□ 主講人：徐敬洪

教學(xué)背景

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，三四年級(jí)學(xué)生應(yīng)能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方案，探究水、陽(yáng)光、空氣、溫度的變化對(duì)生物生存的影響。

綠豆發(fā)芽是一個(gè)典型的植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。綠豆發(fā)芽的過(guò)程中，陽(yáng)光、溫度、水等都是十分重要的因素，都能對(duì)綠豆的正常發(fā)芽產(chǎn)生極大的影響。而在綠豆自然種植的過(guò)程中，由于存在晝夜溫差、氣候變化等客觀原因，溫度成為最難把控的因素。因此，探究溫度對(duì)綠豆發(fā)芽的影響能讓學(xué)生對(duì)植物生長(zhǎng)所需要的因素有更加深刻的認(rèn)識(shí)。

但是，綠豆芽的生長(zhǎng)是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，僅通過(guò)常規(guī)的手動(dòng)記錄，難以有效記錄綠豆芽生長(zhǎng)過(guò)程中溫度的變化。為此，我們借助行空板設(shè)計(jì)了一個(gè)觀察和記錄實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程的裝置，可以持續(xù)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的變化，并且以圖片的形式直觀記錄綠豆芽的生長(zhǎng)變化過(guò)程。使用該套裝置，既能幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控綠豆芽的生長(zhǎng)情況，又能為實(shí)驗(yàn)總結(jié)提供直觀的佐證材料。

教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)觀念：通過(guò)對(duì)綠豆發(fā)芽的觀察，知道植物需要適宜的溫度維持生存和生長(zhǎng)。

科學(xué)思維：能在教師指導(dǎo)下，借助行空板的記錄，以“不同溫度下植物生存生長(zhǎng)過(guò)程中外部形態(tài)及變化”為證據(jù)，說(shuō)明植物的生長(zhǎng)需要適宜的溫度。

探究實(shí)踐：能夠利用多種感官以及跨學(xué)科工具，如行空板、攝像頭、溫濕度傳感器等，描述植物生存和生長(zhǎng)的條件。

態(tài)度責(zé)任：愿意傾聽(tīng)、樂(lè)于表達(dá)和分享有關(guān)植物的信息，具有認(rèn)識(shí)和探究植物的興趣以及珍愛(ài)生命、愛(ài)護(hù)身邊植物的情感。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：通過(guò)綠豆發(fā)芽的探究實(shí)驗(yàn)，知道溫度能對(duì)綠豆芽的生存和生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

教學(xué)難點(diǎn)：描述溫度對(duì)綠豆發(fā)芽的具體影響，總結(jié)歸納綠豆發(fā)芽的最適宜溫度。

教學(xué)準(zhǔn)備

一、材料準(zhǔn)備

綠豆100g（可根據(jù)盆子大小調(diào)整）、盆子1個(gè)、毛巾1～2塊、行空板1塊、SD卡1張、讀卡器1個(gè)、溫濕度傳感器1個(gè)、USB攝像頭1個(gè)、椴木板若干。

二、制作實(shí)驗(yàn)裝置

借助激光切割將椴木板切割出固定行空板的裝置（也可以用其他固定裝置代替），分別把溫濕度傳感器和USB攝像頭與行空板相連。組裝后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

三、編寫(xiě)硬件程序

程序要實(shí)現(xiàn)的功能主要有兩個(gè)：一是調(diào)用攝像頭，在行空板的屏幕實(shí)時(shí)顯示綠豆發(fā)芽的畫(huà)面，便于實(shí)驗(yàn)的觀察，并且每隔10分鐘自動(dòng)對(duì)綠豆發(fā)芽的畫(huà)面進(jìn)行一次拍照和保存。二是借助溫濕度傳感器，每隔10分鐘記錄一次當(dāng)前綠豆發(fā)芽的環(huán)境溫度，并上傳到SIoT服務(wù)器，便于實(shí)時(shí)查看和記錄。

考慮到行空板支持運(yùn)行“多線程”，我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)的過(guò)程中采用了“多線程”的方法。線程一用于綠豆發(fā)芽畫(huà)面的持續(xù)顯示，線程二用于定時(shí)拍照以及上傳環(huán)境溫度到SIoT服務(wù)器。部分主程序如圖2。

教學(xué)過(guò)程

一、情境導(dǎo)入

教師展示飯桌上常見(jiàn)的菜式——炒綠豆芽，以此引出問(wèn)題：綠豆是怎樣長(zhǎng)成綠豆芽的？綠豆發(fā)芽的過(guò)程需要什么條件？緊接著，教師播放綠豆發(fā)芽的視頻，并邀請(qǐng)?jiān)?jīng)嘗試過(guò)發(fā)綠豆芽的學(xué)生分享自己的經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生們對(duì)綠豆發(fā)芽過(guò)程有初步的認(rèn)識(shí)和了解。

二、小組討論

學(xué)生圍繞以下兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)小組協(xié)作討論：一是種植綠豆芽需要準(zhǔn)備什么工具，二是要想綠豆芽發(fā)得好，種植過(guò)程中有什么注意事項(xiàng)。討論過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生注意從綠豆發(fā)芽的條件、生長(zhǎng)過(guò)程等方面進(jìn)行思考和展開(kāi)討論。學(xué)生通過(guò)小組協(xié)作討論，了解發(fā)綠豆芽的一般方法，并初步了解溫度、水、陽(yáng)光等因素對(duì)綠豆發(fā)芽的影響，為探究實(shí)驗(yàn)的成功做好知識(shí)鋪墊。

三、實(shí)驗(yàn)探究

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師再次明確此次探究的目標(biāo)：探究溫度對(duì)綠豆發(fā)芽的影響。因此，其他因素如水、陽(yáng)光、種子來(lái)源等因素盡可能保持一致。

1.教師講解實(shí)驗(yàn)裝置的使用

由于本實(shí)驗(yàn)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成，因此教師無(wú)法在課堂上完整演示，為了清楚展示實(shí)驗(yàn)的操作，教師可以提前操作一遍完整的實(shí)驗(yàn)，拍攝實(shí)驗(yàn)畫(huà)面并將其作為課堂演示的素材。

（1）在行空板中裝入格式化過(guò)的SD卡，連接USB攝像頭，并通過(guò)連接充電寶等方法讓行空板通電啟動(dòng)。在行空板中選擇本次實(shí)驗(yàn)的程序并運(yùn)行，這時(shí)候，我們就能在行空板中觀察到攝像頭拍攝到的實(shí)時(shí)畫(huà)面。（如圖3）

（2）觀察行空板屏幕顯示的畫(huà)面，調(diào)整攝像頭的位置，確保攝像頭能盡可能清晰完整地拍攝到所有綠豆。

（3）打開(kāi)電腦，并保證電腦與行空板連接到同一局域網(wǎng)下，登陸SIoT服務(wù)器，即可實(shí)時(shí)看到裝置記錄到的溫度。系統(tǒng)每隔10分鐘就會(huì)自動(dòng)記錄一次當(dāng)前溫度，并上傳到SIoT服務(wù)器上。（如圖4）

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出行空板里面的SD卡，利用讀卡器即可把行空板中存儲(chǔ)的綠豆發(fā)芽照片導(dǎo)出。通過(guò)對(duì)比溫度的變化與綠豆芽生長(zhǎng)的變化，即可直觀地分析兩者的關(guān)系。

2.學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)

學(xué)生分組進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。各個(gè)小組按要求搭建好小組的實(shí)驗(yàn)裝置，教師巡視檢查，提醒各小組注意控制綠豆分布的密度，避免綠豆過(guò)于稠密。由于水、陽(yáng)光等不是本次探究的因素，基于控制變量的原則，要保證每個(gè)小組的裝置中水分適宜，裝置也應(yīng)該統(tǒng)一放置在陽(yáng)光適宜的窗臺(tái)等地方。

四、分享交流

由于本次探究實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度長(zhǎng)，分享交流的環(huán)節(jié)無(wú)法在同一節(jié)課中完成，因此本環(huán)節(jié)放置在第二課時(shí)進(jìn)行。時(shí)間允許的話，可以單獨(dú)安排一個(gè)完整的課時(shí)，開(kāi)展分享和總結(jié)活動(dòng)。

學(xué)生以小組為單位，分享和展示小組在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中記錄的綠豆芽生長(zhǎng)情況以及溫度變化情況?？梢园褱囟茸兓谱鞒蓤D表，把綠豆芽生長(zhǎng)的圖片制作成動(dòng)態(tài)圖片或者視頻，更直觀地展示溫度變化和綠豆芽生長(zhǎng)變化的關(guān)系。

教學(xué)反思

本課圍繞綠豆發(fā)芽展開(kāi)，學(xué)生在了解了綠豆發(fā)芽的一般過(guò)程以及基本條件后，借助行空板等開(kāi)源硬件搭建實(shí)驗(yàn)裝置，直觀地記錄溫度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和綠豆芽生長(zhǎng)畫(huà)面。學(xué)生通過(guò)綠豆發(fā)芽的探究實(shí)驗(yàn)，知道了植物需要適宜的溫度來(lái)維持生存和生長(zhǎng)。

為了讓實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展更加順利，避免學(xué)生因?yàn)閷?duì)實(shí)驗(yàn)條件的不熟悉而導(dǎo)致綠豆發(fā)芽失敗，教師在本課的導(dǎo)入、討論以及實(shí)驗(yàn)講解部分應(yīng)當(dāng)詳細(xì)展開(kāi)，并且及時(shí)小結(jié)，明確實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)注意事項(xiàng)。此外，本探究實(shí)驗(yàn)是一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法在一節(jié)課內(nèi)全部完成，教師需要持續(xù)跟蹤整個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，并在各小組實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候及時(shí)提醒小組成員作出調(diào)整。