探密光世界

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  光是一个古老而又永恒的课题。人类自诞生之初,就不断探寻着光的本质,光的内涵不断得到修正和完善。如何让教学内容与时俱进?如何利用新手段改进实验,揭示光的原理?如何在教学过程中采取不同的形式,激发学生的学习兴趣?如何从不同角度出发,形成专题,帮助学生解决难点,学以致用?这些都是校外教育工作者需要不断深入探索的课题。作为学校教育的补充,江苏省科技馆在开发“探密光世界”教育项目时,有自己独有的特色与优势。
  “探密光世界”课程面向小学3—6年级学生。该年龄层学生具有较强的求知欲和好奇心,具有一定的逻辑思维能力,接受新事物也比较快,同时也是形成自身人格及价值观的重要时期,需要正确及时加以引导。
  “探密光世界”整个课程框架设计成闭环逻辑链结构,“光是什么”既是这条逻辑链的起点也是终点。要了解光是什么,首先必须明確研究对象,这就是第一环节——光之家族;有了光后,眼睛为什么能够看见这个世界,这是第二环节——光之律动;眼睛看到的世界为什么是色彩缤纷的,这是第三环节——光色之谜;眼睛看到的这个色彩缤纷的世界是否是真的,这是第四环节——眼见未必为实。每个环节都由一条分逻辑链构成,这样层层递进、环环相扣的逻辑结构,可以让学生更加容易把握课程脉络,回顾所学内容。下面结合现代教学法,着重介绍第一环节“光之家族”的设计。
  “光之家族”活动内容
  首先为学生设置情境,想象自己是一群身处原始森林的原始人类,为光源的追本溯源作好准备,然后进行任务设置。
  情境一:原始森林
  将画面推进到神秘的原始森林,小男孩皮皮飞奔而来(动画视频)。通过皮皮的求助,探险小分队(学生分组)将完成3项任务。
  任务一:森林大火让原始人懂得了火的好处,可这火终会熄灭,怎样人工取火
  各组学生根据自身知识储备和经验,通过讨论得到初步结论。科技辅导员通过讲述“燧明国取火”的故事引导学生总结出摩擦生火的原理,进而进行钻木取火和燧石取火的实践。
  此任务采用情境式教学法,综合应用多媒体、道具及角色扮演等手段,为学生营造沉浸式的学习环境,引发学生探究的兴趣。通过故事的形式,让学生学会分析、推理、假设的思维方法。
  任务二:简单地敲、砸,取火效率太低,设计一个简单的机械,使取火过程变得简单易行
  给学生提供石头、木棒及火绒、枯叶等生火材料,让学生模拟取火。然后,让学生分组讨论,简单地敲、砸取火容易吗?如何改进?让学生比较敲打与旋转摩擦,哪种方式更容易取火。人类手臂成直线来回运动比较方便,而木棒旋转摩擦生火比较容易,让学生思考如何利用工具将直线运动转换成旋转运动。科技辅导员提供拆成零件的弹弓式取火工具让学生现场组装,组装过程中逐步给予提示,比如,如何利用摩擦?利用哪两种零件摩擦可以实现运动转换?辅导员提供拆成零件的下压式取火工具让学生现场组装,过程中提示学生,如何利用惯性,并为学生演示旋转球(一种通过来回抽拉绳子可以旋转的玩具),训练学生运用类比思维方法解决问题的能力。
  此任务通过动手操作,提高学生动手实践和团队协作能力;通过让学生自己构思、设计、组装工具,训练学生逻辑思维能力,尤其是运用类比方法解决问题的能力;让学生初步懂得需求推动了工具的发展,为后面进一步阐述作铺垫。
  任务三:木材作为原料,不仅有浓烟,而且砍伐费时费力,如何改进燃料?
  学生分组讨论“在原始森林里,哪些材料可以作为燃料”,根据学生的答案,科技辅导员准备动物油、植物油、树叶等材料,组织学生进行分组实验。学生完成实验报告,比较各种材料的可行性和优缺点。然后,科技辅导员提问:“近代出现了什么新型燃料?”并组织学生分组讨论:“为什么人造光源的发展从木材、动物油灯、植物油灯,再到燃油灯?”最后,科技辅导员对任务进行总结升华。从取火到改进燃料,人造光源的发展历程其实就是人类不断产生需求、解决需求的过程,人类文明就是这样积累而来。深化认识需求是科学技术进步的动力,推动着社会的发展。
  此任务训练学生列举、比较、归纳、总结的思维能力,让学生认识到科学技术与社会的关系。
  情境二:爱迪生的实验室
  将画面推进到发明大王爱迪生的实验室。电力的应用,使新的光源成为可能。
  学生分组讨论“哪些材料可以作为灯丝”,科技辅导员准备毛发、铅笔芯、丝绒、金属丝,现场演示发光实验。学生看完实验后分组讨论,为什么这些材料容易被烧断,有什么办法可以让它们燃烧更长时间。根据讨论结果,科技辅导员将装有灯丝的玻璃罩中填充氦气演示发光实验。学生完成实验报告,填写各种灯丝材料填充氦气前后的实验数据,得出结论。科技辅导员进行总结升华,直到电的出现,人类才迎来了真正意义上的光明。随着科技的发展,人类的需求可以得到更好、更多的满足。通过爱迪生实验了6000多种灯丝材料的故事,让学生体会科学精神,培养他们为人类造福的情感价值观。
  情境二的任务让学生学会运用试错法进行探究性学习,进一步训练学生假设、推理判断的逻辑思维能力。
  情境三:伊曼的实验室
  画面推进到美国科学家伊曼的实验室,揭开荧光灯发光之谜。
  科技辅导员演示荧光灯管靠近辉光球时发光的实验。看完实验,学生分组讨论为什么荧光灯没有接通电源也能发光。各组进行假设推理,得出初步结论,集中评价。辅导员让学生思考“荧光灯与白炽灯相比有哪些优点”。学生学习拓展知识——发光二极管的应用使一种新型光源应运而生,即LED光源。然后进行分组讨论:“为什么如今LED光源大范围替代了传统白炽灯?”活动最后,科技辅导员进行总结升华,节能环保是替代的根本原因,让学生认识到地球上的资源是有限的,要与自然和谐相处,保护地球环境,节约能源。
  创新与亮点
  整个课程框架设计成闭环逻辑链结构,分4个环节,每个环节都由1条分逻辑链构成,整体课程脉络清楚,学生易于把握。
  课程充分依托馆内展品资源优势。在第二环节“光之律动”中,涉及馆内“探索发现”展区18件光学展品,学生可以通过动手操作巩固课堂所学知识。可以说科技馆就是课堂的延伸,是课堂的后花园。
  科技馆教育强调的是动手实践和互动参与,所以在设计课程时,每一个新出现的知识点都以实验的形式加以呈现,使概念不再停留在表面,把知识落在实处。课程的每个环节都安排了动手制作项目,有潜望镜、望远镜、万花筒、手机三维全息、手机投影仪等,让学生懂得知识的价值在于运用、实践和创造。
  发挥馆内实验开发团队的优势,将艺术融入科学。利用激光炫目的效果,配上动感音乐,尽可能营造出美轮美奂的艺术氛围。通过奇幻的实验现象,可以大大激发学生的学习热情。
  综合运用探究式教学法、情境式教学法、PBL教学法及“做中学”,变被动学为主动学,提高了教学效果,训练了学生的逻辑思维及团队协作能力。
  教学内容及时更新,反映了时代的新热点和新成果。
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