小學(xué)科學(xué)“潛望鏡的秘密”探究式教學(xué)案例——基于STEM理念的制作與實踐一、引言潛望鏡是小學(xué)科學(xué)“光的反射”單元的核心探究項目，其設(shè)計與制作融合了科學(xué)（光的反射原理）、技術(shù)（結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝）、工程（問題解決與優(yōu)化）、數(shù)學(xué)（角度測量與比例）的STEM教育理念。本節(jié)課以“潛水員如何在水下觀察水面”為真實情境，引導(dǎo)學(xué)生通過“猜想—實驗—制作—改進(jìn)”的探究流程，自主構(gòu)建光的反射知識，提升動手實踐與創(chuàng)新思維能力。本案例符合《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中“物質(zhì)科學(xué)”領(lǐng)域“光的傳播與反射”的學(xué)習(xí)要求，旨在讓學(xué)生“通過制作潛望鏡，理解光的反射在生活中的應(yīng)用”，同時培養(yǎng)“用科學(xué)知識解決實際問題”的核心素養(yǎng)。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能（1）理解潛望鏡的工作原理（光的兩次反射）；（2）掌握潛望鏡的基本結(jié)構(gòu)（兩個平行的45°平面鏡、管狀外殼）；（3）學(xué)會用常見材料制作簡易潛望鏡。2.過程與方法（1）通過“光的反射實驗”，歸納反射規(guī)律（入射角=反射角）；（2）通過“模型拆解”，分析潛望鏡的結(jié)構(gòu)邏輯；（3）通過“制作—調(diào)試—改進(jìn)”流程，提升工程設(shè)計與問題解決能力。3.情感態(tài)度與價值觀（1）感受科學(xué)技術(shù)對生活的影響（如潛水艇、監(jiān)控設(shè)備中的潛望鏡應(yīng)用）；（2）培養(yǎng)合作探究、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度；（3）激發(fā)對“光的應(yīng)用”的好奇心與創(chuàng)新欲望。三、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點（1）光的反射原理在潛望鏡中的應(yīng)用；（2）潛望鏡的規(guī)范制作步驟。2.教學(xué)難點（1）調(diào)整平面鏡的角度（45°）與平行度；（2）解決制作中“成像模糊”“方向顛倒”等問題。四、教學(xué)準(zhǔn)備1.教師材料（1）潛望鏡實物模型（成品與拆解件）；（2）多媒體課件（含潛水艇潛望鏡視頻、光的反射動畫、制作步驟演示）；（3）光的反射實驗套裝（手電筒、平面鏡、白紙、量角器）。2.學(xué)生材料（每組）（1）結(jié)構(gòu)材料：硬紙板（厚度2-3mm）、PVC小管（可選，替代硬紙板）；（2）功能材料：平面鏡（2塊，尺寸與管內(nèi)徑匹配）、雙面膠、熱熔膠槍（教師協(xié)助使用）；（3）工具：剪刀、直尺、鉛筆、量角器、砂紙（打磨硬紙板邊角）。五、教學(xué)過程設(shè)計（一）情境導(dǎo)入：問題引發(fā)興趣（5分鐘）教師活動：播放潛水艇在水下航行的視頻，暫停在“潛望鏡伸出水面”的畫面，提問：“潛水員在水下看不到水面，他們是怎么觀察水面情況的？”“你見過類似的工具嗎？（如商場監(jiān)控的旋轉(zhuǎn)鏡頭、戰(zhàn)壕中的觀察鏡）”學(xué)生活動：結(jié)合生活經(jīng)驗回答，教師引出“潛望鏡”主題，展示實物模型，引導(dǎo)學(xué)生觀察：“潛望鏡的外殼是什么形狀？里面有什么？”（二）探究新知：光的反射與潛望鏡結(jié)構(gòu)（15分鐘）1.實驗1：光的反射規(guī)律（8分鐘）教師活動：演示光的反射實驗：用手電筒照射平面鏡，在白紙上標(biāo)記入射光線與反射光線的路徑，用量角器測量入射角（入射光線與法線的夾角）和反射角（反射光線與法線的夾角）。提問：“這兩個角度有什么關(guān)系？”學(xué)生活動：分組重復(fù)實驗，記錄數(shù)據(jù)（如入射角30°，反射角30°；入射角45°，反射角45°），歸納結(jié)論：入射角等于反射角。2.實驗2：潛望鏡的光線路徑（7分鐘）教師活動：展示潛望鏡拆解模型（兩個45°平面鏡），用激光筆模擬光線傳播：“光線從潛望鏡入口進(jìn)入，碰到第一個平面鏡反射，再碰到第二個平面鏡反射，最后進(jìn)入眼睛?！币龑?dǎo)學(xué)生畫出光線路徑，標(biāo)注角度（兩個平面鏡均與水平面成45°，且平行）。學(xué)生活動：分組畫圖，討論“如果平面鏡角度不是45°，會發(fā)生什么？（如成像偏高或偏低）”“如果兩個平面鏡不平行，會發(fā)生什么？（如成像扭曲）”。（三）制作實踐：簡易潛望鏡制作（20分鐘）教師活動：播放制作步驟演示視頻（慢動作），強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵要點：硬紙板管的尺寸：入口管與出口管直徑相同（如8cm×8cm），長度根據(jù)材料調(diào)整（如入口管長15cm，出口管長10cm）；平面鏡的固定：用雙面膠或熱熔膠將平面鏡粘在管的拐角處，確保與管的側(cè)壁成45°（用量角器測量）；管的連接：將兩個管的一端剪成斜角（45°），對齊粘貼，形成“Z”字形結(jié)構(gòu)。學(xué)生活動：分組制作，教師巡回指導(dǎo)，解決常見問題：問題1：硬紙板裁剪不整齊→用直尺輔助，剪刀沿直線緩慢裁剪；問題2：平面鏡角度偏差→用鉛筆在管內(nèi)壁畫45°線，沿線條粘貼；問題3：管連接不牢固→用熱熔膠槍加固（教師協(xié)助）。制作步驟（學(xué)生手冊）：1.畫圖紙：用直尺在硬紙板上畫兩個長方形（入口管：15cm×8cm；出口管：10cm×8cm），在每個長方形的一端畫45°斜角（用于連接）；2.裁剪：用剪刀沿線條裁剪，將長方形折疊成管狀，用雙面膠粘貼固定；3.裝平面鏡：在每個管的斜角端，用雙面膠固定平面鏡（鏡面朝向管內(nèi)部，與管側(cè)壁成45°）；4.連接管：將兩個管的斜角端對齊，用熱熔膠粘貼，形成“Z”字形潛望鏡；5.調(diào)試：用潛望鏡觀察窗外的物體，調(diào)整平面鏡角度，直到成像清晰。（四）展示評價：作品交流與改進(jìn)（8分鐘）教師活動：組織“潛望鏡展示會”，要求每組介紹：制作過程中遇到的問題及解決方法；潛望鏡的特點（如“我們用了PVC管，更結(jié)實”“我們給潛望鏡貼了貼紙，更漂亮”）；對自己作品的滿意度（如“成像很清晰，但管有點軟”）。學(xué)生活動：分組展示，互評作品，教師用“星級評價表”（見表1）記錄評價結(jié)果。表1潛望鏡作品星級評價表評價維度評價標(biāo)準(zhǔn)星級（1-5星）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性管連接牢固，無松動成像清晰度能清晰觀察到物體，無模糊或扭曲角度準(zhǔn)確性平面鏡與水平面成45°，且平行創(chuàng)意設(shè)計材料改造（如用飲料瓶代替硬紙板）、裝飾（如貼畫）（五）拓展延伸：創(chuàng)新與應(yīng)用（5分鐘）教師活動：提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：“潛望鏡能不能做得更長？需要注意什么？（如光線衰減，需要更亮的環(huán)境）”“有沒有辦法讓潛望鏡能旋轉(zhuǎn)？（如在兩個管之間加一個旋轉(zhuǎn)接頭）”“生活中還有哪些地方用到了光的反射？（如鏡子、汽車后視鏡、太陽能熱水器）”學(xué)生活動：分組討論，設(shè)計“未來潛望鏡”方案（如“可以折疊的潛望鏡”“帶攝像頭的潛望鏡”），畫設(shè)計圖。六、教學(xué)反思1.成功之處（1）探究式教學(xué)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律：通過“實驗—歸納—制作”流程，讓學(xué)生主動構(gòu)建光的反射知識，避免“填鴨式”教學(xué)；（2）STEM理念滲透到位：制作過程中融合了科學(xué)（原理）、技術(shù)（工具使用）、工程（結(jié)構(gòu)設(shè)計）、數(shù)學(xué)（角度測量），提升了學(xué)生的綜合能力；（3）材料選擇貼近生活：硬紙板、平面鏡等材料容易獲取，降低了制作難度，讓每個學(xué)生都能參與。2.改進(jìn)方向（1）部分學(xué)生對平面鏡角度的調(diào)整掌握不好，需增加“角度測量”的專項練習(xí)（如用硬紙板做一個45°的模板，幫助學(xué)生快速定位）；（2）熱熔膠槍的使用存在安全隱患，可改用更安全的膠水（如白膠），但干燥時間較長，需提前準(zhǔn)備；（3）拓展延伸部分可增加“實際應(yīng)用”環(huán)節(jié)（如用潛望鏡觀察花壇里的昆蟲），讓學(xué)生感受制作的實用價值。七、附錄：學(xué)生作品示例（1）硬紙板潛望鏡：用彩色硬紙板制作，入口管長15cm，出口管長10cm，平面鏡用雙面膠固定，成像清晰；（2）飲料瓶潛望鏡：用兩個礦泉水瓶（剪掉底部）連接，平面鏡粘在瓶的拐角處，外觀