着眼培养学生创新思维教学《影子的秘密》

科学课程标准指出，创新思维体现在从不同角度分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。创新思维不是凭空产生的，而是学生在课堂中一系列逻辑问题链的任务驱动与深入思考中慢慢形成的，这要求教师充分挖掘科学课程标准与教材中的素材，创设合理的教学过程，从而循序渐进、由浅入深地在课堂中培养学生的创新思维。

《影子的秘密》一课主要涉及探究影子成因与影响影子变化的因素的相关知识。学生在美术课和英语课中接触过影子，玩过手影游戏，也学习过影子的变化规律，对影子的形成和变化过程有初步的认识。在深入挖掘教材、科学课程标准并分析学情后，本课教学围绕“影子的变化包括形状、大小和长短的变化，影响影子变化的因素包括光源角度、距离、物体的摆放方式”展开，以影子画为创新思维点，从有趣的影子画出发，借助开放的任务情境，推动学生发现影子产生和变化的秘密，帮助他们获取知识的同时，进行创造性的设计与制作。

一、创设情境，聚焦设计需求

合理的任务情境，能激发学生主动求知的兴趣，引导他们进入深度思考的状态，将他们的注意力快速聚焦到待研究的问题上。教师带领学生欣赏神奇的影子画，引导他们关注想象力和影子相结合可以用于艺术创作，在观察中制造认知冲突——影子画是怎样形成的，从而进一步分析制作影子画的条件，也就是思考并挖掘设计需求，为创作影子画奠定基础。

教学片段一

（教师出示橘子变成创意影子画的魔术。）

师：橘子是怎么变成“孩子”的？

生：光照在橘子上，被橘子挡住，在纸上形成了影子，画上一些细节就变成了“孩子”。

师：没错，这也就是影子形成的过程，光在传播过程中遇到了物体，被挡住了，最终在屏上形成了影子，当我们再加入一些想象力，就成了影子画。今天我们也来制作影子画，制作影子画都需要什么呢？

生：需要光、物体和纸。

师：需要什么光呢？能不能具体说说。

生：可以借助太阳或者手电筒、灯光等。

师：像你们所说的太阳、手电筒、灯等会发光的物体，我们称之为光源。刚刚你们提到了物体，这个物体是做什么用的？

生：把光挡住形成影子。

师：也就是充当了阻挡物的作用。纸的作用呢？

生：可以让我们看到影子，还可以用来画画。

师：除了纸，在生活中我们还能在哪里看见影子？

生：地上、桌子上。

师：像纸、地面、墙壁、桌面等可以接收影子的载体，我们称之为投影面，也就是屏。所以，我们能观察到影子至少需要哪些条件？

生：光源、阻挡物、投影面。

师：没错，这就是影子产生需要的因素，也是我们制作影子画的必要条件。

教学片段中，教师充分利用由浅入深、层层递进的问题链，引导学生对事物的直观印象进行归纳，使他们发现影子的成因并描述影子的形成过程。同时，以设计思维为主线，学生在制作影子画的任务驱动中，围绕需求思考制作影子画的材料，归纳总结影子产生的必要条件。学生从不同的角度思考问题，将所需材料联系生活实际，自主发现产生影子的条件缺一不可，将创新思维具象化。

二、围绕设计，优化实验方案

设计思维的特点是可以对作品（产品）进行不断更新迭代，让学生在探究过程中时刻保持警醒，不断质疑问题、假设及其价值。当他们遇到不明确或未知的问题时，教师可以通过重新构建问题、在头脑风暴中创建多种想法等提供强有力的支撑。为了更好地在设计思维的框架下培养学生的创新思维，教师将教材中的探究实验“产生影子、让影子发生变化、手影游戏”进行拆分重组：探索环节一，用同一物体画相同的画，探究影子变化规律；探索环节二，用同一物体画不同的画，探究影响影子变化的因素；应用环节，用不同物体画不同的画，应用影子的变化。

教材中的实验能帮助学生利用所给物体造出影子、探究影子会发生变化。但在实际教学中，学生在通过造影子不能自主发现产生影子的必要条件、不易梳理影子的形成过程、不能明确知道影子的变化具体包含哪些方面（大小、长短等）和影响影子变化的因素。为了更好地帮助学生突破思维局限，从不同角度分析、思考问题，提高创新思维能力，本节课对实验材料与过程进行了一些改进。原实验是将遮挡物放在桌子上，学生把光源举在上方使影子发生变化，但实际上产生影子的三个必要材料之间的接触会给影子的变化带来干扰。这种接触导致遮挡物的位置、形状或大小发生微小的变化，使得影子变化的结果不能完全归于单一因素的改变。例如，在改变光源角度的同时，由于遮挡物和屏（桌面）是接触的，会干扰学生的认识（正方形的遮挡物影子会变成梯形），因此他们难以断定影子是长短还是形状发生了变化，难以分析影响影子的变化因素，无法将变化因素和影子具体变化一一对应起来。又如，在只改变物体摆放方式时，学生由于需要手持手电筒，手会人为地抖动，无法保证每一次的光源角度是一样的或者光源与遮挡物的距离是一样的。

为了减少实验误差、避免干扰，准确地找到每一个因素对影子变化的影响，教师对教材中的材料进行了优化，优化后的材料有手电筒、手电筒支架、展示架、纸板屏、积木数字2、带刻度的圆形底板、积木等（如图1）。

优化后的实验让光源、遮挡物、屏处于平行放置的状态（如图2），减少了三种因素之间接触产生的干扰；用展示架或手电筒支架等来固定遮挡物和光源，以确保它们的位置相对稳定；配备了带刻度的圆形底板，确保每次实验只改变其中一种因素，而不引起其他因素变化，从而使学生更清晰、便捷、准确地探究影子的变化。例如，在探究光源角度对影子变化影响的实验中，只需要将固定在手电筒支架上的光源沿着圆形底板移动即可改变光源角度，由于圆形的形状特点，光源与放在圆心位置遮挡物之间的距离是不会改变的，保证了单一因素的改变。同理，在探究光源、遮挡物与屏之间的距离对影子变化影响的实验中，只需在刻度线上移动带有遮挡物的展示架即可。

三、基于方案，开展探究活动

1.用同一物体画相同的画，探究影子变化规律

在探究影子的变化规律的实验中，学生先发挥想象力思考积木数字2像什么，再利用材料创作数字2的影子画，他们能主动寻找适合的方法将设计创意变成影子画。在真实的设计任务情境下，学生对影子的变化产生了认知冲突——明明实验材料相同，为什么画出来的图形却不同？由此，他们形成新的问题，并自主寻找解决策略。

教学片段二

师：老师准备了积木数字2、手电筒和白纸，这三个物体在创作中发挥了什么作用？

生：手电筒代表着光源、积木数字2代表着遮挡物、白纸代表着投影面。

师：你们觉得积木数字2像什么？

生：天鹅。

师：请你们用它“画”一幅天鹅的影子画。

（将学生天鹅的影子画投屏。）

师：这些影子都一样吗？影子有什么不同？

生：图1和图2中“天鹅”的长短不一样。

师：还有其他发现吗？

生：图2和图4中“天鹅”的方向不一样，一个头部在左边，一个头部在右边，但他们的手电筒都在左边，因此我认为这两个组摆放积木数字2的方式不同。

师：你们不仅找到了影子的不同之处，还尝试分析了不同的原因。

（学生继续寻找天鹅影子画的不同，当学生说得不准确时，教师追问：哪里不一样？学生通过对比，陆续找到影子的形状、大小、长短、方向不同。）

2.用同一物体画不同的画，探究影响影子变化的因素

学生猜测使影子发生变化的因素，思考利用积木数字2还能创作出什么影子画，并验证自己的想法，创造性地形成解决问题的思路与方案。在实验中，学生探究并归纳影响影子变化的因素，创造更多富有想象力的影子画。在交流过程中，学生初步认识控制变量法，开展归纳推理，产生创造性思维，最后实现思维进阶。

教学片段三

师：明明实验材料都一样，为什么出现的影子却不同呢？你认为是什么影响了影子的变化？

（学生根据上一环节中天鹅影子画的不同分析，猜测影响影子变化的原因。）

生：光源的角度、物体摆放的方式、光源和物体之间的距离。

师：我们来验证一下你们的想法。还是这个积木数字2，利用刚刚猜测的因素使它的影子发生变化，看一看还能创作出什么影子画。

（学生自主创作影子画。）

师：哪一组能结合新创作出的影子画说说影响影子变化的因素是什么？

生：我们组通过改变摆放方式，创作出了数字5。

生：我们组创作出了“烟斗”。

师：数字5是怎么变成“烟斗”的？

生：我们通过改变光源的角度和距离。

师：还有哪一个组想展示你们的创作。

生：我们组制造出了数字1。

师：数字1跟数字2的形状完全不一样，他们组怎么做到的？

生：他们改变了摆放方式。这说明了物体的摆放方式影响影子的变化。

师：如果不改变物体的摆放方式，还有什么方法使数字2变成数字1？

生：改变光源的角度，照射在竖着的面上。

师：通过刚才的交流，谁能说说影响影子变化的因素有哪些？

生：光源的角度、物体摆放的方式、光源和物体之间的距离。

师：如果我们保证物体的摆放方式和距离不变，只改变光源的角度，看到的影子会是什么样呢？你来演示一下。

（学生演示的同时，教师引导大家发现影子的新变化：这是什么？）

师：在实验时，只改变一个量，我们会更清晰地感受到它对影子变化的影响。这就是实验中为什么常常用控制变量法进行研究，课下你们可以再试试其他两个因素。

在创新实验中，学生能够用自己的语言描述影子画的形成，他们通过深入讨论，精准说出影子产生的条件，创新地进行科学知识的意义建构。同时，在教师的帮助下，学生把创作影子画需要的条件转化为认识影子产生所需的条件，将影子的形成从现象抽象为模型。

四、应用迁移，回归生活

本节课的主题是“创作影子画”，融合了艺术设计。学生从基础创作到复杂的艺术创作，围绕不同的设计任务，进行头脑风暴，不断思考、不断分析，最终以作品形式呈现。

教学片段四

师：艺术家利用这些秘密和想象力创作了许多影子创意画，我们一起来欣赏一下。你们能发挥自己的想象力创作影子画吗？老师为你们准备了一些积木，在创作之前先讨论想创作什么？打算怎么创作？

（学生分小组自主创作影子画。）

师：集体的力量真大，你们创作出了很多有创意的影子画。请这组同学上来介绍你们的影子创意画。

生：我们的影子创意画是一个火箭。我们按照火箭的样子进行积木搭建，但是实际投影出来的影子和搭建样子不一样。于是我们对积木的摆放方式进行了调整，最后在纸上绘制出了火箭的影子画。

师：这个小组在创作中不断地进行调整，有效地应用所学知识。你们发现这幅作品有什么问题？

生：他们组的这个火箭太长了，影子已经到画纸外面了。

师：有什么好的办法帮助他们改进吗？

生：可以调整光源的角度使影子变短，或者改变光源与物体之间的距离让影子变小。

从用同一物体创作同一个影子画，到用同一物体创作不同的影子画，再到用不同物体创作不同的影子画，一步一步使学生思维进阶，他们在思考、分析推理的过程中，提出新颖、有价值的观点并形成相关核心概念的科学观念。整个教学过程环环相扣，均指向对学生创新思维的培养。在应用迁移环节中，学生一开始的想法是搭与影子相同的物体来投射形成影子，后来发现与影子不同的物体也能形成想要的影子，这是学生思维的又一次进阶。