一、實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬巖石風(fēng)化？演講人實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬巖石風(fēng)化？壹實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：從材料選擇到安全規(guī)范貳實(shí)驗(yàn)過(guò)程：多因素模擬，還原風(fēng)化本質(zhì)叁實(shí)驗(yàn)4：植物生長(zhǎng)對(duì)巖石的破壞肆現(xiàn)象分析：從實(shí)驗(yàn)到自然，建立科學(xué)推理伍拓展應(yīng)用：風(fēng)化與人類(lèi)的“雙向影響”陸目錄總結(jié)：風(fēng)化——地球表面的“慢舞者”柒2025小學(xué)四年級(jí)科學(xué)下冊(cè)巖石風(fēng)化過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)課件各位老師、同學(xué)們：今天，我將以“巖石風(fēng)化過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)”為主題，帶領(lǐng)大家走進(jìn)地球表面的“微小變革”。作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我深知四年級(jí)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象充滿(mǎn)好奇，但抽象概念的理解需要具體、直觀的實(shí)驗(yàn)支撐。巖石風(fēng)化是地球表面常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，卻因過(guò)程緩慢難以直接觀察。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，我們不僅能“縮短”時(shí)間尺度，更能讓科學(xué)探究的種子在學(xué)生心中生根發(fā)芽。接下來(lái)，我將從實(shí)驗(yàn)背景、準(zhǔn)備、操作、分析到拓展，逐步展開(kāi)本次課程的核心內(nèi)容。01實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬巖石風(fēng)化？1課程定位與核心目標(biāo)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在“地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域”中明確要求，四年級(jí)學(xué)生需“知道巖石在大氣、水、生物等長(zhǎng)期聯(lián)合作用下會(huì)發(fā)生風(fēng)化現(xiàn)象”。巖石風(fēng)化是地表形態(tài)變化的基礎(chǔ)，也是土壤形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但自然狀態(tài)下，風(fēng)化過(guò)程可能持續(xù)數(shù)十年甚至上百年，學(xué)生難以直接觀察。因此，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)還原“縮小版”的風(fēng)化過(guò)程，既是落實(shí)課標(biāo)要求的關(guān)鍵手段，也是培養(yǎng)學(xué)生“基于證據(jù)推理”科學(xué)思維的重要載體。2學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)與難點(diǎn)四年級(jí)學(xué)生已具備基礎(chǔ)的觀察能力和簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)（如使用放大鏡、記錄數(shù)據(jù)），但對(duì)“長(zhǎng)期作用”“多因素影響”等抽象概念理解不足。他們可能認(rèn)為“巖石是堅(jiān)硬不變的”，難以想象微小力量如何改變巨大巖石。本次實(shí)驗(yàn)的核心任務(wù)，正是通過(guò)“短時(shí)間內(nèi)復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)期現(xiàn)象”“多組對(duì)比觀察不同因素”，幫助學(xué)生突破認(rèn)知局限，建立“緩慢變化”的科學(xué)觀念。02實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：從材料選擇到安全規(guī)范1實(shí)驗(yàn)材料的科學(xué)選擇為確保實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且符合自然規(guī)律，材料需兼顧“代表性”與“安全性”：巖石樣本：選擇本地常見(jiàn)的砂巖（孔隙多，易受水影響）、頁(yè)巖（層理明顯，易剝離）、花崗巖（質(zhì)地堅(jiān)硬，對(duì)比明顯），提前切割成2-3cm的小塊（便于操作且減少危險(xiǎn)）；模擬自然因素工具：酒精燈（模擬溫度變化）、燒杯與冰水（模擬凍融循環(huán)）、白醋（模擬酸性降水，pH≈2.5，接近酸雨）、苔蘚或綠豆（模擬生物作用，苔蘚需提前培養(yǎng)，綠豆發(fā)芽快）；觀察記錄工具：放大鏡（10倍，便于觀察巖石表面裂隙）、電子秤（測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化）、記錄表（含“表面變化”“裂隙數(shù)量”“質(zhì)量增減”等維度）；輔助工具：鑷子（夾取加熱后的巖石）、護(hù)目鏡（防碎片飛濺）、石棉網(wǎng)（酒精燈加熱時(shí)隔熱）。2實(shí)驗(yàn)分組與安全預(yù)案敲擊巖石時(shí)力度適中，防止碎片飛濺（可提前包裹紗布）。白醋為弱酸，接觸皮膚需立即用清水沖洗；加熱后的巖石需用鑷子夾取，避免燙傷；酒精燈使用規(guī)范（用火柴點(diǎn)燃，熄滅時(shí)蓋燈帽）；考慮到四年級(jí)學(xué)生的動(dòng)手能力，采用4人小組制（1名記錄員、2名操作員、1名觀察員）。實(shí)驗(yàn)前需強(qiáng)調(diào)：03實(shí)驗(yàn)過(guò)程：多因素模擬，還原風(fēng)化本質(zhì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：多因素模擬，還原風(fēng)化本質(zhì)本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為“三階段遞進(jìn)式”操作，分別模擬物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析單一因素的作用，最終理解“聯(lián)合作用”的重要性。1物理風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)：溫度變化與凍融作用實(shí)驗(yàn)1：溫度變化對(duì)巖石的影響操作步驟：①取3塊相同大小的砂巖，標(biāo)記為A1、A2、A3，用放大鏡觀察初始狀態(tài)（記錄表面光滑度、裂隙數(shù)量），用電子秤稱(chēng)重并記錄；②A1作為對(duì)照組，常溫放置；A2用酒精燈外焰加熱3分鐘（保持巖石受熱均勻），立即投入冰水（0℃）中冷卻，重復(fù)5次；A3加熱后自然冷卻（不投入冰水），重復(fù)5次；③冷卻后再次觀察表面（是否有碎屑脫落、裂隙是否變寬），稱(chēng)重并記錄質(zhì)量變化。預(yù)期現(xiàn)象：A2表面出現(xiàn)明顯裂隙，碎屑脫落最多，質(zhì)量減少最顯著；A3裂隙較淺，碎屑較少；A1無(wú)明顯變化。原理引導(dǎo)：1物理風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)：溫度變化與凍融作用實(shí)驗(yàn)1：溫度變化對(duì)巖石的影響“巖石受熱時(shí)內(nèi)部礦物（如石英、長(zhǎng)石）膨脹速度不同，冷卻時(shí)又快速收縮，這種‘熱脹冷縮’的反復(fù)作用會(huì)讓巖石像被‘掰開(kāi)’一樣產(chǎn)生裂隙。就像冬天我們往玻璃杯倒熱水，杯子可能炸裂——巖石雖然更堅(jiān)硬，但長(zhǎng)期冷熱變化也會(huì)‘受傷’。”實(shí)驗(yàn)2：凍融作用對(duì)巖石的影響操作步驟：①取3塊頁(yè)巖（層理明顯），標(biāo)記為B1、B2、B3，觀察初始層理間隙寬度（用毫米尺測(cè)量）；②B1干燥保存；B2浸泡在清水中2小時(shí)（讓孔隙吸水），放入冰箱冷凍室（-18℃）4小時(shí)（水結(jié)冰體積膨脹9%），取出后室溫融化，重復(fù)3次；B3浸泡后自然干燥（不冷凍），重復(fù)3次；1物理風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)：溫度變化與凍融作用實(shí)驗(yàn)1：溫度變化對(duì)巖石的影響③測(cè)量層理間隙寬度，觀察是否有碎片剝離。預(yù)期現(xiàn)象：B2層理間隙明顯變寬（從0.5mm增至1.2mm），邊緣有碎片剝離；B3間隙略有增加（0.7mm）；B1無(wú)變化。原理引導(dǎo)：“水在巖石縫隙里結(jié)冰時(shí)，就像往氣球里打氣——冰把縫隙‘撐大’了，融化后縫隙變大，下次結(jié)冰時(shí)能裝更多水，再撐得更開(kāi)。這種‘凍-融循環(huán)’就像‘自然的小錘子’，慢慢敲碎巖石?！?化學(xué)風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)：酸性物質(zhì)的侵蝕作用實(shí)驗(yàn)3：酸性溶液對(duì)巖石的反應(yīng)操作步驟：①取3塊石灰?guī)r（主要成分為碳酸鈣，易與酸反應(yīng)），標(biāo)記為C1、C2、C3，用pH試紙檢測(cè)表面酸堿性（初始pH≈7）；②C1浸泡在清水中；C2浸泡在白醋（pH≈2.5）中24小時(shí)；C3先加熱至表面發(fā)白（部分碳酸鈣分解為氧化鈣），再浸泡在白醋中24小時(shí)；③取出后觀察表面（是否有氣泡、粗糙程度），用玻璃棒輕刮表面，對(duì)比碎屑量。預(yù)期現(xiàn)象：C2表面有大量氣泡（二氧化碳），刮擦后碎屑多，pH試紙顯示酸性（pH≈4）；C3反應(yīng)更劇烈（氧化鈣與酸反應(yīng)更快），碎屑更多；C1無(wú)氣泡，表面光滑。2化學(xué)風(fēng)化模擬實(shí)驗(yàn)：酸性物質(zhì)的侵蝕作用原理引導(dǎo)：“巖石中的礦物就像‘隱形的積木’，酸性物質(zhì)（如酸雨）會(huì)溶解這些‘積木’。比如石灰?guī)r遇到酸，就像糖遇到熱水——慢慢被‘化’掉了。自然界中，雨水溶解空氣中的二氧化碳也會(huì)變酸，所以即使沒(méi)有酸雨，巖石也會(huì)被‘溫柔’地腐蝕?！?4實(shí)驗(yàn)4：植物生長(zhǎng)對(duì)巖石的破壞實(shí)驗(yàn)4：植物生長(zhǎng)對(duì)巖石的破壞操作步驟：①取2塊帶裂隙的花崗巖（裂隙寬度約1mm），標(biāo)記為D1、D2；②D1裂隙中填入濕潤(rùn)土壤（無(wú)植物）；D2裂隙中植入發(fā)芽的綠豆（根長(zhǎng)約2cm），土壤保持濕潤(rùn)；③放置在光照充足處1周，每天觀察根系生長(zhǎng)情況；④1周后用放大鏡觀察裂隙寬度，輕掰巖石感受硬度變化。預(yù)期現(xiàn)象：D2裂隙寬度從1mm增至2.5mm，根系穿過(guò)裂隙并向周?chē)由欤籇1裂隙無(wú)變化，土壤干燥后與巖石分離。原理引導(dǎo)：實(shí)驗(yàn)4：植物生長(zhǎng)對(duì)巖石的破壞“植物的根就像‘自然的鋼筋’——它們一邊生長(zhǎng)，一邊往巖石縫隙里‘?dāng)D’。你們看，綠豆的根只有幾厘米長(zhǎng)，卻能把堅(jiān)硬的花崗巖‘撐開(kāi)’！如果是大樹(shù)的根，幾十年后甚至能把巖石‘劈成兩半’。”05現(xiàn)象分析：從實(shí)驗(yàn)到自然，建立科學(xué)推理1單一因素的作用規(guī)律通過(guò)4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表1），學(xué)生可歸納：物理風(fēng)化（溫度、凍融）主要通過(guò)“機(jī)械力”使巖石破碎，表現(xiàn)為裂隙增多、碎屑脫落；化學(xué)風(fēng)化通過(guò)“化學(xué)反應(yīng)”溶解礦物，表現(xiàn)為表面粗糙、成分改變；生物風(fēng)化通過(guò)“生物生長(zhǎng)”產(chǎn)生擠壓，表現(xiàn)為裂隙擴(kuò)張、結(jié)構(gòu)松動(dòng)。表1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比表|實(shí)驗(yàn)類(lèi)型|實(shí)驗(yàn)組|表面變化|質(zhì)量/裂隙變化|關(guān)鍵因素||----------|--------|----------|---------------|----------||物理風(fēng)化|A2|裂隙明顯，碎屑多|質(zhì)量減少0.8g|溫度驟變|1單一因素的作用規(guī)律213|物理風(fēng)化|B2|層理剝離，碎片多|裂隙增寬0.7mm|凍融循環(huán)||化學(xué)風(fēng)化|C2|氣泡多，表面粗糙|pH降至4|酸性侵蝕||生物風(fēng)化|D2|根系穿裂隙|裂隙增寬1.5mm|根系擠壓|2多因素聯(lián)合作用的重要性自然狀態(tài)下，風(fēng)化極少由單一因素完成。例如：山區(qū)巖石白天受陽(yáng)光加熱（物理風(fēng)化），夜間遇雨水冷卻（凍融作用），同時(shí)雨水中的弱酸（化學(xué)風(fēng)化）溶解礦物，苔蘚等生物（生物風(fēng)化）附著后根系進(jìn)一步破壞——四種因素“齊發(fā)力”，加速巖石崩解。此時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果只有溫度變化，巖石會(huì)怎樣？如果只有酸雨，又會(huì)怎樣？為什么自然界的巖石風(fēng)化更快？”通過(guò)對(duì)比，學(xué)生能深刻理解“聯(lián)合作用”是風(fēng)化的核心動(dòng)力。3從“模擬”到“自然”的遷移實(shí)驗(yàn)中，我們用5次加熱-冷卻模擬數(shù)十年的晝夜溫差，用3次凍融循環(huán)模擬冬季的反復(fù)結(jié)冰-融化，用1周的綠豆生長(zhǎng)模擬數(shù)年的植物根系擴(kuò)張。這種“時(shí)間壓縮”讓學(xué)生直觀看到：即使每一次變化很微小，長(zhǎng)期積累也會(huì)引發(fā)顯著改變。正如課本中“滴水穿石”的道理——不是水的力量大，而是“堅(jiān)持”的力量大。06拓展應(yīng)用：風(fēng)化與人類(lèi)的“雙向影響”1風(fēng)化的“積極意義”21土壤形成：風(fēng)化產(chǎn)生的碎屑是土壤的“骨架”，加上生物殘?bào)w（腐殖質(zhì)），最終形成肥沃的土壤（可展示本地土壤剖面圖片，對(duì)比巖石碎屑與土壤顆粒）；資源釋放：巖石中的礦物質(zhì)（如鉀、磷）通過(guò)風(fēng)化進(jìn)入土壤，成為植物生長(zhǎng)的“營(yíng)養(yǎng)劑”。景觀塑造：風(fēng)化形成了許多獨(dú)特地貌（如黃山怪石、桂林溶洞），這些景觀不僅美麗，更是地球歷史的“記事本”（播放5分鐘風(fēng)化地貌短片，展示風(fēng)蝕蘑菇、海蝕崖等）；32風(fēng)化的“潛在挑戰(zhàn)”建筑破壞：橋梁、石碑等石材建筑會(huì)因風(fēng)化逐漸受損（展示本地老建筑石材的風(fēng)化照片，對(duì)比新老石材的差異）；01地質(zhì)災(zāi)害：嚴(yán)重風(fēng)化的山體容易發(fā)生滑坡、泥石流（結(jié)合本地案例，討論如何預(yù)防）；02文化遺產(chǎn)保護(hù)：古代石刻、雕塑因風(fēng)化逐漸模糊，需要科學(xué)保護(hù)（可簡(jiǎn)單介紹“防風(fēng)化涂層”等現(xiàn)代技術(shù)）。033學(xué)生實(shí)踐任務(wù)01課后可布置“尋找身邊的風(fēng)化現(xiàn)象”活動(dòng)：02觀察校園中的石階、花壇邊緣巖石，用放大鏡記錄裂隙、碎屑情況；03采訪家長(zhǎng)或社區(qū)老人，了解本地老建筑石材的變化；04用手機(jī)拍攝“疑似風(fēng)化現(xiàn)象”的照片，下節(jié)課分享并討論可能的風(fēng)化因素。07總結(jié)：風(fēng)化——地球表面的“慢舞者”總結(jié)：風(fēng)化——地球表面的“慢舞者”同學(xué)們，今天的實(shí)驗(yàn)讓我們看到：看似堅(jiān)硬的巖石，在溫度、水、酸、生物等“小力量”的長(zhǎng)期作用