一、實驗背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題的自然生發(fā)演講人實驗背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題的自然生發(fā)01現(xiàn)象分析：從實驗觀察到科學(xué)概念的建構(gòu)02實驗準備與實施：從方案設(shè)計到操作驗證的嚴謹過程03拓展延伸：從課堂實驗到宇宙認知的拓展04目錄2025四年級科學(xué)上冊晝夜交替的模擬實驗課件作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：科學(xué)課的魅力，在于讓抽象的原理變成可觸摸的實踐，讓孩子在動手操作中建構(gòu)對世界的認知。今天要和大家分享的“晝夜交替的模擬實驗”，正是這樣一節(jié)將天文現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為桌面探究的經(jīng)典課例。這節(jié)課不僅承載著“地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜交替”這一核心科學(xué)概念的傳遞，更重要的是通過模擬實驗，培養(yǎng)學(xué)生“提出問題—設(shè)計方案—驗證假設(shè)—得出結(jié)論”的科學(xué)思維。接下來，我將從實驗背景、準備與實施、現(xiàn)象分析、拓展延伸四個板塊，帶大家完整梳理這節(jié)實驗課的設(shè)計邏輯與教學(xué)實踐。01實驗背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題的自然生發(fā)1觀察生活，喚醒前概念每學(xué)期開學(xué)第一周，我總會在晨讀時留意教室窗外的天色——九月初的清晨7點，陽光已灑滿走廊；而到了十二月，同樣的時間，窗外還籠罩著灰蒙蒙的晨霧。這種“天亮得越來越晚”的變化，總能引發(fā)孩子們的討論：“為什么早上有時亮得早，有時亮得晚？”“為什么白天和黑夜會輪流出現(xiàn)？”這些看似稚嫩的問題，恰恰是打開“晝夜交替”認知大門的鑰匙。在正式教學(xué)前，我會先組織一次“晝夜現(xiàn)象小調(diào)查”：讓學(xué)生記錄一周內(nèi)“早上上學(xué)時天是否亮了”“晚上寫完作業(yè)時天是否黑了”的時間變化。當孩子們發(fā)現(xiàn)“同一地點的天亮天黑時間在逐漸變化”時，自然會追問：“到底是什么原因讓白天和黑夜不斷交替呢？”2梳理假設(shè)，明確實驗?zāi)繕嗽谟覀?cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容面對“晝夜交替”的成因，四年級學(xué)生的前概念往往包含以下幾種可能：在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容①太陽繞著地球轉(zhuǎn)（“就像風扇的葉子轉(zhuǎn)，一會兒照到我，一會兒照不到”）；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容②地球繞著太陽轉(zhuǎn)（“地球轉(zhuǎn)圈的時候，一會兒正對著太陽，一會兒背對太陽”）；這些假設(shè)看似簡單，卻需要通過實驗驗證。因此，本節(jié)課的核心目標可以歸納為：通過模擬實驗，觀察“地球”與“太陽”的相對運動，驗證晝夜交替的成因；理解“地球自轉(zhuǎn)”是導(dǎo)致晝夜交替的關(guān)鍵因素；初步建立“相對運動”的科學(xué)思維，區(qū)分“誰在動”與“看起來誰在動”。③地球自己在轉(zhuǎn)動（“像陀螺一樣轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)的時候一半被照亮，一半照不到”）。02實驗準備與實施：從方案設(shè)計到操作驗證的嚴謹過程1實驗材料的選擇與優(yōu)化模擬實驗的關(guān)鍵在于“用簡單材料還原真實場景”?？紤]到四年級學(xué)生的操作能力，我將實驗材料分為基礎(chǔ)版與拓展版，確保不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生都能參與?；A(chǔ)版材料（每組一套）：小型地球儀（或用橙子、土豆自制“地球模型”，表面用馬克筆標出“我們的家鄉(xiāng)”）；手電筒（代表太陽，可用手機閃光燈替代）；記錄卡（繪制“地球模型”簡圖，標注“白天區(qū)”“黑夜區(qū)”）；計時器（用于控制轉(zhuǎn)動速度）。拓展版材料（教師演示用）：可調(diào)節(jié)亮度的LED臺燈（模擬穩(wěn)定的“太陽光源”）；帶旋轉(zhuǎn)底座的地球儀（更直觀展示自轉(zhuǎn)過程）；1實驗材料的選擇與優(yōu)化熒光粉（涂抹在“地球模型”表面，黑暗環(huán)境中觀察光照區(qū)域變化）。選擇自制“地球模型”而非標準地球儀，是因為土豆或橙子的不規(guī)則表面更貼近學(xué)生對“真實地球”的認知，而標注“家鄉(xiāng)”則能讓實驗與生活建立更緊密的聯(lián)系——當“家鄉(xiāng)”隨“地球”轉(zhuǎn)動進入或離開光照區(qū)時，學(xué)生能更直觀地感受“白天”與“黑夜”的轉(zhuǎn)換。2實驗步驟的分層設(shè)計為避免學(xué)生操作混亂，實驗分為“靜態(tài)觀察—動態(tài)模擬—變量控制”三個階段，逐步深化對現(xiàn)象的理解。2實驗步驟的分層設(shè)計2.1階段一：靜態(tài)下的晝夜劃分（10分鐘）操作指令：①關(guān)閉教室頂燈，拉上窗簾（模擬黑暗的宇宙環(huán)境）；②一名學(xué)生手持手電筒，保持靜止，光束直射“地球模型”；③其他學(xué)生觀察：“地球模型”表面被照亮的區(qū)域（白天）與未被照亮的區(qū)域（黑夜）有什么特點？觀察記錄要點：照亮區(qū)域與未照亮區(qū)域的分界線是怎樣的？（弧形，與光源方向垂直）；“家鄉(xiāng)”此時處于白天還是黑夜？（根據(jù)標注位置判斷）；如果手電筒位置不變，“地球模型”也不轉(zhuǎn)動，“家鄉(xiāng)”的晝夜狀態(tài)會改變嗎？（不會，始終固定）。2實驗步驟的分層設(shè)計2.1階段一：靜態(tài)下的晝夜劃分（10分鐘）這一階段的核心是讓學(xué)生意識到：僅靠“太陽”（手電筒）靜止、“地球”（模型）靜止，無法形成晝夜交替。2實驗步驟的分層設(shè)計2.2階段二：動態(tài)模擬下的晝夜變化（15分鐘）操作指令：①保持手電筒靜止（模擬太陽相對靜止）；②一名學(xué)生緩慢轉(zhuǎn)動“地球模型”（自西向東，即從左向右轉(zhuǎn)動，模擬地球自轉(zhuǎn)）；③其他學(xué)生重點觀察“家鄉(xiāng)”的晝夜狀態(tài)變化，并用記錄卡記錄“亮—暗—亮”的轉(zhuǎn)換過程。關(guān)鍵提問引導(dǎo)：“地球”轉(zhuǎn)動時，“家鄉(xiāng)”是怎樣從白天進入黑夜的？（隨著轉(zhuǎn)動，逐漸離開光照區(qū)）；轉(zhuǎn)動一圈后，“家鄉(xiāng)”經(jīng)歷了幾次晝夜變化？（一次完整的晝夜交替）；如果“地球”轉(zhuǎn)動得更快/更慢，晝夜交替的時間會怎樣變化？（轉(zhuǎn)動越快，交替越快；反之則越慢）。這一階段的觀察結(jié)果會直接指向假設(shè)③——地球自轉(zhuǎn)可能是晝夜交替的原因。2實驗步驟的分層設(shè)計2.3階段三：變量控制下的對比實驗（10分鐘）為排除其他假設(shè)的干擾（如“太陽繞地球轉(zhuǎn)”），需要設(shè)計對比實驗：①實驗A：“地球”靜止，“太陽”（手電筒）繞“地球”轉(zhuǎn)動（自東向西）；②實驗B：“地球”自西向東轉(zhuǎn)動，“太陽”靜止；③觀察兩種情況下“家鄉(xiāng)”的晝夜交替是否出現(xiàn)，以及交替的方向是否與實際生活一致（如我國東邊的城市比西邊更早看到日出）。實驗現(xiàn)象對比：實驗A中，“太陽”繞“地球”轉(zhuǎn)動時，確實能看到“家鄉(xiāng)”晝夜交替，但“太陽”轉(zhuǎn)動方向（自東向西）與實際觀測到的“太陽東升西落”相反（實際太陽東升西落是因為地球自西向東轉(zhuǎn)，看起來太陽在向西移動）；2實驗步驟的分層設(shè)計2.3階段三：變量控制下的對比實驗（10分鐘）實驗B中，“地球”自西向東轉(zhuǎn)動時，“家鄉(xiāng)”的晝夜交替方向與實際生活完全一致（東邊先亮，西邊后亮）。通過對比，學(xué)生能明確：雖然“太陽繞地球轉(zhuǎn)”也能模擬晝夜交替，但不符合實際觀測到的“太陽運動方向”；而“地球自轉(zhuǎn)”既能解釋晝夜交替，又能解釋太陽的東升西落。03現(xiàn)象分析：從實驗觀察到科學(xué)概念的建構(gòu)1實驗現(xiàn)象的科學(xué)解釋通過實驗，學(xué)生觀察到兩個關(guān)鍵現(xiàn)象：1現(xiàn)象1：“地球”不轉(zhuǎn)動時，同一地點的晝夜狀態(tài)固定；2現(xiàn)象2：“地球”自西向東轉(zhuǎn)動時，同一地點會經(jīng)歷“白天—黑夜—白天”的循環(huán)。3結(jié)合這兩個現(xiàn)象，可以推導(dǎo)出：晝夜交替的本質(zhì)是地球的自轉(zhuǎn)。具體來說：4地球是一個不透明、不發(fā)光的球體，太陽只能照亮地球的一半（晝半球），另一半則處于黑暗中（夜半球）；5地球的自轉(zhuǎn)（約24小時轉(zhuǎn)一圈）使得同一地點輪流進入晝半球和夜半球，從而形成晝夜交替。62前概念的修正與深化在實驗前，部分學(xué)生認為“地球繞太陽公轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜交替”。為了澄清這一點，我會補充一個簡單的類比：“假設(shè)你圍著一盞燈轉(zhuǎn)圈（模擬公轉(zhuǎn)），你的臉始終朝向燈，那么你的臉會一直被照亮，后背一直黑暗，不會有晝夜交替；但如果你一邊轉(zhuǎn)圈，一邊自己原地旋轉(zhuǎn)（模擬自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)），你的臉和后背才會輪流被照亮?！蓖ㄟ^這個類比，學(xué)生能理解：公轉(zhuǎn)（地球繞太陽轉(zhuǎn)）主要導(dǎo)致四季變化，而自轉(zhuǎn)（地球自己轉(zhuǎn)）才是晝夜交替的主因。3聯(lián)系實際：生活中的晝夜現(xiàn)象1實驗的最終目的是解釋真實世界。我會引導(dǎo)學(xué)生用“地球自轉(zhuǎn)”解釋以下現(xiàn)象：2為什么東邊的城市比西邊更早迎來日出？（地球自西向東轉(zhuǎn)，東邊先轉(zhuǎn)到朝向太陽的位置）；3為什么我們每天看到太陽東升西落？（地球自西向東轉(zhuǎn)，看起來太陽像在向西移動）；4為什么國際日期變更線附近會有“今天”和“昨天”的差異？（地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致不同經(jīng)度的地方時間不同）。5這些問題的討論，能幫助學(xué)生將實驗結(jié)論與生活經(jīng)驗深度綁定，真正實現(xiàn)“從探究到理解”的跨越。04拓展延伸：從課堂實驗到宇宙認知的拓展1特殊地區(qū)的晝夜現(xiàn)象并引導(dǎo)學(xué)生思考：“為什么兩極會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？”（地球自轉(zhuǎn)軸是傾斜的，導(dǎo)致兩極在公轉(zhuǎn)時會持續(xù)朝向或背向太陽）。4這一拓展不僅能激發(fā)學(xué)生的好奇心，還能為后續(xù)“四季的形成”教學(xué)埋下伏筆。5地球自轉(zhuǎn)雖然導(dǎo)致了普遍的晝夜交替，但在兩極地區(qū)會出現(xiàn)“極晝”“極夜”現(xiàn)象。我會通過一組圖片和視頻展示：1北極夏季：太陽全天不落，持續(xù)數(shù)月白天；2南極冬季：太陽全天不出，持續(xù)數(shù)月黑夜。32人類對晝夜交替的利用晝夜交替不僅是自然現(xiàn)象，更深刻影響著人類的生產(chǎn)生活。我會展示幾幅對比圖：1城市的白天：車水馬龍，商鋪營業(yè)；2城市的黑夜：路燈亮起，大部分人休息；3動物的晝夜行為：貓頭鷹夜間捕獵，蝴蝶白天采蜜。4通過討論“為什么人類和動物會形成晝夜節(jié)律”，學(xué)生能理解：生物的“生物鐘”是長期適應(yīng)晝夜交替的結(jié)果。53科學(xué)史的滲透：從“地心說”到“日心說”為了讓學(xué)生感受科學(xué)探索的艱辛，我會簡要講述哥白尼、伽利略的故事：“在古代，人們看到太陽東升西落，很自然地認為‘太陽繞地球轉(zhuǎn)’（地心說）。直到400多年前，哥白尼通過長期觀測提出‘地球繞太陽轉(zhuǎn)且自身自轉(zhuǎn)’（日心說），伽利略用望遠鏡觀察到金星的相位變化，才證明了地球自轉(zhuǎn)的存在?？茖W(xué)真理的發(fā)現(xiàn)，需要一代又一代人的觀察、質(zhì)疑和驗證?！边@段科學(xué)史的講述，既能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，又能讓他們體會“模擬實驗”在科學(xué)探究中的重要作用——即使無法直接觀察地球自轉(zhuǎn)，我們也能通過模擬實驗接近真相。結(jié)語：在動手探究中觸摸宇宙的規(guī)律3科學(xué)史的滲透：從“地心說”到“日心說”回顧這節(jié)模擬實驗課，我們從“為什么會有晝夜交替”的疑問出發(fā)，通過設(shè)計實驗、觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)，最終得出“地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜交替”的結(jié)論。課堂上，我看到孩子們舉著自制的“地球模型”興奮地討論“家鄉(xiāng)什么時候會進入黑夜”，聽到他們在對比實驗后恍然大悟：“原來不是太陽在轉(zhuǎn)，是地球自己在轉(zhuǎn)！”這些瞬間，正是科學(xué)教育最動人的模樣。晝夜交替