“月相变化的规律”实验的创新改进

摘要

分析教科版科学教材三年级下册“月相变化的规律”实验发现，其存在的不足有：观察时间长，易受时间和环境影响，观察结果仅存于表象。为此，在学生观察真实月相的基础上，利用生活用品和实验器材自制实验教具“月相变化演示仪”，并用其改进该实验，取得了良好的教学效果。创新改进实验的优点体现在：操作智能化，观察时间和位置不受限制；可用肉眼直接观察整个月相变化过程，实验立体化；结合投屏技术可使实验展示达到准确的效果，有助于促进学生能力的多元化发展。

Graphical abstract

关键词

月相变化 / 规律 / 创新实验 / 教具 / 改进

在小学科学课堂中，科学实验效果直接影响到教学反馈及学生对科学知识理解的效果。“月相变化的规律”实验出自教科版科学三年级下册“太阳、地球和月球”单元第4课^［1］。教材实验的不足表现为：易受时间和环境影响，观察现象不稳定等。检索已有研究成果发现，所用实验器材以展示月相画面为主，体现的智能元素较少，未能使月相和时间在变化时同步呈现，实验现象受角度影响会产生偏差。为此，笔者在学生已观察真实月相的基础上，制作实验器材并用于教学，弥补了实验不足，且借信息技术可记录、共享月相画面，让实验直观、立体化。

1 教材实验分析

1.1 教材实验简介

学生收集一整个月的月相图片并按时间排序，将月相图片装订在一起，快速翻动，即可凭借肉眼观察月相画面连续变化的现象。

1.2 教材实验不足

（1） 前期的观察时间要持续一个月，时间较长，学生难以坚持，同时观察期间会受到天气的影响。

（2） 在观察月相时，如果每个学生具体情况不同，那么观察时间会不一致，记录的月相画面会有所偏差，而收集的图片也参差不齐，不利于学生进行比较。

（3） 学生不能边观察月相边感受变化，只能依据记录数据感受其变化。

（4） 用图片翻页观察月相变化不够直观、立体，只呈现了月相变化的表象规律，未将其变化原理具体呈现出来，学生不能从宏观视角用肉眼直接感受月相在太阳光照射下围绕地球转动的过程。

2 实验教具创新

2.1 材料用具

塑料板、月相变化规律平面底图、侧面立图、电灯、电动旋转盘、支架、木棍、白色小球、黑色卡纸、胶水、手机。

2.2 设计思路及原理

月球本身不发光也不透明，在太阳光直射下，地球上观测到的正对着太阳的球面亮区被称为月相。地球在不停自转，而月球围绕地球公转，当地球和月球同时逆时针转动时，太阳光方向不变，从每月的农历初一开始，月球每天被太阳光照射的亮面形状都在变化，因此形成一个月的月相变化。该教具用台灯灯光模拟太阳光，小球模拟月球，手机支架模拟地球观测点，底盘和侧面立图对应日期、月相名称。当仪器运转时，地球和月球开始逆时针转动，台灯灯光不变并直射小球（月球），则地球观测点手机摄像头的画面就可看到不同日期对应的不同月相及名称（与侧面立图对应），真实地还原了地、月、日的转动场景，不受时间限制，能直接观察到月相变化规律。

2.3 教具说明

（1） 底盘。图1为底盘，该底盘采用50 cm× 80 cm的长方形塑料板，其上贴有底图和标记月相日期名称的侧面立图（投屏时，对应观察）。底盘上的箭头为太阳光方向，中心由4个同心圆组成。最内圈模拟地球上人的观测点，往外一圈的连接线分别指向不同名称的月相，连接线紧挨的圆分别表示农历一个月的30 d，时间跟随地球逆时针自转方向排列，初一时正对太阳光方向，这一天月球运行到地球与太阳之间，背对太阳，看不见月相。最外圈为月球运行到不同日期时对应的不同月相名称，共分为8种。

（2） 地球观测点。如图2所示，地球观测点由一个自动转盘和手机支架组成，使用时将手机放入支架；摄像头正对月球，和月球同时转动。

（3） 月球。如图2所示，用白色泡沫小球模拟月球。月球下设置直角支架与地球观测点的转盘相连，以保证转盘模拟地球自转时月球围绕地球公转。在月球底部和后方贴上一张黑色卡纸，用来遮挡除太阳光以外的光线，避免其他光线影响月相画面，即可模拟真实的夜空环境。当月球在转动时，太阳光方向保持不变，随着月球公转，从地球上的观测点可以看到对应不同日期的月相变化。

（4） 太阳光。利用台灯灯光模拟太阳光，且太阳光始终从底盘右侧方向照射。

2.4 实验步骤

（1） 组装好的完整教具如图3所示，底盘平放于桌面，将中间观测点上的自动转盘调整至月球支架对准日期初一，即手机支架正对月球。

（2） 关闭教室光源，开启模拟太阳光的台灯，按照太阳光方向照射月球。

（3） 开启手机摄像头，投屏到教室。

（4） 按动遥控器按钮，月球和地球开始逆时针转动，到达关键日期时按下遥控器的暂停键，随即利用手机拍照并记录月相。该方法可以直观、快速地看出月相变化规律，并将其记录下来。

3 实验评价

3.1 实验创新评价

（1） 实验操作简单方便。该自制教具运用遥控器开始和暂停键控制实验进程，操作简便，便于学生使用和观察，并能让学生随时观察每天的月相，不受外部环境的影响，观察效果明显。

（2） 实验特征现代智能。该实验融合多媒体技术，教师演示时可用手机摄像头结合白板投屏，与学生共享观察画面，师生即可同步分析实验现象并进行讨论。

（3） 实验观察立体多元。与原实验相比，该自制教具将地球、月球、太阳光三位一体的关系可视化地展现出来，并直观模拟和演示月相变化，学生可以借此用肉眼直接观察月相变化成因，有助于充分理解月相的变化原理，感知月相变化的全部过程。

（4） 实验知识融会贯通。该实验将地、月、日的变化关系展示出来，学生不仅能够理解月相变化原理和规律，也为后面学习地球与月球的关系作好了铺垫。

3.2 学生实践评价

（1） 观察效果显著。如图4所示，学生在观察实验的过程中记录下不同日期的月相画面，最终从学习单的结果中可以快速得出月相变化规律：从月初到月中，由弯到圆；从月中到月末，由圆到弯。

（2） 透过表象看具象。在实验开始前，利用器材给学生讲解制作原理，拓展自转、公转的知识点，并将真实的地、月、日关系通过自制教具展示在学生面前，借此机会学生真实体验月相原理情境，助其养成追本溯源的思维习惯。对比前期观察真实月相的结果发现，自制教具具有科学性与可行性，便于借此剖析具体原理，从而探究出前期现象偏差的缘由，既锻炼了学生的解决问题的能力，又显著提升了学生的探究实践能力。

（3） 观察要素严谨细致。学生通过自制教具中的底盘和侧面图可以了解到不同时期月相的不同名称。在观察过程中，教具将月相画面、对应的时间名称同时展示在同一画面，不仅观察要素齐全，方便学生记录，更突破了知识的重难点，有助于学生充分理解月相变化知识。

（4） 促进多元能力发展。如果仅凭借原实验中的观察活动，学生只能看到已形成的月相及其缓慢变化的过程，并不能理解月相是如何形成的及月相变化原理，难以清晰了解月相的变化规律。借助实验器材，融合学生已有的观察经验，教师就能将月相运行体系展示出来并做到轻松讲解原理，这种知识的整合能够帮助学生想象出具体画面，助其理解月相变化规律。当抽象的科学理论具象化后，就便于落实科学课程综合育人的理念。

学生在实验过程中，经历思维与实践深度融合的探究式学习。例如，实验时的小组讨论、提出疑问和猜想等，能培养学生的探究精神与批判性思维，再借观察、操作和理解科学规律等，就易于使学生具备敏锐的科学思维和独特的科学眼光，从而高效地开展实践活动。

自制教具从原实验基础与学生认知视角对科学实验的内容进行挖掘和拓展，融合了多媒体技术，丰富了实验的内容和结构。在观察实验现象的过程中，易于激发学生的探究欲。信息技术的引入，既优化了实验方式，又让月相变化这一知识点更加生动、直观，且在模拟情境中加深了学生对科学概念的理解，实现了思维的深层建构、知识的深度学习，从而为科学知识的深入探究打下了坚实基础。

3.3 教师反思评价

对于小学三年级学生来说，学生的科学观念、科学思维、探究实践意识相对薄弱，社会责任意识相对欠缺。因此，在素养时代，科学探究被视为当下培养学科核心素养、推动课堂教学的重要抓手。科学作为一门以实验为基础的学科，在组织学生开展实验探究的同时，更应注重学生的动手、动脑能力的培养，渗透学生的社会责任意识，以帮助学生构建系统化、结构化的科学知识体系。通过该课的实验教学实践，得出以下几点启示。

（1） 以问题情境促知识融合。教师要坚持：以情境应用为核心，以直观阐述为驱动，以探究性操作为手段，多元化搭建框架，不断促进学科知识融合。

（2） 以关键素材贯穿教学始终。利用简单的素材，创设可视化的月相变化模拟情境，能帮助学生由宏观想象转变为微观认识。同时，具象、立体的模型，能够让学生用肉眼直接观察一个月的月相变化，从而理解其变化过程。

（3） 以多元表征解释科学事实。将信息技术与实验探究充分融合，采取多方位演示方式，能够给予学生探究和思考的空间，助其充分验证实验结论，既能增强学生的学习欲望，提升课堂效果，又能让“想当然”变“真事实”，“凭想象”变“真情境”。

（4） 以现象原理拓展学科视野。利用立体模型呈现实验现象，利用问题引领探索实验真理，让科学探究的层次由想象拓展到具象、立体的认知，逐步形成“初探实验—记录实验—呈现实验”的探究过程。

参考文献

[1] 郁波.义务教育课程标准实验教科书科学三年级下册［M］.北京：教育科学出版社，2019.