小小發明家系列課講義光學模塊第一講：光控燈一、課程目標知識學習目標：1.重點掌握光的直線傳播的傳播規律：光在同種均勻介質中是沿直線傳播的；2.重點了解光控燈的工作原理通過光敏傳感器感受光照強度并傳遞相應電信號，從而控制燈的明滅；3.一般了解光速、光年相關知識；4.一般了解光源及其定義。探究學習目標：1.通過墨子發現光的直線傳播的故事激發學生對科學知識的興趣，更好的掌握和理解光的直線傳播的規律。2.通過視頻引入光的概念，用類比的方式使學生更好的理解光速等相關知識。3.通過光的傳播實驗演示和互動參與激發學生主動思考和探索，體驗科學的樂趣。火星盒子制作目標：1.觀察和認識光控燈的組成部分和主要元件2.在教師指導下動手組裝完成光控燈制作3.學會光控燈的使用方法和生活應用場景二、課堂組織形式1.組織開放式問題討論2.問答式課堂互動3.隨堂趣味測試題4.融入趣味故事講解5.設計互動探究實驗6.火星盒子制作演示和指導7.課后習題鞏固三、課堂準備名稱內容來源備注1PPT課件課程全流程演示文稿火星人課件2組裝制作說明視頻組裝制作光控燈的說明視頻火星人備課視頻組裝流程視頻說明3互動實驗教具“光在氣體中傳播：激光筆、噴壺、水“光在液體中傳播：激光筆、水槽（或者方形透明容器、黑卡紙“光在固體中傳播：激光筆、玻璃磚、黑卡紙“小孔成“紙杯蠟燭大頭針橡皮筋、保鮮袋（或半透明紙）（選做“日食月食演示實驗一個強光手電筒（單光源，一個支架，兩個大小不通過的不透光球需教師自己準備（詳細方法參考火星人備課視頻）1.303激光筆為火星教具/教師自行采購準備（使用方法參考火星人備課視頻可選如無此設備可自行采購選用類似其他設備代替。2.驗“光在液體中傳播實驗需要牛奶是因為需要有丁達爾效應才能夠更好的看清光路可以用別的東西代替牛奶有相同效果即可3.“日食月食演示實驗選做也可用手電筒乒乓球氣球等代替，進行實驗。4學生組裝器材及工具火星盒子——光控（每人一套螺絲（每人一套）火星盒子需按學生數量在商城訂購；螺絲刀需根據學生數量由教師提前準備。注意事項：火星盒子和螺絲刀提前收好，需要在理論講解之后，也就是上課流程第6步動手制作（見下文）時再發給學生，如果在課前即擺在學生面前，會極大分散學生的注意力，不利于理論知識講解和課堂互動。5課后習題考核本科學習知識點，客觀題+主觀題本講義最后部分四、詳細上課流程本節課括課熱和7步具體：（首先通火星講解課的故景。（通過提及知譜講解式回節內容。（）第-5步為論講解時長需在5分鐘內，過夜景頻引源的知，通驗探究點知的傳播規律（光在同種均勻介質中是沿直線傳播的，并教授學生用這一規律解釋生活中的現象，同時了解光速光年等知學光燈原（通光傳感（感光強度并遞相信號的器受光的弱控的亮滅）（）第6步為動手操組裝光控燈需教導、維秩序證安全時長在-5分鐘。（）第7步為總結，長為0鐘。（）第8步為作業布，把內容延到生。（總時長為120分鐘，預留5-10分鐘休息時間）上課步驟主要內容注意事項【課堂預熱自我介紹+背景引入【對應PPT】火星來信【時長】2min【新學員介紹】如果不是首節課，則不需要完全進行，重點介紹新學員與老學員互相認識，快速融入班級【情景引入【故事上次我們星球受到攻擊以后電力系統已經修好啦~自從上次的危機以后我們的星球非常的在意能源的節約所以我們現在都在節約用電，不知道你們地球是不是這樣呢？我現在已經和爸爸媽媽分屋子睡了，可是晚上黑漆漆的我超級害怕啊，地球小伙伴你們有什么辦法能幫幫我嗎？【銜接話術】小朋友們咱們是不是也有節約用電啊，你們晚上一個人睡怕黑怎么辦？想想我們之前的作品有能夠幫助他的嗎？有小朋友想到了我們之前做的聲控燈，那是用聲音控制的，但是睡覺的時候都沒聲音啊，這個聲控燈也不會亮起來，還是漆黑一片，非常害（1）不要在課程開始時發給學生盒子器材，會分散學生注意力。（2初步認識產生基本信任感，減少緊張和陌生情緒。怕。你們知不知道有一種節能小夜燈，非常省電，并且他有一個特殊技能，只有天黑了才會亮的，天亮了就自動關了。都不需要開關控制，如果有了這個小火星就不用害怕了，你們知道這種東西是什么嗎？這個東西就是光控燈，用光就能控制的燈，是不是很神奇？那我們今天就一起來學一學這個神奇的光控燈和無處不在的光。【第1步】什么是光源及光源的分類【對應PPT“光是來的？”部分【時長】5in【銜接話術】老師最近看到一段夜景視頻，我覺得很好看，分享給大家（觀看夜景視頻）【提問】視頻中的燈光特別絢麗，還有太陽落山的場景，那么在我們的生活中都有什么光呢，哪里能發出光呢？通過視頻引入光、光源知識【銜接話術】電燈太陽都能發出光，那么這些東西能不能發光呢？（播放PPT，展示不的發光物體）【講解】太陽會帶來光，夜晚的城市也會有光，手機屏幕會發光，螢火蟲也會發光，這些都是光。因為這些東西都是自己在發光，所以他們有一個統一的名字，在他們正在發光時候，我們叫他光源。那么，手機屏幕熄滅的時候那他就不是一個光源啦。【總結】正在發光的物體叫做光源【提問】講到這里是不是覺得和聲源特別像？那么還有小朋友記得在講解光源時可以和聲源聯系一下什么是聲源嗎？【講解】非常棒，正在發出聲音的物體叫做聲源。【講解】我們看到展示的這些光里面，有些光是大自然發出的，有些光是我們創造出來的。大自然發出的光叫做自然光源，人類創造出來的光叫做人造光源。【隨堂小測試那么小問題來啦下面這些東西里面哪些是光源？【講解】月亮不是光源，月亮本身是不會發光的，是因為太陽光的關系才會亮起來的；沒有打開的燈不是正在發光的物體，所以不是光源；正在發光的激光筆是光源。【第2步】光的傳播規律【對應PPT“光是么傳播的？”部分【時長】35in1、探究光的傳播規律【銜接話術】那么各種各樣的光都在我們的生活中，當我在教室里面開一盞燈時，整個教室都亮起來了，而不是只有燈所在的位置會亮起來那光是怎么跑的呢？我們接下去就研究一下光是怎么傳播的還記得嗎？在研究聲音傳播的過程中我們分了四種情況去研究，分別是固液氣和真空中。【提問那么你們還記得聲音能夠在哪傳播？不能在哪傳播呢？通過拋出的問題與聲學中聲音的傳播進行聯系引出對光的傳播規律的探究。實驗注意：實驗一：用激光筆直接照射空氣中看到的【講解】聲音在固液氣中傳播，不能再真空中傳播，我們將能夠傳播聲音的固體液體氣體統一叫做介質。【銜接話術小朋友們你們都掌握的特別好那我現在有一個激光筆，他就可以幫我們研究一下光的傳播但是注意不可以拿著激光筆照射別人更不能照射別人的眼睛。【實驗/游戲】實驗一：光在空氣中傳播實驗材料：激光筆、噴壺、水、實驗步驟用裝有水的噴壺向空氣中噴一些水然后用激光照射，觀察光是怎么傳播的。【實驗/游戲】實驗二：光在液體中傳播實驗材料激光筆方形水杯或者水槽水黑卡紙、實驗步驟在試管中倒入清水滴入兩滴牛奶在試管后面放上一張黑卡紙從試管的一側照射觀察光是怎么傳播的【實驗/游戲】實驗三：光在固體中傳播實驗材料：激光筆、玻璃磚、黑卡紙光路不清晰當空氣中有水霧或者有灰塵時我們都可以看到光路因為光射到懸浮的小顆粒上產生漫反射．實驗二用試管做實驗可以給小朋友相互傳著看，讓學生參與實驗。注意：1、在光在水和玻璃磚中傳播時候在側面觀察會發生折射現象可以給學生提一下光在一個介質中傳播時直線的本節課不涉及折射知識，會在接下去的課程里詳細講解。2、如果是晚上上課的話，就可以關燈來查看光路不需要噴壺黑卡紙等。實驗步驟在玻璃磚的后面放上一張黑卡紙從玻璃磚的一側用激光筆照射，觀察光是怎么傳播的【總結光是在氣體液體固體中都是沿直線傳播的。那么我們同樣把能夠讓光傳播的東西叫做介質。那老師還要告訴大家一件事情就是我們剛才做實驗用到的實驗材料都是均勻的其實呢光在均勻的介質中才會直線傳播的。【提問】那么真空呢？光能在真空中傳播嗎？【講解肯定是可以的啦因為太陽光會照在地球上呀如果他不能夠在真空中傳播的話我們的地球就全是黑的了。3、注意在實驗中不要讓學生拿著激光筆照射別人尤其是不能照射眼睛。激光實驗可以帶護目鏡。實驗中需要讓學生自己總結實驗現象和結論，老師起引導作用。2、生活中光沿直線傳播的現象【銜接話術正是因為光可以在宇宙中跑才有了很多天文現象，小朋友們你們知道日食和月食嗎？【提問你們知道日食和月食是怎么形成的嗎（播放PPT）【講解】日食和月食的形成就是因為光沿直線傳播，在天體運動的過程中有些天體把光擋住了這樣我（選做“日食月食演示實驗一個乒乓球，兩個大小不同的玻璃球一個支架手電加深學生對于日食月食的理解。們的眼睛就看不見了。月亮轉到了太陽和地球的中間月亮擋住了太陽射向地球的光所以形成了日食。地球轉到了太陽和月球中間地球擋住了的太陽射向月球的光，就形成了月食。【實驗/游戲】日食月食演示實驗（選做）實驗材料：強光手電筒、支架、兩個大小不同的球實驗過程將手電筒球依此在支架上擺好手電筒照射球，模擬日食和月食，觀察陰影情況。【銜接話術】生活中也有光沿直線傳播的小例子。【講解影子就是光沿直線傳播人把光擋住了這樣就形成了影子。3、小孔成像【銜接話術】那么我們現在發現光是沿直線傳播的，生活中的很多現象都是由于光沿直線傳播導致的我們的影子就是這樣手影和影子都是正著的你見過倒立的影子嗎？【實驗/游戲】實驗六：小孔成像實驗材料紙杯蠟燭大頭針橡皮筋保鮮（或半透明紙）實驗步驟：1、在紙杯底部扎一個小孔，將紙杯開處扎上一層保鮮袋。2、點燃蠟燭。3、將紙杯下小孔對準蠟燭，移動紙杯，觀察在保鮮袋上的蠟燭成像。【總結】蠟燭成像是倒立的像【銜接話術其實在兩千多年前中國古代已經有人發現了這個現象，那么這個人是誰呢？他就是墨子。【故事墨子和他的學生做了世界上第一個小孔成倒像的實驗，他們是怎么做的呢?在一間黑暗屋子朝陽的墻上開一個小孔人站在屋外屋里相對的墻上就會出現一個倒立的人影墨子解釋光通過小孔就像射箭一樣是直線行進的，人的頭部遮住了上面的光，人的腳遮住了下面的光，然后就形成了一個倒立的像。這是對光直線傳播的第一次科學解釋。【講解】小孔成像原理【總結光能把屋子照亮因為我們的光是發散的燈光再加上光在空氣中是沿著傳播的所以打開開關我們的房間會亮起來。【第3步】光速【對應PPT“光跑的多快”部分【時長】10in【銜接話術】可是每次打開燈的時候好像在我按開關的一瞬間整個屋子就亮了即使是一個特別大的博物館這個博物館有10個教室那么大，工作人員一開燈，屋子瞬間就全亮了，那在開關按下去之后到底經過了多久屋子才亮的呢？是不是不管多大的屋子都會瞬間點亮？光有沒有速度呢？到底多大的屋子我們才能看到屋子是一點一點亮起來的呢？用對比的形式講解光的傳播速度，【銜接話術】想知道光照亮屋子用了多久首先要知道光的速度，那還記得聲音的速度嗎？【提問】聲速是多少？【講解】聲音的傳播速度是340米/秒。【提問】他已經傳播的很快了，那么光會比他快還是比他慢呢？【講解光的速度要更快如果我們和聲音比賽繞地球一圈誰更快按照人類短跑的最快紀錄，需要不間斷地跑45天才能繞地球一圈。如果我們坐上交通工具選擇最快的方法坐飛機也要50個小時才能繞地球一圈。就算是速度非常快的人造衛星，也需要一個半小時才能繞地球一圈。【講解那我們有這么多快速的工具如果和光賽跑有沒有勝算呢？很遺憾，我們的速度在光面前和蝸牛差不多，光一秒鐘可以跑3億米，一秒鐘就可以繞地球七圈半。【講解】那我們要是想建一個一秒鐘才能點亮的房子，那大概需要建成20多個地球那大。【課堂小測試【提問光跑的很快聲音也跑的非常快那么雷雨天，先聽到雷聲還是先看到閃電？【講解】先看到閃電，因為光速比聲速快。【第4步】光年【對應PPT“光年什么”部分【時長】5min【銜接話術】光一秒鐘可以跑這么遠，那么有沒有光需要走很久才能到的地方呢？大家猜一猜太陽光從太陽上走到地球用了多久？【講解】那么太陽光點亮地球用了多久呢？8分20秒，也就是說我們看到的太陽其實是8分鐘以前的太陽，如果有一天太陽爆炸了，我們也要經過8分鐘之后才能看見。原來宇宙中有些地方還是很遠的，即使是光想去一下其他星球也需要跑很長時間。【講解】那么有沒有光一年都跑不到的地方呢？我們猜一下離我們更遠一些的北斗七星都離我們多遠吧。如果光從北斗七星出發，經過78到14年才能達地球那這個地方離我們到底有多遠呢？如果讓光在宇宙中跑上一年的話他就能跑940000萬千米，實在是太遠了，要是這么去計算北斗七星到地球的距離會累死的，所以我們給他起個簡單點的名字，我們管光在真空中走一年的距離叫做光年現在我們就可以把北斗七星和地球的距離寫成8到24光年了，就變得非常簡單了【第5步】光控燈的原理【對應PPT“光控是怎么工作的？”部分【時長】10min【提問】小朋友們你們有沒有觀察過，天黑了路燈就會亮，當天亮了燈就關了，是有人每天晚上值班嗎？每天按時去關閉和打開路燈的開關？【講解】有一些燈是用光去控制的，當白天了就會自動關掉，夜晚就會打開，是用光控制的燈。我們在聲控燈那節課講了，聲控燈是有聲音傳感器的，是用來感受聲音大小的。那么光控燈呢？會不會有一個感受光的東西呢？他確實有一個可以感受光的東西，這個東西就是光敏傳感器。光敏傳感器就是一個隨著光亮暗改變自身大小的東西，那么當光線變強時，他就會變化然后控制電路會讓小燈滅提問，引出光控燈掉起來；當光變暗時，他會控制電路會讓小燈亮起來。【講解】在生活中還有光控小夜燈等，晚上就會亮起來，白天會自動關閉。【第6步】動手制作光控燈【對應PPT“開始手制作啦”部分【視頻輔導】此時可以播放/暫停組裝說明視頻作為指導。【時長】40-0min①指導學生打開包裝盒，將零件分類擺放整齊在自己前方桌面上。（1）物品擺放不要太靠近自己的身體，否則容易掉在地上.（2）螺絲釘長短不一，要分開放置為避免散亂和掉落也可把螺絲和墊片一直放在袋子內。②講解各元器件的形狀和功能，主要的元器件如下：a.光敏傳感器：感受環境光的強弱1.講解主要元器件時講解光控燈的工作過程:講解主要元器件時講解光控燈的工作過程:光敏傳感器檢測到環境光的強度，傳遞電信號給ED燈控制燈的亮滅當環境光亮時燈不亮；當環境光暗時，燈點亮。光敏傳感器調節靈敏度：1．在室內光源正常條件下用螺絲刀調節光敏傳感器，使得燈全亮。2．將光敏傳感器向反方向調節，調節到光控燈剛好不亮。此時調節完成將手捂在傳感器上，燈會亮。b.LED燈模塊：接收到電信號以后亮起來。注意講請電路