一、實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬北極極夜？演講人CONTENTS實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬北極極夜？實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：讓“北極”搬進(jìn)教室的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)操作：分步驟“制造”北極極夜原理深化：從實(shí)驗(yàn)到宇宙的“關(guān)鍵一跳”拓展思考：極夜中的“生命智慧”總結(jié)：讓宇宙規(guī)律“可觸可感”目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊北極極夜現(xiàn)象模擬實(shí)驗(yàn)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：讓抽象的天文現(xiàn)象“看得見、摸得著”，是打開學(xué)生科學(xué)探究興趣的關(guān)鍵鑰匙。今天要和大家分享的“北極極夜現(xiàn)象模擬實(shí)驗(yàn)”，正是基于六年級學(xué)生已掌握的“地球自轉(zhuǎn)與晝夜交替”“地球公轉(zhuǎn)與四季變化”知識，通過直觀的模擬操作，幫助學(xué)生理解極夜現(xiàn)象的成因，感受地球運(yùn)動的神奇規(guī)律。接下來，我將從實(shí)驗(yàn)背景、準(zhǔn)備、操作、原理及拓展五個維度展開，帶大家走進(jìn)這場“讓北極極夜‘現(xiàn)身’課堂”的科學(xué)之旅。01實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬北極極夜？實(shí)驗(yàn)背景：為什么要模擬北極極夜？極夜，這個發(fā)生在地球北極圈（北緯6634′以北）的特殊現(xiàn)象，對生活在中低緯度的學(xué)生而言，既神秘又遙遠(yuǎn)。我曾在課前調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，超過70%的學(xué)生對極夜的認(rèn)知僅停留在“北極晚上特別長”的模糊層面，甚至有學(xué)生認(rèn)為“極夜是因?yàn)槎焯栯x地球更遠(yuǎn)”。這種認(rèn)知偏差的根源，在于缺乏對“地球公轉(zhuǎn)+地軸傾斜”這一核心機(jī)制的直觀理解。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確要求六年級學(xué)生需“通過模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識地球運(yùn)動與晝夜交替、四季變化、極晝極夜現(xiàn)象的關(guān)系”。因此，設(shè)計本實(shí)驗(yàn)的核心目標(biāo)有三：認(rèn)知目標(biāo)：通過模擬操作，理解極夜現(xiàn)象的成因與地球公轉(zhuǎn)、地軸傾斜的關(guān)系；能力目標(biāo)：掌握“控制變量法”在天文模擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，提升觀察、記錄與推理能力；情感目標(biāo)：激發(fā)對天文現(xiàn)象的探究興趣，體會“宇宙中的地球”這一科學(xué)主題的宏觀與精妙。02實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：讓“北極”搬進(jìn)教室的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：讓“北極”搬進(jìn)教室的關(guān)鍵要讓北極極夜“現(xiàn)身”課堂，需要將真實(shí)的天文場景簡化為可操作的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀８鶕?jù)“相似性原理”，我選擇了以下材料（如表1所示），既貼近真實(shí)又便于學(xué)生操作：|材料類別|具體物品|作用說明||----------------|-----------------------------------|--------------------------------------------------------------------------||主體模型|可調(diào)節(jié)地軸的地球儀（帶底座）|模擬地球，地軸需能固定傾斜角度（建議選擇標(biāo)有南北極、經(jīng)緯線的教學(xué)地球儀）|實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：讓“北極”搬進(jìn)教室的關(guān)鍵|光源系統(tǒng)|100W可調(diào)節(jié)亮度的LED手電筒|模擬太陽，需保證光線覆蓋“地球”且無明顯陰影干擾||輔助工具|紅色貼紙（標(biāo)注北極點(diǎn)）、量角器|紅色貼紙標(biāo)記觀察點(diǎn)，量角器校準(zhǔn)地軸傾斜角度（23.5）||記錄工具|實(shí)驗(yàn)記錄表（含時間、光照狀態(tài)等）|記錄不同公轉(zhuǎn)位置的北極光照情況|注意事項(xiàng)：地球儀的選擇需優(yōu)先考慮“地軸可固定”，避免實(shí)驗(yàn)中因觸碰導(dǎo)致傾斜角度變化；手電筒需提前測試，確保光線均勻（可包裹一層半透明紙柔化光斑）；實(shí)驗(yàn)環(huán)境建議拉上窗簾，減少自然光干擾，增強(qiáng)“晝夜”對比效果。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：讓“北極”搬進(jìn)教室的關(guān)鍵記得第一次準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時，我誤用了普通地球儀（地軸不可調(diào)節(jié)），結(jié)果學(xué)生操作時頻繁調(diào)整角度，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)混亂。后來換成帶鎖扣的教學(xué)地球儀，問題迎刃而解——這也提醒我們：實(shí)驗(yàn)材料的細(xì)節(jié)設(shè)計，直接影響探究的有效性。03實(shí)驗(yàn)操作：分步驟“制造”北極極夜實(shí)驗(yàn)操作：分步驟“制造”北極極夜實(shí)驗(yàn)共分為“搭建模型—模擬公轉(zhuǎn)—觀察記錄—對比分析”四個階段，每個階段都需引導(dǎo)學(xué)生明確“我在模擬什么”“需要觀察什么”，避免操作流于形式。1階段一：搭建基礎(chǔ)模型（10分鐘）步驟1：將地球儀底座固定在桌面中心，用紅色貼紙?jiān)诘厍騼x北極點(diǎn)（北緯90）做標(biāo)記，作為重點(diǎn)觀察區(qū)域。步驟2：用量角器測量地軸與桌面的夾角，調(diào)整至23.5（與真實(shí)地軸傾斜角度一致），并鎖定地球儀的地軸調(diào)節(jié)裝置。步驟3：將手電筒放置在距離地球儀1.5-2米處（模擬太陽與地球的平均距離），調(diào)整手電筒高度，使光線水平照射地球儀的“赤道”位置（即光線與赤道面平行）。教師引導(dǎo)：“同學(xué)們，現(xiàn)在我們的地球儀就是縮小版的地球，手電筒是太陽。大家觀察一下，此時北極點(diǎn)被光照亮了嗎？”（此時北極點(diǎn)應(yīng)處于被照亮狀態(tài)，為后續(xù)對比做鋪墊）32142階段二：模擬地球公轉(zhuǎn)（15分鐘）地球公轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是“保持地軸傾斜方向不變”。為模擬這一過程，需讓地球儀繞手電筒（太陽）做逆時針圓周運(yùn)動（如圖1所示），同時始終保持地軸指向同一方向（如教室的某面墻）。具體操作如下：步驟1：在桌面畫一個半徑約50厘米的圓，標(biāo)記四個等分點(diǎn)（對應(yīng)春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣位置）。步驟2：將地球儀放置在“春分”位置（光線直射赤道），記錄北極點(diǎn)光照狀態(tài)（此時北極點(diǎn)剛好被晨昏線穿過，晝夜平分）。步驟3：推動地球儀沿圓周逆時針移動至“夏至”位置（光線直射北回歸線），觀察北極點(diǎn)是否被完全照亮（此時北極圈以北出現(xiàn)極晝）。2階段二：模擬地球公轉(zhuǎn)（15分鐘）步驟4：繼續(xù)移動至“秋分”位置（光線再次直射赤道），記錄北極點(diǎn)光照狀態(tài)（與春分相似，晝夜平分）。步驟5：最終移動至“冬至”位置（光線直射南回歸線），重點(diǎn)觀察北極點(diǎn)——此時奇跡發(fā)生了：北極點(diǎn)完全陷入黑暗！學(xué)生常見問題：部分學(xué)生在推動地球儀時會不自覺轉(zhuǎn)動地軸方向，導(dǎo)致“極夜”現(xiàn)象不明顯。這時需要強(qiáng)調(diào)：“真實(shí)的地球在公轉(zhuǎn)時，地軸始終指向北極星附近，方向幾乎不變，就像我們推地球儀時不能‘歪脖子’哦！”3階段三：記錄與分析（20分鐘）為幫助學(xué)生建立“公轉(zhuǎn)位置—極夜現(xiàn)象”的關(guān)聯(lián)，需設(shè)計結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)記錄單（如表2），引導(dǎo)學(xué)生用“√”（亮）“×”（暗）“—”（部分亮）標(biāo)記北極點(diǎn)光照狀態(tài)，并繪制簡單示意圖。|公轉(zhuǎn)位置|太陽直射點(diǎn)|北極點(diǎn)光照狀態(tài)|示意圖（手繪）||----------|---------------|----------------|----------------||春分|赤道（0N）|—|□||夏至|北回歸線（23.5N）|√|□||秋分|赤道（0N）|—|□||冬至|南回歸線（23.5S）|×|□|3階段三：記錄與分析（20分鐘）數(shù)據(jù)整理：當(dāng)學(xué)生完成記錄后，可引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)規(guī)律：“北極點(diǎn)僅在冬至前后一段時間完全黑暗，這就是極夜；而夏至前后則是極晝?！贝藭r再追問：“如果地軸不傾斜（夾角為0），還會有極夜嗎？”通過對比實(shí)驗(yàn)（調(diào)整地軸為0后重復(fù)操作），學(xué)生能直觀理解：地軸傾斜是極夜現(xiàn)象產(chǎn)生的必要條件。04原理深化：從實(shí)驗(yàn)到宇宙的“關(guān)鍵一跳”原理深化：從實(shí)驗(yàn)到宇宙的“關(guān)鍵一跳”模擬實(shí)驗(yàn)的最終目的，是幫助學(xué)生從“看到現(xiàn)象”到“理解本質(zhì)”。結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察，我們可以從三個層面拆解極夜的成因：1基礎(chǔ)前提：地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜交替（周期約24小時），而公轉(zhuǎn)（周期約365天）則導(dǎo)致太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間移動。這就像一盞燈繞著旋轉(zhuǎn)的陀螺照射——陀螺（地球）既在自轉(zhuǎn)，又在繞燈（太陽）轉(zhuǎn)圈。2核心機(jī)制：地軸的傾斜角度（23.5）地軸并非垂直于公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面），而是有23.5的傾斜。當(dāng)北半球傾向太陽時（夏至），北極圈以北被太陽持續(xù)照射，形成極晝；反之，當(dāng)北半球遠(yuǎn)離太陽時（冬至），北極圈以北完全處于太陽照射的“陰影區(qū)”，形成極夜。類比說明：“想象你舉著一個歪脖子的籃球繞臺燈轉(zhuǎn)圈，當(dāng)籃球的‘北極’朝向遠(yuǎn)離臺燈的一側(cè)時，這部分就會一直處于黑暗中——這就是極夜！”3范圍規(guī)律：極夜的“邊界”是北極圈A實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，并非整個北極地區(qū)都會同時出現(xiàn)極夜。實(shí)際上，極夜的范圍會隨公轉(zhuǎn)位置變化：B冬至日（12月22日前后）：極夜范圍最大，覆蓋北極圈（6634′N）以北全部區(qū)域；C冬至日后：極夜范圍逐漸縮小，至春分日（3月21日前后）完全消失；D秋分日（9月23日前后）后：極夜范圍再次擴(kuò)大，直至冬至日達(dá)到最大。E這種動態(tài)變化，正是地球公轉(zhuǎn)與地軸傾斜共同作用的結(jié)果。05拓展思考：極夜中的“生命智慧”拓展思考：極夜中的“生命智慧”科學(xué)教育不僅要解釋現(xiàn)象，更要連接真實(shí)世界。極夜雖寒冷黑暗，卻孕育著獨(dú)特的生態(tài)適應(yīng)策略。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，我們可以引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：1動物如何應(yīng)對極夜？北極狐會在極夜前囤積脂肪（體重增加50%），并換上更厚的白色毛發(fā)（保暖+偽裝）；北極鱈魚則降低新陳代謝速率，依靠體內(nèi)抗凍蛋白在冰層下存活——這些都是“適者生存”的生動案例。2人類如何適應(yīng)極夜？挪威北部的特羅姆瑟市（北緯6940′），居民會在極夜期間使用“人工太陽”（巨型LED燈墻）調(diào)節(jié)情緒；因紐特人則通過建造冰屋（反射熱量）、食用高脂海豹肉（補(bǔ)充能量）適應(yīng)環(huán)境——這體現(xiàn)了人類與自然的智慧共生。3極夜與極晝的“對稱之美”通過對比實(shí)驗(yàn)（觀察夏至?xí)r北極的光照狀態(tài)），學(xué)生能發(fā)現(xiàn)：極夜與極晝是同一機(jī)制的“正反面”——地軸傾斜導(dǎo)致太陽直射點(diǎn)移動，使得同一地區(qū)在半年后“反轉(zhuǎn)”晝夜?fàn)顟B(tài)。這種宇宙中的對稱性，正是科學(xué)之美的體現(xiàn)。06總結(jié)：讓宇宙規(guī)律“可觸可感”總結(jié)：讓宇宙規(guī)律“可觸可感”回顧整個實(shí)驗(yàn)過程，我們從“為什么模擬”出發(fā)，通過“搭建模型—操作觀察—原理分析—拓展應(yīng)用”的遞進(jìn)式探究，讓北極極夜這一遙遠(yuǎn)的天文現(xiàn)象，變成