3.7 四季变化（教学设计）科学教科版六年级上册（新教材）

《四季变化》教学设计 一、素养目标与学情 （一）课标要求 依据《义务教育科学课程标准（2022年版）》，本课对应"地球与宇宙科学"领域核心概念： 1. 地球在太阳系中的运动：地球围绕太阳公转，公转一周为一年；地轴是倾斜的，且倾斜方向不变。 2. 四季成因：由于地轴倾斜，地球在公转轨道上的不同位置，太阳直射点不同，导致同一地区接收到的太阳辐射能量不同，形成四季变化。 3. 科学探究能力：能基于观察和已有知识提出假设，设计模拟实验验证假设，收集并分析证据得出结论。 4. 科学态度与责任：认识到地球运动规律对农业生产、生活的影响，感受自然规律的和谐之美。 （二）教材分析 本课是教科版六年级上册"地球的运动"单元的核心课。本单元以"地球运动密码"为大概念统领，前两课学生已探究了地球的自转现象（昼夜交替）和地球公转的基本特征（公转周期、轨道形状），本课聚焦于"夏热冬冷的原因"这一核心问题，引导学生通过模拟实验发现太阳高度角变化与温度的关系，建立"地轴倾斜→太阳高度变化→光斑大小变化→温度变化→四季更替"的完整因果链，是本单元从现象观察到机制解释的关键转折课，也为后续学习二十四节气、昼夜长短变化等内容奠定基础。 （三）学情分析 分析维度 具体情况 教学对策 知识基础 知道四季名称及大致特征 已学地球自转与公转基本概念 了解太阳东升西落现象 以"前概念诊断"导入，暴露认知起点 联系已有公转知识建立新旧连接 认知难点 多数学生误认为"离太阳远近"导致四季 难以理解地轴倾斜与太阳高度的关系 抽象空间思维尚未成熟 设计"认知冲突"环节：地球近日点反而是冬天？ 用模拟实验将抽象变为直观 借助光斑可视化降低思维难度 能力水平 具备基本实验操作能力 能进行简单观察和记录 但证据链构建能力不足 小组合作完成模拟实验 提供结构化记录表引导数据分析 用问题链引导链式推理 兴趣特点 对天文现象有天然好奇心 喜欢动手操作和实验 但注意力持续时间有限 以驱动性问题激发探究欲望 设计阶梯式认知冲突维持兴趣 实验与讨论交替保持参与度 （四）素养目标 素养维度 具体目标 科学观念 1. 理解四季变化的根本原因是地轴倾斜导致太阳高度角变化，而非地球与太阳距离变化。 2. 建立"地轴倾斜→太阳高度变化→光照面积变化→单位面积能量变化→温度变化"的因果链。 3. 能用科学语言解释夏热冬冷的成因。 科学思维 1. 能运用比较、推理、建模等方法分析模拟实验数据。 2. 能进行链式推理：从地轴倾斜逐步推导到四季更替。 3. 能辨析"距离远近"这一前概念的错误，用证据修正认知。 探究实践 1. 能设计并操作模拟实验，控制变量观察光斑大小与太阳高度的关系。 2. 能规范记录实验数据，用数据支撑结论。 3. 能通过小组合作完成实验操作与结果分析。 态度责任 1. 体验"像科学家一样思考"的探究乐趣，养成尊重证据的科学态度。 2. 认识二十四节气等传统文化中蕴含的科学智慧。 3. 了解地球运动规律对农业生产的指导意义。 二、教学内容与资源 （一）教学重点 1. 通过模拟实验发现太阳高度角（直射与斜射）与光照面积、温度的关系。 2. 建立链式推理：地轴倾斜→太阳高度变化→光斑大小变化→温度变化→四季成因。 （二）教学难点 1. 突破"地球距太阳远近导致四季"的前概念，理解地轴倾斜才是关键因素。 2. 从模拟实验现象抽象推理到真实地球公转情境，完成模型到原型的迁移。 （三）教学准备 类别 材料/资源 用途说明 教师演示 强光手电筒1支 白色硬卡纸（A3）1张 地球仪1个 多媒体课件（含公转动画） 班级记录表（大幅） 模拟太阳光直射与斜射 观察光斑大小变化 演示地轴倾斜与公转位置关系 直观展示四季成因机制 汇总全班实验数据，串联单元 学生分组 手电筒（每组1支） 白色卡纸（每组2张） 量角器（每组1个） 直尺（每组1把） 实验记录单（每人1份） 模拟不同太阳高度角照射 观察并描画光斑形状与大小 测量并记录光斑面积数据 辅助角度控制 记录数据、绘制图表、完成推理链 拓展资源 二十四节气图 农业谚语卡片 四季景观对比图片 联系传统文化与农业生产 理解节气与四季的关系 增强直观感受 三、教学过程 【板块一：前概念诊断·认知冲突】 一、大概念导入，明确单元脉络 （一）教师出示"地球运动密码"单元概念图，回顾前两课内容。 师：同学们，在前两节课中我们破解了地球运动的两个密码。第一个密码是什么？ 生：地球自转产生了昼夜交替现象。 师：第二个密码呢？ 生：地球还围绕太阳公转，公转一周是一年，轨道是椭圆形的。 师：很好。今天我们继续破解第三个密码——为什么会有春夏秋冬四季变化？这将是本单元最核心的秘密。 （二）教师板书课题：四季变化。 二、前概念诊断，暴露初始想法 （一）教师提出问题，学生独立思考后举手回答。 师：请同学们想一想，为什么夏天热、冬天冷？你觉得是什么原因造成的？先自己想一想，然后举手分享。 生1：因为夏天太阳离我们近，冬天太阳离我们远。 生2：我觉得和太阳照射的角度有关系。 生3：可能是夏天白天长、冬天白天短的原因。 （二）教师在黑板上记录学生的主要观点，归类为两种假说。 师：大家说得都有道理。归纳起来主要有两种猜测—— 假说A：地球离太阳近→热（夏），离太阳远→冷（冬） 假说B：太阳照射角度不同→温度不同 三、认知冲突，引发深度思考 （一）教师出示关键数据，挑战假说A。 师：老师要告诉大家一个天文事实——地球在每年1月初到达近日点，也就是离太阳最近的位置。可是1月是我们最冷的时候，正值隆冬！这说明了什么？ 生：啊？离太阳近反而冷？那说明距离远近不是四季变化的原因！ 生：那假说A不对，四季变化应该跟别的原因有关。 （二）教师引导聚焦假说B。 师：很好！既然"距太阳远近"不能解释四季变化，那我们就要思考另一个假说——太阳照射角度不同，会不会才是真正的原因？今天我们用实验来验证！ 【设计意图】 通过先暴露学生的原始想法，再以"近日点反冷"的天文事实打破错误认知，制造"认知失衡"。学生经历"原有认知→事实冲击→认知修正"的过程，自然产生探究"真正原因"的强烈动机。同时以"地球运动密码"大概念统领全课，让学生明确本课在单元中的定位。 板块二：模拟实验·探究本质 一、设计实验方案 （一）教师演示基础实验，明确操作规范。 师：我们用手电筒模拟太阳，用白色卡纸模拟地球表面。请大家观察：当手电筒从不同角度照射卡纸时，光斑大小有什么变化？ （二）师生共同确定实验变量。 1. 不变量：手电筒与卡纸的距离（保持20cm）、手电筒亮度。 2. 变量：手电筒照射角度（直射90°、倾斜60°、倾斜30°）。 3. 观察量：光斑的形状、大小（长轴×短轴）、明亮程度。 二、分组实验操作 （一）各小组按照三种角度依次实验。 师：请各组按以下步骤操作—— 1. 将卡纸平铺桌面，手电筒固定在支架上，距卡纸20cm。 2. 第一次：手电筒垂直向下照射（90°），描出光斑轮廓，标注"直射"。 3. 第二次：手电筒倾斜60°照射，描出光斑轮廓，标注"60°斜射"。 4. 第三次：手电筒倾斜30°照射，描出光斑轮廓，标注"30°斜射"。 5. 用直尺测量每个光斑的长轴和短轴，记录在实验记录单上。 6. 对比三种光斑的大小和亮度，小组讨论发现。 （二）学生分组实验，教师巡视指导。 师巡视提示：注意手电筒距离不变，只改变角度；光斑边缘要描准确；测量时要量最长处和最短处。 三、数据汇总与发现规律 （一）各组将数据填入班级记录表（大幅表格张贴于黑板）。 师：请各组把你们的实验数据填到班级记录表上。我们来汇总全班的数据，看看是不是所有组都发现了同样的规律。 （二）师生共同分析班级记录表中的数据。 师：观察全班的数据，当手电筒从90°到60°到30°变化时，光斑大小有什么规律？那光斑的明亮程度呢？ 生：角度越小，光斑越大！90°的时候光斑最小，几乎是圆的。 生：30°的时候光斑最大，变成了长长的椭圆形。 师：那光斑的明亮程度呢？ 生：直射的时候最亮最集中，斜射的时候变暗了，光散开了。 （三）教师引导得出核心结论。 师：谁能用一句话总结我们的发现？ 生：太阳直射的时候光斑小、能量集中、温度高；斜射的时候光斑大、能量分散、温度低。 师：非常棒！这就是"太阳高度与温度的关系"——太阳高度角越大，单位面积接收到的能量越多，温度越高。 【设计意图】 本板块体现"问题链驱动思维进阶"和"集体论证用证据支撑"两大理念。从"怎么设计实验"到"光斑有什么变化"再到"说明了什么"，层层递进的问题链推动学生从操作到观察到推理的思维进阶。班级记录表的使用让全班数据成为集体论证的证据基础，学生"用数据说话"，像科学家一样基于证据得出结论。这同时也是"班级记录表串联单元"理念的起点——这张记录表将在后续课时中持续使用。 板块三：模型建构·链式推理 一、从实验到真实：建立模型关联 （一）教师出示地球仪，演示地球公转中的姿态。 师：刚才的实验告诉我们太阳高度影响温度。那回到真实的地球——地球在公转时，地轴是什么样的？ 生：地轴是倾斜的，而且倾斜方向不变，始终指向北极星附近。 （二）教师用地球仪+手电筒演示不同公转位置的地轴姿态。 师：请大家观察，当地球公转到这个位置时（指向夏至位置），北半球倾向太阳还是远离太阳？太阳直射在哪里？ 生：北半球倾向太阳，太阳直射在北回归线附近。 师：这时北半球的太阳高度角是大还是小？相当于我们实验中手电筒的什么角度？ 生：太阳高度角大，相当于手电筒接近90°直射的情况。 二、链式推理，构建因果链 （一）教师引导学生逐步完成推理链条。 师：我们来做一个"推理接龙"——我来起头，大家接着往下推。 第一步：地轴倾斜且方向不变 → 公转不同位置时太阳直射点不同 第二步：太阳直射点不同 → 同一地区的太阳高度角发生变化 第三步：太阳高度角变化 → 地面光斑大小变化（直射光斑小，斜射光斑大） 第四步：光斑大小变化 → 单位面积能量变化（直射能量集中，斜射能量分散） 第五步：单位面积能量变化 → 温度变化（能量集中温度高，能量分散温度低） 第六步：温度变化 → 形成春夏秋冬四季更替 （二）学生在记录单上画出完整的因果链。 师：请同学们在记录单上把这个推理链条画出来，用箭头把每个环节连接起来。这就是我们破解的"地球运动第三个密码"。 三、回应假说，形成科学解释 （一）教师引导学生用完整解释回应最初的前概念。 师：现在我们回到课前提出的问题——为什么夏热冬冷？谁能用我们今天发现的科学道理来解释？ 生：因为地轴是倾斜的，当地球公转到夏天位置时，北半球朝向太阳，太阳高度角大，阳光接近直射，光斑小、能量集中，所以温度高，就是夏天。冬天时北半球远离太阳，太阳高度角小，阳光斜射，光斑大、能量分散，所以温度低。 师：非常完整的科学解释！你已经像科学家一样，用证据和推理破解了四季变化的密码。 【设计意图】 本板块集中体现"问题链驱动思维进阶"理念——从"地轴是什么样的"到"太阳直射点在哪"再到"太阳高度角变化导致什么"，每一步推理都是下一步的基础，最终构建完整的因果链。这正是王小梅老师强调的"链式推理"训练：学生不是被动接受结论，而是在问题的驱动下自主建构科学解释。同时以"地球运动密码"大概念贯穿始终，本课结论被有机整合到单元知识体系中。 【板块四：研讨论证·形成观念】 一、研讨议题发布 （一）教师出示两个研讨议题。 师：，"研讨能让学生像科学家一样思考"。现在我们进入研讨环节，有两个议题需要大家讨论。 议题1：对照班级记录表，光斑大小变化和四季有什么对应关系？ 议题2：小明的说法对不对——"如果地轴不倾斜，地球上还会有四季变化吗？"请用证据说明。 二、小组研讨（5分钟） （一）各组围绕议题展开讨论，组内形成共识。 师：请各组先讨论议题1，再讨论议题2。注意：发言要有证据支撑，可以引用你们实验中的数据。 （二）学生预设研讨片段。 组内讨论——关于议题1： 生A：90°直射光斑最小，对应夏天，因为能量最集中。 生B：30°斜射光斑最大，对应冬天，因为能量分散了。60°介于中间，就是春秋天。 生C：我同意，而且这跟我们在班级记录表上看到的数据是一致的。 组内讨论——关于议题2： 生D：如果地轴不倾斜，那太阳始终直射赤道，每个地方每天的太阳高度角都不会变。 生E：那就不会有太阳高度角的变化了，光斑大小始终一样，温度也不会变化，就没有四季了！ 生F：所以地轴倾斜是四季变化的根本原因！ 三、班级交流，集体论证 （一）各组代表汇报研讨结论，其他组补充或质疑。 师：哪个小组先来分享你们的研讨成果？ 组代表：我们组认为，地轴不倾斜就不会有四季变化。因为实验证明太阳高度角变化是温度变化的原因，如果地轴不倾斜，太阳高度角就不会随季节变化，所以不会有四季。 师：其他组有没有补充或不同意见？ 生：我们组补充一下，地轴不倾斜的话虽然没有四季，但不同纬度还是会有温度差异，因为赤道的太阳高度角本来就比两极高。 师：非常好！你注意到了纬度差异和季节变化的区别。这说明你们的思维很严谨。 （二）教师总结提升。 师：通过今天的研讨，我们用实验证据证明了四季变化的真正原因——地轴倾斜导致太阳高度角变化，进而导致温度变化。大家今天像科学家一样，经历了发现问题→提出假设→实验验证→论证结论的完整过程。 【设计意图】 本板块充分体现'研讨'是形成科学观念的重要实践过程的核心理念。研讨不是简单的问答，而是让学生经历"像科学家一样思考"的完整过程：提出问题、组织证据、构建论证、回应质疑。两个议题的设计层层递进——议题1聚焦实验现象与季节的对应关系（巩固认知），议题2引入反事实推理（深化理解），促使学生在思辨中形成稳固的科学观念。集体论证环节让全班共同参与知识建构，体现了"用证据支撑"的科学精神。 【板块五：迁移应用·链接生活】 一、二十四节气与四季成因 （一）教师出示二十四节气图，介绍节气与地球公转的关系。 师：我们的祖先很早就发现了四季变化的规律，并根据太阳在天空中的位置制定了二十四节气。每个节气大约15天，一年24个节气正好对应地球公转一周。 （二）教师引导学生在二十四节气图中标注关键节点。 1. 春分（3月21日前后）：太阳直射赤道，昼夜等长。 2. 夏至（6月21日前后）：太阳直射北回归线，北半球太阳高度角最大。 3. 秋分（9月23日前后）：太阳直射赤道，昼夜等长。 4. 冬至（12月22日前后）：太阳直射南回归线，北半球太阳高度角最小。 二、农业谚语中的科学智慧 （一）教师出示农业谚语卡片，学生解读其中的科学道理。 师：古人还总结了很多跟节气相关的农业谚语，比如"清明前后，种瓜种豆"。谁能用我们今天学的知识解释，为什么要在清明前后种瓜种豆？ 生：清明在4月初，这时候太阳高度角在逐渐增大，气温回暖，适合种子发芽生长。如果太早种，太阳高度角小，温度不够，种子发不了芽。 师：解释得非常好！再看这句——"冬至不吃饺，冻掉耳朵没人管"。冬至时北半球的太阳高度角是什么状态？ 生：冬至是太阳高度角最小的时候，阳光斜射最厉害，能量最分散，所以最冷。 （二）学生讨论更多农谚与四季的关系。 生："白露早，寒露迟，秋分种麦正当时"——说明播种要跟太阳高度角和温度配合。 生："庄稼一枝花，全靠太阳撒"——说明农作物生长依赖太阳辐射能量。 三、课堂总结与记录表完善 （一）教师引导学生完善班级记录表。 师：今天我们的班级记录表又增加了新内容——全班实验数据、四季成因的因果链、二十四节气的对应关系。这张表会伴随我们整个单元的学习。下节课我们还将继续用它探究昼夜长短的变化。 （二）课堂小结。 师：今天我们一起破解了地球运动的第三个密码。谁能说说你今天最大的收获是什么？ 生：我知道了夏热冬冷不是离太阳远近造成的，而是地轴倾斜导致太阳高度角变化造成的。 生：我学会了用模拟实验来验证假设，还学会了链式推理。 生：我知道了二十四节气原来有这么深的科学道理！ 师：同学们今天的表现非常出色！你们像科学家一样观察、实验、推理、论证。希望课后继续观察生活中的四季变化，用科学的眼光看待自然规律。 【设计意图】 本板块体现"迁移应用回应真实生活情境"和"班级记录表串联单元"两大理念。将四季成因的科学解释迁移到二十四节气和农业谚语中，让学生认识到科学知识不是孤立的，它与传统文化、农业生产密切相关，实现"学以致用"。班级记录表的持续完善贯穿整个单元，既是学习工具也是思维工具，帮助学生建立知识的系统性和连贯性。 四、板书设计 四 季 变 化 ——地球运动密码（三） 【左侧：学生前概念】 假说A：距太阳远近？ ✗（近日点反冷） 假说B：太阳照射角度？ ✓（实验验证） 【右侧：实验结论】 直射（90°）→ 光斑小 → 能量集中 → 温度高 斜射（30°）→ 光斑大 → 能量分散 → 温度低 【链式推理】 地轴倾斜 → 太阳高度变化 → 光斑大小变化 → 能量变化 → 温度变化 → 四季更替 春分 · 夏至 · 秋分 · 冬至（二十四节气） 1 学科网（北京）股份有限公司 $