體驗科學(xué)家的探究過程

許　劍　鄒積宏

教學(xué)內(nèi)容：教科版科學(xué)5年級下冊“地球運動”單元第1課。

教學(xué)目標(biāo)：

1．晝夜交替現(xiàn)象有多種可能的解釋。晝夜現(xiàn)象與地球和太陽的相對圓周運動有關(guān)。提出地球產(chǎn)生晝夜現(xiàn)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(jù)。根據(jù)實驗的情況修正自己的解釋。

3．認識到積極參與討論并發(fā)表有根據(jù)的解釋是重要的。認識到同一現(xiàn)象，可能有多種不同的解釋，需要用更多的證據(jù)來加以判斷。培養(yǎng)主動探究，積極合作的態(tài)度。

教學(xué)重、難點：設(shè)計模擬實驗驗證假設(shè)；解釋地球產(chǎn)生晝夜交替現(xiàn)象的原因。

設(shè)計意圖：

《晝夜交替現(xiàn)象》是教科版小學(xué)科學(xué)5年級下冊“地球的運動”單元的教學(xué)內(nèi)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(xué)生形成科學(xué)認知的傳統(tǒng)過程：提出問題一提出假設(shè)——設(shè)計實驗一實驗驗證——得出結(jié)論。但本課對學(xué)生思維的訓(xùn)練突出了一點：得出的結(jié)論并不是最終結(jié)論，而是需要在后面幾課持續(xù)論證，最終得到準(zhǔn)確的地球運動的結(jié)論。這一思維的過程就確立了本課的教學(xué)地位，為后面幾課的教學(xué)起到鋪墊、引申的積極作用。

在教師提出問題后，學(xué)生根據(jù)已有知識很可能只認為地球自轉(zhuǎn)會發(fā)生晝夜交替的現(xiàn)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(xiàn)象有好幾種可能：1．地球自轉(zhuǎn)；2．地球自轉(zhuǎn)，又繞太陽轉(zhuǎn)；3．地球繞太陽轉(zhuǎn)；4．太陽繞著地球轉(zhuǎn)。在設(shè)計實驗的過程中著重引導(dǎo)學(xué)生如何選擇合理、科學(xué)的模擬材料，建立天體模擬實驗的概念，再現(xiàn)一些天文現(xiàn)象，打破觀察的局限。鼓勵學(xué)生廣開思路，設(shè)想各種引起晝夜現(xiàn)象的可能，讓學(xué)生經(jīng)歷一個比較接近真實的科學(xué)探究過程，重演一次人類認識晝夜交替現(xiàn)象的過程。

教學(xué)準(zhǔn)備：小球、地球儀、電筒、蠟燭、臺燈。

教學(xué)流程：

一、創(chuàng)設(shè)情境，提出假設(shè)

(演示課件：晝夜交替現(xiàn)象。)

師：課件中出現(xiàn)的是生活中的什么現(xiàn)象?

生：白天和晚上相互交替出現(xiàn)。

生：晝夜交替現(xiàn)象。

師：晝夜交替在我們生活中是一種常見的現(xiàn)象。根據(jù)你已有的知識，你們?nèi)绾谓忉屵@一現(xiàn)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(xiàn)象的猜想?

生：地球不動，太陽圍著地球轉(zhuǎn)。(假設(shè)1)

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

生：地球自轉(zhuǎn)，太陽圍著地球轉(zhuǎn)。(假設(shè)5)

[評析：如何解釋晝夜交替現(xiàn)象的成因，學(xué)生不能立刻想到多種解釋。教師請學(xué)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(fā)創(chuàng)造性思維，更好地達到教學(xué)目標(biāo)。]

二、合作探究，驗證假設(shè)

師：同學(xué)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(xué)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(zhuǎn)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(xué)可以根據(jù)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(xué)用什么方法解決這個問題?

生：可以用筆做標(biāo)記。

[評析：教師用問題引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷選擇模擬實驗材料的過程。在這個過程中，學(xué)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(xué)們已經(jīng)找到了相應(yīng)的模擬物。你觀察到什么現(xiàn)象才說明模擬地球上發(fā)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(guī)律的變化。

師：現(xiàn)在就讓我們來模擬地球上的晝夜交替現(xiàn)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(shè)計實驗驗證假設(shè)。)

實驗中產(chǎn)生的問題：

生：老師，我們在做實驗時看不清晝夜交替的現(xiàn)象。(其他小組同學(xué)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(guān)燈、拉窗簾。

師：請同學(xué)們繼續(xù)完成實驗。

[評析：教師在學(xué)生實驗的過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，并且讓學(xué)生對問題展開討論，解決問題，有助于培養(yǎng)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(fā)生了晝夜交替現(xiàn)象?

生：地球自轉(zhuǎn)，可以出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象。我們看到地球自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)。在這個實驗中我們發(fā)現(xiàn)地球上也會出現(xiàn)晝夜交替的現(xiàn)象，地球繞太陽轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)這種運動方式可以出現(xiàn)晝夜交替的現(xiàn)象，但是每出現(xiàn)一次晝夜交替就需要太陽圍繞地球轉(zhuǎn)一圈。

生：地球圍著太陽轉(zhuǎn)，同時地球自轉(zhuǎn)，在這個實驗中我們發(fā)現(xiàn)地球上也會出現(xiàn)晝夜交替的現(xiàn)象。

生：地球自轉(zhuǎn)，太陽圍著地球動，也可以出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象。

三、持續(xù)研究，驗證結(jié)論

師：同學(xué)們通過剛才的模擬實驗都驗證了自己的觀點。每一種假設(shè)地球上都可以出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象，你們發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)。

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

生：地球自轉(zhuǎn)，這種符合我們?nèi)粘？吹降?。太陽不動，地球圍著太陽轉(zhuǎn)。地球每繞太陽一圈才出現(xiàn)一次晝夜交替現(xiàn)象時間過長，這種觀點不符合自然規(guī)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(xué)有不同意見嗎?

生：我不同意。地球自轉(zhuǎn)出現(xiàn)的晝夜交替現(xiàn)象也不符合我們?nèi)粘？匆姷?，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(zhuǎn)，這種地球運動方式不能形成晝夜交替現(xiàn)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(dāng)?shù)厍虿蛔赞D(zhuǎn)而繞著太陽轉(zhuǎn)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(zhuǎn)而且也自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)這種假設(shè)也成立，在做實驗的時候要注意操作規(guī)范。還有小組要匯報，請你來說一說。

生：地球圍著太陽轉(zhuǎn)，同時地球自轉(zhuǎn)。我們在做實驗時形成了晝夜交替的現(xiàn)象。我覺得這種觀點更科學(xué)，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(zhuǎn)或者地球自轉(zhuǎn)、太陽圍著地球轉(zhuǎn)，這兩個觀點不對。因為我們都知道地球是繞著太陽轉(zhuǎn)的。

師：你怎么知道地球圍著太陽轉(zhuǎn)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(zhuǎn)同時地球自轉(zhuǎn)這種觀點也符合自然規(guī)律，地球自轉(zhuǎn)一周，就出現(xiàn)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(guān)系我們先討論到這里。

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

師：下課后請小組同學(xué)將自己的科學(xué)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(xué)生有可能在某些書上看到了相應(yīng)的知識。班級學(xué)生的整體水平是不同的，所以在本單元教學(xué)前可以做問卷調(diào)查，測試他們對地球形狀和運動等相關(guān)信息的掌握情況。這樣能夠較好地了解學(xué)生前概念的發(fā)展情況。而天體運動是部分學(xué)生的科學(xué)知識空白區(qū)，只有認真設(shè)計教學(xué)過程，細心準(zhǔn)備教學(xué)材料，才有可能讓更多學(xué)生通過經(jīng)歷探究活動掌握準(zhǔn)確的科學(xué)概念。

第一節(jié)課的內(nèi)容，看似不難，然而讓學(xué)生提出多種假說就有些超出了他們的能力范圍。如果讓學(xué)生先進行預(yù)習(xí)閱讀書中的4種觀點又有可能限制思維，將他們的設(shè)想局限在書中的狹小空間內(nèi)。教師可以運用分組討論、分層指導(dǎo)的方法，根據(jù)不同小組學(xué)生的能力水平，在他們已有知識的基礎(chǔ)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(xué)生根據(jù)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(xué)生比較開闊的空間，形成了學(xué)生間的討論。在討論中學(xué)生比較了不同模擬物的優(yōu)劣，同時找到了解決問題的方法。在實驗的過程中學(xué)生又發(fā)現(xiàn)了新的問題，教師沒有給予指導(dǎo)，而是讓他們互相解決問題，培養(yǎng)了主動探究、積極合作的意識。

本課希望學(xué)生能夠運用示意圖對晝夜現(xiàn)象進行解釋。學(xué)生在進行完模擬實驗的時候已經(jīng)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(shè)地球上都可以出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象，你們發(fā)現(xiàn)這些解釋有什么相同點”，這個問題能夠讓學(xué)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(xiàn)象。

由于在第一課中，學(xué)生并沒有收集到證明地球運動的相關(guān)證據(jù)，而有關(guān)證據(jù)的獲取一直持續(xù)到“地球在公轉(zhuǎn)嗎”一課才告一段落。也就是說，對晝夜現(xiàn)象的解釋是一個持續(xù)的探究活動。課結(jié)束后，教師要求學(xué)生課后收集相關(guān)的資料等，讓他們先通過查詢資料嘗試解釋晝夜交替現(xiàn)象究竟是如何產(chǎn)生的，科學(xué)家又是通過怎么樣的證據(jù)說明的，把學(xué)習(xí)延伸到課后。這種基于證據(jù)，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(xué)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(xué)大賽中獲一等獎，并多次在省、市、區(qū)各級教研活動中做觀摩課。教學(xué)中，她注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹?shù)膶W(xué)習(xí)品質(zhì)，又不失時機地鼓勵學(xué)生大膽想象。