一、實(shí)驗(yàn)背景：理解"風(fēng)化"的科學(xué)內(nèi)涵與教學(xué)價(jià)值演講人CONTENTS實(shí)驗(yàn)背景：理解"風(fēng)化"的科學(xué)內(nèi)涵與教學(xué)價(jià)值實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：材料、步驟與安全預(yù)案的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)現(xiàn)象記錄與結(jié)論推導(dǎo)：從觀察到思維的進(jìn)階拓展與延伸：從實(shí)驗(yàn)到自然的聯(lián)結(jié)總結(jié)與反思：實(shí)驗(yàn)背后的教育本質(zhì)目錄2025小學(xué)四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)巖石風(fēng)化過程模擬實(shí)驗(yàn)課件作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的一線教師，我始終相信：讓孩子在動(dòng)手操作中觸摸科學(xué)，是打開自然奧秘最生動(dòng)的鑰匙。巖石風(fēng)化這一單元，是四年級(jí)上冊(cè)"地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域"的核心內(nèi)容。當(dāng)我?guī)е鴮W(xué)生站在校園后山的巖石前，看著他們指著巖石表面的裂痕問"石頭怎么會(huì)破？"時(shí)，我便知道——一場以"模擬實(shí)驗(yàn)"為橋梁的科學(xué)之旅，該啟程了。01實(shí)驗(yàn)背景：理解"風(fēng)化"的科學(xué)內(nèi)涵與教學(xué)價(jià)值1知識(shí)鋪墊：從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的銜接四年級(jí)學(xué)生已有"巖石是自然中常見物質(zhì)"的生活經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)"巖石會(huì)變化"的認(rèn)知多停留在"人為破壞"層面。我曾在課前調(diào)查中問："你見過變碎的石頭嗎？"78%的孩子提到"被錘子砸"或"修路炸山"，僅12%注意到"山坡上自然裂開的石頭"。這說明，幫助學(xué)生建立"自然條件下巖石緩慢變化"的科學(xué)概念，是本實(shí)驗(yàn)的首要目標(biāo)?？茖W(xué)上，巖石風(fēng)化指地表或接近地表的巖石，在溫度、水、大氣及生物的作用下發(fā)生崩解和分解的過程。它分為三大類：（1）物理風(fēng)化：因溫度變化、水的凍融等導(dǎo)致巖石機(jī)械破碎，成分不變；（2）化學(xué)風(fēng)化：因水、大氣中的酸性物質(zhì)與巖石礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，成分改變；（3）生物風(fēng)化：因植物根系生長、動(dòng)物活動(dòng)或微生物作用破壞巖石。2教學(xué)價(jià)值：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心邏輯本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需符合《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中"通過觀察、實(shí)驗(yàn)等方法獲取證據(jù)，用科學(xué)語言描述現(xiàn)象"的要求?？紤]到四年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)（具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算階段過渡），實(shí)驗(yàn)需滿足：可見性：將"緩慢的自然過程"轉(zhuǎn)化為"可觀察的短時(shí)間變化"；對(duì)比性：設(shè)置對(duì)照組，明確變量與現(xiàn)象的因果關(guān)系；操作性：材料易得、步驟安全，符合小學(xué)生動(dòng)手能力。去年帶學(xué)生做預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，有個(gè)孩子舉著碎成小塊的巖石說："原來風(fēng)沒吹、雨沒下，用火烤也能讓石頭'生病'！"這讓我更確信：通過模擬實(shí)驗(yàn)建立"多因素共同作用"的科學(xué)思維，是本實(shí)驗(yàn)的深層目標(biāo)。02實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：材料、步驟與安全預(yù)案的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)材料清單（以4人小組為單位）|類別|物品名稱|數(shù)量/規(guī)格|設(shè)計(jì)意圖||--------------|---------------------------|------------------------|---------------------------||物理風(fēng)化組|小花崗巖塊（2cm×2cm）|2塊（1塊實(shí)驗(yàn)，1塊對(duì)照）|花崗巖礦物結(jié)構(gòu)緊密，更易觀察裂隙|||酒精燈、鑷子|1套|模擬溫度劇烈變化|||250ml燒杯（裝冷水）|1個(gè)|提供驟冷環(huán)境||化學(xué)風(fēng)化組|石灰?guī)r碎塊（1cm×1cm）|2塊（1塊實(shí)驗(yàn)，1塊對(duì)照）|石灰?guī)r含碳酸鈣，易與酸反應(yīng)|1實(shí)驗(yàn)材料清單（以4人小組為單位）||1:10稀鹽酸（實(shí)驗(yàn)室配制）|50ml|模擬酸雨或土壤酸性物質(zhì)|||玻璃培養(yǎng)皿、滴管|1套|控制酸液用量||生物風(fēng)化組|帶根小草（如狗尾草）|1株（根系完整）|模擬植物根系生長|||塑料盒（帶蓋）、濕潤土壤|1個(gè)（15cm×10cm）|提供根系生長環(huán)境||通用材料|放大鏡、記錄單、研缽|1套/組|觀察細(xì)節(jié)、記錄現(xiàn)象|注：材料選擇充分考慮安全性與典型性。例如，選用花崗巖而非頁巖（頁巖本身易破碎，干擾變量），稀鹽酸濃度嚴(yán)格控制在1:10以下（避免灼傷）。2實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.1物理風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（溫度變化）操作流程：（1）用鑷子夾持花崗巖塊，在酒精燈外焰加熱3分鐘（觀察：巖石表面是否變色？）；（2）迅速將加熱后的巖石浸入冷水中（注意：鑷子保持夾持，避免巖石沉底炸裂燒杯）；（3）重復(fù)"加熱-驟冷"操作3次；（4）用放大鏡觀察巖石表面，與未處理的對(duì)照巖石對(duì)比；（5）用研缽輕輕敲擊，感受巖石硬度變化。教師指導(dǎo)要點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)"外焰加熱"的原因（外焰溫度最高，模擬自然中巖石向陽面劇烈升溫）；提示學(xué)生注意聽"浸入冷水時(shí)的細(xì)微爆裂聲"（這是巖石內(nèi)部應(yīng)力釋放的證據(jù)）；對(duì)比時(shí)引導(dǎo)觀察："原巖石表面光滑，實(shí)驗(yàn)后是否出現(xiàn)細(xì)紋？敲擊時(shí)聲音是否變悶？"2實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.1物理風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（溫度變化）去年實(shí)驗(yàn)中，有個(gè)小組的巖石在第二次浸入冷水時(shí)裂開了一條縫，孩子們興奮地喊："老師快看！石頭'笑'了！"這正是物理風(fēng)化中"熱脹冷縮導(dǎo)致裂隙"的直觀呈現(xiàn)。2實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.2化學(xué)風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（酸性物質(zhì)侵蝕）在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（4）30分鐘后，用軟毛刷刷洗巖石表面，對(duì)比兩組巖石的粗糙程度；操作流程：（1）將石灰?guī)r碎塊放入培養(yǎng)皿，用滴管滴加稀鹽酸（每2分鐘滴1滴，共5滴）；（2）同時(shí)將另一塊石灰?guī)r碎塊滴加等量清水（設(shè)置對(duì)照組）；（3）觀察是否有氣泡產(chǎn)生（用放大鏡觀察氣泡產(chǎn)生的位置）；教師指導(dǎo)要點(diǎn)：解釋"氣泡是二氧化碳?xì)怏w"（聯(lián)系四年級(jí)上冊(cè)"物質(zhì)變化"單元的"小蘇打與白醋反應(yīng)"）；（5）用pH試紙檢測反應(yīng)后的液體（若時(shí)間允許）。2實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.2化學(xué)風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（酸性物質(zhì)侵蝕）強(qiáng)調(diào)"對(duì)照組的作用"："清水組沒氣泡，說明是鹽酸在和巖石'打架'，而不是水本身"；01引導(dǎo)思考："如果雨水里也有這種'酸'，山上的石頭會(huì)怎樣？"（自然過渡到"酸雨對(duì)巖石的影響"）02我曾在實(shí)驗(yàn)后問學(xué)生："為什么選石灰?guī)r？"有個(gè)孩子翻著科學(xué)書說："因?yàn)槲覀儗W(xué)過溶洞是石灰?guī)r被水溶解形成的，這里鹽酸就是'加速版'的水！"這種知識(shí)遷移讓我倍感欣慰。032實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.3生物風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（植物根系作用）在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容教師指導(dǎo)要點(diǎn)：提前準(zhǔn)備"根系生長視頻"（因?qū)嶒?yàn)周期長，用延時(shí)攝影輔助觀察）；提示學(xué)生注意"根系向巖石縫隙生長的趨勢"（這是生物風(fēng)化的關(guān)鍵機(jī)制）；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容操作流程：（1）在塑料盒中鋪2cm濕潤土壤，將小草根系平鋪在土壤表面，覆蓋1cm土壤；（3）每天澆等量水，放置在窗臺(tái)（保證光照）；（2）將另一塑料盒裝入等量土壤（無植物，作為對(duì)照）；（4）2周后，小心剝離土壤，觀察根系與巖石的接觸部分；（5）用尺子測量根系直徑變化，對(duì)比巖石表面是否有壓痕或碎裂。2實(shí)驗(yàn)步驟：分階段操作與觀察指導(dǎo)2.3生物風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)（植物根系作用）聯(lián)系生活："你們見過墻縫里的小草嗎？它的根是不是把墻撐裂了？這和巖石風(fēng)化是一樣的道理。"記得有個(gè)孩子在觀察記錄中寫道："小草的根像小爪子，抓著石頭使勁長，石頭就被抓出小坑了。"這種童趣的描述，恰好準(zhǔn)確表達(dá)了生物風(fēng)化的本質(zhì)——生物生長產(chǎn)生的機(jī)械壓力。3安全預(yù)案：細(xì)節(jié)決定實(shí)驗(yàn)成敗酒精燈使用：提前培訓(xùn)"火柴點(diǎn)火、燈帽蓋滅"的規(guī)范，強(qiáng)調(diào)"加熱時(shí)鑷子末端用濕毛巾包裹防燙"；巖石碎片處理：實(shí)驗(yàn)后統(tǒng)一收集，避免尖銳碎片劃傷；稀鹽酸防護(hù)：要求戴塑料手套操作，若不慎沾到皮膚，立即用清水沖洗并報(bào)告；生物實(shí)驗(yàn)管理：明確小組分工（每日澆水、記錄由不同成員負(fù)責(zé)），避免因疏忽導(dǎo)致植物死亡。03現(xiàn)象記錄與結(jié)論推導(dǎo)：從觀察到思維的進(jìn)階1現(xiàn)象記錄表設(shè)計(jì)（示例）|實(shí)驗(yàn)類型|觀察維度|實(shí)驗(yàn)前現(xiàn)象|實(shí)驗(yàn)后現(xiàn)象|結(jié)論（初步）||------------|----------------|--------------------------|--------------------------|--------------------------||物理風(fēng)化|表面狀態(tài)|光滑，無裂痕|出現(xiàn)細(xì)密裂紋，部分脫落|溫度變化導(dǎo)致巖石破碎|||敲擊聲音|清脆（"叮叮"聲）|沉悶（"噗噗"聲）|內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞||化學(xué)風(fēng)化|氣體產(chǎn)生|無氣泡|滴鹽酸處冒細(xì)密氣泡|鹽酸與巖石發(fā)生反應(yīng)|1現(xiàn)象記錄表設(shè)計(jì)（示例）||表面粗糙度|用指甲劃無痕跡|用指甲可劃出白痕|巖石硬度降低|1|生物風(fēng)化|根系與巖石接觸|根系細(xì)（直徑約1mm）|根系增粗（直徑約3mm）|根系生長產(chǎn)生壓力|2||巖石表面|無明顯痕跡|接觸處有淺凹痕|壓力導(dǎo)致巖石變形|32結(jié)論推導(dǎo)的思維引導(dǎo)物理風(fēng)化：通過"加熱時(shí)巖石內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加?。ㄅ蛎洠E冷時(shí)分子運(yùn)動(dòng)減慢（收縮）"的微觀解釋，聯(lián)系"夏天曬燙的石板遇雨開裂"的生活現(xiàn)象；化學(xué)風(fēng)化：結(jié)合"鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)生成可溶的氯化鈣"的化學(xué)反應(yīng)式（用簡單文字表述："酸把石頭里的'硬東西'溶解了"），解釋"溶洞、石筍的形成"；生物風(fēng)化：從"根的生長需要空間"的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，推導(dǎo)"根越粗，對(duì)周圍巖石的壓力越大"的因果關(guān)系。我常對(duì)學(xué)生說："科學(xué)結(jié)論不是老師給的，是你們用眼睛看、用手摸、用腦想出來的。"當(dāng)孩子們看著自己的記錄表，爭著說"原來三種風(fēng)化是一起工作的！"時(shí)，我知道他們真正理解了"風(fēng)化是多因素共同作用的過程"。04拓展與延伸：從實(shí)驗(yàn)到自然的聯(lián)結(jié)1自然現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)觀察實(shí)驗(yàn)后，我會(huì)帶學(xué)生開展"校園風(fēng)化觀察活動(dòng)"：01觀察教學(xué)樓前的花崗巖臺(tái)階（表面是否有剝落？可能是物理風(fēng)化）；02觀察花壇邊的石灰?guī)r裝飾石（是否有小坑？可能是化學(xué)風(fēng)化）；03觀察圍墻縫隙的雜草（根是否撐大了縫隙？可能是生物風(fēng)化）。04有個(gè)孩子指著操場邊的老樹根喊："看！樹根把水泥地都撐裂了，這算不算生物風(fēng)化？"這種遷移能力，正是科學(xué)教育最想培養(yǎng)的。052風(fēng)化的意義討論STEP03STEP04STEP01STEP02通過"如果沒有風(fēng)化，地球會(huì)怎樣？"的開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：巖石風(fēng)化產(chǎn)生的碎屑是土壤的"骨架"（聯(lián)系三年級(jí)"土壤"單元）；風(fēng)化使礦物養(yǎng)分釋放，為植物生長提供條件；風(fēng)化塑造了多樣的地貌（如黃山怪石、桂林山水）。05總結(jié)與反思：實(shí)驗(yàn)背后的教育本質(zhì)1核心概念的凝練通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需建立以下科學(xué)觀念：01巖石在自然條件下會(huì)因溫度、水、生物等因素發(fā)生緩慢變化（風(fēng)化）；02風(fēng)化包括物理、化學(xué)、生物三種類型，常共同作用；03風(fēng)化是地球表面物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，與土壤形成、地貌演化密切相關(guān)。042教學(xué)反思與改進(jìn)成功之處：模擬實(shí)驗(yàn)將抽象的"緩慢過程"轉(zhuǎn)化為具象操作，92%的學(xué)生能準(zhǔn)確描述三種風(fēng)化的區(qū)別；改進(jìn)方向：生物風(fēng)化實(shí)驗(yàn)周期較長，可增加"種子萌發(fā)頂開巖石"的微型實(shí)驗(yàn)（用綠豆種子、碎巖石片、透明盒觀察），縮短觀察時(shí)間；情感目標(biāo)：通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)"自然力量"