小學三年級科學《光影之戲：皮影中的科學》專題探究教學設計

小學三年級科學《光影之戲：皮影中的科學》專題探究教學設計

??一、設計依據與理念

??本教學設計嚴格依據《義務教育科學課程標準（2022年版）》的核心素養導向，針對小學三年級學生的認知發展特點與科學學習規律進行構建。設計以“皮影戲”這一國家級非物質文化遺產為載體，深入挖掘其中蘊含的豐富科學教育價值，特別是與“物質科學”領域中“光的傳播”及“材料性能”相關的核心概念。其核心理念在于，通過真實的、文化浸潤式的項目化學習情境，將抽象的科學概念（如光源、遮擋物、影子、材料特性）轉化為學生可感知、可操作、可探究的具體問題。我們強調跨學科整合，有機融入美術、語文、歷史與社會等學科元素，但始終保持科學探究的主線，旨在培養學生的科學觀念、科學思維、探究實踐能力以及責任態度，同時增強其對中華優秀傳統文化的認同感與自豪感。本設計遵循“情境導入—問題驅動—自主探究—建構概念—遷移應用—文化升華”的探究式學習路徑，力求體現當前基于核心素養的課程改革前沿方向，實現科學精神與人文情懷的共生共長。

??二、學情分析

??本教學對象為小學三年級上學期學生。在認知層面，學生已經具備了對“光”和“影子”的初步生活經驗，能夠觀察到影子隨人移動的現象，但對影子形成的必要條件（光源、遮擋物、屏）及其科學原理（光沿直線傳播，遇到不透明物體會形成影子）缺乏系統、理性的認識。他們對物體的“透明”、“半透明”、“不透明”狀態有感性區分，但尚未能從科學角度對材料特性進行描述和分類。在技能層面，學生具備初步的觀察、比較和簡單動手操作能力，但制定簡單探究計劃、有目的地進行實驗、準確記錄信息和基于證據進行解釋的能力尚在起步階段，需要教師提供結構化的支持。在情感與社會性層面，三年級學生好奇心旺盛，對故事、戲劇、動手制作充滿濃厚興趣，樂于合作與分享，但持續專注力有待加強，需要富有吸引力的任務和清晰的步驟引導。皮影戲這一藝術形式本身的故事性、操作性和視覺沖擊力，能夠有效激發其內在學習動機，為深入的探究活動提供持久動力。

??三、學習目標

??基于課程標準、教學內容與學情分析，設定如下多維度的學習目標：

??1.科學觀念：通過系列探究活動，能夠準確描述影子形成的三個必要條件：光源、遮擋物和接收影子的屏。理解光在空氣中是沿直線傳播的，當光遇到不透明物體時，會被阻擋從而形成影子。能依據透光程度，將常見材料初步分類為透明、半透明和不透明，并理解材料特性與影子清晰度之間的關系。

??2.科學思維：在“如何讓皮影動起來”、“如何改變影子的大小和形狀”等問題的驅動下，發展基于觀察提出可探究科學問題的能力。學習通過控制變量設計簡單對比實驗（如探究光源位置與影子大小的關系）。能夠對實驗現象進行比較、分析、歸納，并用繪圖、語言或簡易符號進行記錄和初步解釋，發展初步的邏輯推理能力。

??3.探究實踐：能夠小組合作，利用手電筒、白色幕布、各種材料卡片等工具，自主設計并執行探究影子形成條件、影子變化規律的實驗。能夠動手使用安全材料（如卡紙、吸管、鉚釘）制作一個簡易的、可活動的皮影人偶，并嘗試進行簡單的光影表演，在“做中學”中深化對科學原理的理解與應用。

??4.態度責任：在探究與制作活動中，培養細致觀察、認真記錄、合作交流的科學態度。通過對皮影戲歷史、制作工藝與表演藝術的了解，感受古代勞動人民的智慧與創造力，建立對非物質文化遺產的保護意識與傳承責任感，體會科學與藝術、技術與文化的融合之美。

??四、教學重難點

??教學重點：探究并理解影子形成的科學原理（光沿直線傳播，遇不透明物成影）；通過實驗發現影響影子大小、形狀變化的因素（如光源的遠近、角度、物體自身的形狀與擺放方式）。

??教學難點：引導學生從現象觀察上升到科學概念的抽象概括，特別是理解“光沿直線傳播”這一不可見原理在影子形成中的關鍵作用；在制作與操縱皮影時，協調雙手對操作桿的控制，實現影人動作的流暢性與表現力，這涉及簡單的工程技術思維與肌肉協調訓練。

??五、教學資源與環境準備

??1.教師準備：

??（1）多媒體資源：高質量的皮影戲表演視頻片段（傳統劇目與現代創新劇目各一）；介紹皮影戲歷史、制作流程的微課或PPT課件；包含關鍵科學概念（光路圖、影子形成示意圖）的動畫或圖示。

??（2）演示材料：一套專業的或自制的皮影戲臺（帶白色幕布和內部燈光）；幾個完整的皮影人偶（不同角色）；強光手電筒；不同透光度的材料樣本（如透明玻璃板、磨砂玻璃紙、厚卡紙、布料等）；用于演示影子變化的大號幾何體模型。

??（3）實驗材料包（按小組配備）：小手電筒（統一光源）；可調節高度的支架或樂高積木（用于固定光源）；白色卡紙或小號白色幕布作為“屏”；一套包含多種形狀（幾何形、動物輪廓）的不透明卡片；記錄單、鉛筆、直尺。

??（4）制作材料包（按學生或小組配備）：預先打印好的簡易皮影人偶分解圖（卡紙材質）；安全剪刀；打孔器（或粗針在教師監督下使用）；兩腳釘（塑料鉚釘）；吸管或小木棍（作為操作桿）；膠帶或膠水。

??2.學生準備：預習與皮影戲相關的簡單背景知識（可通過閱讀簡短材料）；收集一些家中常見的、可能用于制作皮影的不同類型的紙張或薄片材料（如包裝紙、膠片等），用于拓展探究。

??3.環境布置：教室桌椅調整為小組合作模式，每組4-5人，中間留有足夠操作空間。教室一側設置“皮影文化角”，陳列皮影實物、相關書籍或學生前期收集的資料。確保教室遮光效果良好，便于進行光影實驗。

??六、教學實施過程（共計約3-4課時，視探究深度可調整）

??本教學實施過程是一個連續的、遞進式的探究單元，而非孤立的課時。

??第一階段：情境激趣，初識皮影，提出問題（約1課時）

??核心任務：創設文化情境，激發探究興趣，引導學生從皮影戲現象中提出關于“影子”的科學問題。

??1.謎語導入，激活前概念：

??教師出示謎語：“有個好朋友，天天跟我走；有時走在前，有時走在后；我和它說話，它卻不開口。”學生猜謎（影子）。隨即，教師邀請幾位學生在投影儀光源前用手做出各種造型，觀察幕布上的手影變化。簡短交流：你平時還在哪里見過影子？影子是怎么來的？此環節旨在調動學生的生活經驗，將注意力聚焦于“影子”這一核心現象。

??2.文化浸潤，呈現主題：

??教師播放一段精選的、情節生動有趣的皮影戲表演視頻（如《孫悟空三打白骨精》片段）。觀看后，引導學生描述所見：“你們看到了什么？這和剛才的手影有什么相同和不同？”學生可能會談到：有彩色的影子、影子會動、有音樂和故事、影子看起來像剪紙人等等。教師順勢引出：“這就是我國歷史悠久的非物質文化遺產——皮影戲。它被稱為‘光影中的藝術’，是利用光影來講故事的神奇技藝。今天，我們就化身小小科學家，一起走進皮影戲，探究它背后隱藏的科學秘密?！卑鍟虺鍪局黝}：光影之戲——皮影中的科學。

??3.問題驅動，明確探究方向：

??教師展示實物皮影戲臺和皮影人偶，請學生近距離觀察，并可能邀請一名學生嘗試在幕布后簡單移動皮影。隨后，組織小組討論：“關于皮影戲和它產生的影子，你有什么好奇的、想研究的問題嗎？”教師將學生的問題引導并歸類記錄在黑板上。預設學生可能提出的問題包括：影子是怎么跑到布上去的？為什么皮影是彩色的？怎么讓皮影的動作那么靈活？影子為什么會變大變??？皮影是用什么做的？為什么影子有時候清楚有時候模糊？……教師帶領學生對問題進行梳理，合并相似問題，并引導聚焦于本單元的核心科學問題：“影子究竟是怎樣形成的？”“我們可以怎樣控制和改變影子？”從而自然過渡到下一階段的探究活動。

??第二階段：深入探究，揭秘光影，建構概念（約1.5課時）

??核心任務：通過結構化探究實驗，發現影子形成的條件和變化規律，初步建構光與影的科學概念。

??探究活動一：影子誕生記——尋找影子形成的必要條件

??1.提出問題：皮影戲的舞臺上，影子要出現，必須有什么？沒有幕布行嗎？沒有燈光行嗎？沒有皮影人偶行嗎？

??2.猜想與假設：學生小組討論，基于觀察提出初步猜想。

??3.設計實驗：教師提供材料包（手電筒、各種卡片、白紙屏）。引導學生思考：如何設計實驗來驗證我們的猜想？比如，要想知道“沒有光會怎樣”，可以怎么做？（關掉手電筒）要想知道“沒有遮擋物會怎樣”？（只打開手電照白屏）要想知道“沒有屏會怎樣”？（光照向空中或墻壁）。此環節滲透控制變量的思想。

??4.實驗與觀察：小組合作進行實驗，嘗試組合不同的條件，觀察影子是否出現，并詳細記錄在實驗記錄單上。記錄單設計包含：實驗條件（有無光、有無遮擋物、有無屏）、預測、實驗現象（有無影子）、結論。

??5.交流與結論：各小組匯報發現。通過對比分析不同條件下的實驗結果，全班共同歸納出：影子要形成，必須同時具備光源、不透明的遮擋物和呈現影子的屏。教師適時用圖示板書三者關系：光源→遮擋物→屏（上呈現影子）。

??探究活動二：光影變變變——探究影子大小、形狀的變化規律

??1.承接新問題：在皮影戲表演中，影子會變大變小、形狀變化，這是怎么做到的？

??2.聚焦子問題：教師引導學生提出具體可探究的子問題，例如：①光源的遠近會影響影子的大小嗎？②光源照射的角度不同，影子形狀會怎樣變化？③遮擋物本身的形狀和擺放方式改變，影子會怎樣？

??3.分組探究：將三個子問題分配給不同的小組，或讓各小組選擇最感興趣的問題進行深入探究。教師提供指導性探究單，引導學生思考需要改變的條件（變量）和需要保持不變的條件（常量），并設計簡單的實驗步驟。例如，探究“光源遠近”的小組，需要固定遮擋物和屏的位置，只改變手電筒到遮擋物的距離，測量并記錄影子長度的變化。

??4.實驗與記錄：學生小組進行精細化實驗，使用直尺進行簡單測量，用繪畫的方式記錄不同條件下影子的形狀和大小。鼓勵學生嘗試多種變化。

??5.建模與解釋：在學生充分實驗后，組織全班分享會。各小組展示數據、記錄圖，匯報發現。教師引導學生總結規律：光源離遮擋物越近，影子越大；光源照射角度不同，影子的方向和長短會變化；遮擋物的形狀決定了影子的基本形狀，但旋轉遮擋物會得到不同的影子輪廓。為了解釋這些現象，教師引入“光沿直線傳播”的概念：用激光筆照射有煙霧的空間（或利用光線路徑演示儀），直觀展示光的直線傳播。進而解釋，因為光是直著跑的，當它被物體擋住時，物體后面光到不了的地方就形成了影子。物體位置、光源位置的變化，本質上改變了光路被阻擋的區域，從而導致影子變化。此環節將現象觀察與科學原理初步聯結。

??探究活動三：材料的秘密——透明度對影子的影響

??1.過渡問題：皮影人偶是用什么做的？為什么有的部分影子顏色深，有的淺？（聯系到視頻中彩色皮影）

??2.觀察分類：教師提供透明、半透明、不透明的多種材料樣本（如透明塑料片、描圖紙、牛皮紙、厚紙板）。學生小組觀察，并嘗試對著光源分類，描述看到的透光效果。

??3.實驗探究：將不同材料作為“遮擋物”，用手電筒照射，觀察在屏上形成的“影子”有何不同。引導學生發現：不透明物形成清晰、黑暗的影子；半透明物形成模糊、較淡的影子（有時稱“半影”）；透明物幾乎不形成影子。

??4.聯系實際：展示真實的皮影人偶部件，指出傳統皮影使用驢皮等獸皮制作，經過處理使其呈半透明狀，這樣在表演時，通過不同顏色的涂抹和燈光的照射，就能產生色彩斑斕、富有層次的光影效果，這是皮影戲獨特的藝術魅力所在，其中蘊含著對材料特性的巧妙運用。

??第三階段：動手創造，制作皮影，應用遷移（約1課時）

??核心任務：運用所學的光影知識，設計并制作一個簡易活動皮影，在制作與調試中深化理解，體驗工程設計與制作的流程。

??1.明確設計任務：每個學生或小組要制作一個能進行簡單動作表演的皮影人偶。任務要求：人偶關節要能活動；使用材料要確保主要部分不透光，以產生清晰影子；思考如何固定操作桿。

??2.設計與規劃：學生根據提供的模板或自行設計簡單造型（鼓勵簡單幾何圖形組合，降低制作難度），在卡紙上畫出分解部件（頭、上身、雙臂、雙腿等）。小組討論連接方案（哪個部位用鉚釘連接？操作桿裝在哪里？）。

??3.制作與組裝：使用安全剪刀沿輪廓剪下部件；在關節連接處用打孔器打孔；用兩腳釘連接關節，確保松緊適度，能夠靈活轉動但又不脫落；將吸管或小木棍用膠帶固定在主要操控部位（如肩部、手腕）。

??4.測試與優化：制作完成后，學生到戲臺或自制簡易幕布（如懸掛白床單）后，用手電筒作為光源進行測試。觀察：影子清晰嗎？關節活動是否靈活？動作是否流暢？針對問題進行調整，如：更換更不透光的卡紙、調整鉚釘松緊、加固操作桿等。這個過程是工程思維中“設計-制作-測試-改進”循環的微型體驗。

??5.簡短排練與物理原理闡述：小組內為皮影人偶設計一個不超過30秒的微小情節（如：走路、招手、轉身）。準備在展示時，不僅要表演，還要派一名代表解釋：“我們的皮影在動的時候，運用了關于影子的什么科學知識？”（例如，移動皮影相當于改變遮擋物位置，從而改變影子的位置；擺動手臂是改變了遮擋物的形狀組合等）。

??第四階段：成果展演，文化升華，評價反思（約0.5-1課時）

??核心任務：搭建展示平臺，綜合評估學習成果，深化文化理解，完成單元總結。

??1.光影小劇場：各小組輪流在“班級皮影小劇場”（正式戲臺或簡易布置）進行表演。表演包含兩部分：一是簡短的光影情節展示；二是“科學家解說員”環節，由小組成員結合表演，向觀眾解釋其中應用的科學原理（如：“現在影子變大了，是因為我們把光源靠近了皮影……”）。

??2.文化沙龍：表演結束后，教師引導全班進行延伸討論。內容可包括：①觀看現代創新皮影戲片段（如與動畫結合、表現科幻題材的），探討科技發展如何讓傳統藝術煥發新生。②討論除了娛樂，古時候的人們可能還在哪些地方利用光影原理？（如：古代的計時工具日晷；中醫的“望”診在特定光線下進行等）。③作為小學生，我們可以為保護和傳承像皮影戲這樣的非遺做些什么？（如：觀看皮影戲、參觀博物館、學習簡單制作、向家人朋友介紹等）。

??3.多元評價與反思：

??（1）過程性評價：教師展示在之前探究活動中收集的優秀實驗記錄單、設計草圖。引導學生通過“科學探究之星”、“最佳合作團隊”等非正式評選，回顧探究過程。

??（2）表現性評價：使用簡單的量規對“光影小劇場”的表現進行評價，量規維度可包括：科學原理闡述的準確性、皮影制作的工藝與創意、小組合作與展示效果。

??（3）總結性評價：學生完成一份簡短的單元學習反思單，可以采用圖畫、思維導圖或幾句話的形式，回答諸如：“我學到了關于光影的最重要的一個知識是……”、“在制作皮影時，我遇到的最大挑戰是……我是如何解決的……”、“我對皮影戲的新認識是……”等問題。

??（4）教師總結：教師對整個專題探究活動進行總結，強調科學源于生活、用于生活，并贊美古代藝人的智慧，鼓勵學生保持好奇心，像科學家一樣探究，像工程師一樣創造，成為既有科學素養又有文化底蘊的新時代少年。

??七、教學評價設計

??本專題教學評價貫穿始終，采用過程性評價與總結性評價相結合、定性評價與定量評價相補充的方式，全面考察學生科學素養的發展。

??1.觀察評價：教師在小組探究、制作活動中的巡回指導，即時觀察記錄學生的參與度、合作情況、操作規范性、問題解決策略等，給予口頭反饋與指導。

??2.作品評價：對學生的實驗記錄單、皮影制作成品進行評價。記錄單關注記錄的客觀性、條理性和完整性；皮影作品評價其科學性（能否產生清晰影子、關節是否可動）、工藝性和一定的創意。

??3.表現評價：通過“光影小劇場”的公開演示與解說，評價學生對科學概念的應用能力、語言表達能力及藝術表現力。使用包含多個維度的簡易評分量規，可由教師評、學生自評、小組互評共同構成。

??4.紙筆評價（可選）：單元結束后，可設計一份簡短的、情境化的測評題，不側重死記硬背，而是考查學生在新的、與皮影戲相關的情境中，運用光影知識解釋現象、解決問題的能力。

??5.成長檔案袋：鼓勵學生將本專題學習過程中的關鍵作品（如問題清單、實驗記錄、設計圖、皮影作品照片、反思單）收入科學學習檔案袋，作為其科學學習歷程與進步的見證。

??八、教學特色與創新點

??1.深度跨學科的項目式學習（PBL）：以“創作并表演一個蘊含科學原理的皮影戲”為驅動性任務，將科學、技術、工程、藝術、人文（STEAM）有機融合，超越了簡單的學科拼盤，實現了以科學探究為核心的知識與能力重構。

??2.文化自信與科學探究的同構：將非遺傳承的教育目標，不是作為附加的德育標簽，而是內化為探究學習的核心情境與情感動力。學生在解密傳統文化技藝的過程中主動建構科學概念，在運用科學知識創新實踐的過程中深化文化認同，實現了價值引領與知識傳授、能力培養的深度融合。

??3.進階式的探究流程設計：從現象觀察提出真問題，到分解問題、逐步深入的實驗探究，再到應用原理進行工程制作與解釋，最后進行綜合展示與文化反思，形成了一個完整的、符合認知規律的科學研究與工程實踐閉環，有效促進了高階思維的發展。

??4.凸顯學生主體與教師支持的平衡：設計提供了豐富的結構化探究工具（材料包、記錄單、指導性問題）支持學生自主探索，同時教師在關鍵概念建構點（如“光沿直線傳播”）進行適時、精準的講解與演示，體現了“有指導的探究