线传播的。
●光的反射原理在生产生活中广泛应用。汽车反光镜、潜望镜等都是人们对光反射原理的运用。
●许多光源在发光的时候也在发热。太阳是地球最大的光源和热源。
●利用凹面镜和凸透镜会聚光线的特性,可以得到强光和高温。这在实际生活中已得到广泛运用。
●物体吸热的本领与物体的颜色、表面粗糙程度以及阳光的照射角度有关。
●太阳能是一种清洁、节能、安全的能源,人们正在大力开发和使用太阳能。
过程与方法
●探究影子产生的条件,观察影子、光源、物体之间的关系。
●用日影观测仪观察记录一天中物体影子的变化,寻找变化规律。
●通过对比实验探究阳光的强弱、材料的属性、物体受阳光照射的角度和物体升温快慢的关系。
●较准确地记录实验、观察中的数据,并根据这些数据绘制出柱状图。
●根据实验现象和数据进行分析和推理,做出自己的解释。
●制作简易潜望镜,设计、制作简易太阳能热水器。
情感、态度、价值观
●形成对光的研究的兴趣。
●认识到认真观察、实验、实事求是地记录观察数据的重要性。
●认识到自然事物之间的变化是有联系有规律的。
三、分课时教学建议
第1课光和影
(一)背景和目标
本课是本单元的起始课,从本课到第4课将指导学生认识光的传播特点。认识光的传播特点从观察影子开始,因为影子的许多特点,比如说影子总是在背光的一面等现象,显示了光的传播是直线的。
五年级的学生对于影子的产生和特点已经积累了不少经验,他们知道影子的产生必须要有光和物体,影子随着光的改变而改变,等等,但是他们的这些认识还比较模糊,因此有必要通过教师的指导,实际地去观察、去发现光和影子之间的规律。
本节课的教学思路是:从生活现象出发,引出相关概念,然后通过活动探究规律,最后用规律解释现象,同时深化对规律的理解和掌握。
本课的内容分为两部分。第一部分是光源;第二部分是影子。学生经历的主要活动有:
●通过影子游戏,进入新课学习,总结影子产生的条件。
●认识什么是光源。
●探究在光的照射下影子的变化规律。
●认识投影,发现物体的形状和影子之间的关系。
●再次通过影子游戏,验证光和影的关系。
科学概念
●光源、遮挡物和屏是影子产生的条件。
●可以自己发光的物体叫做光源。
●物体影子的长短、方向随着光源位置、方向的改变而改变;物体影子的大小与物体和光源之间的距离有关;物体影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。
●从不同侧面照射得到的物体的影子叫做投影,投影在我们生活中很有用处。
过程与方法
●做光和影的实验,并将观察结果准确地进行记录。
●根据实验结果分析推理出光源、遮挡物、影之间的关系。
情感、态度、价值观
●认识到事物之间的变化是有联系的,也是有规律的。
●在实验观察中养成严谨、细致、实事求是的态度。
(二)教学准备
分组实验器材:手电筒、4开的白卡纸(屏)、约5厘米高的长方形小木块、铅笔、尺子。
教师准备:
有窗帘的教室(本课的活动最好能用窗帘遮挡光线,保证实验效果),投影画形式的交通标示牌、广告等。
(三)教科书说明
“影子游戏”这个活动的目的是创设一个情境,激发学生的学习兴趣,让学生进入探究光和影之间关系的学习,同时从中发现影子产生的条件。学生都玩过手影游戏,但未必都能知道其中的道理。通过这个活动,可以让学生认识到,生活中的一些看似司空见惯的现象,其实都蕴涵着科学道理。通过这个活动,学生要知道产生影子的条件:光源、遮挡物、屏(即能够呈现影子的物体,如墙面、地面等),且遮挡物要在光源和屏之间。
第一部分:什么是光源
我们平常接触的光很多,白炽灯光、日光灯灯光、太阳光、月光、激光,等等。到底什么才是光源呢?教材中提供的图片分别是:蜡烛、太阳、日光灯和萤火虫。根据学生的水平,教科书上是这样定义的:“像电灯这样能自己发光的物体叫做光源。”根据这个标准来判断,月亮就不是光源。那么没有通电的电灯,没有点燃的蜡烛算不算光源呢?也不算,因为它们虽然能自己发光,但处在没有发光的状态,所以不算光源。也就是说判断一个物体是不是光源,首先是要在发光的前提下。正在发光,而且是自己发出的光,而不是反射其他物体的光,这样的物体才叫光源。
第二部分:影子
这个活动的目的是探究在光源的照射下,物体影子变化的特点,这是本课教学的重点。该活动分为三个小的活动,教科书分别用图和文字说明了实验的方法和要求,学生要照图上的要求做实验,并把实验结果画在课本上相应的地方。这三个实验分述如下。
“影子随着光源位置的改变而改变”。教科书上所示5个不同位置的光源,在实验中应该是一个一个分别出现的。它们在方向和照射的角度上都发生了改变。因此被照射物体的影子会在方向和长短上发生变化。通过这个活动可以发现:影子的方向随着光源的方向改变而改变,影子总是在背光的一面。影子的长短随着光源照射的角度改变而改变:光源直射时,影子最短,随着斜射的程度越来越大,影子越来越长。
“影子的大小与遮挡物和光源之间的距离有关”。教科书出示的图中,物体离光源的距离越来越远,被照射物体的影子应该越来越小。这是因为在光屏和光源位置一定的情况下,遮挡物离光源越近,它挡住的范围越大,在光屏上形成的影子就越大。
“影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关”。
图中所示的是光源分别从一个横放的长方体的正上方和右侧面照射。因为这个物体是一个长方体,不同侧面的形状不同,从不同的侧面照射就会得到不同的影子,这是因为不同侧面对光的不同遮挡情况造成的。
关于投影,教科书指出:“像这样,从不同侧面照射得到的物体的影子叫做投影。投影在我们生活中很有用处。”值得说明的是并非所有的影子都是投影,只有投射到一个面上的影子才叫投影。投影在生活中有什么用呢?大街上的交通标示牌、洗手间门口的标示牌等很多地方用到了投影画,可以说这是一种简单形象的标志。另外在我们的工业生产和设计中也大量地采用了投影制图。
课文最后要求学生再做一做手影游戏,一方面是总结和巩固这堂课的探究成果,同时也让学生在游戏中去验证这些规律。
(四)教学建议
1.引入
因为是开始学习一个新的单元,教学活动可以从了解学生开始,通过谈话了解一下学生对于光已经知道些什么,还想知道什么。然后提出我们这个单元的学习是要探索光的秘密。
2.关于影子产生的条件
活动前教师可以提出这样的问题,我们怎样才能看到自己的影子?学生往往忽视“屏”这个条件。这时教师不必急于纠正,因为通过实际操作以及讨论和交流,学生们会知道影子的产生不仅需要光、挡光物体,还需要屏(墙面、地面或其他物体)。
3.关于“光源”的教学
教师可以接着上面的话题提问:影子的产生需要光,那么,我们知道哪些物体能发光呢?在学生列举的许多发光物体中,教师可让学生进行分类,哪些物体自己能发光,哪些物体是反射其他物体的光,从而提出像电灯这样自己能发光的物体叫做光源。
4.“影子的特点”是本课探究的重点
活动前,教师可以先了解学生对这个问题的想法。提出在影子游戏这个活动中,我们除了知道影子产生的条件外,还有什么发现吗。可能有的学生已经发现光源和影子的方向、大小有关系,教师应给予鼓励。并告诉学生,下面我们再通过一些活动继续探究光源和影子的秘密。
探究影子特点这一活动的要求和操作方法都已写在课文中了,教师可先让学生自己看教科书,看看学生是否能理解这3个活动的实验方法、步骤和要求。如果学生理解有误,教师再作必要的讲解和提示。进行影子随着光源位置的改变而改变的活动时,教师要提示,光源位置的改变包括光线照射的角度和方向(不包括远近)。角度可通过目测光线和水平桌面之间的夹角大致估计,方向用左、右、前、后描述。当光源垂直照射在物体的上面时,要提高物体,使物体稍微离开桌面才能看到影子。因为是第一个实验,而且难度较大,教师最好示范、演示实验和记录的方法。同时要求学生先在桌上的白纸(屏)上用铅笔画下实际的影子,然后再把结果画在课本上。
关于影子的大小与遮挡物和光源之间距离关系的活动,教师要提示,屏最好垂直竖起来,屏和光源位置不变,只改变遮挡物离光源的距离,最后要把影子记录在课本上的表示屏的那条线上。
在做影子的形状和光源照射物体侧面关系的活动时,教师要提示,当光源垂直照射在物体的上面时,要使物体离开桌面才能看到影子。实验结果要画在课本上相应的地方。
5.回顾和总结
可以引导学生回忆:我们今天学习了光的哪些知识,发现了什么规律。再做一次影子游戏,验证一下我们发现的这些规律。验证的内容可以是:改变光源的位置,手影发生了什么变化;改变光源离物体的距离,手影发生了什么变化;让光源照射手的不同侧面,得到的手影有什么不同。
第2课阳光下的影子
(一)背景和目标
本课活动和前面一课的内容有着密切的联系,同样是研究光和影子的关系,不过这一课的观察活动要求在阳光下进行。是对上节课在探究活动中所发现的规律在自然环境中的验证、拓展和进一步理解。本课不仅是上节课的继续,同时还为学生今后学习“时间”“宇宙”等单元的内容打下一定的基础。
教科书内容分两部分。第一部分:观察阳光下物体影子的变化;第二部分:整理我们的记录。
科学概念
●阳光下物体影子的方向随着太阳方向的改变而改变,影子总是和太阳的方向相反。
●阳光下物体影子长短的变化是随着太阳在天空中的位置变化而变化的,太阳位置最高时影子最短,太阳位置最低时,影子最长。
●人们很早就知道利用阳光下物体影子的变化规律来测定时间。
过程与方法
●推测阳光下物体影子怎样变化。
●利用简易的日影观测仪,观测阳光下物体的影子的长短和方向的变化,并收集相关的数据。
●根据一天中影长变化的数据制作出影长随时间变化的柱状图。
●根据观察数据,发现阳光下物体影子在一天中的变化规律。
●运用阳光下物体影子变化的规律,解释人们为什么能用影子计时。
情感、态度、价值观
●认识到自然事物是在不断变化的,事物的变化之间是有联系和有规律的。
●能够按活动要求坚持观察和如实记录数据。
●能够根据数据和现象实事求是地进行分析和推理。
(二)教学准备
分组实验器材:简易的日影观测仪、指南针。
教师准备:日晷的图片或课件。
(三)教科书说明
本课教学从提出问题开始:阳光下物体的影子也在变化吗?是怎样变化的?要求学生说说自己的推测及理由,并把大树的影子添画在教科书的图上。一天中大树的影子应该随阳光的方向和位置的高低发生变化。也就是说太阳是从东—偏南—西,大树的影子刚好相反,是从西—偏北—东。影子的长短变化则是清晨长,逐渐变短,中午最短,然后逐渐变长,到太阳偏西快落山时最长。
第一部分:观察阳光下物体影子的变化
指导学生通过观察阳光下物体影子的变化来验证自己的想法。如何观察呢,教科书具体介绍了制作简单的观察仪器——日影仪的方法和如何利用它来进行观察,并要求学生把观察数据填写在表格上。
观测中要求观察太阳和影子的方向。学生可能发现,太阳升起的方向并不是正东,太阳落下去的方向也不是正西。对这个问题教师要有思想准备。实际上,只有在春分和秋分这两个节气日,太阳才是从正东方向升起,正西方向落下,在其他时间都有规律地偏移。在夏季,日出在东偏北的方向,日落在西偏北的方向;在冬季,日出在东偏南的方向,日落在西偏南的方向。而正午太阳的方向都是在南方(因为我国处于北半球),当然对学生的测量不必要求这么精确,如果学生发现了应该给予鼓励。
第二部分:整理我们的记录
要求学生把记录的数据转化成柱状图(也叫条形图),反映影长怎样随时间变化。柱状图是整理信息的方法之一。由于柱状图很直观,便于学生发现影子变化的规律。教科书要求“在课堂上每隔10分钟观察、记录一次。课后继续观察,每隔一节课观察一次,把太阳的位置和方向、物体的高度和影子的长度都记录下来”。制作柱状图时,注意时间坐标是以整点为标记的,要对记录的数据进行选择。
一天中阳光下物体的影子是怎样变化的呢?影子的方向和长短随着太阳的方向和位置的高低来变化。早上太阳在东偏北,影子在西偏南。中午太阳偏南,影子就偏北。下午太阳在西偏北,影子就在东偏南。至于影子的长短,清晨和傍晚太阳位置最低,影子最长;正午太阳位置最高,影子最短。
这里要注意当地中午12点,可能并不是太阳位置最高的时候,因此物体的影子也可能不是最短的时候。“我们还有什么发现?”指的就是上述问题。对于坚持观察、认真观察记录的学生很可能会发现这个问题。
这是为什么呢?这是由于地球自西向东自转,各地的经度不一样,昼夜到来的时间也就不一样,正午的时间也会有所不同。我国地域广阔,全国采用的都是北京时间——东八区中央经线120度的时间。当东经120度的正午时间12:00时,许多地方就不一定是正午时间(一天中太阳位置最高的时候)。比如北京地区在东经116.46度,与东经120度仍有14.1分钟的误差(每相差1度就相差4分钟)。北京地区一天中太阳的位置最高、影子最短的时间应该是在中午12:14分的时候。
(四)教学建议
1.本课教学活动建议用两课时进行。第一课时指导观察和进行观察,第二课时整理观测数据、交流讨论发现规律。
2.教学活动可以这样引入。首先复习一下上节课学到的知识,即影子变化的特点。然后问学生,在阳光下我们看到过影子吗?一天中阳光下的影子有变化吗,是怎样变化的?让学生根据自己平时的观察谈谈这个问题。接着以教科书上的图为例,让学生对大树的影子在一天中发生的变化情况进行推测。对于学生的推测,教师要让学生说出自己的理由。教师要注意了解学生们的推测是否都一样,有几种推测,并把它们都记在黑板上。
3.观察阳光下影子的变化。为了确保活动有效进行,教师要注意以下几点:(1)事先进行勘察,选择好观测点;(2)日影仪可提前准备好,让学生在课上有更多的时间观测;(3)给每个小组配指南针,用指南针定出方向;(4)在观测前要让学生读懂课本上的说明,确信学生明白了观察的目的和观察记录的方法;(5)让所有的学生都投入到观测活动中。虽然活动是以小组为单位进行的,但应该要求每个学生都记录下小组的观测结果。
4.对观测记录的数据整理,需要在下一节课进行。在整理观测数据时,教师首先要检查学生上节课及课后的观察记录情况,做到心中有数,并对前段活动进行适当的总结和鼓励。然后让各小组汇报展示各组观测到的数据。学生的数据如果略有差异,这是正常现象。
5.教师要讲解如何把影长随时间变化的数据整理成柱状图。纵轴表示影长,横轴表示时间。教师也可把学生的课后观察时间安排在一个双休日,观察地点在家或附近一天中太阳都能照射到的地方。观测从清晨太阳出来后的一个正点时间开始,每隔一个小时观测记录一次,用这样的数据来制作柱状图。
柱状图的画法,教师要边讲边示范,带着学生做。在学生活动时,教师要随时巡视,随时发现问题,随时纠正,否则会影响后面的分析和结论的得出。
6.对于我国大多数地区,一天中是中午12点左右影子最短,清晨和傍晚的影子最长。但由于我国地域辽阔,横跨5个时区,而大家都用的是北京时间。在祖国的西部地区,学生会发现影子最短的时间不是中午12点。比如贵阳市大约在13点影子才是最短的。在新疆乌鲁木齐,大约在14点时,影子才是最短的。但这都无关紧要,只要学生发现影子的长短变化随太阳位置的高低发生变化,在太阳位置最高时(正当头顶时)影子最短,而在清晨、快落山时(太阳位置最低时)影子最长就行了。
7.对于古人为什么利用影子计时,只要求学生知道因为影子每天的变化是有规律的就行,因为以后在“时间”单元学生还要学习。
 第3课光是怎样传播的
(一)背景和目标
本课的重点是探究光是如何传播的。这个问题对于成人已不是什么秘密。人们很早以来就是通过对光照射下的物体和影子的观察,提出光是直线传播的。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中就记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察鸢在空中飞动,地面上的影子也跟着移动,移动的方向与鸢飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔,使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上,沈括用光的直进的道理来解释所观察到的结果:“鸢东则影西,鸢西则影东。”
本课也正是基于这样的思路,在前面观察光和影的活动后,先让学生建立一些感性的认识,获得一些关于光和影的信息,再研究光是怎样传播的。
教科书内容分两部分。第一部分“光是怎样照到物体上的”;第二部分“验证光的传播路线”。
科学概念
●光是直线传播的。
过程与方法
●有依据地推测光的传播路径。
●设计验证光是直线传播的实验。
●通过实验中的现象分析推理得出光是直线传播的。
●利用光的传播规律解释为什么会有影子。
情感、态度、价值观
●培养学生爱思考的习惯,以及善于思考的能力。
●知道推测要有依据。
●在实验中能认真观察、勤于思考,根据实验结果实事求是地进行分析、推理。
(二)教学准备
分组实验器材:手电筒、3张在同一位置打孔的长方形卡纸、屏、空心弯管和直管。
教师演示:有关光是直线传播的图片和课件。
(三)教科书说明
在学生对光和影的关系有了一定的了解后,从本课开始,指导学生认识光的传播路径。本课教学的思路是问题—解释—实验验证—解释。
第一部分:光是怎样照到物体上的
这个活动的目的是了解学生的初始想法。教科书是从学生司空见惯的情境中提出问题的。当光照亮周围的物体时,我们是否想过它从哪里来,又是怎样到达被照亮的物体上的?寻找推测的依据,是本节课的重点。
第二部分:验证光的传播路线
教科书详细具体地介绍了实验的器材、方法和步骤,卡纸上蓝色的点表示小孔。学生要在图中的卡纸上直接用箭头标出光前进的路线。教科书中左图,小孔在一条直线上,手电筒正对最前面卡纸上的小孔把光射进去,光线能够前进到最后的屏上,形成一个明亮的光斑;而教科书中右图,因为不是所有的小孔都在一条直线上,手电筒射进第一个小孔,就被挡住,所以光屏上没有光斑。实验结果明显地说明光是直线传播的。
除了以上实验方法外,还希望学生能自己想办法证明光是直线传播的。这有两个用意,一是希望学生明白,一个结论的得出应该是反复验证,最好是用多种方法验证。二是学生想办法证明的过程也是加深理解的过程。教科书插图所示的方法,是直管和弯管对比的方法。如果用直管,光从这头射进去,就会从另一头射出来,我们的眼睛在另一头能看见光亮。如果用的是弯管,光从这头射进去,就不会从另一头射出来,我们的眼睛在另一头就不能看见光亮。这证明了光是直线传播的。还有其他方法可以验证,教科书没有介绍出来,是为了给学生留一个思考的空间。
在明白了光是直线传播的道理后,希望学生能用这个道理解释影子是怎样产生的,以及为什么影子总是在背光的一面。这也是对本课所学知识的巩固和运用。
(四)教学建议
1.本课的教学活动,遵循问题—解释—实验验证—解释的程序,其中的实验验证虽是本课重点,但是并不难。根据学生的情况,估计寻找假设的依据是比较难的。活动开始,教师在让学生推测光的传播路径时,一定要求他们说出依据。过程与方法中推测很重要,然而推测的依据更重要。
学生寻找推测的依据时,不要受教科书上插图的局限,教科书上的图是比较直观的,“舞台上的灯光”“从云层中透过的太阳光”。教师应鼓励学生在光和影的关系中及种种现象中寻找更多的证据,这样才有利于培养学生的思维能力和发现问题的能力。其实我们平时看到的很多现象,以及我们在前两课研究的影子的特点,比如影子总是在背光的一面;光源的方向和位置发生改变时,影子则发生相应的改变;光能被不透明物体挡住,物体只有向光的一面才是明亮的,而背光的一面是黑暗的;影子的形象和被照物体的侧面一致等,都可以作为光是直线传播的依据。
2.光是直线传播的实验,教科书上介绍得很清楚,且操作简单,可以放手让学生自行阅读实验方法和步骤,自行操作。
3.教科书上学生操作的验证实验,器材简单,操作容易,教师也可以让学生做一做。通过不同的方法验证一个假设,这可使结论更具说服力。但要注意,不论是直管还是弯管,不能用内壁反光强的器材,否则达不到应有的效果。
 第4课光的反射
(一)背景和目标
本课教学是上一节课的延续,同样是研究光的传播特点。不同的是这节课是研究光在传播途中碰到障碍物会怎样。
光的反射现象学生是熟悉的。学生们经常玩这样的游戏,用一块小镜子或者金属的文具盒在太阳下晃动,把反射光投射到天花板上或其他物体上。不少学生还会制作多种反光玩具,如潜望镜、万花筒,等等。本课教学活动就是在学生的这种基础上展开的。
本课内容分为两部分。第一部分是“照亮目标”;第二部分是“运用光的反射”。
科学概念
●光碰到镜面会改变传播方向,被反射回去,形成反射现象。
●反射光也是直线传播的。
●人们利用光反射原理发明了很多有用的器具。
过程与方法
●按照说明正确进行实验操作。
●制作简易潜望镜。
情感、态度、价值观
●认识自然事物的变化是有规律的。
●人们掌握了自然规律就能更好地生产和生活。
(二)教学准备
分组实验器材:手电筒、小镜子、制作简易潜望镜的材料(画有观察孔和镜子位置的卡纸、相应尺寸的镜子)。
教师演示:有关光反射的图片或课件、潜望镜模型的成品和半成品。
(三)教科书说明
第一部分:照亮目标
光具有直线传播的特点,但是在传播途中如果碰到物体,就有一部分光线从物体表面被反射回去,这种现象叫做光的反射。本课重点指导学生认识反射现象及其在生产生活中的运用。教学活动从“照亮目标”的游戏开始。“照亮目标”共有三个小的活动,让学生通过几次类似的现象,发现其共同点,从而对光的反射现象进行归纳概括。这三个活动也不是简单的重复,而是逐渐增加难度,层层递进,让学生在不断的挑战中产生兴趣。
第二部分:运用光的反射
生活中人们巧妙利用光的反射原理的事例,不胜枚举。教科书通过列举事例让学生了解光的反射原理在生活、生产、科研中的运用。在让学生了解这些事例的过程中,促进学生思考,起到巩固概念、加深理解,认识科学和技术密切联系的作用。
汽车反光镜为什么能看到车窗外的情景呢,因为它是一种凸面镜,也叫凸镜(和凸透镜不同)。射到凸镜上的光,经凸镜反射后不能会聚于一点,而是变得发散开来。这样一来,它比尺寸相同的平面镜观察的范围大,可使驾驶员从镜中观察车后侧较大范围的空间,保证行车安全。有的城市在马路交叉处和拐弯处也常常安装一个大的凸镜,使交通民警和行人看到较大范围内的车辆行驶情况,保证交通安全。
五官科医生用的额镜是一种凹镜,就像手电筒小电珠后那个银亮的反光碗,它能把灯泡发出的光集中反射到病人的耳中,使医生能看清楚耳道中的情况。
教科书要求学生解释汽车反光镜、额镜怎样运用了光的反射原理,画出光路图。正确的画法应该是窗外景物的反射光射到凸镜上,凸镜再把这个光反射到驾驶员的眼睛里。灯光照射到医生戴的额镜上,额镜把这个光反射到耳道中。这里不需要学生理解和画出凸镜发散光线以及凹镜会聚光线的原理。
“照明灯上为什么要装灯罩?教室的墙壁为什么要涂成白色?”这都是因为需要增强反光的原因。灯罩可以把灯泡向上的光反射到下方,和本来向下的光线合在一起,增加亮度。墙壁涂成白色是因为白色物体反光较强。
“科学家测量月球到地球的距离”的事例,很有意义,可以让学生知道光的反射原理,不仅广泛运用到生活和生产中,甚至还能解决高科技领域的问题。要说明的是科学家在测量月球到地球的距离时利用的是激光,这是因为激光束方向很集中。不仅测量地球到月球的距离用到了光的反射,美国物理学家麦克尔逊在测量光的速度时,也利用了光的反射原理。
指导学生利用所提供的材料做个潜望镜。这个活动是学生很感兴趣的活动。有利于学生在制作中进一步理解光的反射原理及其在实际中的运用。
教科书提出“反光有时候也给我们带来不便和危害,我们注意过这种情况吗?”这个问题在于拓展学生的认识。目前很多建筑广泛使用玻璃幕墙就给人们带来了光的污染。
课文的最后给学生介绍了我们的眼睛也有一个能控制入射光线的器官,这就是瞳孔。教科书的左图显示了光太弱时瞳孔放大的情况,右图显示了光太强时瞳孔缩小的情况。
(四)教学建议
1.本课的重点是认识光的反射及运用。对光的反射现象的认识,可以从提出一些生活中的问题开始。比如让学生观察教室里的日光灯管,提问:日光灯管上为什么要装灯罩呢?然后让学生操作教科书上“照亮目标”的三个活动。光的反射现象学生比较有经验,教科书的三个活动操作起来不困难,可以让学生照着课本的要求自行操作,并在书上画出光的路线。这能使他们对光碰到镜面会被反射,以及反射光也是直线传播的有更好的理解。
日常生活中常听到学生用到“折射”这个名词,但是他们对折射并不理解,认为只要是转折的光线就是折射。因此也有可能学生会认为“照亮目标”活动中看到的现象是光的折射现象。如果遇到这种情况,教师要明确告诉学生这是反射,而不是折射。
了解光反射的运用时,不仅要求学生知道不少生活器具运用了光的反射,而且要重视画出光的路线图,这对学生理解是有好处的。
2.潜望镜是运用光的反射原理的典型例子,教科书中介绍了制作的材料、方法和过程。要说明的是,盒子两对侧边上的斜线必须是45度角,上下两块镜面必须平行,镜面要相对。因为潜望镜是利用了光的反射原理,只有当镜面与盒底边成45度角,两块镜面平行时,才能把物体的反射光全部反射到另一块镜子上,然后全部反射到我们的眼睛中。教师也可以让学生寻找现成的牙膏盒进行制作,为了制作方便,可把盒子先从一侧拆开后展开,在没有颜色和图案的内面画出镜子所在位置和观测孔,然后进行制作。制作好后再把盒子用胶带纸固定。
3.在介绍汽车的反光镜、医生用的额镜时,要告诉学生这些镜子的特点,它们和普通的平面镜不同,汽车反光镜镜面是向外凸的,而额镜镜面是向内凹的,两者刚好相反。教师可以让学生观察不锈钢勺的内外两面,内面就好像是凹镜,而外面恰好像凸镜。
4.在讲到瞳孔控制光线的作用时,可以让学生观察自己的眼睛。如果我们用一面镜子对着自己的眼睛,把头从黑暗的地方转到明亮的地方,我们就能看到瞳孔由大变小的过程。
5.利用反光原理制作的玩具很多,学生也很感兴趣,比如万花筒、观景箱等,教师可在课外科技活动中指导学生制作。
第5课光与热
(一)背景和目标
从第5课开始,将研究光与热的关系,这里的“光”主要是指太阳光。许多光源在发光的同时也在发热,比如白炽灯、蜡烛、太阳。学生都有这样的亲身体会:冬日,太阳底下暖洋洋的;夏日,树荫底下比阳光下凉快;手靠近点燃的蜡烛,有热的感觉。但是光和热有什么关系呢?学生不一定很清楚。本课重点指导学生认识阳光的强弱和温度的关系,以及怎样才能得到更多的光和热。
本课内容分为两部分。第一部分指导学生探究“光的强弱与温度”的关系;第二部分知道利用凹面镜和凸透镜能会聚光线。
科学概念
●许多光源在发光的时候也在发热。
●太阳给我们带来光明的同时,也给我们带来了温暖。太阳是地球最大的光源和热源。
●光强温度就高,光弱温度就低。
过程与方法
●对光和热的关系作出推测。
●通过用多面镜子和一面镜子照射探究光与热的关系。
●整理获得的信息,根据实验的数据绘制出柱状图。
●自觉地将实验结果和假设相对照。
情感、态度、价值观
●认识到自然事物之间是有联系的,自然事物的变化是有规律的。
●人们掌握了自然规律就能更好地生产和生活。
(二)教学准备
分组实验器材:小镜子数面、温度计数个、不锈钢勺、放大镜。
教师演示:凹面镜、凸透镜、相关图片或课件(利用凹面镜或凸透镜点火取火,利用凹面镜制成太阳灶蒸煮食物)。
(三)教科书说明
“光与热”一课的教学内容是按照假设—实验验证—资料拓展的思路编写的。
第一部分:光的强弱与温度的高低
“许多光源在发光的时候也在发热。”这句话指出光源可分为两大类,一类叫做热光源,发光又发热,如白炽灯、点燃的蜡烛、酒精灯等,而有的光源是冷光源,发光不发热,比如萤火虫、水银灯、日光灯等。至于为什么有的光源是热光源,有的光源是冷光源,这是由于它们的发光原理不同。热光源是高温物体将热能转变为光能,而冷光源是将其他形式的能(电能、化学能等)转变为光能。那么,“光的强弱和温度的高低有什么关系呢?”应该说对于同一种热光源,光强温度就高,光弱温度就低。
本课重点是探究太阳光的强弱与温度的关系,通过对比实验验证阳光强温度就高,阳光弱温度就低。
第二部分:怎样形成强光和获得高温
怎样得到强弱不同的光呢?教科书提供的实验方法是分别用一面镜子和多面镜子进行照射对比。此外还可以用凹面镜、凸透镜汇集光线得到更强的光。
凹面镜是球面镜的一种,又叫凹镜。它能利用光的反射原理会聚光线。把凹面镜对着太阳,太阳的平行光射到镜子上,被凹面镜反射后,会会聚在一点(教科书第34页的图1),如果把一块小纸片放在这点上,过一会儿,亮点处的纸就会被烧焦,这一点就是凹面镜的焦点。我国古代就发现了凹镜的这个特点,把它作为取火的工具。
凸透镜是一类中央比边缘厚的透明的镜子,我们平常用的放大镜就是凸透镜。凸透镜也能会聚光线,只不过和凹镜的原理不同。让一束平行光射在凸透镜上,可以看到,光通过凸透镜发生折射以后会会聚于一点(教科书第34页的图2),这一点也能点燃小纸片。公元前2世纪,就有人用冰作透镜,会聚太阳光取火。
教科书第35页的上图是利用凹面镜原理做成的便携、折叠式太阳灶。可展可折,方便携带,水壶可放在焦点处。它利用2~4平方米反光板把太阳光会聚到一点,该点温度最高可达到1000°C,烧水做饭、烙饼熬粥、烘干衣服都可以,夏天烧开一壶水只用10分钟。实践证明,使用太阳灶是解决农村能源问题的一个有效途径。目前太阳灶的种类很多,箱式、自动跟踪式、室内太阳灶及可储存能量式太阳灶都有。
教科书第35页介绍了科学家发现氧气的故事。普里斯特列是18世纪英国著名化学家,1774年,他得到了一个大型凸透镜(当时叫火镜),开始研究某些物质在凸透镜聚光产生的高温下放出的各种气体,从而发现了氧气。
(四)教学建议
1.“许多光源在发光的时候也在发热。”对于这个问题,学生有自己的生活经验,教师可让学生说说自己的看法,然后稍作一些补充介绍。指出光源可分为两大类,一类叫做热光源,发光又发热,而有的光源是冷光源,发光不发热。至于为什么有的光源是热光源,有的光源是冷光源,教师不用给学生介绍。
本课重点是探究太阳光的强弱与温度的关系。怎么得到强弱不同的光呢?教科书提供的实验方法是分别用一面镜子和多面镜子将阳光反射到纸上,这样就得到明亮程度不同(也就是强弱不同)的光斑。怎么知道光强与光弱时温度有什么不同呢?采用的方法是用温度计测量。
2.实验观察应该分为两个步骤,首先是观察一面镜子和多面镜子反射的光强弱有什么不同,这一点学生通过目测比较光斑的明暗,然后用温度计分别测出它们的温度就能知道。进行这个对比实验,可以有多种安排,比如分别设“不用镜子组”“一面镜子组”“三面镜子组”“五面镜子组”。各组先把本组数据记在教科书的表格中,然后收集其他组的数据也记在表格中,最后根据大家的数据画出柱状图。也可以在一个组中进行两种情况的对比,比如两面镜子和四面镜子。不管哪种方式,几个对比组的镜子数差异大一些较好。
3.实验的成果影响到结论的得出,因此要确保实验的成功。首先是器材的准备,关键是温度计。学生用的温度计,一般有些差异。教师事先要经过挑选和配对,使对比实验中的温度计对同一温度的显示要基本一致。
另外要选择观测的地点,最好是一个比较大的场地,有一面或几面较长的背阴的墙面,能容纳全班所有的实验组,这样的条件比较一致,也便于教师的巡视和管理。
学生的分组分工及相互合作也非常重要。比如要让4个或5个学生每人手拿一面镜子把光集中到一点,没有很好的合作是不行的。
为了便于把光集中到一点,教师可以在镜子后面粘上一张硬纸片,让镜子能立在地上。先大致对准某一点,然后再适当地调整角度使光斑重叠在一起。
4.凸透镜和凹面镜也能汇集光线得到强光和光温。除了让学生阅读教科书的相关图、文外,教师最好能作演示实验。有条件的让学生也亲自观察一下这两种镜子的特点,做做实验,这样印象更为深刻。
对于人们利用凹面镜和凸透镜会聚光线得到强光和高温的例子,城市和农村学生的情况可能不同。一般来说,城市的学生对放大镜能聚光点燃枯叶和纸片比较熟悉,而对用以凹面镜原理做成的太阳灶比较陌生。农村的学生可能因为当地使用了太阳灶,情况刚好相反。教师要根据学生的实际情况有重点地进行介绍和讲解。
 第6课怎样得到更多的光和热
(一)背景和目标
本课内容紧接着上课的内容,研究怎样才能得到更多太阳的光和热。上节课学生知道了用多面镜子把光投射到一点,以及用凹面镜和凸透镜都可以会聚阳光。本节课是从物体本身的属性,以及物体受阳光照射的角度来进行探究的。
本课内容分为两部分。第一部分是“物体的颜色与吸热”;第二部分是“阳光直射、斜射与吸热”。
科学概念
●太阳是地球最大的光源和热源。
●物体的颜色与吸热的本领有关系,深色物体比浅色物体吸热快。
●物体受阳光照射角度与吸热的关系,物体与阳光垂直比倾斜吸热快。
过程与方法
●做探究物体的颜色与吸热本领有关系的实验。
●做探究物体吸热与阳光直射、斜射关系的实验。
●将物体的颜色与升温情况的实验数据绘制成折线图。
情感、态度、价值观
●在实验中能严格按照实验要求进行操作,实事求是地记录观察数据。
●认识到自然事物的变化之间是有联系的。
●认同科技的发展能促使人们更好地利用自然资源和自然规律的观点。
(二)教学准备
分组实验器材:白色纸、粉色纸、黑色纸、黑色蜡光纸、铝箔纸对折做成的纸袋,温度计;三个同样的黑色纸袋分别插上温度计。
教师演示:人类利用太阳能的图片或课件。
(三)教科书说明
课文首先介绍这样的事实:太阳是地球最大的光源和热源;人类只利用了太阳能量的很少一部分,还有大部分的光和热没有充分利用。然后提出本课探究的问题:除了利用凹面镜和凸透镜会聚阳光外,我们还有什么办法能得到太阳更多的光和热。
第一部分:物体的颜色与吸热
物体的颜色与吸热有关系吗?教科书要求学生把不同颜色的材料对折做成纸袋,分别插上温度计平放到阳光下,比较它们的升温情况。实验器材是白色纸、粉色纸、黑色纸、黑色蜡光纸、铝箔纸。选择这些材料的目的是让学生容易发现深色比浅色升温快;表面粗糙的比光滑的升温快。由于是对比实验,要求除了纸的颜色和光滑程度不同外,其他条件如摆放的地点、方式、时间等尽量保持一致。探究的第二个问题是物体受阳光照射角度与吸热的关系。也是对比实验。所以除了摆放时分别按水平、和地面垂直、与太阳光垂直的角度不同外,其他条件要尽量保持一致。这个实验的结果应该是与太阳光成垂直角度摆放的纸袋升温快。
上述两个活动都要求学生按照课本上的要求,把实验数据逐个写在表格中。其中第一个实验,还要求学生将其观察的结果绘制成折线图,因为折线图更能反映不同材料的升温趋势。
对于为什么黑色蜡光纸比黑色无光纸升温慢,铝箔纸的吸热本领比较小,这要联系物体的反光情况进行分析。平整无褶皱的黑色蜡光纸因为反光较强,吸收光的能力就弱,而黑色无光纸相对反光较弱,吸收光的能力就较强,所以黑色蜡光纸比黑色无光纸升温慢。铝箔纸反光能力强,吸收光的能力就弱。至于为什么表面光滑的黑色蜡光纸和铝箔纸反光强,这和物体是否是镜面反射有关,不需要学生掌握。
第二部分:阳光直射、斜射与吸热
阳光照射角度不同的物体哪个升温快呢,应该是阳光垂直照射的纸袋升温快。这是因为阳光直射物体时,物体得到的光比较强,而斜射时,物体得到的光比较弱。教师可以引导学生回忆清晨和中午哪个时段阳光强,手电筒直射和斜射哪个光斑亮,通过生活经验来进行理解。
在实验结束后,教科书要求学生能用所发现的规律来解释生活中的一些现象。选浅色衣服是因为反光强,吸收的热较少。宇航服一般都是银色的是为了减少辐射。
查阅资料,了解太阳能热水器和太阳灶的设计、构造及工作原理。这是为下一节课的研究做准备。
(四)教学建议
1.本课重点探究“物体的颜色与吸热的关系”“物体吸热与受阳光直射、斜射的关系”,由于这两个实验都是对比实验,就要注意控制相同的条件和不相同的条件。
另外要注意的是一组实验中的几支温度计对相同温度的显示情况要相同。这要求教师课前要对温度计进行挑选。第一个实验由于有5种不同的纸袋,就要求有5个基本一致的温度计。第二个实验,因为是与地面垂直、水平、和太阳光垂直3种情况,所以每组需要挑选3支温度显示比较一致的温度计。
教师在实验前应把所有温度计拿出来放在相同的地方,先看看温度值是否基本一致,然后把它们放在同一杯热水中,或者阳光下的同一地点,隔一段时间(比如10秒钟)看看温度上升的情况,挑选升温情况比较接近的5支温度计,作为一组。
2.将观察到的数据绘制成图表是本课教学活动的难点。教师要讲清绘制的方法。制作前要先弄清横、纵坐标各表示什么,刻度值是多少。不同的纸袋分别用什么颜色的点表示,然后根据前面表格中的数据作图。作图时先根据数据在横、纵坐标上找出点的位置,再把点连成线。点和线的颜色要按照教科书的要求来画,最后画出来的应是黄、粉、黑、绿、蓝5条不同颜色的折线。
3.对于为什么黑色蜡光纸比黑色无光纸升温慢,铝箔纸的吸热本领比较小。这个问题的解释对于学生可能比较困难,因为涉及到镜面反射和漫反射、反光和吸收辐射热之间关系的知识。教师可作适当讲解,让学生知道物体表面反光强,吸收热的本领就小;物体表面反光弱,吸收热的本领大就可以了。
不同情况摆放的纸袋哪个升温快呢?教师应该先引导学生观察它们和阳光的角度,是直射还是斜射,斜射的程度如何,然后启发学生通过生活经验来理解。
4.本课的两个实验结束后,教师最好让学生回顾第5、6两课实验中所发现的规律,并引导学生做归纳和总结:我们可以通过什么方法来得到更多太阳的光和热。这对了解太阳能热水器和太阳灶的设计、构造及工作原理是有帮助的。
最后教师可以介绍查阅太阳能热水器和太阳灶资料的途径和方法,方便学生查找。
 第7课做个太阳能热水器
(一)背景和目标
最后两课是对本单元学习内容的实际运用,也是对学生学习的评价。通过前面的学习,学生知道了光的一些基本特性,还知道了光和热的关系。特别是第5、6两课的学习,为学生下面的学习活动作了铺垫。第7、8两课通过设计、制作、评价太阳能热水器的活动,在理论联系实际的运用中能巩固升华本单元学到的知识和技能。
学生设计、制作的热水器可能不会有多大的使用价值,但这会促使学生像科学家或工程师那样工作,考虑从原理到材料选择,计划到制作的每一个细节,培养同学之间的团结合作精神。
本课内容分两部分。第一部分是观察、了解“太阳能热水器怎样工作”;第二部分是“设计、制作太阳能热水器”。
科学概念
●太阳能热水器是一种光热转换器,具有节能、环保、安全的优点。
●太阳能热水器的效能和所采用的材料、结构,运用的原理有关。
●产品的设计,不仅要考虑构造,还要考虑材料的选择、依据的科学原理以及如何方便、实用。
过程与方法
●能根据研究任务和要求进行有目的的设计。
●按一定的格式写出本小组的设计方案。
●在全班交流介绍方案的设计思路、原理。
情感、态度、价值观
●乐于合作、交流、反思和改进。
●体会到运用科学知识解决问题的乐趣。
●体会到任何一件科技产品的开发和设计,融合了多种知识和技术。
●认识到科技的发展能促使人们更好地利用自然资源和自然规律。
(二)教学准备
分组实验器材:制作简易太阳能热水器的材料(纸盒、泡沫塑料或棉花、能装水的塑料袋或饮料瓶、玻璃片或塑料薄膜、盒盖、黑色纸、镜子或锡箔纸等)。
教师演示:有关太阳能热水器和太阳灶的构造及工作原理的图片或课件。
(三)教科书说明
第一部分:太阳能热水器怎样工作
要设计制作太阳能热水器,就要了解太阳能热水器的工作原理。所以本课一开始就要让学生大致了解其结构和原理。教科书上的图是一个家用太阳能热水器。其基本结构由太阳能集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。工作原理是利用集热器吸收太阳光,将光能转化成热能,并通过储水箱将热水储存。
太阳能集热器是太阳能热水器接收太阳能量并转换为热能的核心部件和技术关键。
水箱的保温作用必须十分明显,一般合格的太阳能热水器每天温度下降在5°C以内。可隔天使用。
太阳能热水器工作图
太阳能热水器一般倾斜的角度和当地纬度一致。这样容易保持集热面和阳光垂直,尽可能得到最强的光和最大的热量。
第二部分:设计、制作太阳能热水器
教科书上提出了明确的任务和要求。需要说明的是,要求学生设计制作的热水器虽然简单,但应该具有利用太阳能加热冷水、保温这两个基本的功能。因此就应该具有冷水加热器(相当于集热器)、保温装置两部分。“为了使热水器尽快地升温,还需要考虑哪些问题?采取哪些措施?”这个问题是为了启发学生思考如何提高太阳能热水器的效能,比如应考虑怎样才能吸收更多的太阳能,怎样才能更好地保持住已升温的热水的温度。
制作太阳能热水器要综合用到前面学到的知识,如利用颜色、反光、倾斜放置等方法,也会涉及到学生没有学过的知识,比如热传导的方式、材料的性能等,教师要有足够的知识准备。
教科书要求学生写出本小组的设计方案,在全班交流。这是为了通过交流学习别人的优点,发现自己的不足。然后修改和完善自己小组的方案。这是设计过程中不可缺少的一个环节。
(四)教学建议
1.教师在教学前一定要了解太阳能热水器的相关信息,把它的构造和原理搞清楚。
2.因为太阳能热水器涉及的科学原理较多,学生可能不容易理解,所以关于太阳能热水器的构造及工作过程、原理,应该以教师的讲解为主。学生课后收集资料的活动,主要目的是为了提高学生的参与性和发挥他们的主动性。在学生汇报交流自己的看法后,教师要简明扼要、深入浅出地讲解归纳。可以按以下顺序进行讲解:首先是讲构造,其次是讲工作过程,最后是讲提高效能采取的措施。
太阳能热水器构造最重要的就是三部分。一是利用太阳能把冷水加热的部分(集热器),二是保持水温的保温箱,三是控制冷热水进出的控制系统。教师可重点讲前两部分。
工作过程大致是这样的:通过集热管吸收太阳能给冷水加热,然后把热水送到保温箱保持一定的温度,当我们需要用热水时,通过控制系统放热水,并补充一定量的冷水到集热器进行加热。
为了提高太阳能热水器的效能以及方便实用,设计人员在各部分使用的材料以及结构、原理方面动了不少脑筋。比如最重要的集热器,使用了真空集热管。它用双层玻璃构成,内表镀上热吸收层,能充分吸收太阳光,就如保温瓶胆的内部结构。两层之间为真空,防止和减少管内外的热对流。保温水箱是采用双层不锈钢板构成,主要是坚固防锈。中间是聚氨酯整体发泡的保温体,能有效地保持水温。
教师讲解时最好能画出简图,或有课件辅助,使学生容易理解,一目了然。讲解后,要抓住重点提问学生:太阳能热水器的主要构造有哪些?工作过程是怎样的?这一部分的教学扎实了,在下面的设计、制作活动中,学生的思路就会比较清晰。
3.设计、制作太阳能热水器的活动要分小组进行。活动的程序建议:一要让学生明确任务和要求;二要明白太阳能热水器主要应该包括哪几部分;三要了解可以用什么材料制作;四要阅读教科书上的方案实例。然后分组进行设计,写出设计方案。
教科书提供的设计方案可供学生参考。设计前教师应让学生阅读这份设计方案,弄懂其设计思路。这个设计方案的塑料瓶、盒子既是集热器又是保温箱。用塑料瓶装水,容易让阳光射进去,减少热量外流,起到升温和保温的双重作用。盒子里面涂黑色,是为了吸收更多的太阳辐射。盒子内瓶子的背面贴锡纸是为了加强反射,让透过瓶子的阳光反射回瓶子,减少热量外流。盒子的盖用塑料薄膜,也和塑料瓶一样,减少了盒内的热量向外辐射。瓶子周围用泡沫塑料,是为了保温。装塑料瓶的盒子支起来,可以改变角度,以保持使阳光直射。
在理解了太阳能热水器的构造、工作过程及原理,又读懂了教科书上的设计方案的基础上,相信学生能够完成本小组的设计方案。
4.为了设计方案的可靠性、合理性和科学性,教师要重视设计后的交流,鼓励各小组相互学习,取长补短,反思改进。引导学生应用前面学习的知识,发挥自己的创新性,不局限于教科书上展示的方案和作品,设计出更多更好的简易太阳能热水器。
第8课评价我们的太阳能热水器
(一)背景和目标
教学本课时,各组学生已准备好了自己的太阳能热水器,相信他们一定跃跃欲试,早就盼望展示和实践时刻的到来。
本课内容分为三部分。第一部分是展示我们的太阳能热水器;第二部分是实际检验我们的太阳能热水器;第三部分是比较、反思我们的太阳能热水器。
科学概念
●太阳能是一种清洁、节能、安全的能源,人们正在大力开发和使用太阳能。
过程与方法
●按照活动的要求检验太阳能热水器,并做好数据的观测和记录。
●总结、评价太阳能热水器。
情感、态度、价值观
●体会到设计、制作太阳能热水器的乐趣。
●认识到科技创造中运用科学知识的重要性。科技产品融合了多方面的知识和技能。
●培养团结合作以及善于学习、反思、改进的精神。
●树立开发利用太阳能有利于保护环境、节约能源的观念。
(二)教学准备
分组器材:各组设计制作的太阳能热水器、温度计。
教师准备:选择并划分场地,发令器、小旗、钟表、冷水。
(三)教科书说明
第一部分:展示我们的太阳能热水器
教科书呈现的是两件学生作品。第一件的特点是装水的容器是深色的,便于更好地吸收太阳能。第二件作品的特点是用了金属容器,金属容器传热快。
第二部分:检验我们的太阳能热水器
为了更好地检验各组太阳能热水器的效能,需要合理的检验标准。检验的标准就是上节课的设计要求。即:能够装水200毫升;能够尽可能地在15分钟内,使热水器中水的温度升上去。教科书再一次提示检验标准,并要求每5分钟测一次水温。
为了公平合理,还应制定一定的规则,正如教科书中学生对话框中提出的:“要装同样温度的冷水;要装同样多的冷水——200毫升;要同时放到阳光下;还要实事求是、及时、准确地记录。”
活动目的不是比赛,而是让学生看看自己的设计目标是否达到,知道为什么没有达到,应该怎样改进,从而更好地理解学到的知识和技能。教科书中的表格,正是为了这样的目的而设计的。除了要求记录每5分钟升温的数据外,还要进行自我评价。自我评价的内容包括:效果、成败原因、改进措施。除了自我评价外,还应开展各组间的交流。这样做的目的,在于相互启发,相互学习,其意义不言而喻。
第三部分:比较与反思
因为这是单元教学的最后一课,教科书的内容是让学生回顾在设计、制作太阳能热水器的活动中,运用了哪些本单元的知识。这样做的目的一方面是对本单元学习的总结,另一方面也是教师对学生学习检查和评价的机会。
(四)教学建议
1.本课活动重点是检验学生设计制作的太阳能热水器的实际效果。教师要督促学生在本节课前完成制作,并了解学生的作品情况,如样式、结构,是否能装200毫升水等,做到心中有数,没有达到要求的要及时要求改进,以保证这节课教学任务的完成。
2.为了使检验活动顺利完成,教师还要在活动日期、场地的选择、布置、各组区域的划分、活动器材的准备、活动的程序和方法、活动的评价等方面作充分的考虑。
3.本课的教学活动,重点是检验作品的实效,因此开始的作品展示活动,不必占很多时间。可以让学生到各组参观,也可以分别把作品拿到展示台上展示,起到互相了解的作用。
4.检验活动开始前,首先要让学生明白检验的标准就是产品设计的目的——升温和保温的效果是否达到。具体的规定就是装水200毫升,在15分钟内,使热水器中水的温度升上去。方法是每5分钟用温度计测试和记录一次水温,最后看哪一组的热水器升温最高。
二是要明确活动的规则,即如何公平合理。各组制作的太阳能热水器,虽然很多方面都各有不同,但检验的标准应该相同,应遵守共同的规则,才能准确评价太阳能热水器的效能,教师课前可征求学生的看法,师生共同制定活动的规则,并商讨考虑在活动中如何才能保证这些规则的落实。比如做好器材准备,统一发令,统一计时,互派巡视员等。
三是要明确活动的目的不是为了竞赛,而是学习。所以要教育学生重视活动后的交流、反思、改进。为此,教师要预留一定的时间使此项活动得以落实。
四是教师除了对学生的知识和技能的掌握和运用情况给予评价外,还应对学生在活动中表现的团结合作、动手动脑、克服困难、交流反思等情况给予关注,纳入评价内容。并把这些评价内容事先告诉学生,起到评价的教育和导向作用。
四、评价建议
1.教学评价的内容和标准应根据本单元的教学目标来制定,除了对学生的科学概念和探究技能的掌握和运用情况给予评价外,还应对学生在活动中的表现,如团结合作、动手动脑、克服困难、交流反思等情况给予关注,纳入评价内容。
2.对学生掌握和理解科学概念情况的评价,可通过问卷调查、学生对问题的解释与回答、学生自己的总结、书面考核、观察实验的记录单等方式进行。其中书面考核的题目内容应该能调动学生的积极思维,体现学生对科学概念的理解和应用,而不是仅凭死记硬背就能回答。
3.单元前或每课学习前对学生初始概念的了解也是评价的内容之一,在教科书的编写中几乎在每一课或每一个活动的开始,都设计了了解学生初始概念的话题,比如:“光和影”一课中的“想一想,影子是怎样产生的”;“阳光下的影子”一课中的“从清晨到黄昏,太阳在天空中的位置在不断发生变化,阳光下物体的影子也在发生变化吗?根据我们上节课的研究,说说我们的推测及理由”。教师要利用它来充分了解学生对即将学习内容的原有水平,以便有的放矢地进行教学。
4.在一课的学习或一个活动结束后,教科书往往引导学生运用所学的知识去解释生活和自然中的现象,比如:在“光的反射”一课中,要求学生说说汽车反光镜、医生用的额镜是怎样利用光的反射原理的,试着画出光的路线图,等等。这是评价学生对所学习知识是否理解和掌握的好时机。教师要善于利用对这些话题的讨论,评价学生的学习发展情况,并把它和学生学习前的情况进行对比。
5.本单元的最后两课“做个太阳能热水器”“评价我们的太阳能热水器”是对本单元学习的综合运用,也是对本单元学习的评价。教师可按照该课的教科书说明和教学建议,对学生的学习情况进行综合的评价。
6.对学生的情感、态度、价值观的评价,除了教师的评价,更多的可充分利用小组的作用,让学生通过自评、互评来进行,同时也可以让家长来参与对学生的评价。之前,教师可根据学生的情况制定一些相关的评价内容和标准,这方面的评价主要是定性的评价。
 五、教学案例
光和影
教学目标
科学概念
●影子产生的条件:光、遮挡物和屏;
●可以自己发光的物体叫做光源;
●影子随着光源位置的改变而改变;
●影子的大小与遮挡物和光源之间的距离有关;
●影子的形状和光源照射物体的侧面有关。
●从不同侧面照射得到的物体的影子叫做投影。投影在我们生活中很有用处。
过程与方法
●按教科书要求有目的、有步骤地做光和影的实验,并将观察结果用线条和图形准确地进行记录。能根据实验结果分析推理出光源、遮挡物、影之间的关系。培养空间想象能力。
情感、态度、价值观
●认真细致,实事求是,善于合作交流。
教学器材准备
每组一个手电筒(自带)、一张4开的白卡纸(屏)、一块5厘米高的小木块,铅笔、尺子各一、教学过程
1.活动引入
教师:今天我们学习一个新的单元——光,我们学习第一课。板书课题“光和影”。
2.探究影子的秘密
(1)影子产生的条件
教师:同学们做过手影游戏吗?你们会做什么样的手影?今天我们也来做一做影子游戏,做这个游戏需要什么器材呢?我们怎样才能看到自己的手影呢?
(后两个问题一方面是提示观察的器材准备和方法,另一方面是了解学生的初始想法。学生可能说需要光源、物体,忽略了需要“屏”,也不一定会说出物体要挡住光才能产生影子。这时教师不要急于纠正,让学生通过实践操作自己发现问题,自己总结影子产生的条件)
教师:各组准备好器材后就可以开始实验了,还缺少什么,可以到讲台上领取。实验成功的小组要准备汇报:我们看到了自己的手影了吗,我们是怎样做才看到自己的手影的,影子的产生需要什么条件。
学生准备材料,开始实验。教师巡视。(有的小组可能发现需要屏,到讲台上领取,有的小组可能会用墙壁当作屏)
大组汇报:通过汇报讨论,得出影子的产生需要光、挡光的物体、屏。(屏包括墙壁、地面或其他物体)
教师:刚才同学们提到影子的产生需要光,我们平时看见过哪些发光的物体?其中哪些是自己发光的呢?大家把见到的发光物体写出来,然后在自己能发光的物体上做上记号。
小组活动。
汇报、总结:像电灯那样自己能发光的物体叫做光源。(教师还可以强调:不仅自己能发光,并且正在发光的物体叫做光源)
(2)影子的特点
教师:在影子游戏这个活动中,我们除了知道影子产生的条件外,还有什么发现吗?
(可能有的学生会发现光源和影子的方向、大小等问题,教师应给予鼓励)
教师:下面我们再通过一些活动继续探究光源和影子的秘密。
教师:大家能看懂教科书上三个活动的实验方法和步骤吗?
(教师先听听学生是怎么理解教科书要求的,然后指导学生的实验和记录的方法)
活动一影子随着光源位置的改变而改变。
提示:光源位置的改变包括光线照射的角度和方向。角度可通过目测光线和水平桌面之间的夹角大致估计,方向用左、右、前、后描述。
教师示范并演示实验和记录的方法。
活动二影子的大小与遮挡物和光源之间的距离有关。
提示:光屏和光源位置一定,只改变遮挡物离光源的距离。
活动三影子的形状和光源照射物体的侧面有关。
提示:当光源垂直照射在物体的上面时,要使物体离开桌面才能看到影子。
学生分组实验,观察记录。
汇报交流。
总结:
1)光源的位置发生改变时,影子的方向和长短都会发生改变。光源照射角度小时,影子就长;光源的角度大时,影子就短。影子的方向总是和光源的方向相反的。
2)当屏和光源位置一定时,遮挡物离光源越近,它挡住的范围越大,在屏上形成的影子就越大。
3)影子的形状和光源照射物体的侧面有关。
教师:像活动三中这样,从不同侧面照射得到的物体的影子叫做投影。投影在我们生活中很有用处。比如街道上的交通标示。(教师出示实物或课件)
3.巩固运用
教师:回顾一下我们今天学习了光的哪些知识?
我们再做一次影子游戏,验证一下我们发现的这些规律:
●改变光源的位置,影子发生了什么变化?
●改变物体离光源的距离,影子发生了什么变化?
●让光源照射自己的手的不同侧面,得到的影子有什么不同?
六、参考资料
光的本性
自古以来,人类对于光的现象就已积累了许多知识。我们的祖先对光现象的研究为时更早,关于光的直进原理和凹镜的制作,在《墨经》中早有记载。关于光的本性和传播问题,也很早引起人们的注意。但是直到近代,人们才认识到光的电磁本性,它既有波动性,又具有粒子性。
生活在17世纪的惠更斯提出光的波动说,认为光像水波一样传播,两个波峰之间的距离叫波长,单位时间内的波动次数叫频率。不同波长(频率)的光颜色不同,各种不同波长(频率)的光构成光谱。
光的干涉现象和衍射现象证明了光的波动学说。
光具有波动性,那么光究竟是一种什么波呢?在19世纪70年代,麦克斯韦曾从理论上预言,电磁波的传播速度等于光速,它跟光一样,也发生反射、折射、干涉和绕射等现象。不久,德国物理学家赫兹和俄国物理学家列别捷夫用实验完全证实了光现象实质上是一种电磁现象,光波就是一种频率很大的电磁波。
电磁波就是电磁场在空间中的传播,而电磁场是一种特殊形式的物质,所以,光的电磁学说揭露了光的物质性。列别捷夫还用实验证实了光的物质性,他在真空箱里装了一个带有桨叶的很轻的可动装置——光车,使强烈的光束穿过暗箱上的小孔射到光桨车叶上。实验发现,光束像水射到水车的水轮上那样,光车转动了,从而证实了光的物质性。
光不仅具有波动性,还具有粒子性。光的粒子性是在人们解释光电效应时被认识的。金属物体受到射线照射时,有电子从表面逸出,这个现象叫做光电效应。1888年,俄国科学家斯托列托夫研究了光电效应,而实验结果却不能用光的波动理论解释。
后来爱因斯坦提出光的量子学说来解释这个现象,这个学说认为,光是由光源发出的一颗一颗不连续的粒子流,这种粒子叫做光子或量子。光子具有一定的能量,每个光子的能量和光的频率成正比。
爱因斯坦提出光的量子学说圆满地解释了光电效应,从而使我们认识到光是具有粒子性的。
太阳能简介
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367千瓦/平方米。地球赤道的周长约为40000千米,从而可计算出,地球获得的能量可达1.73×1017焦耳/秒。在海平面上的标准峰值强度为1千瓦/平方米,地球表面某一点24小时的年平均辐射强度为0.20千瓦/平方米,相当于有1.02×1017焦耳/秒的能量,人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外)。虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的1万多倍,但太阳能的能量密度低,而且因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.75×1026焦耳/秒)的20亿分之一,但已高达1.73×1017焦耳/秒,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧产生的热量。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无须运输,对环境无任何污染。
人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用铜制凹面镜聚焦太阳光来点火;利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代,太阳能的利用已日益广泛,它包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。