李佩寧

科學(xué)原理常常是在理想條件下抽象出來(lái)的，但是當(dāng)我們應(yīng)用這些科學(xué)原理時(shí)，會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)誤差、資源限制等方面的問(wèn)題。視差法就是運(yùn)用三角形的相似性原理來(lái)測(cè)量遙遠(yuǎn)距離的常用方法。通過(guò)把原理落實(shí)到應(yīng)用的過(guò)程，提升學(xué)生在現(xiàn)實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

一、課程重點(diǎn)

通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解視差法原理，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試月亮到地球的距離；使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)要測(cè)量的距離越遠(yuǎn)，誤差就越大，并能夠分析誤差的成因，提出解決辦法。

【涉及領(lǐng)域】天文、物理、技術(shù)、工程、幾何

【建議年級(jí)】小學(xué)高年級(jí)

【建議時(shí)間】90分鐘

【建議材料】膠帶、回形針、尺子、紙、硬紙盒或卡紙、非定向光源（燈泡或去掉燈罩的臺(tái)燈）

二、課程任務(wù)

課程開(kāi)始，學(xué)生需要通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)視差法，并從中總結(jié)出相似三角形的原理，然后通過(guò)重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)測(cè)量地月距離。教師引導(dǎo)學(xué)生分析視差法最遠(yuǎn)能夠測(cè)量的距離，形成小組實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（10分鐘）

教師引導(dǎo)學(xué)生，向前伸出一只拇指，分別閉上左眼和右眼，看教室里的某個(gè)物體。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，左眼和右眼看到的物體位置不一樣。教師用以下問(wèn)題引導(dǎo)，要求小組討論后給出解釋。

（1）左眼和右眼看到的位置為什么不一樣？

（2）物體的位置相差多少？

（3）怎么測(cè)量這個(gè)差距？（用尺代替手）

（4）除了直接用尺，還有什么方法能測(cè)量出你和某物之間的距離？

教師在黑板上畫(huà)圖講解：由于兩只眼之間有一定的距離，在越過(guò)手指看物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)視差角。請(qǐng)同伴協(xié)助分別測(cè)量?jī)裳壑g的距離、眼睛與手指之間的距離、手指移動(dòng)的距離和物體的距離，將發(fā)現(xiàn)下面的規(guī)律：

物體距離/兩眼距離=（物體距離-手指距離）/手指移動(dòng)的距離

2.宣布任務(wù)和評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

宣布任務(wù)：教室中間將放置一盞模擬月球的燈，各小組設(shè)計(jì)并制作一個(gè)裝置，來(lái)測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)到燈泡的距離。教師展示評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表1）。

3.人眼如何判斷距離（10分鐘）

用雙眼觀看空間景物時(shí)，形成立體視覺(jué)的因素稱(chēng)為雙眼立體信息。人的兩眼相距約58～72mm，因此，用雙眼同時(shí)觀看同一物體時(shí)，左、右兩眼視線方位不同，物體在左、右兩眼視網(wǎng)膜上的成像亦稍有差異，這種差異即雙眼視差（見(jiàn)圖1）。雙眼視差經(jīng)過(guò)大腦加工，以“距離”的方式傳送到意識(shí)，使人看東西有“深度感”，這也是3D電影等技術(shù)的原理。請(qǐng)學(xué)生閉上一只眼睛，感受沒(méi)有距離感的圖像和有距離感的立體視覺(jué)有什么區(qū)別。

4.相似三角形（15分鐘）

將上面的實(shí)驗(yàn)總結(jié)成幾何圖形，將發(fā)現(xiàn)頂角相同、底邊平行的三角形存在三種不同情況（見(jiàn)圖2），請(qǐng)學(xué)生討論，教師用以下問(wèn)題引導(dǎo)。

（1）這三種情況有什么異同？

（2）這三種情況邊長(zhǎng)和距離的關(guān)系如何？

（3）三種情況都可以用于測(cè)距嗎？（第二種情況不適用，但也可用于三角測(cè)距）

（4）請(qǐng)分別畫(huà)出設(shè)計(jì)圖解釋在這三種情況下怎樣測(cè)距。

5.模擬星球?qū)嶒?yàn)（25分鐘）

將一盞燈放在教室的正中，請(qǐng)各小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)求出測(cè)量點(diǎn)到燈泡的距離。各小組提交設(shè)計(jì)圖紙后領(lǐng)取材料。

針對(duì)第一種相似三角形，用雙眼視差法可以計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)到燈泡的距離（見(jiàn)圖3）。

針對(duì)第三種相似三角形，可以制作如圖4的盒子來(lái)測(cè)量距離。測(cè)距時(shí)改變盒子的位置，燈泡在盒子里留下的光斑也會(huì)改變位置。通過(guò)計(jì)算可得到燈泡距離。請(qǐng)各小組將實(shí)驗(yàn)方案及距離列舉在黑板上。

教師直接測(cè)量距離，與學(xué)生測(cè)量結(jié)果比較，看哪一組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果最精確。引導(dǎo)學(xué)生討論以下問(wèn)題。

（1）假設(shè)把燈放到操場(chǎng)，這種方法還能用嗎？

（2）這種方法最遠(yuǎn)能測(cè)多遠(yuǎn)的距離？

（3）影響實(shí)驗(yàn)精確度的原因有哪些？

（4）采取哪些手段可避免這些干擾因素？

6.總結(jié)和展示（20分鐘）

給每個(gè)小組至少5分鐘時(shí)間展示并討論。

（1）能否用地球在宇宙中移動(dòng)的距離當(dāng)做短邊，測(cè)量某顆星球到地球的距離？

（2）怎樣才能更精確地測(cè)距？

（3）請(qǐng)查閱相關(guān)資料，完善總結(jié)展示報(bào)告。

【拓展作業(yè)】測(cè)量月亮的距離（課后完成）

請(qǐng)各小組重新設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)量地球到月球之間的距離。如果在家中沒(méi)有條件實(shí)驗(yàn)，在總結(jié)報(bào)告中提出方案設(shè)想并進(jìn)行解釋即可。