五年级科学下册：走进光与影的世界-路灯下的探究（第一课时）

五年级科学下册：走进光与影的世界——路灯下的探究（第一课时）一、教学内容分析  本节课的教学设计根植于《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“物质科学领域”与“技术与工程领域”的交叉点，聚焦于“光”这一核心概念。在知识图谱上，本课旨在引导学生从“光源”的认知基础出发，建立“光线沿直线传播”的物理模型，并初步理解“光照强度”与“照明范围”的关系。这不仅是学生首次在系统层面探究“光”的传播特性，也为后续学习光的反射、折射以及光学仪器的原理奠定了至关重要的思维与认知基础。从过程方法路径看，本课将引导学生经历“现象观察—问题提出—模型建构—实验验证—应用分析”的完整探究循环，核心承载的科学思想方法是“模型与建模”，并融合了“控制变量”的实验设计思想。从素养价值渗透来看，探究“路灯”这一日常生活事物，旨在培养学生“科学探究”的实践能力与“科学思维”中的逻辑推理与模型建构能力。同时，通过分析路灯设计对行人安全、社区环境的影响，将“技术与工程”的实践指向与社会责任感（态度责任）的培育悄然融入，使科学知识的学习回归生活、服务社会，体现“做中学、学中思、思中用”的综合育人价值。  基于“以学定教”原则进行学情研判。五年级学生已具备“明亮与黑暗”、“影子”等关于光的感性经验，但多数停留在现象层面，对光传播路径的本质、光线模型的抽象性理解存在障碍。他们好奇心强，乐于动手实验，但设计对比实验、控制单一变量的能力尚在发展中，容易混淆变量。在小组合作中，可能出现“能说”与“能做”分离的现象。为动态把握学情，教学中将设计“前测画光线”活动暴露前概念，通过“模型制作”环节观察学生的空间建构能力，并在小组讨论中设置分层次的问题链（如“你认为光是怎么照到地面的？”“怎样证明你的想法？”“如何让我们的‘路灯’照得更远更亮？”），针对不同层次的学生进行引导。对于思维活跃的学生，鼓励其提出创新性实验方案；对于动手能力强但表达欠佳的学生，提供“任务卡片”引导其按步骤操作并记录；对于基础薄弱的学生，则通过教师个别指导或同伴互助，帮助其建立直观的物理图景，确保所有学生都能在“最近发展区”获得成长。二、教学目标  知识目标：学生能准确描述“光源”的特征并举例；能运用“光线”这一模型解释路灯照明的现象；理解并初步应用“光线沿直线传播”的基本原理，解释影子形成的简单原因。  能力目标：学生能通过小组合作，利用简易材料（如手电筒、吸管、纸板）设计并实施模拟实验，验证光沿直线传播的猜想；能够运用对比实验的思想，初步探究光源高度、亮度对照明效果的影响，并尝试用图示或语言进行描述和解释。  情感态度与价值观目标：在探究路灯照明原理的过程中，激发对身边科学现象的好奇心与探究欲；在小组协作中，养成认真倾听、有序表达、分工合作的习惯；通过讨论路灯设计的合理性，初步建立“技术改善生活”的意识与社会责任感。  科学思维目标：重点发展“模型建构”与“推理论证”思维。学生能将抽象的“光传播”转化为可操作的“光线模型”；能基于观察到的现象（如路灯下的光斑形状、影子的方向）提出可检验的假设，并运用实验证据进行初步的逻辑推理与论证。  评价与元认知目标：引导学生依据“实验设计是否公平（控制变量）”、“模型解释是否清晰”等简单标准，对小组与他人的探究过程与成果进行初步评价；鼓励学生在活动后反思“我是通过哪些步骤发现规律的？”、“哪里遇到了困难，是怎么解决的？”，提升对自身学习过程的觉察与调控能力。三、教学重点与难点  教学重点：建立“光线沿直线传播”的物理模型，并能用此模型解释路灯照明的基本现象。确立此为重点的依据在于，它是课标中“光”主题下最基础、最核心的“大概念”，是理解几乎所有光学现象（如影子、日食月食、小孔成像）的逻辑起点。掌握这一模型，意味着学生从对光的感性认识迈向了理性建模的科学思维阶段，对后续学习具有奠基性作用。  教学难点：引导学生从具体的光照现象中抽象出“光线”这一理想化模型，并运用此模型进行推理解释。难点成因在于，“光线”本身是不可见的、理想化的工具，与学生直接感知到的“一片光亮”存在认知跨度。学生在构建模型时，容易将“光线”与“光束”混淆，或在解释现象时难以将模型与实际情况有效对接。突破方向在于，设计层层递进的体验活动（如“用吸管看光”），让抽象模型变得“可操作、可触摸”，再通过“画光路图”将操作内化为心理表象，最终在解释应用中完成模型的建构与内化。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：教学课件（含城市夜景、路灯特写、光路动画）；实物投影仪。  1.2实验器材（按小组配备）：强光手电筒（作模拟路灯）、可调节高度的支架、带小孔（模拟光线）的多孔纸板、一束塑料吸管、白纸（作地面）、记号笔、学生实验记录单。  1.3学习支持材料：分层任务提示卡（A卡：详细步骤引导；B卡：开放性问题引导）。2.学生准备  预习：观察夜晚路灯下的光和影，简单画下自己的发现。携带铅笔、直尺。3.环境布置  学生46人一组，围坐实验桌。教室前半部分预留活动空间。黑板划分为“问题区”、“模型区”、“发现区”。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与问题激趣：（播放一段从太空俯瞰地球的夜景视频，画面聚焦于由路灯勾勒出的城市脉络）同学们，看，这像不像大地上闪光的血管？是谁点亮了城市的夜晚？对，是无数盏路灯。它们静静地站在路边，每晚陪伴我们回家。（切换至学生熟悉的街道路灯特写）大家课前都观察过路灯，有没有发现什么有趣的现象？比如，灯光是怎么照到地面的？影子总是在哪个方向？  1.1暴露前概念：现在，请大家拿出纸，用箭头简单地画一画，你认为光是从路灯的灯泡出发，是怎样“跑”到地面上的？。（巡视，选取几种有代表性的画法用实物投影展示：如弯曲的、发散状的、直线状的。）瞧，大家的想法不太一样呢！光到底是“走”直线还是“走”曲线？我们能不能像侦探一样，找到确凿的证据？  1.2提出核心问题与路径：今天，我们就化身“光影侦探”，一起来探究“路灯下的秘密”。我们的核心任务是：揭开光传播的路径之谜，并设计一盏更“聪明”的路灯。我们将通过动手建造模型、进行实验取证、最后召开“设计论证会”来完成挑战，大家有信心吗？第二、新授环节任务一：构建证据——光是如何“前进”的？  教师活动：首先，我们需要找到光传播路径的直接证据。给大家一个挑战：你能让手电筒的光“穿过”弯曲的吸管照到目标点吗？请各组先用吸管和手电筒自由尝试。我会提供两种吸管：直的和弯的。（巡视，关注学生的尝试方法，适时提问：为什么弯的吸管不行？光要能通过，吸管必须怎么样？）好，大多数组都发现，只有眼睛、吸管和目标点三点在一条直线上时，才能看见光。这暗示了光的什么特性？对，它好像不喜欢拐弯！但这只是我们“看”到的路径，光在空气中到底是怎么走的？我们需要一个更精确的模型来“捕捉”它。  学生活动：小组合作，尝试用直吸管和弯吸管对准手电筒光观察。交流发现：只有当吸管是直的，并且眼睛通过吸管、光源、目标点成一线时，才能看到光。初步猜测光可能是沿直线传播的。  即时评价标准：1.能否通过动手操作发现“三点一线”的观察条件。2.能否将操作体验与光的传播路径猜想相联系，并用语言初步描述。3.小组成员是否全员参与了体验与讨论。  形成知识、思维、方法清单：  ★1.初步证据：“通过吸管看光”的活动表明，我们能看到光的条件是观察孔、光源与目标点在同一直线上。这为“光沿直线传播”的猜想提供了最直观的体验性证据。（教学提示：此活动重在体验“直”的通道，不必急于给出结论。）  ★2.科学方法：当我们无法直接看到某种事物的路径时，可以借助工具（如吸管）或设计实验来间接获取证据。这是科学探究中常用的间接观测法。  ▲3.模型雏形：“吸管”在这里可以看作是一条为光设定的、理想化的“通道”。这已经接近“光线”的概念——一条表示光传播方向的直线。任务二：建立模型——“光线”概念的诞生  教师活动：科学家们为了清晰地描述光的传播，创造了一个强大的工具——光线。（在黑板上画一条带箭头的直线）它用一条笔直的、带箭头的线来表示光的传播路径和方向。这就像一个“追踪器”。现在，让我们用这个新工具来“标记”刚才吸管里的光。请大家在记录单上，画出从手电筒（光源）出发，通过直吸管，最终到达目标点的光线。箭头别忘啦！（展示学生画作）很好！现在，如果我们把许多根这样的“光线”集合起来，从同一个光源发出，会是什么样子？（用手电筒照射黑板，呈现一个光斑）看，这束光整体是发散的。所以，我们可以用许多条从光源向外发散的直线，来模型化一束光。这个模型，能帮我们解释影子吗？  学生活动：学习“光线”的画法，在记录单上画出任务一中的光路。观察教师演示，理解“一束光”可以由多条发散的光线表示。尝试用光线模型思考影子是如何产生的。  即时评价标准：1.所画光线是否用带箭头的直线表示，箭头方向是否正确。2.能否理解“多条光线表示一束光”的模型化思想。3.能否初步将光线与影子建立联系。  形成知识、思维、方法清单：  ★4.核心概念——光线模型：“光线”是一种理想化的物理模型，用带箭头的直线表示光的传播路径和方向。它是研究光学问题的重要工具，本身并非实际存在。（教学提示：强调“模型”属性，避免学生认为真有一根根线。）  ★5.模型应用（基础）：多个点光源或一个面光源可以看作无数点光源的集合，其发出的光线是向四面八方发散的。这是我们理解路灯（近似点光源）照明范围的基础。  ▲6.思维进阶：从一条“光线”到“一束光”（多条光线）的思维跨越，体现了从“个体”到“群体”、从“简单”到“复杂”的建模过程。这是科学建模中常见的思维方法。任务三：实验验证——制造“光线”并看见它  教师活动：理论有了，我们需要更严格的实验验证。如何让“光线”显形呢？（出示带一排小孔的纸板）看，这个“光栅”板能帮我们“过滤”出一束光中的几条光线。请各组将手电筒固定在支架上作为“路灯”，让光垂直照射纸板，观察白纸上出现了什么。（巡视指导）是不是出现了几个光点？用直尺和笔将这些光点连接起来，你发现了什么规律？如果轻轻转动纸板，让孔不成一条直线，光点还能连成直线吗？试试看！  学生活动：小组合作安装实验装置，观察并记录光通过一排小孔后在白纸上形成的光点。用直尺连接光点，发现它们形成一条直线。尝试改变纸板方向，观察光点排列变化，加深对“光沿直线传播”的理解。  即时评价标准：1.实验操作是否规范（如光源固定、纸板垂直）。2.能否准确记录并描述观察到的现象（光点成一直线）。3.能否通过对比实验（转动纸板）进一步确认结论。  形成知识、思维、方法清单：  ★7.关键实验现象：光通过一排对齐的小孔后，在屏上形成的光点排列在同一直线上。这直接证明了光在均匀空气中是沿直线传播的。  ★8.实验思想：利用“光栅”将一束光分离成多条独立的光线，是将抽象模型可视化的巧妙方法。这体现了“转化”的科学思想。  ▲9.易错点提醒：实验成功的关键是几个小孔必须对齐在一条直线上，且光源、小孔、屏要保持相对稳定。否则现象不明显，会导致结论错误。任务四：应用解释——破解“影子”谜案  教师活动：现在，我们手握“光线沿直线传播”这个法宝，回头看看最初的谜题：路灯下的影子是怎么产生的？为什么影子总在背光的一侧？请各小组利用我们的“微型路灯”（手电筒）和一个橡皮（当行人），在白纸上制造影子。然后，尝试用画光线的方法，在记录单上画出光路图，解释影子是如何形成的。（提供分层任务卡：A卡提示从光源向物体边缘画光线；B卡挑战解释影子长短与光源位置的关系。）哪个小组愿意当侦探，上来用投影展示并讲解你们的“破案报告”？  学生活动：动手制造影子，观察影子位置与光源的关系。小组合作，尝试画出光路图：从光源向物体（橡皮）顶端画两条光线，直线传播后，光线被物体阻挡的区域后方就形成了影子。根据任务卡提示进行不同深度的探究。小组代表展示讲解。  即时评价标准：1.所画光路图是否准确反映了光源、物体、影子的关系。2.解释是否运用了“光沿直线传播”和“光线被阻挡”的关键原理。3.展示讲解是否清晰、有条理。  形成知识、思维、方法清单：  ★10.核心原理应用：影子的形成是由于光沿直线传播，遇到不透明物体时，光线被阻挡，在物体后方光线无法到达的区域便形成了影子。这是“光沿直线传播”最直接、最重要的应用实例。  ★11.技能提升——画光路图：解释光学现象时，画光路图是至关重要的技能。关键步骤是：确定光源位置；从光源向物体特征点（如顶点）作直线（光线）；判断哪些区域有光线到达（明亮），哪些区域被阻挡（黑暗）。  ▲12.拓展思考：影子的大小、长短与光源的高度、角度有什么关系？这为下节课探究“光照范围”埋下伏笔，也体现了控制变量思维的初步应用。任务五：深化探究——如何让“路灯”更称职？  教师活动：各位小侦探已经破解了光传播的基本原理。现在我们要升级为“照明工程师”。你们认为，一盏好的路灯，应该让光照得又远又亮，还是要均匀照亮一大片？怎样用实验来检验你们的想法？我给大家一个挑战：不改变手电筒本身，只通过调节它的“身高”（支架高度），观察地面上光斑的大小和亮度有什么变化？请设计实验，记录数据，并试着用光线模型来解释你们看到的现象。（引导思考：路灯是高一点好还是低一点好？为什么有些地方路灯密集，有些地方稀疏？）  学生活动：小组讨论并设计简单的对比实验：固定手电筒亮度，分别在高、中、低三个高度照射白纸，观察并描述光斑大小和亮度的变化。尝试用画发散光线的方法解释：光源越高，光线张开角度越大，照射范围（光斑）越大，但单位面积的亮度可能感觉变暗。联系实际讨论路灯安装的合理性。  即时评价标准：1.实验设计是否控制了“亮度”这一变量，只改变“高度”。2.观察记录是否细致，能否发现“高度增加，光斑变大变暗”的趋势。3.能否尝试用光线模型对现象进行合理解释，并与生活实际相联系。  形成知识、思维、方法清单：  ★13.核心规律发现：对于同一光源，安装高度越高，其光线照射的范围（光斑）越大，但地面单位面积接收到的光能可能减少（显得更暗）。这是光照强度与距离、范围关系的最初体验。  ★14.技术与工程意识：路灯的设计与安装不是随意的，需要综合考虑照明范围、亮度要求、节能、安全等多方面因素。这体现了科学原理指导技术实践的基本思想。  ▲15.变量控制思维：在探究“高度如何影响照明效果”时，必须保证光源亮度等其他因素不变。这是进行科学对比实验的基础，也是本课思维训练的难点和升华点。第三、当堂巩固训练  1.基础层（必做）：出示图片：一盏路灯下站着一个人。请学生在图片上用箭头画出至少三条从路灯发出的光线，并用阴影标出大概的影子区域，并口头解释为何影子在那个位置。（点评重点：光线画得直不直？方向对不对？影子区域与光线是否吻合？）  2.综合层（选做）：呈现两个情境：A.同一盏路灯，冬天树叶掉光后，地面光斑与夏天有何不同？B.想用手电筒照亮纸筒底部，但纸筒是弯的，怎么办？请选择其一，用文字或图画解释。（点评重点：能否灵活应用“光沿直线传播”和“影子形成”原理解决新情境问题。）  3.挑战层（选做）：思考：如果光不是沿直线传播，比如像水一样会“流”得到处都是，我们的世界（特别是夜晚）会变成什么样？写或画下你的想象。（点评重点：思维的开放性与逻辑的自洽性，巩固对“光直行”重要性的理解。）  反馈机制：基础层练习通过同桌互查、教师快速巡视批改完成即时反馈。综合层与挑战层成果通过实物投影进行展示，由学生主讲思路，教师和其他学生进行补充与评价，重点赞赏创新思维和严密推理。第四、课堂小结  同学们，今天的“光影侦探”之旅即将结束。我们来一起梳理一下战果：我们通过实验找到了光沿直线传播的证据，并学会了用“光线”这个强大的模型来描述它。用它，我们破解了影子的谜案，甚至开始思考如何设计更好的路灯。请用一句话或几个关键词，在便利贴上写下你最大的收获或还存在的疑问，贴到我们的“发现区”和“问题区”。（学生活动）看，我们的智慧在发光！课后，请继续用侦探的眼光观察生活中的光与影。  作业布置：必做（基础性作业）：观察家中台灯下的影子，画出示意图，并用一句话说明影子形成的原因。选做A（拓展性作业）：调研你家附近街道的路灯，记录下它们的安装高度和间距，思考这样设计可能的原因。选做B（探究性作业）：尝试用纸盒、小灯泡等材料，制作一个简易的“路灯模型”，并能演示光照范围随高度变化的规律。六、作业设计  基础性作业（全体必做）：观察记录作业。要求学生在夜晚观察一盏固定的路灯（或家用台灯）及其产生的影子，在科学记录本上完成以下任务：1.画出观察场景的简图，标出光源、物体和影子。2.在简图上，用箭头画出至少两条你认为的光线传播路径。3.用“因为光……，所以……”的句式，写一句话解释影子为什么出现在那个位置。此作业旨在巩固光线模型的基本画法和“光沿直线传播形成影子”的核心原理，将课堂所学与生活观察直接关联。  拓展性作业（鼓励完成）：微型调研作业。学生以小组或个人形式，在安全保障前提下，对社区内某一段道路的路灯进行观察记录。记录表包括：路灯样式（图片或描述）、路灯大致高度（可通过与周围建筑物对比估算）、路灯之间的间距（步测）、该路段特点（如是否靠近小区门口、是否弯道等）。并尝试提出一个基于观察的猜想，例如：“我认为这里的路灯间距比较近，可能是因为……”此作业引导学生关注科学技术在生活中的应用，培养观察、记录和初步分析的能力，渗透工程与社会影响的思考。  探究性/创造性作业（学有余力者选做）：创意模型制作作业。题目：“设计一盏未来的智能路灯”。要求：1.画出设计草图，标注特点。2.利用废旧材料（如纸盒、塑料瓶、小灯泡或LED、电池等）制作一个简易的物理模型或部分功能模型。3.准备一段简短介绍，说明你的路灯在“光”的利用上有何创新（例如：是否节能、是否照得更远更均匀、是否有特殊功能等）。此作业具有高度的开放性和综合性，鼓励学生融合科学、技术与工程思维，发挥想象力与创造力，为有浓厚兴趣和较强动手能力的学生提供深度探究和展示的平台。七、本节知识清单及拓展  ★1.光源：自身能发光且正在发光的物体叫做光源。例如太阳、点燃的蜡烛、亮着的路灯。月亮不是光源，它反射太阳光。（核心概念，辨别光源是研究光问题的起点。）  ★2.光线模型：为了形象地描述光的传播而引入的带箭头的直线。它是一种理想化的物理模型，箭头表示传播方向。（核心工具，强调其“模型”属性而非实体。）  ★3.光沿直线传播的条件：光在同种均匀介质（如空气、水、玻璃）中沿直线传播。如果介质不均匀，光的传播路径可能会弯曲。（原理的完整表述，避免绝对化。）  ★4.证据一：“管窥”实验（通过直管能看到光源，弯管不能）是生活体验证据。（联系学生活动，加深理解。）  ★5.证据二：光通过一排小孔（光栅）后在屏上形成一列光点，这些光点排列在一条直线上，是经典的实验证据。（关键实验现象，需牢固掌握。）  ★6.影子形成的原理：由于光沿直线传播，当光遇到不透明的物体时，物体后方光无法到达的区域便形成了影子。（核心原理的应用，要求能熟练解释。）  ★7.光路图：用光线模型分析光学现象的图示方法。画图要点：确定光源；从光源向物体关键点作直线（光线）；判断明暗区域。（重要技能，需通过练习掌握。）  ★8.点光源的光线特征：从一个点光源（如小灯泡）发出的光线，是向四面八方发散传播的。（理解照明范围的基础。）  9.光源高度对照明的影响（定性）：对于同一光源，安装高度增加，地面照射范围（光斑）通常会变大，但地面看起来可能变暗。（探究发现的规律，联系工程应用。）  10.科学方法——建模：光线模型是科学建模的典型例子。用简化的图形代表复杂事物，帮助人们理解和预测现象。（提升到方法论层次。）  11.科学方法——控制变量：在探究“高度如何影响照明”时，需保持光源亮度等其他条件相同。这是进行公平比较、发现真实规律的关键。（重要的实验思想，初步渗透。）  ▲12.拓展：光的传播速度：光在真空中的传播速度极快，约为每秒30万公里。在空气中速度略慢，但依然极快，所以我们认为光是瞬时到达的。（开阔视野，引发兴趣。）  ▲13.拓展：生活中的直线传播应用：除了影子，还有激光准直、排队看齐、射击瞄准（三点一线）等。（体现科学原理的广泛应用。）  ▲14.拓展：非均匀介质中光的弯曲：例如，星星会“眨眼”是因为大气层不均匀；沙漠和海市蜃楼也与光在空气中因温度不同导致传播路径弯曲有关。（指出原理的边界，激发后续学习欲望。）八、教学反思  （一）目标达成度分析  本节课预设的知识与能力目标基本达成。通过“画前概念”、“吸管探光”、“光栅验证”、“画图解释”和“探究高度”五个环环相扣的任务，绝大多数学生能准确说出“光沿直线传播”，并能用此解释简单的影子形成问题。从课堂提问和巩固练习反馈看，约80%的学生能规范画出简单光路图。能力目标方面，小组合作进行模拟实验的整体完成度较高，但在“控制变量”设计实验（任务五）环节，部分小组仍需要教师或任务卡的提示，说明对比实验的思想需要后续课程持续强化。情感与态度目标在活跃的探究氛围中得到了较好落实，学生表现出浓厚兴趣。科学思维目标中的“模型建构”是亮点也是难点，学生经历从“体验”到“画出”再到“应用”光线的全过程，思维可视化程度高。  （二）环节有效性评估  导入环节以宏大的夜景切入，迅速聚焦到身边的路灯，成功激发了探究动机。“画前概念”暴露了多样的初始想法，制造了认知冲突，使后续学习更具针对性。新授环节的五个任务构成了逻辑严密的认知阶梯：任务一（体验证据）和任务二（建立模型）解决了“是什么”的问题；任务三（实验验证）提供了严谨证据；任务四（应用解释）和任务五（深化探究）解决了“怎么用”和“如何优化”的问题，实现了从知识理解到迁移应用的跨越。其中，“用吸管看光”和“光栅显形”两个活动将抽象概念具象化，效果显著。巩固与小结环节的分层练习满足了不同学生的需求，便利贴小结的形式让每