体验科学家的探究过程

许　剑　邹积宏

教学内容：教科版科学5年级下册“地球运动”单元第1课。

教学目标：

1．昼夜交替现象有多种可能的解释。昼夜现象与地球和太阳的相对圆周运动有关。提出地球产生昼夜现象的多种假说，并且进行验证。

2．做好模拟实验和运动实验收集的证据。根据实验的情况修正自己的解释。

3．认识到积极参与讨论并发表有根据的解释是重要的。认识到同一现象，可能有多种不同的解释，需要用更多的证据来加以判断。培养主动探究，积极合作的态度。

教学重、难点：设计模拟实验验证假设；解释地球产生昼夜交替现象的原因。

设计意图：

《昼夜交替现象》是教科版小学科学5年级下册“地球的运动”单元的教学内容，这一单元属于“地球和宇宙”知识部分。从教材编写来看，是学生形成科学认知的传统过程：提出问题一提出假设——设计实验一实验验证——得出结论。但本课对学生思维的训练突出了一点：得出的结论并不是最终结论，而是需要在后面几课持续论证，最终得到准确的地球运动的结论。这一思维的过程就确立了本课的教学地位，为后面几课的教学起到铺垫、引申的积极作用。

在教师提出问题后，学生根据已有知识很可能只认为地球自转会发生昼夜交替的现象，在这时可以借助小组讨论、阅读教科书让他们了解引起昼夜现象有好几种可能：1．地球自转；2．地球自转，又绕太阳转；3．地球绕太阳转；4．太阳绕着地球转。在设计实验的过程中着重引导学生如何选择合理、科学的模拟材料，建立天体模拟实验的概念，再现一些天文现象，打破观察的局限。鼓励学生广开思路，设想各种引起昼夜现象的可能，让学生经历一个比较接近真实的科学探究过程，重演一次人类认识昼夜交替现象的过程。

教学准备：小球、地球仪、电筒、蜡烛、台灯。

教学流程：

一、创设情境，提出假设

(演示课件：昼夜交替现象。)

师：课件中出现的是生活中的什么现象?

生：白天和晚上相互交替出现。

生：昼夜交替现象。

师：昼夜交替在我们生活中是一种常见的现象。根据你已有的知识，你们如何解释这一现象呢?小组讨论一下，并用图画表示出来。(小组讨论。)

师：哪个小组来汇报你们对昼夜现象的猜想?

生：地球不动，太阳围着地球转。(假设1)

生：太阳不动，地球围着太阳转。(假设2)生：地球自转。(假设3)生：地球围着太阳转，同时地球自转。(假设4)

生：地球自转，太阳围着地球转。(假设5)

[评析：如何解释昼夜交替现象的成因，学生不能立刻想到多种解释。教师请学生小组讨论，不但可以给他们充分的思考时间，还让他们在讨论中激发创造性思维，更好地达到教学目标。]

二、合作探究，验证假设

师：同学们都认真思考了老师的问题，哪一种解释更合理呢?用什么方法可以帮助我们分析、验证观点?

生：利用实验。

师：好，我们就用模拟实验来验证猜想。你们要模拟什么物体?

生：地球、太阳。

师：想用什么材料来模拟地球和太阳呢?

生：我想用小球来模拟地球，用手电模拟太阳。

生：用手电模拟太阳并不好，因为手电的光不像太阳的光能向四面八方照射。

师：你觉得用什么物体来模拟太阳才科学呢?

生：我觉得可以用蜡烛。

生：我不同意，在课堂中使用蜡烛很危险，可以用灯泡直接模拟太阳。

生：我觉得手电也可以，来回转动就可以了，或者拿得高一些让光向四周扩散。

师：蜡烛、手电、灯泡都具有模拟太阳的特点，同学可以根据实验材料加以选择。什么能模拟地球呢?

生：我觉得，用地球仪模拟地球更直观。

师：地球仪在做模拟实验时更直观，地球仪上面的图案可以作为参照，更易找到起点。选择用小球做模拟物的同学用什么方法解决这个问题?

生：可以用笔做标记。

[评析：教师用问题引导学生经历选择模拟实验材料的过程。在这个过程中，学生用不同的角度阐述所选材料的特性，选择了较接近模拟物的实验材料，掌握了如何选择模拟实验材料的方法。]

师：同学们已经找到了相应的模拟物。你观察到什么现象才说明模拟地球上发生了昼夜交替的变化。

生：小球一面有亮光一面没有。

生：小球上的一点要有明暗的变化，这种变化还要是有规律的变化。

师：现在就让我们来模拟地球上的昼夜交替现象，检验我们的假说是否成立。在实验的过程中画出示意图，用箭头表示太阳和地球的运动方式和方向。

(分组设计实验验证假设。)

实验中产生的问题：

生：老师，我们在做实验时看不清昼夜交替的现象。(其他小组同学附和。)

师：你们觉得这是什么原因造成的?

生：你们的光离“地球”太远了。

生：周围太亮了。

师：你们有什么办法解决一下?

生：关灯、拉窗帘。

师：请同学们继续完成实验。

[评析：教师在学生实验的过程中及时发现问题，并且让学生对问题展开讨论，解决问题，有助于培养他们解决问题的能力。]

实验汇报：

师：谁来说一说，你用实验的方法检验了哪种假说，观察到了什么，才能说明“地球”上确实发生了昼夜交替现象?

生：地球自转，可以出现昼夜交替现象。我们看到地球自转的同时向太阳的一面被光照到形成白天，没被光照到的地方形成黑夜。地球自转一周昼夜交替一次。

生：我们小组做的是第二个实验：太阳不动，地球围着太阳转。在这个实验中我们发现地球上也会出现昼夜交替的现象，地球绕太阳转一周昼夜交替一次。

生：我们小组做的实验是地球不动，太阳围着地球动。我们发现这种运动方式可以出现昼夜交替的现象，但是每出现一次昼夜交替就需要太阳围绕地球转一圈。

生：地球围着太阳转，同时地球自转，在这个实验中我们发现地球上也会出现昼夜交替的现象。

生：地球自转，太阳围着地球动，也可以出现昼夜交替现象。

三、持续研究，验证结论

师：同学们通过刚才的模拟实验都验证了自己的观点。每一种假设地球上都可以出现昼夜交替现象，你们发现这些解释有什么相同点吗?

生：地球或者太阳都在运动。

师：什么样的运动?

生：圆周运动或自转。

师：根据我们做的模拟实验，根据你已有的知识，你觉得这些昼夜交替现象的解释成立吗?

生：地球自转，这种符合我们日常看到的。太阳不动，地球围着太阳转。地球每绕太阳一圈才出现一次昼夜交替现象时间过长，这种观点不符合自然规律。

师：到前面演示一下。(生演示

实验。)

师：好，这是你的看法，其他同学有不同意见吗?

生：我不同意。地球自转出现的昼夜交替现象也不符合我们日常看见的，太阳永远也照不到南、北两极。

师：你来做一做。(生演示。)

师：你很善于观察，其他小组还有不同看法吗?

生：我觉得地球围着太阳转，这种地球运动方式不能形成昼夜交替现象。(演示小组实验。)

师：其他小组有没有不同意见?

生：他们小组演示不正确。当地球不自转而绕着太阳转的时候是能形成昼夜交替的，他们小组地球不仅绕着太阳转而且也自转了。

师：好，那你来演示一下。(生演示实验。)

师：看来地球围着太阳转这种假设也成立，在做实验的时候要注意操作规范。还有小组要汇报，请你来说一说。

生：地球围着太阳转，同时地球自转。我们在做实验时形成了昼夜交替的现象。我觉得这种观点更科学，因为我在一本书上看到过这个说法。

生：我也同意他的观点。我认为地球不动、太阳围着地球转或者地球自转、太阳围着地球转，这两个观点不对。因为我们都知道地球是绕着太阳转的。

师：你怎么知道地球围着太阳转动?

生：看书。

师：你是用自己已有知识来解释的，还有不同的看法，请你说说。

生：我觉得太阳围着地球转同时地球自转这种观点也符合自然规律，地球自转一周，就出现一次昼夜交替。

生：我不同意。如果这样就有可能赶上一整天是白天，没有晚上，也有可能一整天是夜晚，没有白天。

师：由于时间的关系我们先讨论到这里。

师：同学们根据实验验证了一些假设并得出了自己的结论。有的达成了共识，有的并不能让所有的同学信服。如果想要说服其他同学就要用新的证据支持你的观点，这些证据可以是资料、实验等等，在下节课我们继续验证自己的看法。

师：下课后请小组同学将自己的科学图画帖在展示板上，以便我们后面的研究。

评析：

儿童对于地球运动的前概念不清晰，一部分学生有可能在某些书上看到了相应的知识。班级学生的整体水平是不同的，所以在本单元教学前可以做问卷调查，测试他们对地球形状和运动等相关信息的掌握情况。这样能够较好地了解学生前概念的发展情况。而天体运动是部分学生的科学知识空白区，只有认真设计教学过程，细心准备教学材料，才有可能让更多学生通过经历探究活动掌握准确的科学概念。

第一节课的内容，看似不难，然而让学生提出多种假说就有些超出了他们的能力范围。如果让学生先进行预习阅读书中的4种观点又有可能限制思维，将他们的设想局限在书中的狭小空间内。教师可以运用分组讨论、分层指导的方法，根据不同小组学生的能力水平，在他们已有知识的基础上加以点拨，形成不同昼夜交替的假说。

要验证这些猜测，一旦教师提出建立模型，学生根据书本提示很容易想到需要光源(比如手电筒、蜡烛、台灯)，那么哪一种模拟物更好，教师并没有给予肯定。在这里教师给了学生比较开阔的空间，形成了学生间的讨论。在讨论中学生比较了不同模拟物的优劣，同时找到了解决问题的方法。在实验的过程中学生又发现了新的问题，教师没有给予指导，而是让他们互相解决问题，培养了主动探究、积极合作的意识。

本课希望学生能够运用示意图对昼夜现象进行解释。学生在进行完模拟实验的时候已经形成了一定的认识，与他们已有知识可能形成差异。在这里教师提出了“每一种假设地球上都可以出现昼夜交替现象，你们发现这些解释有什么相同点”，这个问题能够让学生建立地日的运动概念，初步认识到日地之间的圆周运动形成了昼夜现象。

由于在第一课中，学生并没有收集到证明地球运动的相关证据，而有关证据的获取一直持续到“地球在公转吗”一课才告一段落。也就是说，对昼夜现象的解释是一个持续的探究活动。课结束后，教师要求学生课后收集相关的资料等，让他们先通过查询资料尝试解释昼夜交替现象究竟是如何产生的，科学家又是通过怎么样的证据说明的，把学习延伸到课后。这种基于证据，基于事实，合理想象，逻辑推理，不断形成和修正解释的做法要贯穿本单元的始终。

个人简介

许剑小学高级教师，哈尔滨市科研骨干、师德先进个人。曾在市“开拓进取”杯课堂教学大赛中获一等奖，并多次在省、市、区各级教研活动中做观摩课。教学中，她注重培养学生科学、严谨的学习品质，又不失时机地鼓励学生大胆想象。