小学科学三年级下册《阳光下物体的物体的影子》探究教案

小学科学三年级下册《阳光下物体的物体的影子》探究教案

一、教材与学情深度分析

（一）教材解读：于单元架构与课标要求中定位本课

本节课隶属于教科版小学科学三年级下册《太阳、地球和月球》单元的第二课。本单元的核心目标是引导学生在观察、测量、模拟实验等活动中，建立对这三个天体最基本、最直观的认知，并为后续学习更复杂的宇宙知识奠定思维基础和探究经验。

从单元内在逻辑看，第一课《仰望天空》开启了学生对日、地、月宏观存在的初步感知。而本课《阳光下物体的影子》则是将目光聚焦于“太阳”这一离我们最近、影响最直接的天体，通过对其所产生的“影子”这一可观可测现象的探究，首次引导学生运用科学的、实证的方法去认识太阳的光和热如何作用于地球上的物体。它为后续学习《影子的秘密》、《月相变化的规律》乃至《地球的形状》提供了至关重要的认知铺垫与方法论基础——许多关于天体的知识，正是从观察和测量其造成的影子开始的。因此，本课在单元中扮演着承上启下、方法启蒙的关键角色。

对标《义务教育科学课程标准（2022年版）》，本课紧密围绕核心素养展开：

1.科学观念层面：属于“物质科学”与“地球与宇宙科学”范畴，旨在帮助学生形成“影子的形成需要光和不透明的物体”、“太阳的位置变化会导致影子方向和长短的变化”等核心概念。

2.科学思维层面：重点发展学生的比较、归纳和简单推理能力。通过观察不同时间影子的差异，归纳变化规律；通过推理，建立太阳位置（方向、高度）与影子特征之间的因果联系。

3.探究实践层面：是本课着力培养的重点。学生将亲历“提出问题→作出假设→制订计划→搜集证据→处理信息→得出结论→表达交流”的完整探究过程，特别是学习如何利用工具（如方向标、量角器雏形、刻度尺）进行客观观察和定量测量，以及如何设计公平实验（如控制变量探究影子长短的条件）。

4.态度责任层面：激发学生对自然现象（日影变化）的好奇心和探究热情，培养他们基于证据、实事求是表达观点的科学态度，以及在小组成员作中倾听、协作、分享的责任感。

（二）学情诊断：把握认知起点与思维潜能

三年级学生正处于具体运算思维阶段向抽象逻辑思维过渡的初期。他们对“影子”这一生活现象非常熟悉，具备丰富的前期感性经验：

1.前概念基础：几乎所有学生都知道“有光就有影子”、“太阳在那边，影子就在这边”、“中午影子短，早晚影子长”。这些是基于生活观察形成的朴素认知。

2.认知兴趣点：他们对影子的形状变化（如手影游戏）、影子的“跟随”特性充满兴趣，但这种兴趣多停留在娱乐层面，尚未系统上升到科学探究层面。

3.思维与能力难点：

1.4.概念精准化困难：学生可能模糊地认为“影子是黑色的东西”，难以精准表述“影子是光被不透明物体阻挡后形成的黑暗区域”。对于“不透明”这一关键属性的理解不深刻。

2.5.关系描述笼统：能够说出太阳动影子也动，但难以精确描述太阳的“方位”（东、南、西、北）和“高度”（仰角）与影子“方向”、“长短”之间具体的、可预测的对应关系。

3.6.定量测量陌生：大部分学生缺乏系统的科学测量经验，如如何使用刻度尺准确测量影子长度，如何借助工具简易判断太阳高度。

4.7.变量控制意识薄弱：在探究“什么因素影响影子长短”时，容易无意识地同时改变多个条件（如既改变物体摆放角度，又改变光照角度），导致结论混淆。

基于以上分析，本课的教学设计不能仅仅满足于验证学生已知的生活经验，而应致力于：引导他们将模糊的感性认识转化为清晰的科学概念；将定性的、笼统的描述提升为定量的、精确的观察与表述；将无意识的观察转化为有目的的、系统的科学探究实践。

二、素养导向的教学目标与重难点

（一）教学目标

1.科学观念：

1.2.通过观察与实验，能准确说出影子产生的两个必要条件：光和（不透明的）遮挡物。

2.3.能描述并总结一天中，阳光下同一物体影子的方向和长短随时间推移有规律地变化：方向由西向东移动，长短由长变短再变长。

3.4.初步理解影子方向与太阳方向相反，影子长短与太阳高度（仰角）有关：太阳越高，影子越短。

5.科学思维：

1.6.能够根据已有的影子现象，合理推测光源（太阳）的位置。

2.7.能够通过比较不同时间点的影子记录，归纳出影子变化的模式与规律。

3.8.在“影子长度挑战赛”中，能初步运用控制变量的思想设计简单方案。

9.探究实践：

1.10.能够合作设计并执行一个长期的观察计划，在不同时间点准确测量并记录物体影子的方向和长度。

2.11.学会使用指南针（或方向标）确定方向，使用直尺测量长度，并尝试用简易工具（如量角器）估测太阳高度。

3.12.能够清晰、有条理地展示本组的观察记录和分析结论，并与同伴进行交流与论证。

13.态度责任：

1.14.发展对自然世界中光影现象持续观察和探究的兴趣。

2.15.在小组合作中，体验分工的必要性，养成认真记录、实事求是的科学态度。

3.16.认识到利用自然规律（如日晷）可以为人类生活服务，感受科学与技术的联系。

（二）教学重难点

1.教学重点：

1.2.指导学生进行长期、系统、定量的影子观察与记录。

2.3.引导学生从观察数据中归纳出阳光下物体影子变化的规律。

4.教学难点：

1.5.帮助学生建立“太阳位置（方向与高度）”与“影子特征（方向与长短）”之间的空间对应与因果逻辑关系。

2.6.引导学生在探究活动中萌生并初步应用“控制变量”的实验设计思想。

三、教学准备（体现精准与层次）

（一）分组材料（4-6人一组）

1.核心观察装置：自制“影子观测板”。一块A3大小的硬卡纸作为底板，中心固定一个约5cm高的垂直小木棍（或橡皮泥固定的小旗杆）。底板边缘清晰标注“东、南、西、北”方位（课前根据校园实际校准）。

2.测量工具套装：

1.3.学生用指南针（或已标好方向的观测板）。

2.4.透明直尺（30cm）或软尺。

3.5.彩色记号笔（不同颜色用于标记不同时间点的影子）。

4.6.学生记录单（附后）。

7.探究实验包：

1.8.可调节角度的手电筒（模拟太阳）。

2.9.几个高度相同但形状不同的不透明小物体（立方体、圆柱、三棱柱）。

3.10.橡皮泥（用于固定物体）。

4.11.白纸和网格纸（辅助绘图和测量）。

（二）教师材料

1.多媒体课件：包含日晷原理动画、一天中太阳运行与影子变化关系的模拟视频、各种有趣的影子艺术图片。

2.大型演示用具：便携式强光手电、地球仪、代表物体的小模型，用于模拟演示太阳与地球位置关系。

3.拓展材料：简易日晷模型（可操作）。

4.记录单模板、班级大数据汇总表。

（三）场地准备

确保至少半天有连续阳光的户外活动区域（如操场一角），且该区域在计划观察的时间段内不会被建筑阴影遮挡。

四、教学过程设计与实施（核心环节详案）

第一课时：初探影子之秘——产生与定性观察

环节一：情境激疑，聚焦问题(预计时间：8分钟)

1.谜语导入：“你走他也走，你停他也停，晴天里有他，阴天里难寻。是什么？”（学生齐答：影子）

2.现象唤醒：教师播放一段快放视频，展示校园里旗杆影子从早晨到傍晚的变化。“同学们，这是老师昨天在我们校园里拍摄的一段视频。你观察到了什么？”引导学生说出“影子在动”、“方向变了”、“长短变了”。

3.提出问题：

1.4.基于视频和你的生活经验，关于“阳光下的影子”，你能提出哪些想研究的问题？

2.5.学生可能提出：影子是怎么来的？为什么影子会动？影子什么时候最长？什么时候最短？影子方向和太阳方向有什么关系？

6.聚焦与板书：教师梳理并板书核心问题：“影子是如何产生的？”、“阳光下物体的影子怎样变化？”。

设计意图：从趣味谜语到真实视频，快速激活学生关于影子的前认知和经验库存。引导学生自己提出问题，确立本节课的探究起点，使学习目标内生驱动。

环节二：合作探究，建构概念——影子的产生(预计时间：15分钟)

1.猜想与假设：针对“影子如何产生”，让学生小组内先讨论，分享各自的看法。教师巡视，听取典型的观点（如需要光、需要有物体挡住光等）。

2.实验验证：

1.3.任务一：请用手边的材料（手电筒、白纸、各种物体），尝试制造出一个影子。看哪组方法多。

2.4.学生活动：自由尝试。他们会发现，只要有手电筒（光）和任何物体，在白纸上就能产生影子。

3.5.任务二（进阶挑战）：你能让影子消失吗？或者，你能制造一个没有光但有影子的情况吗？

4.6.学生活动：尝试关掉手电筒（光没了，影子消失）；尝试用透明玻璃片或塑料袋遮挡（光透过了，影子很淡或没有）。教师引导关键追问：“为什么有的物体影子清晰，有的模糊甚至没有？”“要让影子清晰出现，必须有什么？”

7.形成共识：

1.8.小组汇报他们的发现和结论。

2.9.教师引导总结并板书画图：光源（太阳）→照射→不透明的物体→阻挡光线→在物体背光面形成影子区域。

3.10.明确关键术语：不透明的物体是形成清晰影子的关键。解释“不透明”即光不能穿透。

11.概念迁移：提问：“阳光下，我们为什么能看到自己的影子？”（我们是那个不透明的物体，太阳是光源。）

设计意图：通过“制造影子”和“让影子消失”这两个递进的任务，让学生在“做”中主动建构知识。特别是“让影子消失”的挑战，直指“不透明”这一核心属性，通过对比实验深化概念理解。

环节三：模拟观测，发现关系——影子与太阳的方向(预计时间：12分钟)

1.过渡：“我们知道了影子怎么来的。那为什么影子会变化呢？可能与谁有关？”（学生：太阳）

2.室内模拟：

1.3.教师在暗室中用强光手电模拟太阳，照射一个竖立在观测板中心的物体。

2.4.将手电分别放在物体的东、南、西、北四个大致方位（略高于物体），请学生观察并描述影子出现在哪个方向。

3.5.学生记录：太阳在（东），影子在（西）；太阳在（南），影子在（北）……

6.归纳规律：引导学生发现并说出：“影子的方向总是和太阳的方向相反。”

7.反向推理游戏：教师画出地面上一个物体的影子方向（如指向东北），提问：“请问现在太阳大概在哪个方向？”（西南）进行几次快速练习。

设计意图：户外太阳无法移动，室内模拟提供了可控的探究环境，让学生直观、快速地建立“太阳方向与影子方向相反”的空间对应关系。反向推理游戏巩固了这一认知，并训练了空间想象能力。

环节四：规划部署，启动长期观察(预计时间：5分钟)

1.引出长期观察的必要性：“刚才我们模拟了太阳在不同方位的情况。但真正的太阳在天空中是慢慢移动的，影子的变化也是连续的。要想发现它真正的变化规律，我们需要像科学家一样，进行长期的观察和记录。”

2.介绍观测工具与方法：

1.3.展示“影子观测板”，讲解各部分组成及使用方法：如何用指南针校准方向；如何用彩笔描画影子轮廓；如何用直尺测量从木棍底部到影子顶端的长度（强调每次测量方式要统一）。

2.4.发放并讲解《影子观察记录单》。

5.制订观察计划：

1.6.小组讨论：选择未来一天中的哪几个时间点进行观察？（建议至少包括：早晨、课间、中午、下午）

2.7.明确分工：谁负责拿观测板、谁负责找方向、谁负责描画、谁负责测量、谁负责记录。

8.布置课后任务：各小组在接下来一个晴天，按照计划完成至少4次户外实地观察与记录。

设计意图：将课堂探究延伸至课外真实情境，培养学生进行中长期科学观察的计划性与执行力。详细的工具使用指导和分工安排，是确保观察数据有效性的关键。

第二课时：深研影子之变——规律归纳与拓展应用

环节一：数据汇总，信息处理(预计时间：15分钟)

1.小组内部分析：

1.2.各小组拿出自己的《影子观察记录单》，将不同时间点描画的影子用线连起来。

2.3.讨论并完成记录单上的分析问题：影子方向如何变化？影子长度如何变化？最短的影子出现在什么时候？

4.班级大数据分享：

1.5.邀请2-3个小组上台，利用实物投影展示他们的记录单，汇报本组的发现。

2.6.教师将各关键时间点（如9:00,10:30,12:00,14:30）的影子平均长度和大致方向，汇总到班级大表格或图表中。

7.聚焦矛盾，引导思辨：

1.8.如果不同小组的数据有差异（如最短影子的时间不完全在12点），引导学生思考原因：可能是观测时间点间隔不够密；可能是学校作息时间与真正太阳正午时间有偏差；可能是测量误差。

2.9.教师可简要介绍“真太阳时”与“北京时间”的概念差异，体现科学的严谨性。

设计意图：从个体数据到班级大数据，增强结论的可靠性。处理数据差异的过程本身，就是培养学生批判性思维和科学质疑精神的宝贵契机。

环节二：建构模型，揭示规律(预计时间：10分钟)

1.观看模拟动画：播放一段科学模拟视频，动态展示一天中太阳在天空中的视运动轨迹（东→南→西，高度低→高→低），同时对应地面上物体影子的变化（长→短→长，方向西→北→东）。

2.师生共同总结规律：

1.3.在动画和数据的支撑下，师生共同总结并完整板书：

阳光下物体影子的变化规律：

方向：随着太阳由东向西运动，影子由西向东运动。

长短：随着太阳在天空中由低到高再到低，影子由长变短再变长。中午（太阳最高时）影子最短。

2.4.强调关系：影子方向与太阳方向相反；太阳越高（仰角越大），影子越短。

5.概念应用：提问：“如果我们在野外迷路，没有指南针，但带有手表和一根小棒，如何在晴天判断大致方向？”（简介手表定向法原理，与影子知识联系。）

设计意图：抽象的太阳运动与具象的影子变化通过动画模型可视化，帮助学生在大脑中建立动态的、立体的空间关系模型。总结出的规律是对第一课时“相反”关系的深化和量化。

环节三：挑战进阶，渗透变量控制——影子长短的秘密(预计时间：12分钟)

1.提出新挑战：“我们发现了太阳高度影响影子长短。如果太阳位置不变（比如固定手电筒），什么还会影响影子的长短呢？”

2.小组设计实验：

1.3.提供材料：固定位置和角度的手电筒、白纸、不同高度的积木块（或可用橡皮泥调节高度的物体）。

2.4.挑战任务：设计实验，探究“物体的高度”对“影子长度”的影响。

3.5.关键引导提问：“要想公平地比较，我们应该改变什么？保持什么不变？”（期望学生意识到：应改变物体的高度，保持手电筒的位置、角度、与物体的距离不变，屏幕位置不变）。

6.实施与发现：

1.7.学生实验，记录不同高度物体对应的影子长度。

2.8.发现：光源位置不变时，物体越高，影子越长。

9.联系与拓展：联系生活：“为什么早上和傍晚我们的影子那么长，而中午那么短？”（结合太阳高度和“我们”作为物体的高度不变来综合解释。）

设计意图：这是一个从发现规律到探究成因的进阶环节。通过固定光源挑战，自然引出“控制变量”的实验设计思想。学生在尝试“公平比较”的过程中，初步体验如何设计一个有效的科学实验。

环节四：古今链接，拓展延伸——影子的应用(预计时间：8分钟)

1.介绍日晷：

1.2.展示日晷实物或图片/动画。

2.3.提问：“古人没有钟表，他们如何利用我们今天学的知识来计时？”引导学生分析日晷的工作原理：晷针相当于我们的小木棍，晷面上的刻度对应不同时间的影子位置。

3.4.请学生尝试根据太阳和影子的规律，解释某张日晷图片上显示的大致时间。

5.欣赏影子艺术：展示皮影戏、剪影艺术、建筑光影设计等图片，感受影子在文化与艺术中的魅力。

6.总结与展望：

1.7.教师总结本单元两课时的核心发现。

2.8.留下思考题：“月亮的影子又会是什么样呢？如果在月光下，物体的影子变化规律和阳光下一样吗？”为后续《月相变化的规律》等课程埋下伏笔。

设计意图：将科学知识与科技史（日晷）、文化艺术（皮影）相联系，体现STEM/STEAM教育理念，展现科学的工具价值和人文内涵。以问题结束，保持探究的延续性。

五、板书设计（构思图）

采用图文结合的动态板书，随着课堂推进逐步生成。

阳光下物体的影子

（我们的探究之旅）

一、影子怎么来？

光源（太阳）→照射→不透明物体→形成影子

（关键：光+不透明物体）

二、影子怎么变？（规律）

┌─────────────┬─────────────┐

│太阳│影子│

├─────────────┼─────────────┤

│方向：东→南→西│方向：西→北→东│

│（移动）│（移动）│

├─────────────┼─────────────┤

│高度：低→高→低│长短：长→短→长│

│（变化）│（变化）│

└─────────────┴─────────────┘

核心关系：1.方向相反。2.太阳越高，影子越短。

三、我们的发现与应用

·像科学家一样观察与记录。

·古人的智慧：日晷（利用影子计时）。

·生活中的影子：艺术、方向判断……

六、分层作业设计

基础性作业（必做）：

1.科学记录：完善并美化本小组的《影子观察记录单》，附上一段文字总结你们的发现。

2.概念巩固：完成练习册中与本课基础概念相关的选择题和判断题。

实践性作业（选做1项）：

1.家庭小实验：在晚上，用手电筒和玩具，为家人表演一个“影子故事”，并解释影子是如何产生的。

2.创意制作：利用纸板、牙签等材料，尝试制作一个简易的“地平式日晷”模型，并尝试在阳光下标出1-2个时间刻度。

拓展性作业（学有余力挑战）：

调研小报告：查阅资料（书籍、网络在家长协助下），了解“日食”或“月食”现象，并用“光、物体、影子”的知识，尝试画图解释这两种天文现象发生的原理。

七、教学反思与评价设计（预设）

（一）过程性评价

1.观察记录单评价：关注记录的准确性（方向、长度数据）、完整性（次数、时间点）、美观与清晰度。

2.小组合作评价：通过课堂巡视和小组汇报，评价学生的参与度