五年级上科学教参（地球表面及其变化）

第3课坚硬的岩石会改变模样吗
（一）背景和目标
从这课开始，指导学生认识由地球外部的力量引起的地表形态变化。教科书把探索岩石破碎的原因作为认识这种外力作用引起地形地貌变化的开始。在学生眼中，岩石都是很坚硬的，是不容易发生变化的。但自然界的许多事实和现象告诉我们，坚硬的岩石也会发生变化。是什么原因使它们发生变化的呢？本课主要通过探索岩石破碎的原因，认识温差、水、大气、生物等各种自然力对岩石的破坏作用——风化作用。在风化作用下，坚硬的岩石发生了变化，并导致地表形态发生变化，形成许多自然景观。当然这种变化是缓慢、不易觉察的。
教科书内容分为两部分。第一部分是“探索岩石变化的原因”；第二部分是“风化作用改变了地形地貌”。最后的拓展活动是调查家乡特殊的地质景观及形成的原因。
科学概念
●岩石在大气、水、生物等长期联合作用下会发生风化现象。
●风化作用会改变地球上的地形地貌，但这种变化是在缓慢的过程中进行的。
过程与方法
●根据岩石变化的特点，尝试推测岩石变化的原因。
●做冷热变化、流水、植物对岩石影响的模拟实验来验证推测。
●根据模拟实验中的现象，想象并初步解释自然界中岩石变化的原因。
●用口头和书面语言描述实验中的现象，用流程图或图画表示岩石风化的过程。
情感、态度、价值观
●体验过程与方法中证据、逻辑推理及运用想象建立假设和理解的重要性。
●欣赏自然界岩石变化形成的景观，获得美的体验。
●建立自然界的事物在不断变化着的观点。
（二）教学准备
分组实验准备：小的岩石块、酒精灯、镊子、烧杯、水、石膏粉、豌豆种子、小碗或盘子、带盖塑料瓶、碎砖块。
教师演示：有关岩石风化及其形成的地形地貌的图片或录像资料、植物根对岩石影响的实验装置和结果（提前准备）。
（三）教科书说明
教科书一开始用图片和文字展示了一个很矛盾的事实，岩石很坚硬，但是它破碎了。照片上的岩石一层层地破碎、剥蚀。原本岩石是有棱有角的，但是被磨蚀了，河摊上的卵石光滑溜圆……主要目的是唤起学生的好奇心和探究的欲望，引发学生联想起更多司空见惯而没有多加思考的类似现象，让学生对岩石变化的原因做出自己的猜测。
第一部分：探索岩石变化的原因
在学生作出自己解释的基础上，指导学生通过模拟实验探索岩石的变化及成因，验证自己的推测和解释。教科书用图片和简单的文字介绍了实验的方法。实验分别是冷和热的作用、流水的作用、植物的作用、动物的活动。实际上，按风化的作用分，外力对岩石的风化作用分为物理风化（又叫机械风化）及化学风化。教科书上提及的基本上都是物理风化。什么是化学风化呢，组成岩石的矿物成分在水、空气和生物活动的作用下，发生化学分解作用，形成新的矿物，改变了原来岩石的化学成分，岩石的这种变化过程叫做化学风化作用。引起化学风化作用的主要因素是水和空气中的氧及二氧化碳。比如水中的二氧化碳，对岩石有溶解作用，形成岩溶地貌。生物的活动也能引起岩石的化学分解，如定居在岩石表面的苔藓、地衣和细菌常分泌出有机酸，植物死亡分解形成腐殖酸，都能对岩石有分解作用。因化学风化作用学生不容易理解，这里没有提及。冷和热的作用主要指的是：在大自然中，由于昼夜和季节的温差变化使岩石发生热胀冷缩的现象，这是造成岩石破裂的一大原因。岩石受热体积膨胀，遇冷体积收缩，由于岩石外层和内层受热不均，因而产生表层不均匀的膨胀与收缩，这样岩石便慢慢地破碎剥离。教科书利用给岩石加热和冷却的实验，来模拟岩石在自然界不同温度环境中所受的影响，从而让学生们能够理解这一物理现象对岩石的破坏作用。
流水对岩石有物理也有化学方面的作用，教科书主要要求学生模拟流水在物理方面的作用。由于水的搬运作用，在小溪、江河的流水中往往携带了许多石头和泥沙，这些石头和泥沙在水流的推动作用下互相撞击和摩擦，同时还和河岸、河床发生摩擦，最后它们体积的大小和形状都发生了改变。石头越变越小，棱角被逐渐磨去。教科书用晃动瓶中水和石块的实验模拟河流中岩石被磨蚀的过程。教科书中所述的植物的作用、动物的作用也都主要指物理方面的破坏作用。比如小动物掏挖洞穴，植物的根扎入岩石裂缝。在石膏中种豌豆的实验，模拟的就是植物生长及根的力量对岩石的破坏。
第二部分：认识风化
上述模拟实验的目的，一方面是让学生验证自己的推测，探索和解释岩石受到破坏的原因，另一方面也让学生理解到水、风、气温、生物等各种因素都会对岩石产生破坏作用，这种破坏作用叫做风化。
在以上教学的基础上，教科书要求学生能用简单的流程图或文字、图画表示这个过程。流程图是一种整理信息的工具，它能有效地概括出某一过程的各个阶段，或某一程序的各个步骤，帮助学生理解某组事件发生过程中的顺序、步骤。要求学生学习画流程图，一方面是通过这种方式巩固所学的概念，另一方面是培养学生整理信息的能力，这也是过程与方法的能力之一。
通过模拟实验和交流汇报，学生一定能够解释课文开头提出的问题了。教科书提出的“推测一下这些碎石再继续变化，会成什么样呢？”这是为下面土壤一课的学习活动做准备。
在认识了风化作用后，教学活动的另一个重要的内容，就是了解风化作用还会使地表形态发生变化，即“风化作用改变了地形地貌”。教科书列举了海南第一山和云南的路南石林两个例子。海南第一山指的是海南岛上的东山岭，东山岭上奇峰异石、乱石相叠，形成了各种各样奇特的自然景观。东山岭主要由花岗岩构成，长期以来这些花岗岩由于温差及海水、海浪的侵蚀风化作用，先是产生裂缝，后来裂缝越来越大，然后岩石分离、垮塌，逐渐形成各种奇形怪状的石头。云南的路南石林是石灰岩受水的化学风化作用的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙，云南气候温和潮湿，河水和地下水中含很多二氧化碳，石灰岩中的碳酸钙遇到这种水很容易被溶解，日久天长，石灰岩被侵蚀成了奇峰、暗洞、石林、暗河等奇特岩溶地貌。
最后的拓展活动是调查家乡的自然景观及形成原因，是一个课外拓展活动，目的是让学生对风化作用改变地形地貌有更多的了解。这里要说明的是，单纯由风化作用形成的自然景观并不多见，许多地形地貌是由多种作用综合形成的。比如前面提到的海南第一山花岗岩形成的自然景观，还和地壳的抬升运动有关。否则产生在地下的花岗岩怎么会露出地表，屹立在海洋中，最后又怎么会形成山呢。
（四）教学建议
1.在学生眼中坚硬的岩石会自己破碎，这是很不可思议的事。因此，教学活动一开始，就要提供一些事实让学生去思考，山上的岩石有着大大小小的裂缝，山脚下往往有大大小小的石头及碎石，除此之外教师还可以列举一些事实，最好是当地就有的现象。
要学生去推测和探索岩石为什么会破碎，这是学生经验所缺乏的。学生往往只认为和太阳的照射有关，和水的力量有关。教师可鼓励学生大胆想象，或给予一些提示和启发，然后通过模拟实验来进行探讨。
2.教科书上的三个模拟实验，是学生与教师一起寻找证据的过程，难度有所不同。实际教学时，可根据学生对这些实验的理解程度进行调整，有的可以让学生自行设计并实验，有的可以让学生照着教科书中的方法进行实验操作。实验前要引导学生猜想通过这些实验，岩石会发生什么变化。
“冷和热的作用”这个实验中所用的岩石最好是比较小而薄的，至于什么种类的岩石容易破碎，教师自己最好先做实验。在实验中要有耐心，烧热的岩石要立即放入冷水中，要多反复几次。要提醒学生注意安全，不要烫伤自己。
“流水的作用”是模拟河流中岩石相互碰撞及与河床摩擦，岩石被磨圆磨小的过程。教学中用塑料瓶是为了避免瓶子被坚硬的石块弄碎。另外晃动瓶子前教师要提醒学生盖紧瓶盖避免水溅出来。教师也可以改用碎砖块代替石块，观察时可从石块（或砖头）的外形、大小，甚至水的颜色来判别岩石是否发生了变化。这个问题也可以启发学生来考虑。
也有的教师提出不一定一开始就用容易破碎的岩石，这看起来并不利于学生获得对岩石风化作用的体验。但是在学生再次经历改换材料的实验过程中，学生不但意识到了“自然力对岩石存在风化作用”，而且认识到“自然界中岩石的风化是一个缓慢的过程，它还受不同岩石特性的影响”。从这个角度来衡量，学生经历的思维过程更具层次性和挑战性。但是，这样的教学设计需要花费更多的时间。
植物根的作用。这是一个需要提前准备的实验，适合做演示实验。
寻找证据论证自己的假设是科学研究中的重要环节。需要强调的是，教师要引导学生观察实验所产生的现象，特别要对岩石变化前后进行对比观察和描述。然后指导学生用模拟实验中的现象、结论来解释、推断自然界中某种因素对岩石的影响。比如“模拟实验中岩石循环地被烧热和冷却，相当于自然界中岩石在白天受热，夜晚冷却；夏天受热，冬天受冷。实验中岩石在冷热的不断作用下破裂，可以推断自然界中岩石在冷热的不断作用下也会发生碎裂”。
3.通过模拟实验，学生们了解了风、水、植物、地表变动等因素都会使岩石产生变化，在这个基础上，教师和学生一起总结并得出风化的概念。教师要向学生强调的是，风化过程的特点是“缓慢、细微、长期、短期内不易觉察”，和火山地震引起的变化是截然不同的。
如何表述岩石风化的过程呢，教科书要求学生能用简单的流程图或文字、图画表示这个过程。流程图是按照事物发生的顺序用框图表示的一种形式。它的制作方法是首先把每个事件简要地写在方框中，然后把最先发生的事件排在最上方，第二个发生的事件排在其次，依此类推，最后，把各个事件依次用箭头连接起来。流程图中的各个框图也可以从左到右横向排列。学生是第一次接触流程图，教师应做示范和指导，这是培养学生整理信息的能力。
4.风化作用也会使地形地貌发生改变，还能形成许多美丽的自然景观。在大自然中，关于岩石风化的现象随处可见，教科书上列举的海南第一山、云南路南石林就是两个比较典型的例子。教师在教学中可根据当地的地形特点，收集当地的一些自然景观的图片，对这些景观在形成过程中的风化作用进行介绍。如果教师能带领学生们走进大自然去寻找岩石风化的痕迹和形成的地形地貌，将是一项很有意义的活动。教师也可以鼓励学生在家长的带领下到野外进行考察，看看岩石缝中扎根成长的参天大树，岩石上大大小小的裂痕及下面崩落的石块，流水磨圆的卵石……他们的感受肯定和过去不同。他们会为自己能解释这些现象而自豪，这能加深学生对自然力量改变地形的认识，也会引发他们发现和提出许许多多新的问题。