一、教學(xué)背景與目標(biāo)設(shè)定：為什么需要“晝夜的數(shù)字模型”？演講人CONTENTS教學(xué)背景與目標(biāo)設(shè)定：為什么需要“晝夜的數(shù)字模型”？教學(xué)準(zhǔn)備：從“實物模型”到“數(shù)字模型”的工具升級教學(xué)過程：從現(xiàn)象觀察到模型構(gòu)建的遞進(jìn)式探究活動5：解決生活中的“晝夜謎題”總結(jié)與拓展：數(shù)字模型——打開科學(xué)之門的“金鑰匙”目錄2025四年級科學(xué)上冊晝夜的數(shù)字模型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)教育的核心不僅是傳遞知識，更要培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)工具解釋世界的能力。晝夜交替是四年級學(xué)生最熟悉卻又最易困惑的自然現(xiàn)象之一——他們能觀察到日出日落，卻未必能理解背后的地球運動規(guī)律；能說出“地球自轉(zhuǎn)”的結(jié)論，卻難以將抽象概念轉(zhuǎn)化為可驗證的模型。今天，我們將以“數(shù)字模型”為橋梁，帶領(lǐng)學(xué)生從現(xiàn)象觀察走向規(guī)律探究，用數(shù)據(jù)和程序構(gòu)建屬于自己的“晝夜知識庫”。01教學(xué)背景與目標(biāo)設(shè)定：為什么需要“晝夜的數(shù)字模型”？1學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)分析四年級學(xué)生（10-11歲）已通過《地球與宇宙科學(xué)》單元初步接觸“地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜交替”的結(jié)論，但存在兩大認(rèn)知痛點：現(xiàn)象與原理的割裂：能背誦“地球自轉(zhuǎn)”，卻無法解釋“為何同一時間有的地方是白天、有的地方是黑夜”；靜態(tài)模型的局限：傳統(tǒng)地球儀+手電筒演示實驗中，學(xué)生難以直觀觀察“自轉(zhuǎn)過程中光照范圍的動態(tài)變化”，更無法量化分析“不同緯度的晝夜時長差異”。2數(shù)字模型的教育價值數(shù)字模型是連接具體現(xiàn)象與抽象規(guī)律的“可視化工具”。通過參數(shù)設(shè)定（如自轉(zhuǎn)速度、地軸傾角）、數(shù)據(jù)記錄（如光照角度、晝夜時長）和動態(tài)模擬（如24小時光照變化），學(xué)生能：主動探究：通過調(diào)整參數(shù)觀察結(jié)果變化，理解“變量控制”的科學(xué)思維；量化分析：用數(shù)據(jù)驗證“地球自轉(zhuǎn)周期24小時”的科學(xué)性，而非被動接受結(jié)論；遷移應(yīng)用：掌握模型構(gòu)建方法后，可自主探究“四季變化”“極晝極夜”等延伸問題。3教學(xué)目標(biāo)分層設(shè)計基于新課標(biāo)“實踐探究”“科學(xué)思維”的核心素養(yǎng)要求，本課時設(shè)定三維目標(biāo)：01知識目標(biāo)：理解晝夜交替的成因是地球自轉(zhuǎn)；能說出“晝半球”“夜半球”“晨昏線”的概念；知道晝夜時長與緯度、季節(jié)的關(guān)系。02能力目標(biāo)：能利用簡單數(shù)字工具（如Excel、Scratch或在線模擬平臺）構(gòu)建晝夜數(shù)字模型；通過調(diào)整參數(shù)觀察現(xiàn)象，總結(jié)變量間的因果關(guān)系。03情感目標(biāo)：感受數(shù)字技術(shù)在科學(xué)探究中的工具價值；通過模型驗證真實現(xiàn)象，增強(qiáng)“用科學(xué)解釋生活”的自信心。0402教學(xué)準(zhǔn)備：從“實物模型”到“數(shù)字模型”的工具升級1傳統(tǒng)教具的局限性與改進(jìn)方向傳統(tǒng)教學(xué)中，教師常用地球儀（代表地球）+手電筒（代表太陽）演示晝夜交替，但存在三大不足：動態(tài)性不足：手動旋轉(zhuǎn)地球儀時，難以保持勻速，學(xué)生無法觀察“連續(xù)24小時的光照變化”；量化缺失：無法精確測量“某緯度的晝長”，只能定性描述“夏季晝長夜短”；交互性弱：學(xué)生僅能觀察教師操作，難以主動參與參數(shù)調(diào)整。2數(shù)字模型工具的選擇與準(zhǔn)備為突破上述局限，本課時選擇“分層工具包”，兼顧不同學(xué)生的操作能力：基礎(chǔ)工具：在線模擬平臺（如PhET“晝夜交替”模擬器），內(nèi)置地球自轉(zhuǎn)、地軸傾角等參數(shù)，點擊即可觀察動態(tài)效果，適合模型初建階段；進(jìn)階工具：Excel表格+公式計算，通過輸入“緯度”“日期”等參數(shù)，自動生成“日出日落時間”“晝長”數(shù)據(jù)，適合數(shù)據(jù)驗證階段；拓展工具：Scratch編程（簡單腳本），讓學(xué)生自主設(shè)計“地球自轉(zhuǎn)”動畫，并添加“光照檢測”模塊（如用顏色變化表示晝夜），適合能力較強(qiáng)學(xué)生的個性化探究。3學(xué)生前置技能準(zhǔn)備為確保課堂效率，需提前1課時鋪墊兩項基礎(chǔ)技能：數(shù)字工具操作：演示PhET平臺的基本功能（如拖動太陽、調(diào)整自轉(zhuǎn)速度），練習(xí)“暫停-觀察-記錄”的操作流程；科學(xué)記錄方法：設(shè)計“模型觀察記錄表”，包含“參數(shù)設(shè)置”（自轉(zhuǎn)周期、地軸傾角）、“觀察現(xiàn)象”（晝夜范圍、晝長變化）、“結(jié)論推導(dǎo)”三列，培養(yǎng)“假設(shè)-驗證-總結(jié)”的思維習(xí)慣。03教學(xué)過程：從現(xiàn)象觀察到模型構(gòu)建的遞進(jìn)式探究1情境導(dǎo)入：從“生活疑問”到“科學(xué)問題”（10分鐘）活動1：晝夜現(xiàn)象大調(diào)查010203展示學(xué)生課前記錄的“一天活動時間軸”（如6:30起床、18:00放學(xué)），提問：“為什么我們的活動時間與太陽升起、落下密切相關(guān)？”引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)“晝夜交替”與“太陽位置變化”。追問深化：“同一時刻，北京的小朋友在上課，紐約的小朋友卻在睡覺，這是為什么？”通過地圖標(biāo)注兩地位置，引出“地球是球體”“太陽只能照亮半個地球”的初步認(rèn)知。設(shè)計意圖：用學(xué)生的真實生活經(jīng)驗激活認(rèn)知，將“晝夜交替”從“自然現(xiàn)象”轉(zhuǎn)化為“需要解釋的科學(xué)問題”。2知識回顧：地球運動的“關(guān)鍵參數(shù)”（15分鐘）活動2：地球運動的“身份證”發(fā)放“地球運動卡片”，包含以下參數(shù)（留白讓學(xué)生補(bǔ)充）：自轉(zhuǎn)周期：______（24小時）自轉(zhuǎn)方向：______（自西向東）地軸傾角：______（約23.5）與太陽的平均距離：______（1.5億千米，即1天文單位）通過小組討論、教材查閱補(bǔ)充參數(shù)后，教師用動態(tài)動畫演示“地球自轉(zhuǎn)+地軸傾斜”的組合運動，強(qiáng)調(diào)：“這些參數(shù)是構(gòu)建數(shù)字模型的‘基礎(chǔ)代碼’，就像搭積木時需要先確定每塊積木的大小和形狀?！币族e點突破：針對“地球自轉(zhuǎn)是否會導(dǎo)致四季變化”的常見混淆，明確“四季主要與公轉(zhuǎn)和地軸傾角有關(guān)，晝夜交替僅與自轉(zhuǎn)有關(guān)”，為后續(xù)模型的“變量控制”做鋪墊。2知識回顧：地球運動的“關(guān)鍵參數(shù)”（15分鐘）活動2：地球運動的“身份證”設(shè)計意圖：通過參數(shù)梳理，將抽象的地球運動轉(zhuǎn)化為可操作的“數(shù)字語言”，為模型構(gòu)建提供“數(shù)據(jù)支撐”。3模型構(gòu)建：從“參數(shù)設(shè)定”到“動態(tài)模擬”（25分鐘）活動3：搭建你的“晝夜實驗室”分三個階段引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)字模型：3模型構(gòu)建：從“參數(shù)設(shè)定”到“動態(tài)模擬”（25分鐘）3.1基礎(chǔ)模型：用PhET模擬晝夜交替操作步驟：打開PhET“晝夜交替”模擬器，默認(rèn)設(shè)置為“地球不自轉(zhuǎn)”，觀察現(xiàn)象（半個地球永遠(yuǎn)白天，半個永遠(yuǎn)黑夜）；逐步增加自轉(zhuǎn)速度（從0/小時到15/小時，對應(yīng)24小時自轉(zhuǎn)360），觀察“晨昏線”（晝夜交界線）的移動規(guī)律。關(guān)鍵問題：“自轉(zhuǎn)速度為什么是15/小時？”（360÷24小時=15/小時）“如果自轉(zhuǎn)速度變快（如18/小時），晝夜時長會怎樣變化？”（晝長=360÷18=20小時，夜長4小時）3模型構(gòu)建：從“參數(shù)設(shè)定”到“動態(tài)模擬”（25分鐘）3.2進(jìn)階模型：用Excel計算晝長原理滲透：晝長取決于“太陽直射點緯度”和“當(dāng)?shù)鼐暥取保綖椋簳冮L=2×arccos(-tanφ×tanδ)×(12/π)（φ為當(dāng)?shù)鼐暥?，δ為太陽直射點緯度）?？紤]學(xué)生認(rèn)知水平，簡化為“輸入緯度和日期，調(diào)用內(nèi)置函數(shù)計算”。實踐操作：展示北京（北緯39.9）二分二至日的晝長數(shù)據(jù)（春分12小時、夏至約15小時、冬至約9小時），學(xué)生輸入自己所在城市的緯度，驗證模型是否與真實數(shù)據(jù)匹配。3模型構(gòu)建：從“參數(shù)設(shè)定”到“動態(tài)模擬”（25分鐘）3.3拓展模型：用Scratch編程“光照檢測”腳本設(shè)計：繪制地球（圓形），添加“自轉(zhuǎn)”積木（每秒旋轉(zhuǎn)15）；用“顏色檢測”積木判斷某點（如北京坐標(biāo)）是否被“太陽”（手電筒圖形）照亮，被照亮?xí)r顯示“白天”，否則顯示“黑夜”。教師點撥：“數(shù)字模型不是‘正確答案’的復(fù)制，而是‘探究過程’的可視化。即使你的模型與真實數(shù)據(jù)有誤差，也能幫你發(fā)現(xiàn)問題——比如地軸傾角是否設(shè)置正確？自轉(zhuǎn)方向是否顛倒？”創(chuàng)新挑戰(zhàn)：鼓勵學(xué)生添加“地軸傾斜”參數(shù)（用“旋轉(zhuǎn)”積木調(diào)整地球傾斜角度），觀察“極晝極夜”現(xiàn)象（如北極點在夏至日始終被照亮）。設(shè)計意圖：通過“觀察-操作-編程”的分層任務(wù)，讓不同能力的學(xué)生都能參與模型構(gòu)建，同時滲透“科學(xué)模型是不斷修正的”的核心觀念。23414模型驗證：用真實數(shù)據(jù)檢驗“數(shù)字世界”（15分鐘）活動4：今天的晝長對嗎？數(shù)據(jù)采集：提前讓學(xué)生記錄當(dāng)?shù)刈蛉盏娜粘觯ㄈ?:40）和日落時間（如18:30），計算實際晝長（12小時50分鐘）；模型預(yù)測：在Excel中輸入當(dāng)?shù)鼐暥龋ㄈ绫本?0）和當(dāng)前日期（如10月），計算模型預(yù)測的晝長（約11小時40分鐘）；誤差分析：小組討論誤差來源（如是否考慮大氣折射導(dǎo)致的“日出提前”“日落延遲”？地軸傾角是否精確到23.5？）。教師總結(jié)：“科學(xué)模型的價值不僅是‘正確’，更是‘解釋’。即使有誤差，我們也能通過分析誤差，發(fā)現(xiàn)更多隱藏的科學(xué)規(guī)律——比如大氣對光照的影響，這就是后續(xù)學(xué)習(xí)‘大氣圈層’的起點。”4模型驗證：用真實數(shù)據(jù)檢驗“數(shù)字世界”（15分鐘）設(shè)計意圖：通過真實數(shù)據(jù)與模型預(yù)測的對比，讓學(xué)生理解“模型是對真實世界的簡化”，培養(yǎng)“尊重數(shù)據(jù)、理性分析”的科學(xué)態(tài)度。04活動5：解決生活中的“晝夜謎題”活動5：解決生活中的“晝夜謎題”出示兩個真實情境，讓學(xué)生用數(shù)字模型解釋：謎題1：南極科考隊在12月會經(jīng)歷“極晝”，而6月則是“極夜”，為什么？（調(diào)整模型中的地軸傾角和公轉(zhuǎn)位置，觀察南極圈的光照范圍）謎題2：新疆的小朋友晚上9點還能在戶外玩耍，而北京的小朋友此時已準(zhǔn)備睡覺，這與“北京時間”有關(guān)嗎？（模型中添加“時區(qū)”參數(shù)，理解“地方時”與“區(qū)時”的差異）設(shè)計意圖：從“解釋基本現(xiàn)象”到“解決復(fù)雜問題”，體現(xiàn)模型的遷移價值，強(qiáng)化“科學(xué)服務(wù)生活”的意識。05總結(jié)與拓展：數(shù)字模型——打開科學(xué)之門的“金鑰匙”1課堂總結(jié)：從“現(xiàn)象”到“模型”的思維升級回顧課堂，我們經(jīng)歷了“觀察現(xiàn)象→梳理參數(shù)→構(gòu)建模型→驗證修正→遷移應(yīng)用”的完整探究流程。數(shù)字模型不僅是“晝夜交替”的解釋工具，更是一種“用數(shù)據(jù)說話、用程序驗證”的科學(xué)思維方式。就像我常對學(xué)生說的：“當(dāng)你能用數(shù)字模型解釋一個現(xiàn)象時，你就真正‘擁有’了這個知識?！?課后拓展：讓模型“生長”起來基礎(chǔ)任務(wù)：用PhET模擬器調(diào)整“地軸傾角”（如設(shè)為0），觀察晝夜現(xiàn)象的變化，思考“如果地球直著身子轉(zhuǎn)，還會有四季嗎？”（為下一課“四季的形成”鋪墊）；01挑戰(zhàn)任務(wù)：嘗試用Scratch編程模擬“月相變化”，記錄“月相周期”與“月球公轉(zhuǎn)”的關(guān)系（跨學(xué)科整合，聯(lián)系《月球》單元）；02實踐任務(wù)：連續(xù)記錄一周的日出日落時間，用