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小学科学六上教科版《设计潜望镜》AI赋能教学设计40分钟课时
本课是小学科学六上教科版《设计潜望镜》AI赋能教学设计40分钟课时，仅供参考！
一、教材分析
本课是光单元的第五课，也是这个单元从认识走向应用的转折。前面四课讲清了光走直线、能穿透、会反射，这一课要用反射去做一件东西。
第 50 页是题图和一段用途说明。题图是一只鱼缸，水里插着一支蓝色的潜望镜，白色的喇叭口贴着水面。说明文字给了三个用途：科研工作者可以用它在地下室里观察火箭的发射，在保护墙内观测有放射性危险的实验；潜艇在水下航行时，人们可以在潜艇里用它观察水面上的情况。这一句里最有分量的是"保护墙内观测有放射性危险的实验"，它把本课的价值观说透了：有些地方人去不了，只好让光替人去。图下半页是一艘潜艇的线图，把水面下的观察和岸上的想象连在一起。
第 51 页是本课的任务。任务原文是：设想一个潜望镜的使用场景，利用光的知识设计并制作一个潜望镜，用它可以清楚地观察外界情况。四个学生气泡给出四个场景，躲藏游戏时观察小伙伴的情况，观察小乌龟进食，游泳时看水面上的风景，检查下水道中的故障。这四个场景不是随便凑的，一个比一个离得远、一个比一个环境难，后面选材料时要靠它们来定。要求三条写得很硬：利用生活中常见的材料，使用生活中常见的工具，能清楚地观察目标物品或现象。最后一段资料讲《淮南万毕术》里那句"取大镜高悬，置水盆于下，则见四邻矣"，指出高处的镜子和低处的水面构成了一种类似潜望镜的平面镜组合，公元前 2 世纪我国已掌握镜面反射的道理并加以利用。这一句把本课的技术放进了两千年的历史里。
第 52 页是设计方案的前两步。第 1 步探索镜片摆放的方法，请学生观察潜望镜的外形，仿照做一个"之"形通道，试一试怎样在两个转角处摆放平面镜。旁边一个提示框给了两条判断方法：从通道一端能看到另一端的物体；手电筒的光能从通道一端射入后，从另一端顺利射出。这两条是可操作、可检验的硬判据，教材没有给角度，角度是要学生自己试出来的。下面四个人讨论的气泡把本课的推理链完整摆出来了：光是沿直线传播的无法拐弯，利用平面镜光可以反射就可以实现拐弯，要拐几次弯呢，潜望镜就是可以让光拐弯的装置。这段对话就是课堂该走的路。第 2 步要求在图中标注镜片摆放情况，说明这样摆放的理由，用直线和箭头标出光的行进路线，图旁留了一句"平面镜摆放成什么角度？"——这是本课留给学生自己填的最后一个空。
第 53 页是后两步。第 3 步根据自制潜望镜的使用场景合理选择材料和工具，照片给出镜片两片、双面胶、纸筒、透明胶带、卡纸、剪刀，气泡提醒不同用处的潜望镜要用不同的材料。第 4 步讨论确定方案，画出潜望镜设计图。记录单四栏：潜望镜用途、制作材料、制作工具、设计图。气泡又提醒一句，记得标出零部件的名称和它们的大小与材质。
这一课不做出实物，只到设计图为止，制作放在下一课。所以本课的边界要守得准：允许用硬纸板折个通道试摆镜片，把角度定下来，不允许做成成品。越界做了，下一课就没有事情可干。
二、学情分析
学生都听说过潜望镜，多半只在潜艇的图片上见过，说不清它为什么能看见，也不知道里面其实只有两片镜子。
学生上一课刚学过反射，能说出光碰到镜子会改变方向，可一落到要拐九十度该斜多少，就只能凭手感猜，说不出凭据。
学生画光路时箭头容易画反，从眼睛出发往外画，因为脑子里想的是自己的视线射出去，而教材要画的恰恰是光怎么走进来。
学生做设计时最先想的是用什么材料好看，很少先想这个潜望镜给谁用、要做多长、镜片要多大，方案和场景常常对不上。
三、教学目标
科学观念：知道潜望镜利用平面镜反射改变光的传播方向；知道要让光拐九十度，镜面必须与光成四十五度；知道两面四十五度的平面镜配合，能让视线方向不变而位置平移一段。
科学思维：能用进来的光和出去的光跟镜面夹角一样大这一条，推出转向九十度时镜面与光成四十五度；能从使用场景倒推出潜望镜的长度、镜片大小和该用的材料。
探究实践：能折出"之"形通道并试摆镜片，用一端看得见另一端和光能从一端射到另一端两条判据确定角度；能在图上用三段直线和箭头画出含两次反射的光路；能画出标有零部件名称、大小、材质的潜望镜设计图。
态度责任：知道潜望镜的意义是让人不必到危险的地方去；愿意按常见材料、常见工具的要求去做，不攀比材料的贵贱。
四、教学重难点
教学重点：通过试摆确定两片平面镜都摆成四十五度，并画出含两次反射的光路。
教学难点：说清四十五度是怎么来的，就是把一百八十度里留出的那个九十度平分；以及说清为什么必须是两片镜子，转两次方向才不变、位置才平移。
五、教学准备
教师准备：可拆的成品潜望镜 1 支（拆开让学生看见里面只有两片镜子）、硬纸板之字形通道示范件 1 个、平面镜 2 面（示范用，约 6 厘米见方）、手电筒 1 只、量角器 1 把、正方形白纸 20 张（折四十五度用）、装水的透明盆 1 只（开场演示用，有条件的用鱼缸）。
小组材料：卡纸 2 张（约 25 厘米×35 厘米，一张折通道、一张做加强条）、平面镜 2 面（约 4 厘米×6 厘米）、双面胶 1 卷、透明胶带 1 卷、白纸筒 1 只（长约 30 厘米、直径约 5 厘米，备用）、手电筒 1 只、量角器 1 把、直尺 1 把、剪刀 1 把、铅笔 1 支、记录单 1 张。
安全与场地：剪刀只按自己手边的方向用，不许举着走动，递剪刀给同学要握住刀刃递柄。镜子边缘可能锋利，拿边不拿镜面，万一破了不要用手捡，用纸包好交给老师。水盆放讲台，不放在学生桌上，防止碰倒。
六、教学方法
任务驱动法、试摆探究法、作图建模法、方案评议法、小组合作学习法。
七、教学过程
▍ 一、聚焦（4 分钟）
教师活动
出示教材第 50 页那张鱼缸照片，读说明文字里的三个用途，重点读这一句，科研工作者可以在保护墙内观测有放射性危险的实验。2. 追问一句：这些地方人为什么不能亲自去？3. 播放 AI 制作的情境动画《鱼缸里的眼睛》。小美想看清鱼缸里那条小鱼，从上面往下看只看见水草和自己的脸，蹲到侧面鱼又躲进水草后面去了。同桌拿来一支蓝色的管子插进水里，眼睛贴上去一看就叫起来，说鱼鳞都数得清。三个人争起来，一个说管子里装了摄像头，一个说里面藏了小灯泡，一个说有块神奇的玻璃能把光吸过来。管子拆开，里面空空的，只有两片小镜子。老师只说一句：管子是空的，能看见，全靠这两片镜子怎么摆。4. 揭题，读教材第 51 页任务，设想一个使用场景，设计并制作一个潜望镜，用它清楚地观察外界情况。5. 读三条要求，用常见材料、用常见工具、要能看清。开启小组 AI 积分。
学生活动
听三个用途时很安静，说到放射性实验有人小声说那不能去。看情境动画笑得很响，猜摄像头的、猜灯泡的各有一半。听到管子里只有两片镜子，不少人不太信。
技术支持
鱼缸照片给足尺寸，白色喇叭口贴着水面那一处要看得清。成品潜望镜放在讲台上，后面拆给学生看。
▍ 二、探索 1（10 分钟）
教师活动
读教材第 52 页第 1 步，观察潜望镜的外形，仿照做一个"之"形通道，试一试怎样在两个转角处摆放平面镜。2. 讲清"之"字形。通道不是一根直管，上下各有一个九十度的转角，所以整条通道弯成"之"字。今天只用卡纸折一个空通道，镜片先不粘，用手扶着试。3. 讲清两条判据，都用教材提示里那两句。第一条，从通道一头能看见另一头的物体。第二条，手电筒的光从一头射进去，能从另一头顺利射出来。两条都过了，才算摆对。4. 各组先只装上面那片镜子，用手电筒从下口往上照，看光能不能从上口出来。5. 讲清这一步最容易走的那条路，就是凭手感猜。学生随手一斜，看见光出来了就算成了，可问他斜了多少度，答不上来。猜出来的角度换一支潜望镜就不管用。6. 讲清怎么算出四十五度，这是本课最要紧的一步。上一课学过，进来的光和镜面夹一个角，出去的光和镜面也夹一个角，两个角一样大。现在要让水平的光变成竖直的光，两段光之间就留出一个九十度的直角。一个平角是一百八十度，减掉中间这九十度，还剩九十度，两边平分，一边四十五度。所以镜面跟光成四十五度，也就是镜面跟通道的边成四十五度。7. 每人发一张正方形白纸，沿对角线对折一次，折出来的那个尖角就是四十五度。把它靠在镜面旁边比一比，看边是不是正好对齐。不用量角器也能验证。8. 装下面那片镜子，同样四十五度，并让两片镜面互相平行。9. 巡视，第 3 组下面那片斜的方向反了，光被折回物镜那一头，上不去，让他们把倾斜方向调成跟上面那片一致，重做。10. 讲清为什么非要两片镜子。拐一次，光的方向就转过九十度，你等于侧着头看，看见的不是原来那个方向。拐两次，第一次把横着走的光送成竖的，第二次再把竖的送回横着走，两次的转向正好相反，抵掉了，光还是朝原来那个方向走，位置却平移了一段。潜望镜的妙处就在这里，方向不变，位置抬高。11. 预设：有学生认为镜子装得越多看得越远。指出镜子不放大也不拉近，它只改变方向；多装几片只会让光更暗、像更歪。12. 打开教师自制的"光在潜望镜里走两趟"AI 虚拟实验，学生拖动两片镜子的角度，屏幕上的光路跟着变，只有两片都接近四十五度时，目镜那个小窗里才出现目标；把一片转到三十度，光就打在管壁上。
学生活动
折通道花了七八分钟，多数组第一次折出来的转角不是九十度，得返工。试摆时凭手感一斜就出光的有好几组，被问是多少度全答不上。用纸角比出四十五度以后，好几个人主动去比另外一组。虚拟实验里把镜子一点点转，看见光路歪出去的瞬间，反应最大。
技术支持
教师先用硬纸板示范件摆一次，从下口照光、从上口看，四个动作一次做给全班看。虚拟实验放在实物之后，把四十五度这条看不见的关系单独摆出来。
▍ 三、探索 2（8 分钟）
教师活动
读教材第 52 页第 2 步，在图中标注镜片的摆放情况，说一说这样摆放的理由，用直线和箭头标出光的行进路线。2. 讲清箭头方向，这一处最容易错。画的是光怎么走，不是眼睛怎么看。光从物体出发，进下口，打到下面那面镜子上，折上去，打到上面那面镜子，再折出来进入眼睛。所以箭头的终点在眼睛那一头。3. 讲清三条直线的规矩。这条路线一共三段直线，两个折点，折点必须落在镜面上。画成一段弧线就把光会拐弯这个错想法又画回去了。4. 各组把光路画在记录单的设计图栏里。5. 巡视，第 6 组把箭头画成从眼睛往外，让他们把笔尖放回物体那一头，重新画一遍。6. 填图上那个空，平面镜摆放成什么角度？答四十五度。要求补一句理由，不能只写一个数字。7. 预设：有学生说角度随便，只要光能出来就行。请他把镜面转到三十度再试一次，光出不来，就明白不是随便。8. 打开本单元一直在用的 AI 光路判读助手，各组拍照上传。这次专查四件事：三段直线画全了没有，两个折点落在镜面上没有，箭头是不是指向眼睛，两片镜面画成平行没有。助手只给提示不给答案。
学生活动
画图时把箭头画反的有六组，占了多半个班。被点出来以后自己看着也笑，说脑子里想的是往那边看。折点画在通道中间而不是镜面上的，有四组。改完以后图的样子明显规整了。
技术支持
判读助手放在画完以后用，只给提示。黑板留一小块，把画错的两类当场画出来对照。
▍ 四、探索 3（4 分钟）
教师活动
读教材第 53 页第 3 步，根据自制潜望镜的使用场景，合理选择材料和工具。2. 看一遍材料照片，镜片两片、双面胶、纸筒、透明胶带、卡纸、剪刀。3. 讲清按用途选材这一条，教材气泡也在提醒，不同用处的潜望镜要用不同的材料。4. 举三个对照。看鱼缸，通道二三十厘米、镜片小一点就够；检查下水道，通道要长、还得不怕潮；玩躲藏游戏，要轻、要好拿、不能一碰就散。5. 追问一句：如果做给游泳的人看水面，材料还要多考虑什么？答防水，卡纸一沾水就软。6. 预设：有学生一上来就要用金属管、亚克力镜片。指出教材要求用生活中常见的材料，用贵材料做出来的东西，全班没法一起做，也没法比。
学生活动
举手要用纸筒的不少，因为看起来像真的潜望镜。被问到下水道那种要防潮，有人说那卡纸不行，得换成塑料瓶。有人想到鱼缸那个会沾水，说镜片外面得挡一下。
技术支持
材料照片投在屏幕上，按用途与材料的对应关系在旁边写两列。
▍ 五、探索 4（7 分钟）
教师活动
读教材第 53 页第 4 步，讨论确定方案，画出潜望镜设计图。2. 讲清记录单四栏，潜望镜用途、制作材料、制作工具、设计图。3. 讲清设计图的三条规矩，教材气泡也在提醒，标出零部件名称、标出大小、标出材质。少任何一条，下一节课照着做就会卡住。4. 各组先定尺寸再动笔。通道一共多长、上下两个转角在哪、镜片多大、目镜和物镜离两端各多远，都要写上数字。5. 讲清尺寸是从用途来的。看鱼缸二十厘米左右够用，看下水道五十厘米以上，给游泳的人看水面，得再长一点，还得防水。6. 巡视，第 2 组的设计图上只写了卡纸一张，没写尺寸，让他们把卡纸铺在桌上，量着自己要用的那一块把数字补上。7. 预设：有学生把两片镜子画在同一个转角。请他把图举到眼前对着窗外看，问光从下面进来以后往哪儿走，第二个转角在不在。
学生活动
先量尺寸再动笔的组不多，多数组提笔就画，被要求补数字才回去量。有人把通道画得比课桌还长，量了一下发现做不出来，自己改短了。
技术支持
直尺和量角器放手边，画完一段就量一段，不靠估。
▍ 六、研讨（5 分钟）
教师活动
请三组上台讲自己的设计，每组说三句，给谁用、要多长、两片镜子各摆在哪。2. 讲清评议的三条标准，能不能清楚看见、材料好不好找、下一节课能不能照着做出来。3. 追问第一层，两片镜子必须平行吗，为什么？答必须平行。因为上下两片都要跟光成四十五度，倾斜的方向也一样，所以两片镜面互相平行。歪了一片，第二段光就斜着走，打到管壁上。4. 追问第二层，装好以后看到的景象，是正的吗？预设：有学生认定一定是反的，因为平时照镜子，镜子里的字是左右反的。请他把两面镜子对着摆再看一次，反了两次就反回来了，看到的和直接用眼睛看一样正。这也是检验装得对不对的一个办法。5. 追问第三层，镜子为什么不放在通道的正中间？简短答，放在转角处才接得住光；放在直段中间，光还是直着走，拐不了弯。6. 预设：有学生认为镜片越大看得越清。指出镜片大到超出通道就塞不进去，还会挡掉别的光；镜片只要盖住整个转角口就够。7. 收一句，设计不是图画得好看，是把每一个数字都交代清楚，让别人照着能做出来。
学生活动
上台讲的三组，前两组只讲了好不好看，被评议标准拉了回来。听到两面镜子反两次又反回来，很多人点头，说怪不得以前只拿一面镜子看是反的。被问到镜子为什么不放中间，一半人答不上来。
技术支持
三组的设计图投在屏幕上，评议时逐条对照标准打勾。
▍ 七、小结（1 分钟）
教师活动
指板书收三句。潜望镜靠两片平面镜把光拐两个九十度，转角是九十度，镜面就得四十五度。两片平行，方向才不变，位置却抬高了。画光路，箭头指向眼睛，折点落在镜面上。2. 让学生把镜片交回、卡纸折好放回工具箱、剪刀收进盒子，地面上的纸屑捡干净。
学生活动
收拾材料，有人还在拿纸角比镜子，有人把自己画的图卷起来带走。
技术支持
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▍ 八、作业（1 分钟）
教师活动
一，回家量一量家里有没有合用的材料，把尺寸记下来，补进设计图。二，想一想，如果只给你一面镜子，能不能做出一支潜望镜，把你的想法写两句。
学生活动
记下作业，有人当场就在讨论一面镜子行不行。
技术支持
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八、板书设计
设计潜望镜
◆ 为什么要潜望镜 人不能去的地方，让光替人去 保护墙内、水底下、下水道里
◆ 光不能拐弯，镜子能替它转 拐一次：方向转过九十度，等于侧着头看 拐两次：横→竖→横，两次转向相反，抵掉了 → 方向不变，位置抬高 → 所以潜望镜要两片镜子
◆ 四十五度是怎么来的 进来的光和镜面夹角 ＝ 出去的光和镜面夹角 两段光之间留出九十度 一百八十度减九十度，两边平分，一边四十五度 正方形纸沿对角线对折一次，那个尖角就能比出来
◆ 两片镜子要平行 都跟光成四十五度，倾斜方向一样 → 平行 歪一片，第二段光就斜着走，打在管壁上 两次反射，左右反了两次，看到的景象是正的
◆ 画光路的三条规矩 三段直线，两个折点，折点落在镜面上 箭头指向眼睛，不是从眼睛出发 图上写清名称、大小、材质
