温度对绿豆发芽影响的探究实验

□ 主講人：徐敬洪

教学背景

《义务教育科学课程标准（2022年版）》要求，三四年级学生应能设计简单方案，探究水、阳光、空气、温度的变化对生物生存的影响。

绿豆发芽是一个典型的植物生长实验。绿豆发芽的过程中，阳光、温度、水等都是十分重要的因素，都能对绿豆的正常发芽产生极大的影响。而在绿豆自然种植的过程中，由于存在昼夜温差、气候变化等客观原因，温度成为最难把控的因素。因此，探究温度对绿豆发芽的影响能让学生对植物生长所需要的因素有更加深刻的认识。

但是，绿豆芽的生长是一个持续的过程，仅通过常规的手动记录，难以有效记录绿豆芽生长过程中温度的变化。为此，我们借助行空板设计了一个观察和记录实验探究过程的装置，可以持续记录实验过程中温度的变化，并且以图片的形式直观记录绿豆芽的生长变化过程。使用该套装置，既能帮助学生在实验过程中实时监控绿豆芽的生长情况，又能为实验总结提供直观的佐证材料。

教学目标

科学观念：通过对绿豆发芽的观察，知道植物需要适宜的温度维持生存和生长。

科学思维：能在教师指导下，借助行空板的记录，以“不同温度下植物生存生长过程中外部形态及变化”为证据，说明植物的生长需要适宜的温度。

探究实践：能够利用多种感官以及跨学科工具，如行空板、摄像头、温湿度传感器等，描述植物生存和生长的条件。

态度责任：愿意倾听、乐于表达和分享有关植物的信息，具有认识和探究植物的兴趣以及珍爱生命、爱护身边植物的情感。

教学重点与难点

教学重点：通过绿豆发芽的探究实验，知道温度能对绿豆芽的生存和生长产生影响。

教学难点：描述温度对绿豆发芽的具体影响，总结归纳绿豆发芽的最适宜温度。

教学准备

一、材料准备

绿豆100g（可根据盆子大小调整）、盆子1个、毛巾1～2块、行空板1块、SD卡1张、读卡器1个、温湿度传感器1个、USB摄像头1个、椴木板若干。

二、制作实验装置

借助激光切割将椴木板切割出固定行空板的装置（也可以用其他固定装置代替），分别把温湿度传感器和USB摄像头与行空板相连。组装后的实验装置如图1。

三、编写硬件程序

程序要实现的功能主要有两个：一是调用摄像头，在行空板的屏幕实时显示绿豆发芽的画面，便于实验的观察，并且每隔10分钟自动对绿豆发芽的画面进行一次拍照和保存。二是借助温湿度传感器，每隔10分钟记录一次当前绿豆发芽的环境温度，并上传到SIoT服务器，便于实时查看和记录。

考虑到行空板支持运行“多线程”，我们在程序设计的过程中采用了“多线程”的方法。线程一用于绿豆发芽画面的持续显示，线程二用于定时拍照以及上传环境温度到SIoT服务器。部分主程序如图2。

教学过程

一、情境导入

教师展示饭桌上常见的菜式——炒绿豆芽，以此引出问题：绿豆是怎样长成绿豆芽的？绿豆发芽的过程需要什么条件？紧接着，教师播放绿豆发芽的视频，并邀请曾经尝试过发绿豆芽的学生分享自己的经验，让学生们对绿豆发芽过程有初步的认识和了解。

二、小组讨论

学生围绕以下两个问题展开小组协作讨论：一是种植绿豆芽需要准备什么工具，二是要想绿豆芽发得好，种植过程中有什么注意事项。讨论过程中，教师引导学生注意从绿豆发芽的条件、生长过程等方面进行思考和展开讨论。学生通过小组协作讨论，了解发绿豆芽的一般方法，并初步了解温度、水、阳光等因素对绿豆发芽的影响，为探究实验的成功做好知识铺垫。

三、实验探究

在实验开始前，教师再次明确此次探究的目标：探究温度对绿豆发芽的影响。因此，其他因素如水、阳光、种子来源等因素尽可能保持一致。

1.教师讲解实验装置的使用

由于本实验无法在短时间内完成，因此教师无法在课堂上完整演示，为了清楚展示实验的操作，教师可以提前操作一遍完整的实验，拍摄实验画面并将其作为课堂演示的素材。

（1）在行空板中装入格式化过的SD卡，连接USB摄像头，并通过连接充电宝等方法让行空板通电启动。在行空板中选择本次实验的程序并运行，这时候，我们就能在行空板中观察到摄像头拍摄到的实时画面。（如图3）

（2）观察行空板屏幕显示的画面，调整摄像头的位置，确保摄像头能尽可能清晰完整地拍摄到所有绿豆。

（3）打开电脑，并保证电脑与行空板连接到同一局域网下，登陆SIoT服务器，即可实时看到装置记录到的温度。系统每隔10分钟就会自动记录一次当前温度，并上传到SIoT服务器上。（如图4）

（4）实验结束后，取出行空板里面的SD卡，利用读卡器即可把行空板中存储的绿豆发芽照片导出。通过对比温度的变化与绿豆芽生长的变化，即可直观地分析两者的关系。

2.学生自主探究实验

学生分组进行探究实验。各个小组按要求搭建好小组的实验装置，教师巡视检查，提醒各小组注意控制绿豆分布的密度，避免绿豆过于稠密。由于水、阳光等不是本次探究的因素，基于控制变量的原则，要保证每个小组的装置中水分适宜，装置也应该统一放置在阳光适宜的窗台等地方。

四、分享交流

由于本次探究实验时间跨度长，分享交流的环节无法在同一节课中完成，因此本环节放置在第二课时进行。时间允许的话，可以单独安排一个完整的课时，开展分享和总结活动。

学生以小组为单位，分享和展示小组在实验探究过程中记录的绿豆芽生长情况以及温度变化情况。可以把温度变化制作成图表，把绿豆芽生长的图片制作成动态图片或者视频，更直观地展示温度变化和绿豆芽生长变化的关系。

教学反思

本课围绕绿豆发芽展开，学生在了解了绿豆发芽的一般过程以及基本条件后，借助行空板等开源硬件搭建实验装置，直观地记录温度等实验数据和绿豆芽生长画面。学生通过绿豆发芽的探究实验，知道了植物需要适宜的温度来维持生存和生长。

为了让实验的开展更加顺利，避免学生因为对实验条件的不熟悉而导致绿豆发芽失败，教师在本课的导入、讨论以及实验讲解部分应当详细展开，并且及时小结，明确实验中的相关注意事项。此外，本探究实验是一个持续时间较长的实验，无法在一节课内全部完成，教师需要持续跟踪整个实验的进行，并在各小组实验出现问题的时候及时提醒小组成员作出调整。