《追寻光的足迹：绿色植物能量之谜》探究活动设计（六年级科学综合实践）

《追寻光的足迹：绿色植物能量之谜》探究活动设计（六年级科学/综合实践）一、教学内容分析

本课内容锚定于《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“生命科学领域”与“技术与工程领域”的交汇点，核心是理解“植物能吸收阳光、空气和水，制造养分维持自身生存”这一生命科学核心概念。从知识图谱看，它上承学生对植物基本结构的认知，下启对生态系统能量流动与物质循环的宏观理解，是建构“物质与能量”大观念的关键节点。其技能要求聚焦于“科学探究”，引导学生经历“提出问题→作出假设→设计实验→获取证据→得出结论→表达交流”的完整探究流程，特别是控制变量、观察记录、数据分析等关键技能的实践应用。在素养价值层面，本课是培育学生科学思维（如模型建构、推理论证）与探究实践能力的绝佳载体。通过探究阳光这一“生命引擎”的作用，学生不仅能理解绿色植物在生态系统中的基石地位，更能初步感悟自然界的精妙与和谐，孕育尊重生命、保护生态的情感态度价值观。其教学重难点预判为：对“光合作用”能量转换本质的抽象理解，以及在开放性探究中实施严谨变量控制的能力。

六年级学生处于具体运算向形式运算过渡的思维阶段，对植物需要阳光有丰富的生活经验和前科学概念（如“晒太阳长大”），但往往知其然而不知其所以然，易将“阳光”简单等同于“温暖”或“生长条件之一”，难以触及“能量转换与物质合成”的本质。其兴趣点在于动手实验和揭秘自然现象，但设计对比实验的逻辑严谨性和持久观察的毅力可能存在挑战。因此，教学需以直观、富有认知冲突的现象切入，通过搭建层层递进的“脚手架”，将宏大的科学概念分解为可操作、可观测的探究任务。课堂中将通过前置问题单、小组讨论中的观点呈现、实验方案设计草图等多维形成性评价，动态把握学生从“经验描述”到“科学解释”的思维进程。对于概念理解较快的学生，将引导其深入思考能量形式转换的细节，并尝试设计更复杂的多因素探究；对于需要更多支持的学生，则提供结构化的实验指导卡、关键术语提示卡及同伴协作的机会，确保每位学生都能在“最近发展区”内获得成功体验。二、教学目标

知识目标：学生能够超越生活经验，科学地描述阳光对于绿色植物的核心作用。具体而言，能准确说出光合作用的基本原料（二氧化碳、水）与产物（氧气、淀粉），并阐释阳光作为能量来源在此过程中的关键角色；能辨析“叶绿体”作为能量转换“工厂”的功能，并举例说明缺乏光照对植物生长的具体影响。

能力目标：学生能模仿科学探究的基本流程，以小组合作形式，设计并执行一个简单的对比实验（如“验证绿叶在光下制造淀粉”），学习控制单一变量（光照）、设置对照组，并能规范使用酒精隔水加热、碘液检测等基本实验技能，从观察到的现象（如颜色变化）中收集证据，并尝试用科学的语言进行初步分析与结论陈述。

情感态度与价值观目标：在探究过程中，学生能体会到科学发现需要严谨求实的态度与坚持不懈的观察。通过理解绿色植物捕获光能、滋养万物的伟大过程，生发出对生命奥秘的惊叹与敬畏之情，并在讨论“如果没有绿色植物”等议题时，能自然而然地表达出爱护植物、保护绿色家园的初步生态责任感。

科学思维目标：重点发展“基于证据的推理论证”与“初步的模型建构”思维。引导学生从“叶子变黄”、“地窖储存红薯”等生活现象中提出可探究的问题，并基于实验证据进行合乎逻辑的推理。最终，鼓励学生用图示、符号或文字等多元方式，尝试建构一个简化的“光合作用”过程模型，将阳光、叶绿体、原料、产物等要素进行关联表征。

评价与元认知目标：引导学生依据简易量规（如“实验设计是否包含对照组？”“操作步骤是否清晰安全？”）对小组或他组的探究方案进行互评。在活动尾声，通过结构化提问（如“今天我们用了哪些方法揭开了光的秘密？”“哪个环节你觉得最有挑战，后来是怎么解决的？”），促使其回顾学习策略，反思从“疑问”到“知晓”的认知路径。三、教学重点与难点

教学重点：确立“阳光是绿色植物进行光合作用、合成有机物（淀粉）必需的能量来源”这一核心概念。其依据在于，此概念是课标规定的核心知识要点，是理解生物圈中能量流动起点与物质循环基础的“大概念”，亦是后续学习生态系统、乃至高中生物学能量代谢内容的认知基石。从能力立意看，能否运用此概念解释相关生命现象，是衡量学生科学素养水平的关键标尺。

教学难点：难点一，在于学生理解“光能转化为化学能并储存在有机物中”这一抽象的能量转换本质。成因在于该过程无法直接观测，超越了学生的直观经验。难点二，在于学生自主设计“验证光照对植物制造有机物影响”的对比实验时，如何精准控制“光照”这一单一变量，并理解“暗处理”“酒精脱色”等预处理步骤的科学目的。预设依据来自学情分析：学生易混淆“条件”与“能量”，且实验设计逻辑尚在发展中。突破方向拟通过搭建思维阶梯、利用类比（如“工厂开工需要电力”）、以及提供部分程序性脚手架来化解。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：多媒体课件（含“植物工厂”视频、经典光合作用发现史动画、关键问题提示）；光合作用简化概念图板贴。

1.2实验器材（按小组配备）：提前34天进行暗处理与部分遮光处理的盆栽天竺葵（或银边吊兰）23盆、酒精灯、三脚架、石棉网、大烧杯、小烧杯、酒精、碘液、培养皿、镊子、滴管、不透光黑卡纸与回形针（若干）、安全护目镜（每人一副）。

1.3学习支持材料：分层探究任务单（含基础提示卡与挑战性问题）、实验操作流程微视频二维码、课堂评价量规表。2.学生准备

2.1知识预备：观察家中植物向阳与背阴生长的差异，思考“植物为什么大多是绿色的？”。

2.2物品携带：科学记录本、彩色笔。3.环境布置

教室桌椅调整为6个合作学习岛，每岛配实验操作区；前后板规划出“问题墙”与“成果展示区”。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与认知冲突：播放一段现代化“植物工厂”中，LED灯照射下蔬菜蓬勃生长的快进视频。接着，展示一张深海热泉口附近、没有阳光的黑暗环境中存在特殊生态系统的图片。教师设问：“同学们，植物工厂里，灯光替代了阳光；深海里，阳光根本照不进去。那么，我们常说的‘万物生长靠太阳’，还被绿色植物需要吗？阳光对它们来说，究竟是不可或缺的‘主食’，还是仅仅像‘暖气片’一样的生长辅助？”（大家先别急着回答，把你的第一想法写在任务单的“我的初始想法”栏里。）

1.1核心问题提出与路径指引：基于学生的多样回答，提炼出本节课的驱动性问题：“阳光对于绿色植物究竟意味着什么？它是如何被‘利用’的？”向学生展示本节课的“探究路线图”：首先，我们一起像科学家一样梳理前人的智慧（分析经典实验）；接着，亲手做实验寻找证据；然后，尝试把整个过程“画”出来；最后，用我们的发现去解释生活中的现象。“看看经过这一趟‘追光之旅’，你的想法会不会有新的改变？”第二、新授环节任务一：头脑风暴——梳理我们已知与未知的

教师活动：组织小组快速讨论，围绕“阳光与绿色植物”，将已知的事实、猜测的假设、以及产生的疑问分别记录在不同颜色的便利贴上，粘贴于教室“问题墙”。教师巡视，捕捉关键观点（如“植物晒太阳进行光合作用”、“没光会变黄”）和迷思概念（如“植物吃土壤长大”）。选取有代表性的观点进行全班分享。“小明组提到‘光合作用需要光’，这是一个非常重要的科学术语。小红组问‘没有光植物会不会饿死？’，这个问题直击核心！让我们带着这些宝贵的观点和疑问，进入下一个环节。”

学生活动：积极参与小组讨论，调动已有知识经验，大胆提出自己的看法和疑问。将讨论结果分类整理并张贴，聆听其他小组的分享，初步感受观点的多样性。

即时评价标准：1.能否积极参与讨论并贡献至少一个观点或问题。2.记录的观点是否清晰、可理解。3.在聆听时，能否尊重他人发言，并思考与自己观点的异同。

形成知识、思维、方法清单：★前科学概念探查：通过开放性讨论，暴露学生对植物营养来源的原有认知，这是教学设计的起点。▲科学术语初现：“光合作用”一词被学生提及，正式进入课堂讨论范畴。★问题生成能力：鼓励学生提出真问题，培养问题意识，这是科学探究的发动机。（教学提示：此环节不评判对错，旨在营造安全、开放的探究氛围。）任务二：实验方案解码——科学家是如何发现秘密的？

教师活动：简述萨克斯的经典实验（1864年），但以“侦探破案”的形式呈现：展示“案发现场”（绿叶）、“嫌疑人”（光）、“关键证据”（淀粉遇碘变蓝）。通过动画演示“暗处理→部分遮光→照光→脱色→碘检”的过程，并不断提问：“为什么先要‘饿’它几天（暗处理）？”“用黑纸片遮住一部分，相当于设置了哪两种环境？”“酒精脱色这步，就像侦探破案前要先清理无关线索，它清理的是什么？”“最后碘液测试，如果遮光部分不变蓝，照光部分变蓝，这‘告诉’了我们什么？”引导学生一步步推理。

学生活动：跟随教师的“侦探”叙事，观察动画，思考并回答关键问题。尝试用自己的语言描述实验步骤和每一步的目的，并推理可能的实验结论。

即时评价标准：1.能否理解每一步实验操作的科学目的。2.能否根据演示，合理推测“有光”与“无光”条件下可能出现的不同现象。3.能否初步建立“证据→结论”的逻辑链条。

形成知识、思维、方法清单：★对照实验思想：理解设置对照组（遮光部分）与实验组（照光部分）的必要性，这是科学实验设计的核心思维。★关键操作理解：明白“暗处理”是为了消耗原有淀粉；“酒精脱色”是为了去除叶绿素干扰观察。▲淀粉检测原理：淀粉遇碘变蓝是特定的颜色反应，作为检测标志物。★证据推理逻辑：现象差异（是否变蓝）直接指向原因差异（是否有光），初步建立实证意识。任务三：动手验证——寻找绿叶中的“光之印记”

教师活动：分发经过预处理的植株和实验器材，播放规范操作微视频（重点提示酒精隔水加热的安全事项）。教师巡视指导，重点关注：酒精灯使用安全、脱色是否彻底、碘液滴加是否适量。针对操作较快的小组，提出进阶思考：“如果我们想验证不同颜色的光（如红光、蓝光）效果是否一样，这个实验方案该怎么改？”对于操作稍慢或遇到困难的小组，提供“提示卡”（图文步骤）或安排小组间互助。“大家注意观察叶子脱色后的变化，是不是变得有点像透明的薄膜？这说明叶绿素已经溶解在酒精里了。好，现在小心地滴加碘液，奇迹时刻就要到了……”

学生活动：以小组为单位，分工合作，严格按照安全规程和步骤完成“绿叶在光下制造淀粉”的验证实验。认真观察并记录每一步的现象，特别是碘液处理后叶片不同部位的颜色变化。完成基础任务的小组可尝试设计“探究不同光质影响”的简易方案。

即时评价标准：1.实验操作是否规范、安全（特别是用火安全）。2.小组分工是否明确，合作是否有序。3.观察记录是否真实、详细，能否清晰描述最终的颜色对比结果。

形成知识、思维、方法清单：★核心结论确立：通过亲身实验，获得直接证据——只有在光下，绿色叶片才能产生淀粉（有机物）。★安全规范意识：掌握酒精灯等仪器的安全操作方法，养成严谨的实验习惯。★观察与记录技能：学习有目的、按顺序地观察和客观记录实验现象。▲变量控制应用：在教师引导下，尝试思考如何改变“光”这一变量的属性（如颜色），进行拓展探究设计。任务四：模型初建——描绘能量的“变身”之旅

教师活动：在获得实验结论后，引导学生思考更深入的问题：“光进来了，淀粉产生了，这中间到底发生了什么？能量和物质是怎么变化的？”不直接给出完整公式，而是提供“积木块”：卡片上分别写着“太阳能”、“二氧化碳（CO₂）”、“水（H₂O）”、“叶绿体（工厂）”、“淀粉等有机物”、“氧气（O₂）”。请各小组利用这些“积木块”，在白板上摆出或画出他们认为合理的过程图。教师巡视，选取有代表性的模型进行展示和研讨。“这个小组把‘叶绿体’画在了工厂的中心，接收太阳能，这个想法很棒！那个小组用箭头表示了物质进去和出来，很有动态感。大家思考一下，进去的物质和出来的物质，在数量和质量上有什么关系？能量形式发生了怎样的转换？”

学生活动：小组合作，利用提供的概念卡片，通过排列、绘图、连线等方式，建构一个简化的光合作用过程模型。向全班展示并讲解自己的模型，倾听其他组的构思，进行比较和辩论。

即时评价标准：1.模型是否包含了光、原料、场所、产物等关键要素。2.要素间的逻辑关系（如能量输入、物质转化）是否在模型中有所体现。3.表达与讲解是否清晰，能否用模型解释实验现象。

形成知识、思维、方法清单：★光合作用概念整合：将零散的知识点（条件、场所、原料、产物）整合为一个动态的、相互关联的过程。★模型建构方法：学习使用符号、图示等工具来表征抽象的科学过程，这是重要的科学思维方法。★能量观念渗透：初步建立“光能→化学能（储存）”的能量转换观念。▲物质守恒观念萌芽：思考反应前后物质的关系，为后续学习奠基。任务五：联系与应用——假如世界没有光

教师活动：提出开放性的应用与思辨问题：“基于我们的发现，请推理并阐述：1.为什么地窖（黑暗环境）适合储存红薯、土豆？2.如果地球上的绿色植物突然无法接受阳光，预计会对地球生态系统和人类生活产生怎样连锁影响？”引导学生运用本节课的核心概念进行推理，并鼓励从多角度思考（如大气成分、食物来源、能量基础等）。“大家可以把想法写成一段短文，或者画一个影响链条图。想一想，我们刚才建构的那个模型，其中的哪个环节被‘切断’了？”

学生活动：独立思考或小组讨论，运用光合作用的核心原理，解释生活现象，并对假设情境进行合理的、有依据的预测和推理，形成自己的解释或图示。

即时评价标准：1.解释或推理是否紧扣“光合作用需要光以制造有机物”这一核心原理。2.逻辑是否清晰，是否考虑了影响的直接性与间接性。3.表达是否具有创造性和一定的系统性。

形成知识、思维、方法清单：★知识迁移应用：将科学概念应用于解释实际生活和进行科学预测，实现知识的“活学活用”。★系统思维萌芽：尝试思考一个因素（光）的变化对复杂系统（生态系统）可能产生的连锁影响。★生态价值观内化：在推理中深刻体会绿色植物作为“生产者”不可替代的生态地位，强化环保意识。▲批判性思维：对假设情境进行基于证据的合理推测，而非天马行空的想象。第三、当堂巩固训练

设计分层巩固练习，学生根据自我评估选择完成至少一个层级的任务。

基础层（巩固概念）：判断题与选择题，聚焦核心概念辨析。如：“植物所有部位都能在光下进行光合作用制造淀粉。（）”“光合作用的产物包括：A.淀粉B.二氧化碳C.氧气D.水”。（反馈：通过同桌互查、教师快速统计方式进行，针对错误率高的题目进行即时点拨。）

综合层（解释现象）：情境分析题。提供文字或图片情境，如：“一位同学将一盆茂盛的绿萝长时间放入黑暗衣柜，几周后叶子大量脱落、发黄。请用本节课知识解释其原因。”（反馈：选取学生答案进行投影展示，师生围绕“解释是否科学、完整”进行点评，强调证据与原理的结合。）

挑战层（设计探究）：微型探究设计。“学校‘一米菜园’里，生菜长得不如阳光下茁壮。有同学认为只是缺光，有同学认为可能还缺肥。请你设计一个实验思路，探究‘光照’和‘肥料’两个因素中，哪个对生菜生长影响更大。”（反馈：作为弹性任务，鼓励学有余力学生课后形成简易方案，下节课分享，教师给予书面反馈。）第四、课堂小结

1.结构化总结：邀请学生担任“今日科学主播”，利用板书或自己绘制的模型图，回顾“追光之旅”的关键发现。教师引导补充，形成完整的知识脉络图。“谁能用一分钟，把我们今天探索的关于阳光和绿色植物的最大秘密，讲给一位请假没来的同学听？”

2.元认知反思：通过问题引导学生反思学习过程：“今天哪个活动让你印象最深？为什么？”“在小组合作设计模型时，你从同伴那里学到了什么新思路？”“对于‘科学家如何做研究’，你现在有了哪些新的认识？”

3.作业布置与延伸：公布分层作业（详见第六部分）。并提出延伸思考题，为后续学习铺垫：“绿色植物通过光合作用‘固定’了太阳能，这些能量之后又会去往何方，如何驱动整个生命世界运转呢？大家可以先猜一猜。”六、作业设计

基础性作业（必做）：1.完善并美化课堂中自己绘制的“光合作用”过程模型图，用箭头和简短文字标明能量与物质的流向。2.查阅资料或观察，列举三种利用光合作用原理提高农作物产量的现代农业技术（如合理密植、大棚补光等），并简要说明原理。

拓展性作业（选做，鼓励完成）：完成一份《家庭绿植光照情况调查报告》。选择家中23盆不同位置的绿植（如向阳窗台、客厅角落），持续观察一周，记录其生长状态（如新叶数量、叶片颜色、朝向等），并尝试分析光照条件与生长状态之间的关联，提出养护建议。

探究性/创造性作业（选做）：1.“如果植物会说话”创意写作：以一片叶子的口吻，写一篇日记或一首小诗，描述它“经历”光合作用一天的工作与感受。2.微型研究计划：针对“挑战层”巩固练习中的“光照与肥料对生菜生长的影响”问题，撰写一份更详细的研究计划，包括明确的变量、对照组设置、观察指标和记录表设计。七、本节知识清单及拓展

★光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（主要是淀粉），并且释放出氧气的过程。（教学提示：此为最核心定义，需在理解基础上记忆，而非死记硬背。）

★能量转换：在此过程中，输入的是光能（太阳能），输出并储存在有机物中的是化学能。这是地球上绝大多数生命活动的能量根本来源。

★必要条件——光：实验证明，光是光合作用进行的必要条件。没有光，绿色植物无法合成新的淀粉。

★主要场所——叶绿体：植物细胞中的一种细胞器，内含叶绿素，是进行光合作用的“车间”。叶绿素能吸收光能，并使叶片呈现绿色。

★原料与产物：原料是二氧化碳和水；主要产物是有机物（淀粉）和氧气。（易错点：勿将水同时误认为产物；认识到氧气是多数植物光合作用的副产品，但对生态至关重要。）

★淀粉检测法：淀粉遇碘液变蓝，是验证光合作用是否产生有机物的常用简易化学检测方法。

★对照实验：科学探究中，通常设置对照组（如遮光部分）和实验组（如照光部分），通过控制单一变量（光），比较结果的差异，从而得出结论。

★暗处理目的：实验前将植物置于黑暗中一段时间，是为了消耗或运走叶片中原有的淀粉，避免对实验结果造成干扰。

★酒精脱色目的：用酒精隔水加热叶片，是为了溶解并去除叶绿素，使叶片变成黄白色，便于观察碘液引起的颜色变化。

▲光反应与暗反应（拓展）：光合作用实际包含需要在光下进行的“光反应”（捕获光能，分解水，产生氧气和能量物质）和不需要直接光参与的“暗反应”（利用光反应的能量固定二氧化碳，合成有机物）。小学阶段可初步了解其大致阶段划分。

▲叶绿素与光吸收：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，故叶片反射绿光而呈绿色。不同色素吸收光谱不同，可用于探究不同光质的影响。

▲生态学意义：绿色植物作为生产者，通过光合作用将无机物转化为有机物，将光能转化为化学能，是整个生态系统物质和能量循环的基石。

▲科学史链接：海尔蒙特、普利斯特利、英格豪斯、萨克斯等科学家的实验，如同拼图，一步步揭示了光合作用的奥秘，体现了科学发现的累积性与合作性。八、教学反思

(一)目标达成度分析

本节课预设的多维目标基本达成。通过实验操作与碘液显色的直观证据，超过80%的学生能准确陈述“光”的必要性，突破了知识目标。能力目标方面，小组实验成功率高，但在设计实验方案的环节，约三分之一的小组对“单一变量”的控制表述仍显模糊，这提示“对照实验”思维需要更长期的训练与浸润。情感与价值观目标在“联系与应用”环节表现突出，学生在思辨“没有光的世界”时，流露出的担忧与惊叹是真实的素养内化信号。科学思维目标中，“模型建构”任务成为亮点，学生展示的多样模型极具创造性，尽管在科学性上需教师引导完善，但主动建构的过程价值远超一个标准答案。

(二)教学环节有效性评估

1.导入环节：认知冲突情境有效激发了探究欲，“植物工厂”与“深海生态”的对比迅速将学生从常识带入科学思辨场域。那句“阳光是‘主食’还是‘暖气片’？”的提问，成功锚定了整节课的探究层次。

2.新授环节的五个任务形成了良好的思维阶梯。任务一（头脑风暴）作为前测，价值巨大，它让学生的迷思概念（如“植物吃土”）暴露出来，使得后续教学有的放矢。任务二（解码经典实验）是关键“脚手架”，以“侦探故事”包装，降低了理解难度。“当时我观察到，讲到‘暗处理’目的时，不少孩子露出了恍然大悟的表情，这说明击中了他们之前的认知盲区。”任务三（动手验证）是高潮，学生沉浸于寻找证据的喜悦中。任务四（模型建构）是升华，将动手获得的感性认识提升为理性模型。任务五（联系应用）则是价值的回归，让知识落地生根。整个流程基本实现了“感性→理性→应用”的认知闭环。

3.巩固与小结环节的分层设计照顾了差异，但时间稍显仓促，部分学生在“综合层”任务上意犹未尽。下次可考虑将部分基础巩固前置或作为课后微测，为课堂深度讨论留出更多时间。

(三)学生表现与差异化关照

课堂中，学生群体呈现出清晰的分层：约20%的“引领者”思维活跃，在模型建构和挑战性问题中展现出极强的创新与推理能力；约60%的“积极参与者”能紧跟节奏，扎实完成各项任务，但在迁移应用时需要些许提示；另有约20%的“需要支持者”在实验操作步骤理解和抽象概念转化上存在困难。本次设计中，“提示卡”、操作微视频以及小组内部的“工作分工”（如记录