體驗科學家的探究過程

許　劍　鄒積宏

教學內容：教科版科學5年級下冊“地球運動”單元第1課。

教學目標：

1．晝夜交替現象有多種可能的解釋。晝夜現象與地球和太陽的相對圓周運動有關。提出地球產生晝夜現象的多種假說，并且進行驗證。

2．做好模擬實驗和運動實驗收集的證據。根據實驗的情況修正自己的解釋。

3．認識到積極參與討論并發表有根據的解釋是重要的。認識到同一現象，可能有多種不同的解釋，需要用更多的證據來加以判斷。培養主動探究，積極合作的態度。

教學重、難點：設計模擬實驗驗證假設；解釋地球產生晝夜交替現象的原因。

設計意圖：

《晝夜交替現象》是教科版小學科學5年級下冊“地球的運動”單元的教學內容，這一單元屬于“地球和宇宙”知識部分。從教材編寫來看，是學生形成科學認知的傳統過程：提出問題一提出假設——設計實驗一實驗驗證——得出結論。但本課對學生思維的訓練突出了一點：得出的結論并不是最終結論，而是需要在后面幾課持續論證，最終得到準確的地球運動的結論。這一思維的過程就確立了本課的教學地位，為后面幾課的教學起到鋪墊、引申的積極作用。

在教師提出問題后，學生根據已有知識很可能只認為地球自轉會發生晝夜交替的現象，在這時可以借助小組討論、閱讀教科書讓他們了解引起晝夜現象有好幾種可能：1．地球自轉；2．地球自轉，又繞太陽轉；3．地球繞太陽轉；4．太陽繞著地球轉。在設計實驗的過程中著重引導學生如何選擇合理、科學的模擬材料，建立天體模擬實驗的概念，再現一些天文現象，打破觀察的局限。鼓勵學生廣開思路，設想各種引起晝夜現象的可能，讓學生經歷一個比較接近真實的科學探究過程，重演一次人類認識晝夜交替現象的過程。

教學準備：小球、地球儀、電筒、蠟燭、臺燈。

教學流程：

一、創設情境，提出假設

(演示課件：晝夜交替現象。)

師：課件中出現的是生活中的什么現象?

生：白天和晚上相互交替出現。

生：晝夜交替現象。

師：晝夜交替在我們生活中是一種常見的現象。根據你已有的知識，你們如何解釋這一現象呢?小組討論一下，并用圖畫表示出來。(小組討論。)

師：哪個小組來匯報你們對晝夜現象的猜想?

生：地球不動，太陽圍著地球轉。(假設1)

生：太陽不動，地球圍著太陽轉。(假設2)生：地球自轉。(假設3)生：地球圍著太陽轉，同時地球自轉。(假設4)

生：地球自轉，太陽圍著地球轉。(假設5)

[評析：如何解釋晝夜交替現象的成因，學生不能立刻想到多種解釋。教師請學生小組討論，不但可以給他們充分的思考時間，還讓他們在討論中激發創造性思維，更好地達到教學目標。]

二、合作探究，驗證假設

師：同學們都認真思考了老師的問題，哪一種解釋更合理呢?用什么方法可以幫助我們分析、驗證觀點?

生：利用實驗。

師：好，我們就用模擬實驗來驗證猜想。你們要模擬什么物體?

生：地球、太陽。

師：想用什么材料來模擬地球和太陽呢?

生：我想用小球來模擬地球，用手電模擬太陽。

生：用手電模擬太陽并不好，因為手電的光不像太陽的光能向四面八方照射。

師：你覺得用什么物體來模擬太陽才科學呢?

生：我覺得可以用蠟燭。

生：我不同意，在課堂中使用蠟燭很危險，可以用燈泡直接模擬太陽。

生：我覺得手電也可以，來回轉動就可以了，或者拿得高一些讓光向四周擴散。

師：蠟燭、手電、燈泡都具有模擬太陽的特點，同學可以根據實驗材料加以選擇。什么能模擬地球呢?

生：我覺得，用地球儀模擬地球更直觀。

師：地球儀在做模擬實驗時更直觀，地球儀上面的圖案可以作為參照，更易找到起點。選擇用小球做模擬物的同學用什么方法解決這個問題?

生：可以用筆做標記。

[評析：教師用問題引導學生經歷選擇模擬實驗材料的過程。在這個過程中，學生用不同的角度闡述所選材料的特性，選擇了較接近模擬物的實驗材料，掌握了如何選擇模擬實驗材料的方法。]

師：同學們已經找到了相應的模擬物。你觀察到什么現象才說明模擬地球上發生了晝夜交替的變化。

生：小球一面有亮光一面沒有。

生：小球上的一點要有明暗的變化，這種變化還要是有規律的變化。

師：現在就讓我們來模擬地球上的晝夜交替現象，檢驗我們的假說是否成立。在實驗的過程中畫出示意圖，用箭頭表示太陽和地球的運動方式和方向。

(分組設計實驗驗證假設。)

實驗中產生的問題：

生：老師，我們在做實驗時看不清晝夜交替的現象。(其他小組同學附和。)

師：你們覺得這是什么原因造成的?

生：你們的光離“地球”太遠了。

生：周圍太亮了。

師：你們有什么辦法解決一下?

生：關燈、拉窗簾。

師：請同學們繼續完成實驗。

[評析：教師在學生實驗的過程中及時發現問題，并且讓學生對問題展開討論，解決問題，有助于培養他們解決問題的能力。]

實驗匯報：

師：誰來說一說，你用實驗的方法檢驗了哪種假說，觀察到了什么，才能說明“地球”上確實發生了晝夜交替現象?

生：地球自轉，可以出現晝夜交替現象。我們看到地球自轉的同時向太陽的一面被光照到形成白天，沒被光照到的地方形成黑夜。地球自轉一周晝夜交替一次。

生：我們小組做的是第二個實驗：太陽不動，地球圍著太陽轉。在這個實驗中我們發現地球上也會出現晝夜交替的現象，地球繞太陽轉一周晝夜交替一次。

生：我們小組做的實驗是地球不動，太陽圍著地球動。我們發現這種運動方式可以出現晝夜交替的現象，但是每出現一次晝夜交替就需要太陽圍繞地球轉一圈。

生：地球圍著太陽轉，同時地球自轉，在這個實驗中我們發現地球上也會出現晝夜交替的現象。

生：地球自轉，太陽圍著地球動，也可以出現晝夜交替現象。

三、持續研究，驗證結論

師：同學們通過剛才的模擬實驗都驗證了自己的觀點。每一種假設地球上都可以出現晝夜交替現象，你們發現這些解釋有什么相同點嗎?

生：地球或者太陽都在運動。

師：什么樣的運動?

生：圓周運動或自轉。

師：根據我們做的模擬實驗，根據你已有的知識，你覺得這些晝夜交替現象的解釋成立嗎?

生：地球自轉，這種符合我們日常看到的。太陽不動，地球圍著太陽轉。地球每繞太陽一圈才出現一次晝夜交替現象時間過長，這種觀點不符合自然規律。

師：到前面演示一下。(生演示

實驗。)

師：好，這是你的看法，其他同學有不同意見嗎?

生：我不同意。地球自轉出現的晝夜交替現象也不符合我們日常看見的，太陽永遠也照不到南、北兩極。

師：你來做一做。(生演示。)

師：你很善于觀察，其他小組還有不同看法嗎?

生：我覺得地球圍著太陽轉，這種地球運動方式不能形成晝夜交替現象。(演示小組實驗。)

師：其他小組有沒有不同意見?

生：他們小組演示不正確。當地球不自轉而繞著太陽轉的時候是能形成晝夜交替的，他們小組地球不僅繞著太陽轉而且也自轉了。

師：好，那你來演示一下。(生演示實驗。)

師：看來地球圍著太陽轉這種假設也成立，在做實驗的時候要注意操作規范。還有小組要匯報，請你來說一說。

生：地球圍著太陽轉，同時地球自轉。我們在做實驗時形成了晝夜交替的現象。我覺得這種觀點更科學，因為我在一本書上看到過這個說法。

生：我也同意他的觀點。我認為地球不動、太陽圍著地球轉或者地球自轉、太陽圍著地球轉，這兩個觀點不對。因為我們都知道地球是繞著太陽轉的。

師：你怎么知道地球圍著太陽轉動?

生：看書。

師：你是用自己已有知識來解釋的，還有不同的看法，請你說說。

生：我覺得太陽圍著地球轉同時地球自轉這種觀點也符合自然規律，地球自轉一周，就出現一次晝夜交替。

生：我不同意。如果這樣就有可能趕上一整天是白天，沒有晚上，也有可能一整天是夜晚，沒有白天。

師：由于時間的關系我們先討論到這里。

師：同學們根據實驗驗證了一些假設并得出了自己的結論。有的達成了共識，有的并不能讓所有的同學信服。如果想要說服其他同學就要用新的證據支持你的觀點，這些證據可以是資料、實驗等等，在下節課我們繼續驗證自己的看法。

師：下課后請小組同學將自己的科學圖畫帖在展示板上，以便我們后面的研究。

評析：

兒童對于地球運動的前概念不清晰，一部分學生有可能在某些書上看到了相應的知識。班級學生的整體水平是不同的，所以在本單元教學前可以做問卷調查，測試他們對地球形狀和運動等相關信息的掌握情況。這樣能夠較好地了解學生前概念的發展情況。而天體運動是部分學生的科學知識空白區，只有認真設計教學過程，細心準備教學材料，才有可能讓更多學生通過經歷探究活動掌握準確的科學概念。

第一節課的內容，看似不難，然而讓學生提出多種假說就有些超出了他們的能力范圍。如果讓學生先進行預習閱讀書中的4種觀點又有可能限制思維，將他們的設想局限在書中的狹小空間內。教師可以運用分組討論、分層指導的方法，根據不同小組學生的能力水平，在他們已有知識的基礎上加以點撥，形成不同晝夜交替的假說。

要驗證這些猜測，一旦教師提出建立模型，學生根據書本提示很容易想到需要光源(比如手電筒、蠟燭、臺燈)，那么哪一種模擬物更好，教師并沒有給予肯定。在這里教師給了學生比較開闊的空間，形成了學生間的討論。在討論中學生比較了不同模擬物的優劣，同時找到了解決問題的方法。在實驗的過程中學生又發現了新的問題，教師沒有給予指導，而是讓他們互相解決問題，培養了主動探究、積極合作的意識。

本課希望學生能夠運用示意圖對晝夜現象進行解釋。學生在進行完模擬實驗的時候已經形成了一定的認識，與他們已有知識可能形成差異。在這里教師提出了“每一種假設地球上都可以出現晝夜交替現象，你們發現這些解釋有什么相同點”，這個問題能夠讓學生建立地日的運動概念，初步認識到日地之間的圓周運動形成了晝夜現象。

由于在第一課中，學生并沒有收集到證明地球運動的相關證據，而有關證據的獲取一直持續到“地球在公轉嗎”一課才告一段落。也就是說，對晝夜現象的解釋是一個持續的探究活動。課結束后，教師要求學生課后收集相關的資料等，讓他們先通過查詢資料嘗試解釋晝夜交替現象究竟是如何產生的，科學家又是通過怎么樣的證據說明的，把學習延伸到課后。這種基于證據，基于事實，合理想象，邏輯推理，不斷形成和修正解釋的做法要貫穿本單元的始終。

個人簡介

許劍小學高級教師，哈爾濱市科研骨干、師德先進個人。曾在市“開拓進取”杯課堂教學大賽中獲一等獎，并多次在省、市、區各級教研活動中做觀摩課。教學中，她注重培養學生科學、嚴謹的學習品質，又不失時機地鼓勵學生大膽想象。