太阳和影子关系变化演示器

“工欲善其事，必先利其器。”小学科学课程是培养学生动手操作能力、观察能力、思维能力、表达能力和探究能力的重要途径。这就要求我们教师，要为学生自己动手动脑亲历科学探究过程提供必要的时间、空间和材料。但有的时候，学校里的实验器材和教具不能满足这种需要！这就要求我们教师要开动脑筋，利用生活中的易得材料自制教具进行实验。如在讲小学科学中《太阳和影子》一课时，其中有一个实验是探究太阳位置变化和影子的关系，我利用手电筒、KT 板、量角器等材料，制作了“模拟天空”，有效地辅助了课堂教学。

一、项目的科学原理

1.在日常生活中，我们可将太阳光视为平行光，所以我们可以选择能发出近似平行光的手电筒来模拟太阳。

2.以北纬40°地区“二分二至”（“二分二至”是指春分、秋分、夏至、冬至，是中国传统历法中“二十四节气”中的四个节气）日太阳的高度直射角（冬至26.5°、春分和秋分50°、夏至73.5°），确定模拟太阳的轨道，轨道的弧度可以根据需要进行角度大小的调整。

3.根据一般辨别法“上北下南左西右东”确定方位，模拟画出大约早晨7：00、中午12：00、下午5：00太阳的位置，通过轨道移动模拟太阳照射物体，由此来观察太阳和影子的关系。

二、项目的教学用途与用法

（一）教学用途。

1.帮助学生认识“一天中影子的变化与太阳的运动关系”，让他们学会利用太阳和影子辨认方向。

2.直观地向学生展示“一年四季太阳位置变化和影子的关系”，帮助学生了解一年四季太阳和影子的变化规律。

（二）用法。

1.实验一：探究一天中太阳位置变化和影子的关系。

（1）实验时，一个同学负责移动模拟太阳（手电筒）到三个固定的位置：上午7：00，中午12：00，下午5：00。另外一个同学负责在实验记录单上分别画出观测物体的影子，移动一个位置，画一次（见图1）。

图1

（2）实验结束，通过观察实验记录单上不同时间物体影子的长短，得出实验结论：太阳的位置和影子的方向相反；早晚影子长，中午影子短。

【说明】实验时，实验记录单可以套在观测物体上，实验结束后可以取下来，方便学生观察。

2.实验二：探究一年四季太阳位置变化和影子的关系。

以北纬40°地区“二分二至”日正午太阳下的物体影子为观测对象。

（1）实验时，一个同学负责调整“二分二至”日太阳的高度直射角：冬至26.5、春分和秋分50°、夏至73.5°。另外一个同学负责在实验记录单上分别画出观测物体的影子，移动一个位置，画一次（见图2）。

（2）实验结束，通过观察实验记录单上不同时间物体影子的长短，得出实验结论：一年四季，同一地点物体的影子夏至最短，春分和秋分较长，冬至最长。

图2

三、在现有教具基础上的改进点和创新点

1.改进点。

“模拟天空”设定三个固定的位置：上午7：00，中午12：00（见图3），下午5：00。学生沿着固定的轨道滑动手电筒，模拟太阳的东升西落，有利于帮助学生进行有针对性的观察，并总结出正确的实验结论。

2.创新点。

在“探究一年四季太阳位置变化和影子的关系”实验中，以北纬40°地区“二分二至”日正午太阳下的物体影子为观测对象，学生可以随意调整“二分二至”日太阳的高度直射角，按照冬至26.5°、春分和秋分50°、夏至73.5°的太阳高度直射角（见图4），观察同一物体在不同季节的同一时间太阳和影子的关系，把长时间的观察才能看到的实验现象，瞬间呈现出来。

图3

图4

四、项目的其他介绍

“模拟天空”实验器材的开发，不仅有效解决了长时间的观察问题，而且在小组合作的过程中，学生们既轻松地掌握了一天中、一年中太阳位置变化引起影子变化的情况，又培养了他们的合作意识，从而给学生们提供了个性发展的空间。