新课标明确指出要以深化教学改革为突破，强化学科实践，推进育人方式变革。那么在一线课堂中如何落实学科实践学习呢？

本期“思维型教学优质课例”系列文章，我们和大家分享湘潭九华和平小学科学组教研组长肖筱雯带来的科学课《地球的内部》。该节课在第五届全国思维型教学大会上进行了展示。

本堂课以经典的科学研究方法“解暗箱”作为教学与实践探究的主线，活动全程融入“类比”等推理思维方法，在学生“剥洋葱式”的主动探究中，让学生经历像专家一样思考的学习过程，掌握了学科实践探究的相关方法，培养了学生科学探究的责任态度。

同时教师在授课全程中注重保护学生的好奇心，鼓励学生提出创造性解决方案，在学生内心播下向往科研的种子。

本文共5872字，仔细阅读10分钟

编辑/肖梅香 统筹/孙习涵

阅读本文，你将收获以下内容：

※ 如何在课堂教学中通过剥洋葱式的层层推理，提升学生学科实践能力？

※ 如何进行“解暗箱”的科学研究教学，并将其方法灵活迁移应用？

从科学课标中，可以明确五六年级，学生要知道地球内部分成地壳、地幔和地核等内容，到了七到九年级还要通过学习了解地壳运动是形成火山和地震的主要原因等内容。

《地球的内部》是五年级上册第三单元的第四课，这个单元的学习内容组织线索是从外到内的，先学习地球的地貌，再分别学习火山、地震，最后才学习《地球的内部》。

整个单元都是围绕塑造地球地貌的外力和内力进行的，本课时主要是了解地球的内力是如何塑造地表的外形。

学习本课前，学生除了有前面地貌、火山、地震的学习基础，还有四年级时学过的“地球与月亮”的认知内容作为支撑，基于四年级下册学生对岩石种类的认知，加上之前的学习中，学生的科学思维、科学能力已经经过系统的训练，因此学生是能够通过已知的科学现象做出合理的推测或者推断的。

所以，本课时以“解地球暗箱”为主线，带领学生进行层层深入的推理探究，这样的教学方式符合学生学情基础及个人认知经验和能力水平。

基于上述教材分析、学情分析，教师从科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等素养的四大维度，制定了比较精准的教学目标。

课堂伊始，教师以“有什么办法判断西瓜是生还是熟？”进行课堂情境和问题的导入，旨在通过这种身边的情境与问题设计，调动学生课堂参与的积极性。让学生能够基于自身的经验给出不同的答案：

比如，“用手弹一弹，如果是生的，西瓜会发出嗡嗡的声响，如果是熟的，西瓜会发出清脆的声音”“可以看西瓜的滕是否弯曲来判断生熟”“可以通过观察西瓜表面纹路宽窄来判断生熟、甜度”。

教师认可学生的这些方法，并引导学生给出最直接的答案——想知道西瓜是生还是熟，最好的办法是“开个小洞”。教师展示用道具给西瓜“开个小洞”的过程，并让学生品尝道具挖出来的西瓜是否够熟够甜，以此来强化学生对这种直接方法所带来的成效的“记忆”和“体验”。

当学生和教师合作探究出了这么多种“判断西瓜内部是否熟了”的方法后，教师及时借助“西瓜的内部探究”类比引入本课教学主题“探究地球的内部”，并在这个过程中，将“解暗箱”的概念植入学生心中。

师：我们无法直接观察到西瓜的内部情况，在科学的研究过程当中，我们把这种情况称之为暗箱，其实我们的地球，也是一个巨大的暗箱。今天这节课我们要解一解我们赖以生存的地球这一个巨大的“暗箱”。

至此，该教学环节，不仅帮助学生形成“解暗箱”这种直观的认识，同时也让学生从西瓜联想到地球内部的“未知”，激起他们学习的兴趣，为后续的解密地球内部的教学做好铺垫。

教师抛出问题：地球的内部到底是怎样的呢？引导学生基于之前讨论的方法进行思考，提示学生可以将“探究西瓜内部”的方法，迁移到“探究地球内部”上。

师：在刚才了解“西瓜内部”的方法的启示下，你觉得有哪一种方法可以用到解地球的暗箱当中呢？（同步板书本课学习与探究主题：地球的内部）

生：我认为开个小洞这个方法，可以沿用到解地球暗箱上面。

师：还有其它方法吗？

生：我觉得敲一敲可以，就是利用某种装置，观察地球的活动。

师：有哪些现象能够告诉我们，是地球活动引发的呢？

生：我觉得地球活动有地震、火山爆发、高山和峡谷的形成。

师同步板书：地震、火山、高山和峡谷的形成。

此时，教师及时引导学生将方法概括归类为：间接方法和直接方法，并分辨两种方法对于所提取信息准确性的影响。

从引入“解地球暗箱”的课堂探究主线，到寻找到“解暗箱”的方法， 接下来的教学，教师则需要让学生在体验式学习中，充分感受如何利用“直接方法”和“间接方法”来探究地球内部，也即教师要能够基于学生答案进行层层深入的追问，从而将学生的推理不断导向深处，避免教学停于表面。

比如，教师通过火山喷发这个现象，让学生推测地球内部有岩浆，又通过“岩浆的形成是高温融化岩石”这个原因“点拨”学生得出“地球内部有产生热量的东西”的推测。基于此推测，再次给学生提供思考辅助，提问产生热量的东西位于地球的哪个位置，最终让学生得以将答案落点到地球核心。

教师在课堂上把握岩浆“温度高”及 “不断运动”的物质特性，引导学生基于此展开不同方向的深入推理，通过温度高推测出地球内部存在产生热量的东西，而通过“不断运动”推测出“地球有巨大的能量”，并将能量关联到地震、地貌的形成上。

师：你通过高温，进而推测地球内部可能有一个产生热量的东西，那你觉得会在地球哪个位置呢？

生：它应该在地球的中心，因为地球表面很多地方都有火山，如果是在地球表层的某一个地方产生热量，那就变成一片岩浆海了。

师：所以你觉得它有可能是在中心，你的推测非常棒，还有其他的同学要进行补充吗？你们还提出了这么多现象呢？

生：我认为地球内部的岩浆一直在运动。如果不运动的话，那么火山就不可能喷发，因为岩浆是从一层又一层比较薄弱的地方运动而形成火山的。

师：你认为岩浆在里边不停地运动，为什么你会这么觉得呢？是什么推着它在运动，那里面肯定还有其他的东西，对吧？

生：地壳也是一直在运动的。

师：为什么这么说？

生：因为地壳运动产生挤压，才会发生地震。（在地震旁板书“运动”）

师：所以你认为地壳也是在运动着的，还有其他推测吗？

生：仅凭我们人类是不可能让地壳运动的，所以只有可能是地球内部的东西，让它在运动。

师：所以你觉得地球内部有一个巨大的推动力。还有没有想说的?

生：我认为地球内部的变化，有时候是很剧烈的，因为地震它就那么一下子特别的剧烈，但还是有很多人死亡。

师：我们探究的是地球内部的信息，那么这个剧烈的震动，能帮我们推测出，地球内部有什么呢？

生：地球内部有巨大的能量。

师：地球内部可能有巨大的能量。（在地震旁板书能量）

此时，教师结合板书，及时总结学生推测出的地球内部信息如下图所示：

同时提供新的学习资料，帮助学生突破认知和思维瓶颈，展开对地球内部的新的探究历程——学习通过地震波来探究地球内部结构的方法。

师播放视频资料，视频主要解释：地震波是什么，以及人类如何利用地震波的特点来反推地底下介质的结构。

学生观看完视频后，教师再次强调关键点“地震波在不同的介质当中，传播的速度是不一样的”，并提示学生关注课件上展示出的新的资料信息：“从地心到地表的距离，约为6371千米。科学家用地震波监测地震的过程当中发现，地震波在这两个位置，它的传播速度发生了明显的变化，一个是地下33千米左右，一个是地下2900千米左右。”

综合两则与“地震波”有关的学习资料（视频和科学发现数据），师提问：根据资料中的这一组数据，我们又能做出怎样的推测呢？

生回答：视频中讲到地震波在不同的介质当中会发生速度的改变，它在地球内部传播时，速度改变了两次，说明地球里边 ，应该有三种介质。

教师在此推测的基础上，让学生结合之前推测的结果（如地球内部有岩浆、温度高、有巨大能量层等），用估算的方法，进行地球内部结构的建模。（预留8分钟动手时间）。

8分钟后，教师投屏展示两位学生作品，并让学生阐述自己画的模型思路。

生1：首先我们知道地球中有许多岩浆，所以我在中间画了红色代表岩浆。根据表面有许多海洋，所以在表面画了蓝色；根据正中心是最热的地方，所以画了灰色。

师：你用颜色代表不同的温度？

生1：对

生2：我在最外边画了绿色，是因为地球表面有许多的陆地，陆地和海洋颜色不一样。中间有岩浆，通过火山喷发的视频我知道岩浆是橙色的，所以把它涂成橙色。最里面温度是最高的，所以我用红色涂了。

师：其他同学还有补充吗？

生3：我们刚刚看了关于地震波的视频，推测地球内部是有三层的，所以把它画成三层是比较正确的。

在学生的层层推理探究后，教师结合模型图揭示了地球这个暗箱的内部答案：

师：科学家后经证实，在地球33千米和2900千米这两个深度确实存在不同物质的分界面。为了纪念发现这一现象的科学家，就把33千米的分界面命名为“莫霍面”，2900千米的分界面称为“古登堡面”。

经过这两个分界面，地球的内部又分成了三个圈层，最外层的也就是我们人类经常活动的地区——地壳层，地壳表面凹凸不平，最厚地方是青藏高原，平均地壳厚度达到了70千米左右。有最厚的地方，就会有最薄的地方，在马里亚纳海沟，地壳平均厚度仅仅只有五千米，而整个地壳层的平均厚度约为17千米左右。

地壳之下是地幔层，科学家推测，同学们刚才说的岩浆，它可能就存在于地幔的上层，而地幔之下就是你们刚才说的“能量层”——地核，它可是一个巨大的能量球，科学家推测，它的温度可以高达5000摄氏度。

在这一教学环节，学生认识到，可以通过开小洞——就是钻探工程这样的直接的方法来获得地球内部信息，如此获得的信息比较准确，也可以通过火山、地震等间接的方法来探究地球的内部，这样获得的信息相对没那么精确，但能够通过事物的特殊性质（如岩浆的高温、不停运动），从侧面寻找想要了解的真相。

通过类比、推理，学生也形成解暗箱方法上的迁移。

通过“解暗箱”的教学主环节，教师引导学生像科学家一样进行思考和探究，经过层层的推理，最终还原了“科学家通过间接方法推测地球内部信息”的过程，让学生在体验中达成深度理解的学习。那如果是用“直接方法”探究地球内部，会发生什么呢？

进入本堂课的最后一个教学环节，围绕这个问题，教师首先及时、正面评价学生的探究成效：“根据同学们一步步的推测，你们所获得的地球内部的信息已经完全接近科学家的推测了。”

接着通过“结果牵引”继续激发学生学习的兴趣：“但是，我们现在了解到的地球内部的信息，你觉得会是十分准确的吗？因为我们是用间接的方法进行推测获得的，那我们肯定要用直接的方法证实，给地球开个小洞，科学家们真的开了……”

最后顺势播放新的视频，视频主要讲述前苏联科学家是如何在科拉半岛实施史无前例的超级钻探计划，以及该计划实施过程的波折性、遇到的重重困难如钻头硬度不能挖穿岩层、每向下挖100米温度升高2摄氏度、更换钻头成本极高、钻探时间长、进度缓慢、屡次失败重头再来等。

同时视频也蕴含着另一层需要教师引导学生去领会的信息和精神：那就是科研工作是积硅步至千里的过程，艰难险阻，需要有持之恒的精神和热情去投入——尤其是最后视频停留在：“如果要挖穿地壳，至少还要100年的时间。”

基于视频，教师与学生达成共识，科拉超声钻井挖到的这个深度之于地球来说不过是挠痒痒，但它起码证实了地壳层的主要成分是岩石。

在这个共识的基础上，教师继续通过视频展示万米精彩地下世界的风光，进一步调动学生学习的积极情绪后，教师将地球内部的探索类比人体结构的发现，让学生组成小组，讨论“探究地球内部结构”的新技术与新方法。

师：在技术不发达的时候，科学家只能通过诊脉、听诊器去推测人体的内部是怎么样的，科学技术发达后，通过照CT、B超、X光轻而易举就能了解人体内部的构造，那对于地球内部的探索，你又能提出哪些新方法或者技术上的创新呢？（提示小组内部讨论、候答）

生1：我觉得可以造一台机器给地球做一个X光，这样可以清楚了解地球内部有什么？

生2：我觉得人们可以继续挖下去，因为现在已经发现了纳米，它比钢铁还硬，后面估计就广泛使用纳米了。

……

生3：既然我们已经知道地球内部的岩石是非常坚硬的，那我们还可以反过来利用那些岩石加工以后变得更硬，再去挖掘地球内部。

教师总结学生提到的新方法比如利用新材料、新技术、利用现有地球内部材料特性研发攻克性材料等，对这些想法给予正向点评，让学生对科学探究保持创想的能力和热情。

师：这些办法大胆又实际，说不定哪天就真的被利用了,就像科幻小说家刘慈欣在《地球大炮》中所提到的要挖一条贯穿南北两极的通道，现在看起来是有一点科幻，但是说不准哪天它真的就实现了。

本节课至此进入尾声，教师还让学生总结了学习收获。同时布置了有利于学生加强学科实践的作业：策划一次地球内部模型展。

现代教学技术教育部重点实验室主任、国家义务教育科学课程标准修订组组长胡卫平教授对本节课进行了点评：

1、课程设计与创新人才的培养相结合，渗透了模型思维

从教学本身来说，探索地球内部的结构是比较难的，但本节课引入了类比的思想，并且采用“解暗箱”的科学研究方法，训练学生从外在的行为来窥视内部结构的思维方式，从而让教学层层深入且成效不俗，这是非常值得肯定的。

整个课例的设计也与创新人才的培养相结合，注重培养学生的创新内驱力，并在科学探究的责任与态度的价值观层面给予积极引导，同时在教学中渗透并培养了学生的模型思维，这对学生的发展来说，是很关键的能力。

2、教学应该加强“物质与能量关系”的渗透

从教学内容来说，这节课很难教。整个课程标准中，地球宇宙科学领域涉及到三个核心概念，与本课时相关的核心概念是“地球的结构”，在五年级、六年级的学习中，不仅要求学生要知道地球内部的构成，还要理解其深层的含义，即地球圈层结构之间有物质与能量的交换，这是第一个教学难点。整个教学的过程，关于物质与能量关系的渗透，还需要加强。

第二个教学难点，地球的内部结构的学习渗透了模型思想，如果整个教学设计能够更进一步通过模型体现物质与能量的交换关系，会比现在的教学更加有深度。

3、微调整部分环节的教学逻辑，让教学效能更上一个维度

课堂最初的教学环节可以加以优化，教学逻辑调整为：先让学生去思考：地球内部的结构是什么？要知道这个结构，我们该怎么去做？（这才是本课应该聚焦的核心问题）。

当学生给不出办法的时候，教师再给学生搭建台阶，作为类比，将西瓜呈现出来，引导学生思考当我们要了解西瓜内部结构时，我们是怎么做的，进而再回归到主问题，将探究西瓜内部是否成熟的方法迁移到地球内部结构的探究上。这样的教学逻辑会比现有的教学逻辑更加严密，更加聚焦核心问题。

作者 | 肖筱雯 湘潭九华和平小学科学组教研组长

编辑 | 肖梅香

统筹 | 孙习涵