八年级物理《光的折射》核心素养导向深度学习导学案-人教版

八年级物理《光的折射》核心素养导向深度学习导学案——人教版

一、教学指导思想与理论依据

（一）核心素养统领的单元整体教学观

本导学案严格遵循《义务教育物理课程标准》2022年版关于核心素养培育的顶层设计要求，以物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等物理观念的形成为根基，以科学思维与科学探究能力的进阶发展为主线，以科学态度与社会责任感的涵养为价值归旨。将第四单元光现象视为一个具有严密逻辑结构的整体，确立光的折射为光由均匀介质传播迈入跨介质传播这一认知跃迁的关键节点，既是对光的直线传播、反射定律的继承与发展，又为后续透镜成像及其光学仪器应用奠定不可替代的基础。在学科大概念光与物质的相互作用统摄下，以现象观察奠定经验基础、以实验探究建构物理规律、以模型应用解决真实问题为认知路径，实现知识结构化、思维深度化、素养综合化。

（二）深度学习与教学评一体化融合设计

秉持学为中心、为深度学习而教的核心理念，彻底打破灌输与机械训练的窠臼，将理解性学习、批判性思维、知识迁移与问题解决作为课堂变革的锚点。依据教学评一体化实施策略，构建始于学习目标、终于目标达成的闭环系统，将评价嵌入教学活动全过程，使评价证据能够实时、精准地反映学生核心素养的发展水平。本设计在每一个教学微环节均预设可观测、可量化的表现性评价指标，确保教、学、评三者高度一致，以评价倒逼教学改进，以评价引导学生反思。

（三）STEAM跨学科理念与中华优秀传统文化浸润

将STEAM教育所强调的科学探究、技术应用、工程设计、艺术审美、数学建模五大维度有机融入光的折射教学全过程，突破学科壁垒，还原物理知识在真实世界中与其他领域共生互动的本来面貌。同时，深度挖掘中华优秀传统文化中的光学智慧，以墨子经说关于折射的早期记录、苏轼登州海市诗篇对幻影现象的哲学思辨为载体，开展价值观与科学伦理的自然融合教育，涵养学生的文化自信与家国情怀，实现工具理性与价值理性的统一。

（四）真实情境与项目式实验重构

针对初中生处于形式运算阶段初期的认知特征，坚持用真实实验取代虚拟仿真、用具身体验取代被动观看的原则。设计以模拟渔民叉鱼为主线的项目式活动，围绕为什么叉不到鱼这一具有强烈认知冲突的真实问题，建构完整的学习任务链。所有实验器材均取自生活化材料，如亚克力透明水箱、红茶水、艾香烟雾、自制的半圆形玻璃砖、可插针式光具盘等，体现低成本、高效应的物理实验育人价值。

二、教材解构与学情精准画像

（一）教材内容体系定位

本课题隶属于人教版八年级物理上册第四单元光现象的第三节，在整个光学知识体系中处于承上启下的核心枢纽位置。承上是指本课所研究的折射现象与光在同种均匀介质中的直线传播、光在界面处的反射规律共同构成了几何光学的三大基本定律；启下是指折射定律是后续学习透镜对光的作用、凸透镜成像规律、眼睛与眼镜、显微镜与望远镜等应用性知识的逻辑起点。教材编排顺序遵循从定性观察到定量探究再到规律应用的认知螺旋，本节课处于从定性描述向初步定量分析过渡的关键阶段，需要精准把控数学化表达的深度。

（二）课程标准对应要求

针对义务教育物理课程内容主题二运动和相互作用中的2.3.4条目，课标要求学生通过实验探究光的折射规律，理解光的折射现象，能用光的折射解释生活中的相关现象。相较于旧版课标，2022年版特别强调探究过程的真实性和完整性，要求学生在经历问题、证据、解释、交流等科学探究要素的过程中形成科学思维，并首次将跨学科实践纳入必做活动。本设计精准对标上述要求，既保障基础知识的扎实落实，更凸显探究能力与思维品质的协同发展。

（三）多维学情深度分析

【基础】学生在前置课程中已经熟练掌握光的直线传播条件，能够准确区分光源、光线、介质等基本概念，对于光的反射定律能够从共面、异侧、等角三个维度进行完整复述与规范作图。约百分之八十五的学生具备使用激光笔、量角器、光具盘等基本光学实验器材的操作经验，这为本节课的分组实验探究提供了重要的技能铺垫。

【难点】学生头脑中存在大量顽固且隐蔽的前科学概念，其中最具代表性的迷思概念包括但不限于以下四类：一是认为折射光线一定偏向法线，忽略光从光密介质射向光疏介质时的远离法线情形；二是错误地将入射角和折射角理解为简单的正比例关系，认为入射角增大多少度折射角必然增大相同度数；三是混淆视深变浅与视位偏移的内在机制，无法从光路可逆性角度理解渔民叉鱼应瞄准鱼的下方；四是认为折射率是光线固有的属性，未能建立折射率是介质自身光学特性的物理观念。

【认知风格】当前八年级学生群体属于数字原住民，具有视觉化偏好强烈、即时反馈需求高、协作分享意愿强的典型特征。部分优等生已经显露出对跨学科综合性问题的浓厚兴趣，而学困生则需要更多具身操作和支架辅助。基于此，本设计采用差异化任务单与弹性分组策略，确保不同层次学生均能在最近发展区内获得有效提升。

三、四维整合教学目标

本导学案所设定的教学目标均以可观测、可测量的表现性行为动词表述，每一项目标均标注核心素养指向与重要等级。

【核心·物理观念】

1.能够通过观察光从空气斜射入水、玻璃等不同介质的光路，准确辨识入射光线、折射光线、法线、入射角和折射角，规范绘制光路图并标注相关物理量，形成关于光在介质界面传播方向改变的稳定认知图式。

2.用自己的语言完整复述光的折射定律所包含的三层内涵——三线共面、两线分居、空气中角大，并能基于光路可逆原理推断光从水中斜射空气时的偏折方向。

【难点突破·科学思维】

3.经历探究光折射时入射角与折射角定量关系的完整过程，在小组合作中设计实验方案、收集多组证据、运用描点作图或比值计算等方法处理数据，在证据意识驱动下否定入射角与折射角成正比这一错误猜想，初步建构入射角的正弦与折射角的正弦成正比的思维雏形。

4.运用模型建构方法，将复杂的自然现象如池水变浅、筷子弯折、海市蜃楼等转化为标准化的光路图模型，借助几何关系解释现象成因，完成从具体经验到抽象表征再到实际应用的思维跃迁。

【高频考点·科学探究】

5.在教师引导下自主完成探究光的折射规律分组实验，规范使用激光笔、半圆形玻璃砖、量角器、光具盘等器材，能够通过喷烟或添加红茶水等方法增强光路可视化效果，记录至少三组以上入射角对应的折射角数据，并就实验误差来源展开批判性讨论，提出具体的改进方案。

6.针对渔民叉鱼、水中硬币重现等真实情境任务，能够提出可检验的科学猜想，独立设计验证性实验装置，运用折射规律对实验结果作出合理解释，体验从物理走向生活的实践乐趣。

【重要·科学态度与责任】

7.通过阅读墨子小孔成像与早期光学实验记载、赏析苏轼登州海市中荡摇浮世生万象的瑰丽诗句，感受中华先贤在光学现象观察与思辨方面的卓越智慧，增强民族自豪感与文化认同。

8.在小组实验过程中自觉遵守激光安全操作规范，如实记录原始数据，不伪造、不篡改、不编造，遇到异常实验现象如全反射闪现时主动追问而非选择性忽略，初步养成严谨求实、合作共享的科学伦理品格。

四、教学重难点矩阵与突破策略

（一）教学重点确立依据与层级

【基础·核心】光的折射基本概念与定性规律是本课必须人人过关的底线目标。包括折射现象发生的条件、折射光线与入射光线法线的空间位置关系、光从空气斜射水或其他介质时折射角小于入射角、垂直入射方向不变、光路可逆等五项核心内容。这些知识点既是课程标准明确要求的识记理解层级，也是后续所有应用与探究活动的认知工具。

【重要·高频考点】光的折射光路作图规范与生活现象解释。历次学业水平考试均设置涉及折射光路作图或运用折射规律解释现象的试题，失分点通常集中在法线漏画、光线箭头方向标反、虚像位置判断错误等方面。需要在课堂中通过板演示范、同伴互评、错误样例辨析等多种方式予以强化。

（二）教学难点本质分析与化解策略

【难点一】折射角与入射角定量关系的非正比性。大量学生受反射定律中反射角始终等于入射角的强关联记忆影响，形成思维定势，极易将相等关系迁移至折射情境。化解策略采用双重对比：一是纵向对比，引导学生回忆反射定律实验数据是严格的y=x线性关系；二是横向对比，展示折射实验真实测量数据，让学生亲眼看到当入射角从十度增大到二十度时折射角并非从七度增大到十四度，而是七度增至约十三度。在此基础上引出正弦函数作为高级认知工具，初中阶段不必进行具体计算，但必须建立定比而非等差的本质认知。

【难点二】折射率概念的抽象性与相对性。初中生尚不具备以比值定义物理概念的系统训练，直接给出折射率公式易导致死记硬背。化解策略采取具象化渐进路径：先通过不同介质水、酒精、玻璃对比实验，让学生感知光进入不同透明物质时偏折程度明显不同；继而引入介质使光偏折本领这一朴素语言作为脚手架；最后自然过渡到物理学家用折射率这个专有名词来描述介质的这种光学特性，重点强调折射率是介质本身的性质，与入射光线无关。

【难点三】视深变浅与插鱼位置的逆向直觉。生活经验让学生固执地认为看到的鱼就在原处，只需快速刺向所见位置即可捕获。突破此难点需要双重证据：一是光路可逆性实验，用激光模拟鱼眼看向空气中的鱼叉，证明从水中看空气的位置变化；二是真实捕鱼模拟装置，让学生反复尝试并测量入射角与偏移量的关系，用强烈的事实冲突瓦解错误直觉。

五、教学准备与资源开发

（一）创新实验教具研发

本设计摒弃传统单一的水槽加激光笔简易装置，采用专业级光路可视化系统：主实验装置为定制亚克力透明水箱，规格为长三百毫米、宽二百毫米、高二百五十毫米，箱体侧面贴附精准刻度坐标纸；水中添加比例为五十比一的特制红茶水，有效增强激光散射显示效果；水面以上空间使用微型烟雾发生器喷射食用级艾香烟雾，形成薄雾层，确保空气中和水中光路均清晰可见；配备红绿双色半导体激光笔两支，功率严格控制在五毫瓦以下，符合校园安全标准；半圆形玻璃砖若干组，附带可插针式泡沫板；自制大量角器，精度为每格一度，并设计透明亚克力材质便于紧贴光屏。

（二）数字化辅助系统

为突破定性实验读数误差大的瓶颈，引入智能手机物理实验室Phyphox软件的光传感器模块，将光强分布转化为实时曲线，辅助判断折射光线的峰值位置；利用GeoGebra动态几何软件预先生成可变入射角的交互式光路模拟程序，用于学生完成分组实验后对理论值与测量值的比对验证。

（三）情境素材库建构

搜集并剪辑三类视频素材：一是真实渔民叉鱼纪录片片段，凸显实践智慧；二是筷子插入水杯、钢笔错位、彩虹形成等日常生活场景集锦；三是中国科学院上海光学精密机械研究所提供的关于光纤通信原理的科普微视频，作为课后拓展资源。

（四）差异化学习任务单

设计三种梯度的实验记录与问题解决单：基础型任务单侧重于光路描点、角度测量与数据记录；发展型任务单增加误差分析与实验方案改进环节；挑战型任务单引入光从空气斜射玻璃及玻璃斜射空气的双向对比探究，并设问为什么光在玻璃中的偏折程度比在水中更大。

六、教学实施过程全景设计

本过程共设置五个进阶式学习任务群，总时长四十五分钟，其中学生动手实验与深度互动研讨时长占比超过百分之七十，充分体现做中学、悟中学的核心课改理念。

【任务群一】认知冲突引爆·从生活困惑走向科学问题

（预计时长六分钟）

教师活动

开课即呈现真实叉鱼场景：透明水箱中置入仿真鱼模型，邀请两名学生代表上台分别尝试用长竹签直接叉鱼和用绿色激光笔照射鱼身。台下学生屏息凝神，观察发现竹签明明对准所视位置却屡次落空，激光却能精准照亮鱼身。此时教师故意追问：我们不是学过光沿直线传播吗？你们眼睛发出的光线不是直线打到鱼身上吗？为什么手沿着这条直线刺过去却刺空了？这是否证明眼睛欺骗了我们？

学生活动

学生瞬间进入强烈的认知失衡状态，原有认知结构无法同化眼前的反常现象。小组内部开始自发讨论，部分学生提出可能是光在经过水面时拐弯了。教师捕捉这一关键生成，板书记录学生原始表达光在水面拐弯，并肯定这一猜想具有科学价值。

设计意图

以真实任务制造认知冲突，激发内在探究动机，将学生朴素的日常经验转化为有待检验的科学假设。此处运用的是认知心理学中的矛盾事件策略，其效果远优于平铺直叙的导入方式。

【高频考点】这一环节所暴露的视位置与实位置差异问题，正是后续各类折射作图题的思维起点，属于高频考点中的情境原型。

【任务群二】概念建模·从直观描述到规范命名

（预计时长八分钟）

教师活动

在明确光经过水面确实发生了偏折这一共识后，教师演示光从空气斜射水中的标准实验。借助红茶水箱与烟雾环境，整个光路——入射光线、折射光线、法线以及界面——均在空中和水中形成两条色彩鲜明、边界清晰的亮线。教师引导学生按照观察反射定律时建立的分析框架，逐一指认本次实验中的几个关键要素：哪条是射向界面的光线？哪条是离开界面进入水中的光线？能否画出一条想象中的参考线便于描述偏折程度？学生凭借反射定律的学习经验，能迅速迁移并正确指出法线的位置。

教师顺势出示规范的光路板图，并严格定义：入射光线与法线的夹角叫入射角，用希腊字母i表示；折射光线与法线的夹角叫折射角，用希腊字母r表示。强调作图规范性要求——光线必须带箭头表示传播方向；法线需使用虚线绘制，且务必过入射点且垂直于界面；角度标注用弧线加对应希腊字母。

学生活动

学生在学案指定区域进行模仿作图练习，给定空气、水面和一条入射光线，要求补齐法线、折射光线并标注角度。教师巡视捕捉典型错例，选取法线未垂直、折射光线偏折方向画反、箭头漏标等三类常见错误，利用实物展台集体诊断修正。

【重要】本环节特别强调物理概念的规范性建构。许多学困生后续解题障碍根源于初始概念建立时的模糊与偏差，因此必须寸土不让、字斟句酌。

【任务群三】规律探寻·从定性观察到定量建模

（预计时长十八分钟）

教师活动

教师提出本节课最核心的驱动性问题：光的折射是否存在与光的反射类似的确定规律？折射角与入射角之间究竟满足怎样的数量关系？学生基于反射定律的认知定势，绝大多数会脱口而出折射角等于入射角。教师并不直接否定，而是将这个问题作为科学探究的猜想之一，布置小组分组实验任务。

实验前进行关键技能微培训：如何准确读取光具盘上的角度值？视线必须正对指针；如何多次改变入射角？通过缓慢转动激光笔支架；如何减少偶然误差？每组至少测量六组数据，涵盖十度、二十度、三十度、四十度、五十度、六十度六个入射角。

学生活动

各小组四名同学明确角色分工：操作员负责移动激光笔并稳定光路；记录员报读角度数据；监督员核对读数是否正视并确认光线对准入射点；数据分析员填写任务单表格。教室瞬时进入实验室状态，各小组启动探究。

数据汇总阶段采用实时展台共享策略。教师从八个小组中抽取典型数据，分为两类投影展示。第一类数据表现为入射角从十度到二十度，折射角从约七度到约十三度；第二类数据表现为入射角增大时折射角同步增大，但不成相等倍数关系。教师追问：这些数据是否支持折射角等于入射角这一猜想？学生齐声回答不支持。教师继续追问：虽然不成相等关系，但你们是否观察到某种确定的变化趋势？学生归纳：入射角增大，折射角也增大，但折射角总是小于入射角。至此，光从空气射入水中的定性规律——空气中角大——被学生自主建构出来。

教师并未止步于定性结论，而是进一步挑战：物理规律的魅力在于它不仅告诉我们谁大谁小，还能精确预言具体数值。你们能否从数据中挖掘出更隐蔽的定量关系？此时提供计算器，引导学生尝试对入射角和折射角进行加减乘除运算。部分小组发现入射角除以折射角不是定值；但也有小组惊喜地汇报：我们试着把入射角和折射角取正弦，发现正弦的比值非常稳定！教师立即将这个发现板书记录，并郑重指出：这正是物理学家斯涅尔在四百年前做出的重大发现，这个稳定的比值被定义为介质的折射率。初中阶段不要求进行复杂的三角函数计算，但同学们必须理解折射规律不是简单的正比，而是一种更具数学深度的正比关系——入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

【难点突破】此处直面初中物理与高中物理的衔接地带。设计的精妙在于既不超纲灌输，又不刻意回避，而是让学生亲历从数据中寻找关系的过程，哪怕只是发现比值比入射角除折射角更稳定这一事实，就已经完成了科学思维的深刻训练。

【任务群四】规律应用·从模型建构到现象解释

（预计时长八分钟）

教师活动

呈现三大生活情境串：情境一，池水看起来比实际浅得多，贸然涉水可能发生危险；情境二，水中的筷子好像向上弯折；情境三，叉鱼必须瞄准鱼的下方才有可能成功。要求学生四人为一组，选择其中一个情境，用刚才学到的折射规律画出光路图，并在组内尝试用规范物理语言解释成因。

学生活动

各小组热烈讨论并动笔作图。教师在巡视中发现，对于筷子弯折和池水变浅，多数学生能够画出从水中物体射向空气的两条光线，经折射后反向延长线相交于更高位置，从而形成虚像。但对于叉鱼问题，不少学生依然困惑：既然鱼的虚像在实际位置上方，那应该瞄准上方瞄准虚像才能叉到，为什么实际经验却是要瞄准下方？这一矛盾引发了第二波认知冲突。

教师见时机成熟，引导全班聚焦这一关键矛盾。一名学生突然顿悟：我们叉鱼时，鱼叉是从空气进入水中的！鱼叉是实物，不是光线！光线是从水中鱼射向我们的眼睛，而鱼叉是从我们手中射向水中的鱼。这两条路径方向相反。根据光路可逆原理，如果光线从鱼眼出发经折射能进入我们眼睛，那么我们从眼睛位置沿原光路反向掷出鱼叉，就一定能击中鱼。问题的关键在于：我们眼睛看到的鱼是虚像，在实鱼上方；我们要让鱼叉的实际路径与光路重合，必须向虚像的下方也就是实鱼所在位置刺去。这个顿悟瞬间点亮了整个课堂，学生纷纷感叹原来如此。

教师总结：光路可逆是光学中最具魅力的原理之一，它揭示了光传播的时间反演对称性。掌握了这一把钥匙，许多看似复杂的折射问题都能迎刃而解。

【核心】本环节完成了从物理规律向生活智慧的转化。学生不仅学会了画图解释现象，更重要的是体验了从定性描述到定量分析再到对称性思维的科学认知层次。

【任务群五】文化拓展·从物理世界到精神家园

（预计时长五分钟）

教师活动

播放精心制作的微视频光的折射与中华智慧。画面中首先呈现的是墨子经说中景到，在午有端，景光故也的记载，配以针孔成像模拟动画；继而徐徐展开北宋大文豪苏轼登州海市诗卷：东方云海空复空，群仙出没空明中。荡摇浮世生万象，岂有贝阙藏珠宫。心知所见皆幻影，敢以耳目烦神工。教师深情讲述：千年之前，东坡先生在登州蓬莱阁目睹海市蜃楼，他并没有止于瑰丽奇幻的视觉震撼，而是以心知所见皆幻影的理性力量，洞悉到眼前宫殿并非真实，这与今天我们通过折射定律解释蜃景成因的科学精神何其相似！物理学习从来不只是公式与计算，更是学习一种观察世界、祛魅存真的思维方式。

学生活动

学生凝神观看，在科学与人文的交汇处静默沉思。教师顺势布置课后开放性任务：查阅资料，了解我国古代还有哪些关于光学现象的记录与思辨，选择其中一例，尝试用今天所学知识进行科学阐释，形成一篇三百字左右的微型科学人文随笔。

【热点】将中华优秀传统文化融入理科教学是当前课程改革的前沿热点，本环节以润物无声的方式落实了价值观教育，避免了生硬说教，实现了科学理性与人文情怀的共振。

七、全过程学业评价体系

本设计建构课前诊断性评价、课中形成性评价、课后总结性评价三位一体的进阶式评价系统，每一评价任务均与预设教学目标精准对应。

（一）课前诊断评价

通过问卷星平台发布三道前置检测题：第一题要求画出光遇到水面时可能出现的所有传播情况，用以探测学生对反射与折射的潜意识认知；第二题为生活经验判断题，你认为筷子插入水中是真的折断了吗；第三题开放式提问，关于光的折射你最想知道什么。诊断结果显示，约百分之七十三的学生能够画出反射光线，但只有百分之十二的学生能画出折射光线且方向错误比例极高。这一数据为课堂教学重难点的精准定位提供了实证依据。

（二）课中表现性评价

嵌入式评价贯穿全课始终，采用教师观察量表与学生互评量规相结合的方式。

量表一：实验操作技能评价量规。观测点包括激光笔使用是否规范禁止直射眼睛、光路调整是否确保入射点位置固定、角度读数是否采取平视、数据记录是否即时如实。每项指标分三档水平。教师于实验环节巡回记录，对操作不当者现场纠正并记录为后续辅导依据。

量表二：科学论证水平评价量规。以小组为单位，针对实验结论汇报环节进行组间互评。评价指标包括：是否明确提出主张、是否引用实验数据作为证据、证据与主张的逻辑链条是否严密、能否回应其他小组的质疑。此评价旨在将科学论证能力显性化、可评可测。

（三）嵌入式即时检测

于规律得出环节后设置三分钟课堂小测，全部为选择题形式，利用互动答题系统即时生成全班正确率统计。题目一：下图中哪一束光路是光从空气斜射玻璃时可能出现的？错误选项涵盖折射角大于入射角、光线沿界面传播等典型迷思。题目二：站在岸边观察水中的石块，看到的石块位置比实际位置偏浅还是偏深？正确率若低于百分之八十，则需立即组织同伴互助讲解。

（四）课后分层作业评价

作业设计兼顾基础巩固与高阶拓展，分为三个层次。

A层基础必做题：完成教材课后练习题第1、2、3题，绘制光从空气斜射水、水斜射空气、垂直入射三种情况的标准光路图，强化作图规范。

B层拓展选做题：提供一份异常实验数据记录，其中某组数据表现为光从空气射入玻璃时折射角大于入射角。要求学生诊断该数据是否可能真实，若认为不可能，则分析产生错误读数的可能原因。

C层探究挑战题：查阅资料设计一个简易实验，能够粗略测量未知透明液体对光的折射率，写出实验方案，包括所需器材、操作步骤、数据处理方法，并评估该方案的误差来源。

三类作业均设置清晰的评价标准，A层关注准确性与规范性，B层侧重批判性思维与误差意识，C层聚焦创新设计与工程思维。教师对C层作业实施延时评价与个别面批，激励学有余力的学生向更深层次进发。

八、板书结构化设计

板书是凝固的课堂，本设计采用思维全景图式板书，布局如下。

左侧区域核心概念区，自上而下依次书写：光的折射、折射现象定义、折射光路五要素入射光线、折射光线、法线、入射角、折射角、折射定律三层内涵三线共面、两线分居、空气中角大、光路可逆。

中间区域实验规律区，以表格形式呈现三组典型实验数据入射角十度、二十度、三十度对应折射角实测近似值，下方书写红色大字结论：光从空气斜射水中时，折射角小于入射角；入射角增大，折射角增大，但不成正比；进一步延伸至折射率是介质本身的性质。

右侧区域应用迁移区，绘制池水变浅与筷子弯折的光路原理简图，重点标注虚像位置及反向延长线画法。图侧书写核心思维模型：视位置实位置、可逆性。

板书的右下角设置留白区域，用于动态生成本节课学生提出的最有价值的质疑或最有创意的见解，以金色粉笔实时记录，赋予学生认知贡献以崇高的仪式感。

九、作业设计与跨学科拓展

（一）基础性作业

限时十五分钟书面作业，包含概念辨析、光路作图、生活现象解释三大题型。其中作图题特别设置改错环节，呈现四幅包含典型错误的光路图，要求学生圈出错误位置并说明错误类型，以此强化元认知监控能力。

（二）实践性作业

小组合作项目设计主题为自制潜望镜或者制作一个看得见的光路演示仪。要求学生综合运用光的反射与折射知识，绘制设计图纸，列出材料清单，制作实物模型并拍摄两分钟以内的原理讲解视频。该项目融合了STEAM教育中的科学、技术、工程、艺术四个维度，尤其强调工程设计与美学的统一，例如水箱外观装饰、光路色彩搭