“光学”即研究光的科学，其相关内容在《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）中属于物质科学领域第三个学科核心概念——物质的运动与相互作用
［1］，因光学的核心概念抽象程度较高，故对学生的探究水平要求也较高。《新课标》更加注重学段间的衔接，特别是强调小学与初中之间的过渡，其从学习内容、教学建议和学业要求等方面均体现出连续性和进阶性，确保学生从小学到初中能够平稳过渡。这就要求师生在进行实验教学时，既要将观察、测量、实验探究等教学活动进行单元整合，又要兼顾中小衔接的要求，以促进学生科学素养的持续发展。为此，笔者以青岛版科学四年级下册第一单元“光”为例，自制单元整体教具“光”演示器，既顺利达成了小学的学习目标，也为初中学习奠定了基础。
1 教材内容和学情分析
光学在各个版本的小学科学和初中物理教材中都是非常重要的内容，笔者仅以山东地区两版现行教材为例加以说明。青岛版科学四年级下册第一单元“光”包含4个课时：认识光、光的反射、潜望镜的秘密、彩虹的秘密，共有11个探究活动；初中阶段则是人教版物理八年级上册第四章“光现象”，包含光的直线传播、光的反射、平面镜成像、光的折射、光的色散在内的5个课时。从内容上看，初中阶段的光学知识与小学阶段高度重合。若小学阶段能为光学教学打下基础，则之后的学习必然能顺畅地过渡和衔接。但在小学科学实验教学中发现有些活动存在一定的问题，如探究活动“光照在镜子上，传播方向有什么变化？”就受到时间、位置以及光线的限制，操作起来麻烦且实验现象不明显；探究活动“其他物体能反射光吗？”的操作需要在黑暗环境中进行，但在教室内即便拉上窗帘也很难实现，因此实验现象的说服力不强；探究活动“怎样看到自己的后脑勺？”虽基于生活经验，学生容易操作，实验现象明显，但二次反射的实验原理不易理解。四年级学生具备一定的生活经验、知识储备，以及相应的科学探究能力，能够利用实验观察、比较等方法进行科学推理。但学生对光是怎样行进的，缺乏直观观察和实验验证；对于反射的认识，只是停留在平面镜的反射上；对于其他物体的反射，没有仔细思考过；对于二次反射中光路可逆的实验原理以及光的色散现象，也很难理解
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因此，笔者决定改进实验器材——自制“光”演示器，并将其用于教学，借此直观化、形象化地表征抽象的光概念，帮助学生建构光的概念，以便为初中学习作好铺垫。
2 《新课标》对光内容的要求
光的相关内容属于《新课标》第三个核心概念“物质的运动与相互作用”中的内容，主要集中在3~4年级、5~6年级、7~9年级段，具体要求及相关实验见
图1。
综合分析《新课标》中的学习内容、学业要求、内容要求发现，从小学到初中阶段，光学探究是循序渐进、阶梯式上升的，知识的系统性和连续性非常强，都很注重让学生运用科学知识来解决生产生活中的问题，以培养其探究能力。区别在于：小学科学比较注重定性的、描述性的光学常识，而初中物理更注重定量分析光的反射定律，以及透镜的成像特点；小学阶段更多以体验、观察和识记为主，而初中则以理解、运用为主，知识的广度和深度有不同程度的提高。学生对科学概念的理解是逐步深入的，光领域的学习按照从简单到复杂、从具体到抽象的顺序来设计实验教学活动，帮助学生更好地构建知识体系。该领域的学习进阶能凸显课程的连贯性，避免中小学科学课程内容的碎片化，可以使小学、初中科学知识有序衔接，从而构成相互关联的有机整体。
3 “光”演示器教具的制作及其应用
3.1 制作说明
“光”演示器教具（
图2）由亚克力板、激光笔、照度计、平面镜、小木块等材料制成，分主展示板和副展示板，中间由合页连接，主展示板四周带有刻度，起到量角器的作用，中间转盘可以任意转动，转盘中间有磁性置物台，可以随时更换反射物，同时连接光照度计，即可检测不同反射物的反射效果。
3.2 探究光的直线传播
如
图3所示，放3块带孔木板，打开激光笔，当3个小孔在一条直线上时，光屏出现一个绿点，移动其中一块木板，3个小孔不在一条直线上，此时光屏绿点消失。
3.3 探究光的反射及反射定律
在光的传播路径上设置障碍物，观察光的反射现象。首先安装平面镜，接着旋转该镜后光的传播方向会发生改变，则反射光线与入射光线在同一平面内，且反射光线也是沿直线传播。
逆时针旋转指针，让指针指向20°方向，可以清晰看到反射光线指向40°方向；继续转动指针，让其指向40°方向，此时反射光线指向了80°方向，如
图4所示。以此类推，顺时针旋转指针，现象一样。该操作使学生理解了不管如何旋转指针，反射光线与入射光线始终关于指针对称，这就为初中学习光的反射定律打下了基础。
3.4 探究一般物体都可以反射光
学生熟知平面镜可以反射光，但一般物体能不能反射光？打开照度计，将反射物品依次换成木块、铁片、亚克力板、A4纸等，让学生观察现象，并记录照度计数值。在4样物品中，木块的照度值最低（188 lux），铁的照度值最高（1 034 lux）。学生发现：表面越光滑的物品，数值越高；表面越粗糙的物品，数值越低。但这些物品都能反射光，从而推理出“一般物体都可以反射光”这一教学难点，让学生真正理解了“一般物体反射的光进入人们的眼睛，人们才能看到物体”这一知识点。
3.5 演示二次反射及光路可逆现象
学生认识了反射现象，再进阶学习二次反射。如
图5所示，先将光屏安装在副展示板上的一号位置，调整合页，副展示板和主展示板暂不在同一平面，让学生将反射光线射向光屏，学生在调整如何让反射光线投射到光屏的过程中，再次理解了反射光线与入射光线在同一平面内的结论。再将光屏安装在二号位置，在不改变平面镜的前提下，如何让反射光线投射到光屏上？这一问题激发了学生的发散思维，学生通过不断尝试，最终在一号位置添加一面镜子，实现了光路的改变，从而理解了二次反射光的传播路径。此时将光屏换成另一颜色的激光笔，如
图6所示，两种颜色激光重合。这一直观现象演示了光路的可逆性，学生据此理解了教材中借助两面镜子可以看到自己后脑勺的实验原理。再次将光屏安装在三号位置，调整平面镜角度，使其反射光线再次投射到光屏上，这便是潜望镜的工作原理。学生直观感受何为光路可逆后，充分理解了二次反射的行进路线，就能解释常见的生活现象，从而突破了教学难点。
3.6 演示光的色散
该教具还可以演示光的色散现象，只要将三棱镜放在置物台上，复色光经过三棱镜的折射，就能在面板上形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等颜色的光谱现象，即为光的色散。
4 实验教学过程
“光”单元设计了军事夏令营的真实情境，采用任务驱动的形式展开探究活动。通过五大任务串联起整个单元，每个任务都借助“光”演示器教具，有效达成了各环节的教学目标。
【任务一】在射击训练时，教官要求学生的眼睛、准星和靶子在一条直线上，这是为什么呢？
设计意图：学生对射击并不陌生，有一定的经验，但学生并不清楚其中的科学道理。通过问题“眼睛、准星和靶子为什么需要在一条直线上”引发学生思考，据此学生提出问题，设计实验方案并进行探究，即借助“光”演示器教具探究光的直线传播。
【任务二】如果在眼睛、准星、靶子的任意两个位置中间设置挡板，那么会发生什么现象？
设计意图：学生知道光沿直线传播，如果光在行进过程中遇到障碍物会怎样呢？结合问题形成任务，引导学生认识光的反射现象，并借助自制教具探究光的反射规律，同时教具上精准的刻度为学生初中阶段探究光的反射定律打下了基础。
【任务三】靶子并不发光，但我们却可以看得到，为什么呢？一般物体能不能反射光？
设计意图：更换不同的物体，让学生观察实验现象，思考一般物体能不能反射光。而“光”演示器教具提供了不同的反射物体，学生即可探究并得出结论：之所以能看到不发光的物体，是因为物体反射的光线进入了我们的眼睛。
【任务四】在军事演习中，战壕里的士兵如何观察对面的情况？
设计意图：此情境借问题驱动，引发学生理解光路可逆，从而让学生知道生活中通过两面镜子能看到自己后脑勺的实验原理，以及潜望镜的原理，以提升学生学以致用的能力。
【任务五】在军事演习中突下大雨，雨后天空中出现了美丽的彩虹，彩虹有什么秘密？
设计意图：本任务驱动学生探究彩虹的秘密，即光的色散现象，而学生需要在课后通过“制作”彩虹加深对色散现象的认识。
5 实验效果分析
5.1 立足单元整体教学，发展学生的科学素养
“光”演示器融入整个单元的核心内容之中，践行了大单元整体教学的理念。通过整体性、系统性的单元设计，帮助学生在整体上建构知识，避免碎片式学习，符合《新课标》的要求。
该教具能呈现光的直线传播、光的反射、二次反射、光路可逆、潜望镜的秘密以及光的色散等探究实验，实验现象形象直观。将其用于教学，学生经历了观察、分析、推理的探究过程，突破了本单元的教学重难点，达成《新课标》中的学业要求（能分析光的行进路线及反射现象），发展了学生的科学素养。
5.2 进阶式学习，助力实验教学的中小衔接
从光的直线传播到光的反射再到散射，从平面镜的反射到一般物体的反射，从一次反射到二次反射，学生的认知呈进阶式发展。在小学阶段，学生对光有了整体且充分的探究，精准的刻度实现了量化分析，这就为初中阶段继续学习反射定律、平面镜成像特点等知识打下了坚实的基础。在此过程中，学生的科学思维随着探究活动的层层深入而逐级生长并向纵深发展
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6 结语
光，既是人类生活中最为常见、联系最为紧密的物质之一，也是整个科学史上最难研究的物质之一。科学家从未停歇对光学探究的脚步，从古代的透镜聚光到现代的光量子理论，无疑是一段极其漫长而精彩的科学史。
基于对该段科学史的敬意和对光学研究的热爱，笔者设计制作了“光”演示器装置。该自制教具所用材料轻便，易于获取，且通过该教具改进实验，可以有效激发学生的探究热情，并促使学生深度学习，既实现了单元整体教学设计，又衔接了初中阶段的学习，提升了学生的创造思维能力和科学探究能力，助力学生成为有理想、有本领、有担当的时代新人。
淄博市教育科学规划专项课题“区域中小学科学实验教学衔接研究”(2024ZJZX014)
京公网安备11010202008535号
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