小学科学潜望镜制作教学案例

小学科学“潜望镜的秘密”探究式教学案例——基于STEM理念的制作与实践一、引言潜望镜是小学科学“光的反射”单元的核心探究项目，其设计与制作融合了科学（光的反射原理）、技术（结构设计与组装）、工程（问题解决与优化）、数学（角度测量与比例）的STEM教育理念。本节课以“潜水员如何在水下观察水面”为真实情境，引导学生通过“猜想—实验—制作—改进”的探究流程，自主构建光的反射知识，提升动手实践与创新思维能力。本案例符合《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“物质科学”领域“光的传播与反射”的学习要求，旨在让学生“通过制作潜望镜，理解光的反射在生活中的应用”，同时培养“用科学知识解决实际问题”的核心素养。二、教学目标1.知识与技能（1）理解潜望镜的工作原理（光的两次反射）；（2）掌握潜望镜的基本结构（两个平行的45°平面镜、管状外壳）；（3）学会用常见材料制作简易潜望镜。2.过程与方法（1）通过“光的反射实验”，归纳反射规律（入射角=反射角）；（2）通过“模型拆解”，分析潜望镜的结构逻辑；（3）通过“制作—调试—改进”流程，提升工程设计与问题解决能力。3.情感态度与价值观（1）感受科学技术对生活的影响（如潜水艇、监控设备中的潜望镜应用）；（2）培养合作探究、严谨细致的科学态度；（3）激发对“光的应用”的好奇心与创新欲望。三、教学重难点1.教学重点（1）光的反射原理在潜望镜中的应用；（2）潜望镜的规范制作步骤。2.教学难点（1）调整平面镜的角度（45°）与平行度；（2）解决制作中“成像模糊”“方向颠倒”等问题。四、教学准备1.教师材料（1）潜望镜实物模型（成品与拆解件）；（2）多媒体课件（含潜水艇潜望镜视频、光的反射动画、制作步骤演示）；（3）光的反射实验套装（手电筒、平面镜、白纸、量角器）。2.学生材料（每组）（1）结构材料：硬纸板（厚度2-3mm）、PVC小管（可选，替代硬纸板）；（2）功能材料：平面镜（2块，尺寸与管内径匹配）、双面胶、热熔胶枪（教师协助使用）；（3）工具：剪刀、直尺、铅笔、量角器、砂纸（打磨硬纸板边角）。五、教学过程设计（一）情境导入：问题引发兴趣（5分钟）教师活动：播放潜水艇在水下航行的视频，暂停在“潜望镜伸出水面”的画面，提问：“潜水员在水下看不到水面，他们是怎么观察水面情况的？”“你见过类似的工具吗？（如商场监控的旋转镜头、战壕中的观察镜）”学生活动：结合生活经验回答，教师引出“潜望镜”主题，展示实物模型，引导学生观察：“潜望镜的外壳是什么形状？里面有什么？”（二）探究新知：光的反射与潜望镜结构（15分钟）1.实验1：光的反射规律（8分钟）教师活动：演示光的反射实验：用手电筒照射平面镜，在白纸上标记入射光线与反射光线的路径，用量角器测量入射角（入射光线与法线的夹角）和反射角（反射光线与法线的夹角）。提问：“这两个角度有什么关系？”学生活动：分组重复实验，记录数据（如入射角30°，反射角30°；入射角45°，反射角45°），归纳结论：入射角等于反射角。2.实验2：潜望镜的光线路径（7分钟）教师活动：展示潜望镜拆解模型（两个45°平面镜），用激光笔模拟光线传播：“光线从潜望镜入口进入，碰到第一个平面镜反射，再碰到第二个平面镜反射，最后进入眼睛。”引导学生画出光线路径，标注角度（两个平面镜均与水平面成45°，且平行）。学生活动：分组画图，讨论“如果平面镜角度不是45°，会发生什么？（如成像偏高或偏低）”“如果两个平面镜不平行，会发生什么？（如成像扭曲）”。（三）制作实践：简易潜望镜制作（20分钟）教师活动：播放制作步骤演示视频（慢动作），强调关键要点：硬纸板管的尺寸：入口管与出口管直径相同（如8cm×8cm），长度根据材料调整（如入口管长15cm，出口管长10cm）；平面镜的固定：用双面胶或热熔胶将平面镜粘在管的拐角处，确保与管的侧壁成45°（用量角器测量）；管的连接：将两个管的一端剪成斜角（45°），对齐粘贴，形成“Z”字形结构。学生活动：分组制作，教师巡回指导，解决常见问题：问题1：硬纸板裁剪不整齐→用直尺辅助，剪刀沿直线缓慢裁剪；问题2：平面镜角度偏差→用铅笔在管内壁画45°线，沿线条粘贴；问题3：管连接不牢固→用热熔胶枪加固（教师协助）。制作步骤（学生手册）：1.画图纸：用直尺在硬纸板上画两个长方形（入口管：15cm×8cm；出口管：10cm×8cm），在每个长方形的一端画45°斜角（用于连接）；2.裁剪：用剪刀沿线条裁剪，将长方形折叠成管状，用双面胶粘贴固定；3.装平面镜：在每个管的斜角端，用双面胶固定平面镜（镜面朝向管内部，与管侧壁成45°）；4.连接管：将两个管的斜角端对齐，用热熔胶粘贴，形成“Z”字形潜望镜；5.调试：用潜望镜观察窗外的物体，调整平面镜角度，直到成像清晰。（四）展示评价：作品交流与改进（8分钟）教师活动：组织“潜望镜展示会”，要求每组介绍：制作过程中遇到的问题及解决方法；潜望镜的特点（如“我们用了PVC管，更结实”“我们给潜望镜贴了贴纸，更漂亮”）；对自己作品的满意度（如“成像很清晰，但管有点软”）。学生活动：分组展示，互评作品，教师用“星级评价表”（见表1）记录评价结果。表1潜望镜作品星级评价表评价维度评价标准星级（1-5星）结构稳定性管连接牢固，无松动成像清晰度能清晰观察到物体，无模糊或扭曲角度准确性平面镜与水平面成45°，且平行创意设计材料改造（如用饮料瓶代替硬纸板）、装饰（如贴画）（五）拓展延伸：创新与应用（5分钟）教师活动：提出问题，引导学生思考：“潜望镜能不能做得更长？需要注意什么？（如光线衰减，需要更亮的环境）”“有没有办法让潜望镜能旋转？（如在两个管之间加一个旋转接头）”“生活中还有哪些地方用到了光的反射？（如镜子、汽车后视镜、太阳能热水器）”学生活动：分组讨论，设计“未来潜望镜”方案（如“可以折叠的潜望镜”“带摄像头的潜望镜”），画设计图。六、教学反思1.成功之处（1）探究式教学符合学生认知规律：通过“实验—归纳—制作”流程，让学生主动构建光的反射知识，避免“填鸭式”教学；（2）STEM理念渗透到位：制作过程中融合了科学（原理）、技术（工具使用）、工程（结构设计）、数学（角度测量），提升了学生的综合能力；（3）材料选择贴近生活：硬纸板、平面镜等材料容易获取，降低了制作难度，让每个学生都能参与。2.改进方向（1）部分学生对平面镜角度的调整掌握不好，需增加“角度测量”的专项练习（如用硬纸板做一个45°的模板，帮助学生快速定位）；（2）热熔胶枪的使用存在安全隐患，可改用更安全的胶水（如白胶），但干燥时间较长，需提前准备；（3）拓展延伸部分可增加“实际应用”环节（如用潜望镜观察花坛里的昆虫），让学生感受制作的实用价值。七、附录：学生作品示例（1）硬纸板潜望镜：用彩色硬纸板制作，入口管长15cm，出口管长10cm，平面镜用双面胶固定，成像清晰；（2）饮料瓶潜望镜：用两个矿泉水瓶（剪掉底部）连接，平面镜粘在瓶的拐角处，外观