“科技馆活动进校园”项目案例

时间信使——光之旅

作者：陈涛、惠朝晖（陕西科学技术馆）

“时间信使——光之旅”科学教育项目采用建构主义下HPS教育理念，将科学史、科学哲学融合并统筹于活动设计中。项目对接小学科学课标中“光现象”内容，并拓展到《科学教育的原则和大概念》（[英]温·哈伦编著，韦钰译，2011）中“科学中的14个大概念”第12条“科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内和事实最为吻合的”，以及第14条“科学的运用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响”。

课程教学对象为小学5—6年级学生。

项目简介

课程划分为6个阶段。第1阶段以科幻故事引入；第2—5阶段是课程的主体，学生扮演“时间信使”依次穿越4个时空，每个阶段都会涉及典型人物、时代特征、科学范式和光的知识，均以HPS理念中孟克和奥斯本的融合模式6环节（提出问题、学生观念、历史观念、设计实验、科学观念、总结评价）开展教学，但根据具体内容进行了一些变化和调整；第6阶段进行总结与拓展。

教学目标

科学知识光的传播（知道光在同一种介质中是沿着直线传播的）、光的反射（了解镜子可以改变光的传播路线）、光的折射（知道凸透镜和凹透镜可以聚光和散光）、光的色散（知道光是有颜色的，了解阳光的色散现象）等科学知识。

科学探究能在观察中提出问题，提出质疑；能在思考中形成观念；能在讨论中修正观念；能操作简单的实验；能尝试设计实验验证观念，尝试利用实验解决具体问题。

科学态度培养学生实事求是的科学态度；感受科学家探索世界的精神；体会分辨现象与证据的关系，以证据支持结果的重要性。

科学、技术、社会与环境 体会人们探索自然、思考自然的乐趣，了解科学思维的历史与变迁，初步体会科学与社会、宗教、文化的关系。

教学过程

时间信使的故事

召集参与者集合，在布置好的场景中，以角色扮演的形式，辅以多媒体讲述时间信使的故事，将学生以时间信使的身份引入活动，增强学生的代入感。

教师说明活动的流程、要求、注意事项，并发放学习单。强调时间信使的任务，是最终向未来议会汇报“什么是科学”这个问题，提醒大家在过程中思考。

欧几里得的思考

教师展示2幅画，一幅是无近大远小的水墨画，一幅是运用透视画法的风景画。通过对比，让学生直观感受运用透视画法后所呈现的立体感。教师教授学生最简单的一点透视画法，在实践的基础上验证欧几里得的想法——光的直线传播。学生完成学习单上相应的内容：“用透视画法画出给定正方体的立体感”。

阿尔哈曾的质疑

教师讲述阿尔哈曾在狱中用石子打墙壁获得了启发，留下悬念。让学生玩“碰撞小球”的游戏，引导学生展开类比思维，从小球的反弹联想光的反射。达成游戏目标后展开分组讨论，并派代表发言。学生完成学习单上相应的内容：“简单描述‘碰撞小球’对自己的启发”。

教师带领学生至常设展厅使用“光路演示”展品，验证自己的想法。讲述阿尔哈曾所获得的启发，得出光的反射规律。学生完成学习单上相应的内容：“选择阿尔哈曾的想法”。让学生用小镜子（增减镜子数目可调整难度）和激光笔完成“引光入室”小游戏，并完成学习单上相应的内容：“画出光传播的路线”。

罗杰·培根的发现

教师发给学生玻璃球，让学生观察从玻璃球中看到的世界，分组讨论为什么会出现这样的情况（颠倒的世界），并派代表发言。学生完成学习单上相应的内容：“简要描述自己的想法，并尝试思考如何验证”。

然后，教师讲述罗杰·培根的想法，并请学生用激光笔和玻璃球验证。学生完成学习单上相应的内容：“画出自己验证实验的光线传播路径”。教师提出罗杰·培根设想了一个望远镜模型，并引导学生思考是否可以设计一个望远镜模型，把远处的物体放大。学生完成学习单上相应的内容：“尝试画出运用组合透镜的想法”。

牛顿的绝妙设计

教师发给学生三棱镜，演示光的色散现象，并介绍牛顿、笛卡尔和波义尔对此现象的3种不同解释。 学生完成学习单上相应的内容： “选择科学家们都提出过的观点”。 分组展开讨论“你支持谁的观点，为什么？ 有没有办法证明，或者证伪其中一位科学家的观点”，并派代表发言。 学生完成学习单上相应的内容： “挑选一位科学家的观点，简要描述如何验证”。

然后，教师讲述牛顿证明自己观点的想法，并指导学生用彩光手电和2个三棱镜复现牛顿的实验。学生完成学习单上相应的内容：“在实验操作后，画出牛顿色散实验的设计思路”。

总结与拓展

教师带领学生回顾前4个阶段的思考与实验，梳理从古希腊科学到近代科学的历程，和学生一起探讨每一个时代科学的特征与发展。着重强调古希腊科学的纯思辨，阿拉伯科学开始重视观测，欧洲继承思辨并开始重视实验，17世纪近代科学诞生，“逻辑+实验”的综合也是如今科学探究方法的范式。

学生分组展开讨论，作为时间信使最终如何向未来议会汇报“什么是科学”这个问题，并完成学习单上相应的内容：“选择向未来议会报告的内容”。利用“光学—时间线”游戏卡牌，组织学生开展游戏竞赛，并完成学习单上相应的内容：“选择对本次活动的评价选项”。

活动评估

通过此项教育活动的开展，使小学高年级段学生掌握有关光学的知识，体会科学探究的方法，了解科学思维（范式）的由来。教学设计贴合小学科学课程标准，并进行了适度升华和拓展。

原文刊载于《中国科技教育》2021年第12期追踪栏目，作者：陈涛、惠朝晖（陕西科学技术馆）。原文略有删减，中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

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