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对《月相变化》模拟实验的探索泸州市纳溪教育网
对《月相变化》模拟实验的探索
泸州市纳溪区教研培训中心熊宾业
关键词:
月相变化;模拟实验;空间想象能力;新方法
《月相变化》是小学科学的教学难点之一,各地学校的教学效果也不是很理想。
甚至许多高中学生对月相变化的规律也仍感迷惑。
究其原因,有如下几个方面:
其一是《月相变化》的内容有难度:
太阳、地球、月球是在宏大的三维立体空间运行,观察者处于地球上某一微观位置,连续观察几小时也只能观察到月球运行的某一小段轨迹和模样。
需建造模型来模拟它的运行过程,以便于从宏观上观察和把握。
其二,模拟实验的过程中,要涉及阳光照射过来的方向、涉及东西方向、月相亮面的左右方向等。
而东西方向随地球不停旋转,左右方向由人面对的方向决定。
多个方向概念汇集于同一平面时,不易理解和把握。
其三是小学六年级学生的空间思维能力,抽象思维能力还处于发展过程中,学生很难把模型上所见的多幅月相图转换成纸上的月相图,即把上半月和下半月的月相图合成在同一张平面图上。
(模型上的月相是在三维空间中,纸上月相图在二维空间里)。
空间能力:
能将三维空间结构与二维空间的切面相互转换,并且能够辨识物体结构方向转变的能力。
把三维空间多个截面转化为二维空间的合成图是大步的抽象化(立体转平面),需较强的空间想象能力。
这是学生建构月相变化的相关概念需跨越的障碍。
1、《月相变化》的教学难点及常见处理模式的缺陷
《月相变化》的教学难点,是模拟实验的过程中,怎样把从三维空间获得月相图,在二维平面得到正确的呈现和解释。
图
(一)是一个月的月相照片在二维平面的呈现,农历上半月月相亮面向西,下半月月相亮面向东。
阳光从西面照射过来。
这是把三维空间中获得月相图,呈现在二维平面中。
图
(一)
(一)、下面,我们来分析图
(二)(是模拟实验得的月相图,呈现在黑板上),是各个地方学校《月相变化》教学中常见处理方式。
图
(二)
这是很多课中模拟实验后呈现在黑板上的月相图。
内圈的月相图,是从宇宙空间观察太阳、地球、月球运行图(观察点是垂直于月球运行轨道所在的平面上空),月球亮面都对着阳光来的方向,月球都被照亮一半。
外圈的月相图,是学生们经过模拟实验亲手画下,又贴上去的。
阳光从西边照射过来,农历上半月月相亮面向西,下半月月相亮面向东。
在这张平面图中,下半月月相亮面背对阳光,但学生们都知道,月球亮面一定是迎对阳光的,月相图的贴法有错吗?
这几张图是学生们经过模拟实验亲手画下,又贴上去的。
问题出在哪里呢?
原因是:
这些月相图在三维空间被画下来,经过空间转换而贴在同一平面上。
在模拟实验中,阳光从西侧照射过来,我们选择下半月二十二或二十三的月相(下弦月),学生画它的时候,它处于教室后方,月球亮面是迎对阳光的,画下图后,再贴到黑板上,就是贴到相反方向,图片转180°,亮面就转到相反的方向上了。
图
(二)的模式,是从模拟实验得到的平面合成图,与图
(一)真实月相照片组合方式一致,是相对较好的处理模式。
这种处理模式的缺陷是——把从三维空间画下的月相图,一下转换(抽象)到二维空间,难度大,坡度陡,学生理解起来较困难,没弄明白在平面图中,下半月月相亮面背对阳光的原因。
许多教师在此处,就意识到很难把下半月月相亮面背对阳光的原因解释明白,就只是要求学生记住上半月月相亮面向西向右,下半月月相亮面向东向左,就完成这一环节的教学。
但学生记住的相关概念不是建立在理解基础之上的,这些概念与学生的最近发展区之间处于排异或不兼容状态。
疑惑仍然还在,月相变化规律的相关概念没有建构起来。
这样的教学困境说明,在生成图
(二)之前,师生尚有一项探究活动要做,需要探寻帮助学生建构相关概念新方法。
(二)、不少教师意识到此处的教学困境,努力探索把从三维空间获得月相图,在二维平面呈现的其它处理模式,另辟蹊径,力图从教学困境中突围。
但这些处理模式各有各的不足,并不比图
(二)处理模式合理。
下面把几种典型处理模式作简要评析。
1、一些教师在引导学生贴月相图时,就横向贴,不出现阳光。
如图(三)。
这就避开了在同一幅图中,下半月月相亮面背对着阳光的矛盾。
但上下半月月相亮面相反的疑惑仍然存在,脱离了教材设计的圆弧状模式,没有把模拟实验过程中,涉及的阳光照射过来的方向、东西方向、月相亮面的左右方向等合成在同一张图上,分拆开后,也不利于学生从整体把握月相变化的规律。
图(三)
2、有的教师把上下半月月相图分开贴,阳光从相反方向照射过来,但模拟实验中,太阳只有一个,现在出现“两个”太阳,太阳“或东或西”,脱离了模拟实验的体验环境,空间上更难感悟,也有困惑。
图(四)
3、部分教师在黑板上,把月相合成图设计成阳光从上方照射下来。
如图(五)
这种处理方式,也存在问题:
(1)、实验时,阳光是“平行”照射的,不是从“上方”照射下来的。
脱离了模拟实验的体验环境。
(2)、除满月外,其它月相图亮面都不是迎对阳光的。
以上弦月为例,亮面变成对着地球,没对着太阳光。
如果亮面变成对着太阳光贴,亮面向上,就不像月亮了。
(3)、没有按教材初始设计的阳光从右侧照射过来建模型——这一模型又与中学“月相变化”所建模型是一致的,改变观察模式对与中学的衔接不利。
图(五)
2、对上述教学难点,探索较有效的解决方式
应对这一教学难点,应充分考虑和照顾到学生的思维能力发展阶段,他们的空间想象能力处于发展中,抽象思维能力尚不能脱离形象,一时无力处理三维空间图象转化成二维空间的抽象过程。
教师应循序渐进,依照学生的思维特点,降低坡度,分步解析,突破难点,在不脱离三维空间的情形下,对月相图进行讨论分析,帮助学生正确建构月相变化的相关概念。
在模拟实验过程中,有一个环节能有效地引导学生正确领悟和认识图
(二)中出现的——下半月月相亮面背对阳光矛盾现象,有利于学生在模拟实验中试着解释月相变化的成因。
假定模拟实验中,阳光从黑板方向照射过来。
第一步:
学生画下的月相图,不要一下贴到正面的黑板上,而是把上半月月相图依次贴到左边的墙上,下半月月相图依次贴到右边的墙上。
(现在很多小学教室左右两侧也安放有黑板。
先置一张横纸条,月相图贴在横幅上,利于整体移动),这样贴,基本保持了月相图在三维空间中的位置,只是把在半圆弧上的月相图作平面处理,空间变换和抽象程度小。
这阶段,所有月相的亮面,不管是上半月的还是下半月的月相,亮面都朝向同一个方向——阳光来的方向。
直观而简明,学生观察和理解都比较容易。
第二步:
引导学生观察讨论月相图的亮面朝向,进而分辨亮面的向左或向右的差别,并在此环境中,让学生明白,观察者在地球上(在教室的中央),上半月观察是向左面看,上半月的月相图亮面向着右手方向;下半月观察是向右看,下半月的月相图亮面向着左手方向。
引导学生概括:
上半月的月相图亮面向右向西,下半月的月相图亮面向左向东;亮面都朝向同一个方向——阳光来的方向。
在三维空间的状况下,学生能领悟和理解月相变化规律,能理解和掌握亮面向右向左和向西向东的问题。
问题在三维空间中先让学生基本解决后,再向二维空间转换。
第三步:
将下半月月相图(整体),从右面墙揭下,贴到左面墙上的月相图下面,这时,下半月月相亮面都是背对阳光射来方向的,亮面与上半月相反。
学生直接观察到下半月月相亮面,怎样从迎对阳光转换成背对阳光的过程学生此时容易理解:
下半月月相图是贴到相反方向,图片转180°,亮面就转到相反的方向上了。
(此步是三维空间中的月相图转化到二维平面了)
第四步:
依次把左右两侧的月相图贴到黑板上,上下半月月相亮面便是相反的。
再把上下半月的月相图贴成图
(二)的模式,这时,学生已能理解为什么在平面图中,下半月月相亮面背对着阳光的原由了。
简而言之,把月相图贴成图
(二)的模式之前,保持月相图在三维空间中的位置,学生就完成对月相变化原理的理解和把握,再把从三维空间画下的月相图,转换(抽象)到二维空间的平面图,并且把转换过程分拆开来,分步还原“下半月的月相”亮面在平面图中背对阳光的生成过程,完成对教学难点的突破和化解。
总之,小学科学的教学,既要重视在教师引导下学生自主探究,也要强调对科学概念的正确理解。
在《月相变化》的模拟实验的过程中,我们要努力探索能更好适应学生思维特点的教学引导方式,提高我们教学的有效性。
2014年5月25日
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