地球与宇宙经典实验设计与指导

地球与宇宙经典实验设计与指导

2009年科学培训讲座稿

芙蓉区 李玲

流程设计：

1、 经典实验操作指导——讲座、演示、分组操作

2、 设计实验（替代实验与替代器材）——分组、给与实验记录单 3、 综合交流与整理

一、 前言：

1、《地球与宇宙》包含哪些内容：（以教科版为标准，说明其内容的年级分布情况。） 地球的概貌与地球的物质 概貌：内外部的构成

物质：岩石、沙、土壤、水、空气等。（自然形成的不可分割的）古希腊学者亚利斯多德（Aristotle）提出自然界由不能再分隔的五种物质组成，它们分别是：fire，air，water，earth，quintessence。直到十七世纪开始，矿物学研究才真正走上了科学的轨道。

地球运动与所引起的变化 运动：自传、公转

变化：自传引起的昼夜变化；天气变化如雨、雪、风的形成，温度的测量；以及由此而引起的岩石的风化等；公转引起的四季变化；内部运动引起的地震、火山；

天空中的星体

太阳和月球：太阳和月球的概貌 太阳系和银河系 探索宇宙的历史

2、哪些内容是经典的实验

一些重要的教学参考指导用书如《小学自然实验大全》、《小学教师自然常识实用手册》等，都对一些有关地球与宇宙方面的实验进行了详细的介绍，能很好的展示效果达到教学的目标。

这些经典的实验有：

水：认识水的性质、水的蒸发、水的沸腾、水的沸点测定和水蒸气、水凝固成冰河冰点测定、水蒸气凝结成冰、云和雾的形成、雨的形成、冰和霜的形成、物体在水中的溶解、用蒸发法析出溶于水中的杂质、水的沉淀、过滤、蒸馏、谁的压力、浮力、物体在水中的沉浮、物体的沉浮条件、制作小水轮。

空气：捕捉空气、我们周围存在空气、空气占据空间、压缩空气、空气的浮力、空气有重量、热空气比冷空气轻、空气流动形成风、空气的成分、氧气能支持燃烧、制取氧气、二氧化碳不能支持燃烧。

岩石和土壤：土壤的成分、底层模型、火山喷发模拟实验、岩石崩裂、矿物的识别、岩石的识别、制作岩石矿物标本。

天文气象：测风向、自制干湿球温度表、雨量器、测量太阳高度、月相变化、昼夜和四季。

现行一些版本中涉及的一些实验：

根据以上分析，我们选择的下列经典实验进行实验操作培训：

水的蒸发、沸腾、水蒸气在物体上的凝结、云和雾和冰和霜的形成、溶解和加快溶解、过滤、空气占据空间、岩石的识别、岩石的风化、沉积岩的形成、土壤的成分、昼夜四季的形成模拟实验

二、受训教师进行实验操作：

1、准备工作：实验操作表格、实验器材 表格：

2、请有一定经验的老师选择实验进行操作展示。

老师们请浏览实验操作表，有谁对其中的实验操作比较得心应手的，我们请他来给大家讲解操作和展示。

要求：进行2-5个实验的操作，讲解出操作要领和注意事项。我在旁边指出存在的一些问题。然后老师们进行操作。 3、对另外的部分实验进行讲解。

要求：对5-8个实验进行操作，对一些关键的操作进行讲解。受训请老师仔细观察操作，说一说认为应当注意的地方。然后老师们进行操作。

三、实验设计与操作

1、刚才我们对一些实验进行了操作。但并不是所有的实验室都有这些器材。很多材料可以替代我们的实验仪器，比如用家里的瓷杯代替烧杯；另一个方面，可以用其他的实验来代替这些经典实验。那么，我们可以如何因陋就简进行一些实验呢？

2、分组进行讨论。将一些要点简要记录在实验操作记录纸上。

3、进行交流：每组一个人员讲解。其他组成员可以提出建议和改进的办法。

四、综合交流与整理。

请老师们说一说在《地球与宇宙》实验教学过程中存在的问题以及解决的办法。 （根据时间调整）

备注：

1、降低难度部分：删去常见岩石（花岗岩、砂岩、页岩、石灰岩、大理岩）的特征和用途及识别岩石和简单方法。的原因在于一方面与中学地理内容交叉，另一方面这些内容也与儿童的生活相去甚远。

2、删去空气组成成份及氧气、二氧化碳性质及用途的认识，这部分内容和中学交叉，而且由于缺乏化学元素概念，氧气、二氧化碳对于儿童来说只是一种语言符号。

3、删去了一些过容易的内容，如“水是透明的，没有颜色、没有气味、没有味道的液体及空气是透明的，没有颜色、没有气味、没有味道的气体”这些要求应是低年级甚至幼儿园的要求。

4、把握地球系统的组成物质（岩石圈、水圈、气圈）。

5、 矿物一般都有自己固有的形态，但在自然界产出时常不完整， 只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征。

6、气候始终处在不断地变化之中。究其原因，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化、火山爆发等。后者包括人类燃烧矿物燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化等。一般情况下.由于地球运转和自转带动空气和云运动和循环.这是基本的特点。在气候系统的自然变化中，最重要的方面是大气与海洋环流的变化或者脉动。这种环流变化是造成区域尺度气候要素变化的主要原因，大气与海洋环流的变化有时可伴随着陆面的变化。

7、数十年来，科学家普遍认为太阳系有九大行星，但随着一颗比冥王星更大、更远的天体的发现，使得冥王星大行星地位的争论愈演愈烈。一是由于其发现的过程是基于一个错误的理论；二是由于当初将其质量估算错了，误将其纳入到了大行星的行列。因此在国际天文学联合会大会上，是否要给冥王星“正名”成为了大会的焦点，为此，天文学家给出了各种方案。 2006年8月24日，国际天文学联合会第26届大会，经两千余天文学家表决通过—— 太阳系只有八大行星。不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。

因为根据“保守新行星定义”：一是必须围绕太阳运转的天体；二是质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状；三是其轨道附近应该没有其他物体 。

冥王星对最后一条条件不符，冥王星的轨道是和海王星有所交集的

水的蒸发

1、在四块玻璃片上各滴几滴等量的水。一块用来对比，另外三块用来进行实验。

2、用试管夹夹住其中一块在酒精灯上用微火均匀加热，观察水滴的变化，发现水很快蒸发掉了，而没加热的水滴仍未干。

3、用不吸水的塑料片，把第二块玻璃上的水滴涂散开，尽量扩大其面积，过一会被涂散的水滴很快蒸发掉了，而未涂散开的水滴仍未干。

4、把第三块玻璃上的水滴用书扇或用电扇吹风，由于空气流动加快，被吹风的水滴很快蒸发掉了，而没有吹风的水滴仍未干。 【结论】

水的温度越高，蒸发越快；水与空气接触面越大，蒸发越快；水表面上的空气流动越快，蒸发越快。

水的沸腾

1．在试管内装入约三分之一的水，并在试管上标明水的高度。

2．用试管夹夹在试管的上端，在酒精灯上加热(试管要略为倾斜，试管口不要对着人)。 3．试管内水中上升的小气泡开始少而小，后来多而大，最后则水沸腾。 4．注意观察水沸腾时的现象及水的变化。

【结论】 蒸发和沸腾都是水由液体状态变成气体状态的过程。水沸腾时，由于水受热多所以变成水蒸气的速度快。 【建议】

1、水沸腾时容易从试管里溅出沸水，要注意安全。 2．本实验只观察沸腾现象，不测量水沸腾时的温度。

3、实验完毕，先移开酒精灯，熄灭火焰。然后将试管插入试管架上，不要立即用手拿试管，以避免烫伤。

水蒸气在物体上的凝结

1、在两个杯中各倒入同样温度、同样数量的温水(水量约半杯，水温以不冒“白气”为宜)。 2、把一块玻璃片，用试管夹夹好，在酒精灯上均匀加热。（见图二-55）

3、把两块冷热不同的玻璃片，同时分别盖在两个玻璃杯上。过一会，可以看见冷玻璃片上有水珠出现，而热玻璃片上没有水珠。 【结论】水蒸气遇冷才能凝结。

【建议】给玻璃片加热时，应使玻璃片离酒精灯火焰高一些，并不停地晃动，使受热均匀；以防玻璃片因受热不匀而破裂。

云和雾的形成

1、在一烧杯里装入半杯冰块，在另一个烧杯里装入1／4不冒“白气”的温水。

2、将烧杯里的冰块倒出，立即倒扣在温水上面。这时烧杯里会出现“白气”，并充满整个杯子。 【结论】

烧杯里的温水蒸发，变成水蒸气升到上面的烧杯中，突然遇冷，凝结成小水滴并充满杯内的空气中形成雾。云和雾都是水蒸气凝结成的“白气”。在高空是云，在低空就是雾。

冰和霜的形成

1、在试管中倒入一半冷水，把插有温度计的胶塞塞在试管口上，使温度计浸入水中(不要触到试管底部)，记录下水的温度。

2、将碎冰块放入烧杯里并加食盐混合，然后将装水的试管插入冰块里，当温度计逐渐下降到零度时，马上取出试管，可见试管中的水完全结为冰，试管的外壁上则附着一层白霜。 【结论】

水温降到摄氏零度时就会结冰；水蒸气降到摄氏零度以下时就结成细小的冰粒即是霜。 【建议】1、试管不要太粗。

1、 试管中的水最好用冷开水，不含杂质。因含杂质的水冰点低，结冰效果不好。

溶解

1、在三个烧杯里各装约1／3的清水。用角匙分别取少量细盐、高锰酸钾和砂子放入两个烧杯中，用玻璃棒轻轻搅动后，静置一会。

2、观察两个烧杯，细盐不见了消，而沙子仍留在烧杯里。

3、从溶解盐的烧杯中取出一滴溶液，放在玻璃片上。用酒精灯慢慢烘干玻璃片上的滴液，发现在玻璃片上留下有白色的痕迹。 【结论】

盐能被水溶解而沙子不能被水溶解。 加快溶解

1、在两个烧杯中倒入同样多、冷热不同的水，同时在两个杯中各放入一块大小相同的肥皂，观察哪个烧杯里的肥皂溶解得快。

2、在两个烧杯中倒入同样多、冷热相同的水，同时在两个杯中各放入一块大小相同的肥皂，一个烧杯静止不动，另一个烧杯里用小棒搅拌，观察哪个杯里的肥皂溶解得快。

3、在两个烧杯中倒入同样多、冷热相同的水，同时在两个烧杯中各放入一块大小相同的肥皂，其中一块肥皂切碎，然后分别用小棒搅拌一会，观察哪个烧杯里的肥皂溶解得快。 【结论】

1、在水量、物体颗粒大小相同的条件下，热水比冷水溶解得快。

2、在水量、水温、物体颗粒大小相同的条件下，搅拌比不搅拌溶解得快。 3、在水量、水温相同条件下，物体的颗粒越小溶解得越快。

过滤

【目标】

知道水的过滤方法

【器材】漏斗、滤纸、烧杯、方座支架、玻璃棒、沙子等。 实验过程

1、先将滤纸叠好，用水润湿后放入漏斗中，使滤纸紧贴在漏斗壁上。 2、将沙子倒入烧杯中，用玻璃棒搅动，使水成为浑浊液。

3、再将玻璃棒紧靠滤纸上侧，略为倾斜，把浑浊的水，顺着玻璃棒慢慢倒入漏斗滤纸中，让水通过滤纸流入下面烧杯里。

4、观察烧杯中经过滤纸的水与未过滤前的水浑浊程度明显不同。 【建议】1、不要将滤纸弄破，以免过滤时脏水直接流入杯中。 2、水面要低于滤纸边缘。

3、过滤只能滤去水中杂质，至于溶解于水的物质则不能滤去。

空气占据空间

【器材】塑料袋(不漏气)、玻璃水槽、玻璃杯。 【过程】

1、把塑料袋张开口向空中一兜，然后用手捏住袋口，便“捉”到了一袋空气。用手按一按，可以感到袋内有一个软软的东西把塑料袋撑得鼓鼓的。

2、把盛有水的玻璃杯倒扣入水槽中，再把盛满空气的塑料袋按入水中，使袋口对着杯口用手捏袋，即可见许多气泡升入杯中，同时杯中的水慢慢减少。（见图二-66） 【结论】

塑料袋里的空气赶跑了杯中的水，并占据杯内的整个空间。

岩石的识别

1、标注：在岩石样品上用胶带粘上标号。

2、外观观测：观察每种岩石的颜色、形状、透明度、光滑度、光泽、花纹、结构等，将观察结果记录在实验报告单中。

3、破碎测试：用抹布将一小块岩石样品包裹严实，然后用小锤子敲打。打开抹布，用放大镜观察岩石破碎后的样子。将观察结果记录在实验报告单中。

4、坚硬度测试：根据硬度等级表，判断每一种岩石的硬度。将观察到的代表该岩石硬度的数字记录在实验报告单中。

5、酸性测试：用滴管在岩石样品上滴几滴白醋，仔细观察岩石表面是否有气泡产生。将测试结果记录在实验报告单中。

6、比较、寻找各种岩石的相似处与不同处。对照有关资料，识别几种常见的岩石。

岩石的风化作用

步骤一 【过程】

1、先用放大镜观察岩石有无裂痕。用力用手捏，能不能将岩石捏碎或折断。

2、用镊子夹住岩石碎片，放在酒精灯外火焰上烧。当岩石碎片被烧红时，迅速浸入烧杯的冷水中。待冷却后取出再加热。重复做几次后，再用手指用力捏冷却后的岩石碎片，看看有什么变化？

【结论】

岩石受冷热的剧烈变化的影响，岩石迅速发生热胀冷缩现象，对岩石有破坏作用。 步骤二

1、观察碎砖块的棱角，数一数某些砖块的棱角数目，摸一摸棱角的锐利程度。

2、将一些棱角鲜明的碎砖块放入瓶中，向瓶中倒半瓶水，再加少许沙，盖好瓶盖，用力摇晃瓶子约3分钟。

3、然后把水倒出，捡出碎砖块，可以见到砖块的棱角大部分已被磨掉，成为圆形或椭圆形。 【结论】

水的冲蚀作用对岩石有破坏作用。岩石在水流搬运过程中，受到流水冲击和互相摩擦，使其变成光滑的、圆形或椭圆形的石块。

【建议】1、要尽量选择硬度小的砖，并敲碎成小块，这样可以使砖块棱角的变化又快又明显。 2、沙不宜加得太多，水最好加到半瓶，这样容易振荡。

沉积岩的形成

1、将粘土(或水泥)、沙、石子，按l：1：l的比例放在盆中，加水搅拌，倒入纸筒。

2、将装满混合物的纸筒静置，水中的物体会逐渐沉降下来，水则不断经筒壁渗出和从表面蒸发。 3、二三天后，等粘土将石子、沙胶结固定后，按前面两个过程再沉积一次。等沉积物胶结固定后，撕掉纸，就可以得到一块“沉积岩”。

4、观察“沉积岩”的断面，在两次沉积物中间有明显的界线，每次沉积的物体问也都有明显的层状结构：石子在最下层，石子上面是沙层，沙层上面是颗粒最小的粘土层。 【建议】1、石子应尽可能选颗粒较小的，只要与沙的颗粒有明显的区别便可以。

2、水不能加得太少，纸筒也不能太矮、太小，否则沉积成层的现象不明显。

土壤的成分

1、在烧杯中装大半杯清水，把凉干的块状土壤放进杯内，仔细观察，发现杯中冒出许多气泡泡。【结论】

土壤里含有空气。

2、在量筒内倒入三分之二的水，把土样慢慢倒入水中，一边倒，一边用玻璃棒搅动水(玻璃棒要伸入水底)，使水出现漩涡。把量筒放在桌子上，使水中的沙和粘土慢慢地沉降。等水变清后，可以观察到颗粒较大的沙沉在量筒的底部，颗粒较小的粘土沉在沙的上部，沙与粘士的分界非常明显。比较沙层和粘土层的厚度，可以知道沙和粘土含量的多少。把粘土层上面的清水，用较快速度倒净，用小勺将粘土取出堆在一旁，再将沉在底部的沙取出另外堆一堆。把粘土和沙分别放在手心中，用另一只手指捻开，可以感觉到粘土很细腻，沙很粗糙。【结论】土壤中含有砂和黏土

3、课前，将取来的土样凉干。用小镊子夹几块像玉米粒大小的土块，放在石棉网边缘的铁丝纱上。点燃酒精灯(灯捻要大，火力要旺)，用灯的外焰直接烧土块。这时，能看到土壤冒烟，并闻到一股糊臭味（烟和糊臭味是腐殖质燃烧时产生的）。过一会，熄灭酒精灯。灯土块变凉，把它放在白纸上，与未烧过的土块进行比较，颜色显著变浅。这是因为土壤种的腐殖质被烧掉的缘故。【结论】土壤中含有腐殖质。

【建议】1、土壤颗粒不宜过大，否则烧不透。

2、火焰温度一定要高，否则腐殖质不能充分燃烧，会炭化变黑，土块颜色不但不会变浅，反而会加深。

昼夜形成模拟实验

1、将地球仪放置在桌面上，辨别地球仪上东、西、南、北方向。

2、将烛台放置在离地球仪约10厘米处，调整烛台高度，使烛焰与球心在同一水平线上。点燃蜡烛，观察地球仪上是否有明暗区别，指出明暗分界线。说明哪面是白天，哪面是黑夜。 3、在地球仪的北半球插一枚大头针，使大头针与球面垂直。

4、使立有大头针的一面处在白天的位置，转动地球仪，观察针影的方向和长短是否有变化。根据日常观察的一天中影子的方向和长短变化的规律，研究立有大头针的地方，分别处在哪个位置时是早晨、正午和傍晚。

5、研究一下，地球仪应该怎样转动，立有大头针的地方才能先是早晨、正午、傍晚，然后是黑夜。(由此可知，地球自转方向是自西向东的。)

6、使地球仪自西向东连续转动，可以观察到立有大头针的地方会交替出现昼夜现象。 【建议】 1、做这个实验最好选用阴面教室，或有遮光设备的教室。

2、如果在地球仪表面画出政区分界，要尽量使颜色浅一些，否则会影响大头针影子的清晰度。

四季的成因模拟实验

1、在地球仪上垂直竖一根标杆，在教室里放一盏灯当作太阳，让地球围绕太阳公转，在A(春分)、B(夏至)、C(秋分)、D(东至)四个方位分别测量标杆影子的长短。

2、在手电筒上绑上一支铅笔，使它伸出电筒前端外约8厘米。

3、让伸出来的铅笔触到图纸，使手电筒分别以垂直和倾斜不同角度照射在图纸上。注意观察手电筒从不同角度照射到图纸上的光亮程度有什么不同？

4、用另一支铅笔分别描出光亮部分的轮廓，然后数出其中的方格数。比较有什么不同？ 【结论】

光直射和斜射时，光照面积与温度有关。光线垂直照射，单位面积得到的光热较多，因而所照地方温度较高。光线斜射时，被照亮面积较大，单位面积得到的光热较少，所照地方温度较低。