設(shè)計(jì)以“植物的根”為主題的自主探究活動(dòng)

〔摘" "要〕" 在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，探究式學(xué)習(xí)能有效促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與和深度學(xué)習(xí)。通過提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)，學(xué)生能學(xué)會(huì)質(zhì)疑和驗(yàn)證，提高批判性思維和獨(dú)立解決問題的能力。本案例設(shè)計(jì)以“植物的根”為主題的自主探究活動(dòng)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入理解植物根部結(jié)構(gòu)與功能，以及土壤濕度如何直接影響植物根部生長(zhǎng)速度，激發(fā)小學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的好奇心和探索欲。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；自主探究；“植物的根”；教學(xué)設(shè)計(jì)

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）" 09" " 049-051

廣闊的大自然中，每一片葉子、每一朵花的背后，都蘊(yùn)藏著生命不息的故事。植物作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，生命力頑強(qiáng)，適應(yīng)力強(qiáng)，很大程度上歸功于隱秘而強(qiáng)大的“地下王國(guó)”——根系。植物的根不僅能將植物固定于土壤中，還負(fù)責(zé)吸收水分、養(yǎng)分以及進(jìn)行光合作用以外的活動(dòng)；根系統(tǒng)復(fù)雜多樣，體現(xiàn)了自然界的精妙設(shè)計(jì)，也是生態(tài)平衡不可或缺的一部分。

一、教學(xué)目標(biāo)

掌握植物根的基本結(jié)構(gòu)（主根、側(cè)根、毛細(xì)根等），理解根的主要功能（吸收水分、礦物質(zhì)、固定植株），能夠闡述植物根系生長(zhǎng)對(duì)土壤濕度變化的敏感性和響應(yīng)機(jī)制，理解土壤濕度如何直接影響植物根部發(fā)育的速度和效率。學(xué)會(huì)使用簡(jiǎn)單的工具進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、記錄、分析的能力，激發(fā)其探索未知領(lǐng)域的好奇心和熱情，通過小組合作增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

二、教學(xué)準(zhǔn)備

教師提前準(zhǔn)備各種植物的根部樣本，包括胡蘿卜、洋蔥、小麥等，以及相關(guān)的圖文資料和視頻片段，用于引入話題和豐富學(xué)生的直觀體驗(yàn)。每個(gè)小組配備顯微鏡、放大鏡、直尺、畫筆、紙張等工具，便于學(xué)生觀察和記錄，依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣愛好和合作能力，均衡分組，每組約4～6人，促進(jìn)有效互動(dòng)和資源共享。準(zhǔn)備足夠數(shù)量小麥苗，統(tǒng)一品質(zhì)，兩種預(yù)設(shè)濕度級(jí)別的土壤混合物，溫濕度計(jì)、噴壺、透明容器（如塑料杯）、標(biāo)簽和記號(hào)筆、數(shù)據(jù)記錄表，跟蹤每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的濕度與根長(zhǎng)變化。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)具有穩(wěn)定的室溫和光照條件，符合實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)，清晰標(biāo)識(shí)高濕度與低濕度組別，所有工具安全可用并講解使用規(guī)范，監(jiān)督實(shí)驗(yàn)過程，保證實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行。

三、教學(xué)過程

（一）問題情境激發(fā)探究興趣

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)引人入勝的問題情境，構(gòu)建貼近生活、充滿趣味且富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，能有效吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)其內(nèi)心深處的求知欲，促使學(xué)生積極參與科學(xué)探究的過程。利用現(xiàn)實(shí)生活中的現(xiàn)象，選擇與學(xué)生日常生活中常見的事物或現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的教學(xué)素材，如天氣變化、動(dòng)物行為、簡(jiǎn)單物理現(xiàn)象等，以此為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)探究活動(dòng)。教學(xué)時(shí)避免給出單一的標(biāo)準(zhǔn)答案，而是提出需要通過實(shí)驗(yàn)、調(diào)查或理論推導(dǎo)才能解答的問題，問題應(yīng)具有一定的挑戰(zhàn)性，但又不超出學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平太多，保持適度的難度和吸引力。在“植物的根”教學(xué)中，首先引入課題與激發(fā)興趣，情境創(chuàng)設(shè)時(shí)播放關(guān)于植物生長(zhǎng)周期的動(dòng)畫視頻，聚焦于根部在植物生長(zhǎng)中的作用，引發(fā)學(xué)生注意。教師提問：“你們知道為什么植物的根有不同的形狀嗎？它們的功能是什么？”用開放式問題抓住學(xué)生的好奇心，點(diǎn)燃其探索熱情。

（二）全面認(rèn)識(shí)根的結(jié)構(gòu)

1.實(shí)物觀察

分發(fā)多種植物的根樣本，如小麥、洋蔥、毛豆、甜菜等，涵蓋不同的根系類型，每種樣本都有足夠的數(shù)量，全體學(xué)生都能近距離觀察。引導(dǎo)學(xué)生通過觸摸、嗅聞和觀察，記錄根的顏色、質(zhì)地（軟硬）、長(zhǎng)度、寬度以及任何獨(dú)特形狀。鼓勵(lì)學(xué)生使用放大鏡，注意細(xì)節(jié)，如根毛的存在與否，以及是否有明顯的分支模式。學(xué)生寫下或畫出第一印象和發(fā)現(xiàn)，教師強(qiáng)調(diào)記錄觀察的時(shí)間、地點(diǎn)以及使用的工具，建立科學(xué)記錄的良好習(xí)慣。

2.微觀探索

演示正確的顯微鏡操作步驟，如調(diào)節(jié)焦距、放置樣品、觀察技巧等。準(zhǔn)備幾種伸長(zhǎng)區(qū)和根毛區(qū)域根尖切片，學(xué)生輪流觀察，描述在顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)差異。在學(xué)生初次使用顯微鏡時(shí)，巡回檢查，解答疑問，讓所有人都能順利觀察到清晰圖像。

3.結(jié)構(gòu)解析

展示掛圖或使用投影儀顯示根部結(jié)構(gòu)圖，配合口頭解說，逐一講解各部分名稱，如根冠、分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)、成熟區(qū)以及根毛的位置和外觀特點(diǎn)。鼓勵(lì)學(xué)生提問，就觀察到的現(xiàn)象尋求科學(xué)解釋，針對(duì)學(xué)生的問題，教師及時(shí)澄清誤解，增進(jìn)其知識(shí)吸收。解釋每個(gè)區(qū)域的關(guān)鍵作用：根冠對(duì)外界環(huán)境的防護(hù)、分生區(qū)分裂產(chǎn)生新細(xì)胞、根毛的水分和營(yíng)養(yǎng)吸收等，使用比喻或類比手法，使抽象的概念更加形象易懂。根冠位于最前端，就像是一個(gè)圓錐形的帽子，由軟而脆弱的細(xì)胞組成，主要任務(wù)是在根向下掘進(jìn)的過程中充當(dāng)緩沖器，保護(hù)根尖免受損傷，并分泌黏液降低摩擦，有利于根順利穿行土壤。分生區(qū)緊接著根冠之后，細(xì)胞小巧緊湊，活躍分裂，不斷地制造新生細(xì)胞，類似不停運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線，源源不斷地產(chǎn)出新成員，推動(dòng)根向前延伸。在分生區(qū)產(chǎn)生的新細(xì)胞會(huì)移動(dòng)到伸長(zhǎng)區(qū)，迅速拉長(zhǎng)身體，如同運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練一般，細(xì)胞變得更高大，增強(qiáng)了根的整體長(zhǎng)度，促進(jìn)了根深入土壤的能力。經(jīng)歷成長(zhǎng)的細(xì)胞在成熟區(qū)達(dá)到成年階段，分化出不同功能，長(zhǎng)出細(xì)密的根毛，極大增加接觸面積，專門負(fù)責(zé)水分和營(yíng)養(yǎng)的吸收，還有輸送管道，負(fù)責(zé)物質(zhì)的上下運(yùn)輸，根毛像極了微小的觸手，緊緊擁抱土壤顆粒，提高吸附效果。

4.互動(dòng)繪圖

學(xué)生繪制觀察到的根結(jié)構(gòu)，使用彩色筆添加標(biāo)記，突出各部分名稱。指導(dǎo)學(xué)生寫注解，闡述每個(gè)部分的功能意義，復(fù)述講解內(nèi)容。鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，如“為什么根冠不害怕被磨壞？”或“根毛是如何知道吸收什么營(yíng)養(yǎng)的？”引導(dǎo)學(xué)生探索更多細(xì)節(jié)，澄清潛在的誤區(qū)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

5.小組討論

每組選擇一個(gè)根部區(qū)域（如根冠、根毛）進(jìn)行深入研究，各組搜集資料，準(zhǔn)備一段演講，概述該區(qū)域的結(jié)構(gòu)與功能。通過精心設(shè)計(jì)的活動(dòng)，學(xué)生獲得根部結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí)，鍛煉觀察、分析和表達(dá)能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。

（三）實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)根的功能

1.知識(shí)導(dǎo)入

回顧根部結(jié)構(gòu)，快速?gòu)?fù)習(xí)上一節(jié)課學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)，趣味講解植物根系的進(jìn)化歷程，植物根系的進(jìn)化是一段跨越數(shù)億年的非凡旅程，從最初的單細(xì)胞藻類到現(xiàn)今錯(cuò)綜復(fù)雜的地下網(wǎng)絡(luò)，見證了生命從海洋到陸地的偉大遷徙。根系支撐著植物的生存，更維系著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，展現(xiàn)了大自然無盡的智慧與奧秘。

2.吸水與營(yíng)養(yǎng)吸收

設(shè)計(jì)“魔法水實(shí)驗(yàn)”，準(zhǔn)備透明容器，分別裝入清水和含有食用色素的水。將植物（如白花紫羅蘭）的根部浸入有色水中，靜置一段時(shí)間后，觀察花瓣和葉子的顏色變化，學(xué)生記錄顏色轉(zhuǎn)移的速度和分布，理解水分向上運(yùn)輸機(jī)制。通過提問啟發(fā)思考“為什么不是所有的水分都被吸收了？”，解釋根部的皮層，如何形成滲透屏障，控制水分和養(yǎng)分進(jìn)出。植物根部的內(nèi)皮層既保證水分充分供應(yīng)，又嚴(yán)格篩選礦物質(zhì)離子，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界物質(zhì)的精密控制，保證了植物健康生長(zhǎng)，維護(hù)植物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

3.支撐與穩(wěn)定

實(shí)驗(yàn)演示“風(fēng)力挑戰(zhàn)”，設(shè)置兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，一組完全去除土壤暴露根部，另一組保留完好根系，使用風(fēng)扇模擬強(qiáng)風(fēng)，比較兩者在風(fēng)中的搖擺幅度，直觀感受根系的固定力量。

4.儲(chǔ)存與調(diào)節(jié)

展示薯蕷科植物（如紅薯、馬鈴薯）的圖片，討論根部如何儲(chǔ)存淀粉和其他營(yíng)養(yǎng)素，提問“除了存儲(chǔ)外，根還參與哪些生理過程？”，提及激素合成（如IAA）、氮的固定及某些毒素的分解轉(zhuǎn)化。通過一系列實(shí)驗(yàn)、講解與互動(dòng)，全方位構(gòu)建學(xué)生對(duì)根部功能的認(rèn)知體系。

（四）自主探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為測(cè)試植物根部在不同土壤濕度下的生長(zhǎng)表現(xiàn)，設(shè)計(jì)自主探究實(shí)驗(yàn)，選擇常見作物（小麥苗），分為兩組（每組10株），一組放置在濕潤(rùn)環(huán)境中，另一組則放在較干燥的環(huán)境下。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為兩周，每天早晚兩次測(cè)量土壤濕度（采用濕度計(jì)），并記錄小麥苗根部的長(zhǎng)度，建立實(shí)驗(yàn)日記，詳細(xì)記錄每一天的土壤濕度和根長(zhǎng)數(shù)據(jù)，如表所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，整理并對(duì)比兩組數(shù)據(jù)，觀察隨時(shí)間推移，不同濕度條件下根長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。通過連續(xù)兩周的細(xì)致觀測(cè)，在實(shí)驗(yàn)初期，盡管兩組小麥苗的起始根長(zhǎng)相似，但隨著實(shí)驗(yàn)推進(jìn)，潮濕組的小麥苗展現(xiàn)出了顯著的增長(zhǎng)速度。至第十四天時(shí)，潮濕組的平均根長(zhǎng)達(dá)到了8.0 cm，明顯高于干燥組的5.0 cm。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了土壤濕度對(duì)植物根部生長(zhǎng)的影響，教會(huì)了學(xué)生如何通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果解答科學(xué)問題。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的觀察能力得到顯著提升，激發(fā)了他們對(duì)科學(xué)探究的熱情和對(duì)自然界復(fù)雜互動(dòng)規(guī)律的無限好奇。

小組A組內(nèi)討論注意到，隨著時(shí)間的推移，潮濕組的根長(zhǎng)得比干燥組快得多。小組B認(rèn)為，水分是植物吸收營(yíng)養(yǎng)的關(guān)鍵介質(zhì)。在全班分享階段，小組A提出，水分充足能促進(jìn)細(xì)胞分裂和擴(kuò)展，導(dǎo)致根部快速增長(zhǎng)。小組B補(bǔ)充，水還能幫助溶解礦物質(zhì)，使其更易被根部吸收。小組C提出，即使在相同的濕度條件下，根長(zhǎng)仍然有波動(dòng)，因?yàn)橹仓觊g具有遺傳差異。小組D認(rèn)為，溫度和其他環(huán)境因素也發(fā)揮作用。教師加入討論，肯定各小組提到的因素都是正確的，除了水分外，光照、溫度、土壤類型以及植物本身的特性都會(huì)影響生長(zhǎng)，要理解其中的相互作用。經(jīng)過充分討論，全班達(dá)成共識(shí)：在相對(duì)濕潤(rùn)的環(huán)境中，植物根部的生長(zhǎng)速度加快。隨著時(shí)間推移，兩組間的土壤濕度值有所下降并趨于接近，但仍保持明顯的差距，表明即使后期土壤濕度略有減少，初期的高濕度條件仍對(duì)根部形成了一定的積極影響，在后續(xù)發(fā)展中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。土壤濕度對(duì)小麥苗根部生長(zhǎng)有顯著影響，適當(dāng)?shù)臐穸扔兄诩铀偕L(zhǎng)，但并不排除其他因素的綜合作用。各小組決定繼續(xù)探索哪些外部因素進(jìn)一步影響根部生長(zhǎng)，并計(jì)劃進(jìn)行更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。此次“植物的根”探究活動(dòng)展現(xiàn)了通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的強(qiáng)大效果。直觀而具體的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)幫助學(xué)生理解和記住知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的習(xí)慣和批判性思維能力，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)，學(xué)中悟”。在科學(xué)教學(xué)中，我們應(yīng)給予學(xué)生更多自主探索的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在親歷探究的過程中成長(zhǎng)，感知科學(xué)之美。

四、結(jié)語(yǔ)

“植物的根”的自主探究教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，探索了既能深入淺出介紹科學(xué)知識(shí)，又能激發(fā)學(xué)生內(nèi)在求知欲的教學(xué)方法。通過設(shè)置與生活緊密相關(guān)的問題情境，學(xué)生能夠更深入理解和掌握關(guān)于根的結(jié)構(gòu)與功能的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象觀察入手，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)自主探究的目的。學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)的樂趣，有助于加深其對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

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