昼夜更替如何影响植物王国？-基于实证探究的生命世界初探

昼夜更替如何影响植物王国？——基于实证探究的生命世界初探一、教学内容分析

本课隶属于小学科学（五年级）“生命科学领域”，是“生物与环境”主题下的关键节点。其知识图谱根植于《义务教育科学课程标准》中“生物能适应其生存环境”这一核心概念。具体而言，学生需理解“昼夜交替”作为地球最基本的周期性环境因子，如何引发植物在形态结构、生理功能乃至行为上的适应性变化。这一概念上承“植物生长需要条件”，下启“动物行为与环境关系”，是构建“生物与环境和诸统一”生态观的重要阶梯。过程方法上，本课是训练“控制变量进行对比实验”这一科学探究核心方法的绝佳载体，要求学生从观察现象、提出假设，过渡到设计简单实验方案、收集证据并尝试解释，实现从“知晓结论”到“经历求证”的思维跃迁。素养价值层面，本课旨在引导学生以实证精神探究自然奥秘，在对比分析中发展逻辑思维，并通过了解植物精妙的时间节律，初步感悟生命世界的秩序性与适应性之美，培育尊重生命、敬畏自然的情感态度。

五年级学生已具备植物基本构造、生长需求等前概念，并对昼夜现象有丰富的生活体验。其思维正从具体形象向抽象逻辑过渡，能进行初步的归纳推理，但在设计严谨实验、控制单一变量方面存在显著困难，易将相关性误认为因果关系（如认为“月光导致花开”）。同时，学生个体差异显著：部分学生已通过课外阅读知晓“光合作用”、“生物钟”等术语但理解泛化；另一部分则可能对植物“行为”缺乏观察兴趣。基于此，教学对策在于：一是创设“植物作息表”这一拟人化认知冲突情境，激发全体探究欲；二是通过提供结构化实验设计“脚手架”（如变量选择卡），为不同层次学生提供思维支撑；三是利用多媒体动态演示与实物观察相结合，化解“生理过程不可见”的抽象难点。课堂中将通过“假设发表”、“方案草图互评”、“证据链陈述”等形成性评价任务，动态诊断并引导学生的概念建构过程。二、教学目标

在知识维度上，学生将通过本课学习，系统建构关于“昼夜环境影响植物”的层次化认知：能准确辨识并举例说明植物在光照周期变化下呈现的三种典型适应性现象——光合作用与呼吸作用的昼夜侧重、某些植物的花叶夜合（睡眠运动）、花期对日照长度的响应（光周期现象），并能在新的情境中（如分析阳台植物长势）应用这些原理进行推理解释。

在能力目标上，学生将重点发展基于证据的科学探究与模型建构能力。具体表现为：能够以小组合作形式，围绕“光照如何影响植物”这一问题，设计一个包含明确对照组与实验组的简易对比实验方案；能够规范、持续地记录实验数据，并尝试用图表（如柱状图）进行初步呈现；能够依据观察证据，尝试使用“适应”、“反应”、“节律”等科学术语进行有逻辑的阐述。

情感态度与价值观方面，期望学生通过对植物精妙环境适应性的探究，感受到自然现象背后存在的规律与秩序，激发持续观察身边生物现象的好奇心与热情。在小组合作中，能主动倾听同伴观点，尊重基于证据的不同解释，养成严谨求实的科学讨论习惯。

科学思维目标聚焦于“对比思维”与“模型思维”的培养。学生将经历“提出假设设计对比验证推断”的完整思维链条，深刻理解“控制变量”对于探寻因果关系的意义。同时，通过将复杂的生理过程简化为“白天制造养分、夜晚消耗储备”的动态平衡模型，初步体验用模型解释复杂生命现象的思想方法。

评价与元认知目标旨在提升学生的反思性学习能力。引导学生依据“实验设计评价量规”（是否单一变量、是否可操作）进行小组方案互评与自评；在课堂小结时，能够回顾并说出自己“从模糊猜想到设计验证”的思维进阶过程，识别对自己最有启发的学习环节或同伴观点。三、教学重点与难点

本课的教学重点在于：引导学生通过实证探究，理解“昼夜交替引起的环境变化（主要是光照与温度）是驱动植物产生相应生理与行为反应的关键因子”，并初步建立“生物特征与其生存环境相适应”的核心观念。其确立依据源于课程标准对“生物与环境关系”这一大概念的强调，该观念是贯穿整个生命科学学习的基础性认知框架，也是学生未来理解生态系统、生物多样性的逻辑起点。从学科能力看，围绕此重点展开的探究活动，直接关联“科学探究”素养中“提出问题、设计研究方案”等高阶能力要求。

本课的教学难点集中于两个方面：其一，是学生在设计探究“光照对植物某方面影响”的实验时，如何精准地“控制变量”。五年级学生往往能想到改变光照，但容易忽略同时保持土壤、水分、温度等其他条件一致，或将多个变量混在一起改变。难点成因在于其思维中系统性与精确性的欠缺。其二，是对植物“光周期现象”等适应策略的抽象理解。学生难以将“日照长短”这一时间累积因素与植物“开花”这一发育质变联系起来，易产生“太阳公公告诉植物该开花了”等拟人化迷思概念。预设突破方向在于：针对难点一，采用“变量隔离卡”可视化工具进行思维脚手架；针对难点二，运用类比（如“累积够积分才能兑换奖品”）和典型实例（如短日照植物菊花）的深度剖析来化解抽象。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：交互式课件（含植物昼夜行为对比图集、光合作用呼吸作用示意动画、典型光周期植物介绍微视频）；“实验设计变量选择”磁性贴板及卡片（光照、温度、水分、土壤等）。

1.2实验材料：提前一周培育的、长势相近的绿豆苗若干组（每组至少6盆），用于课堂即时探究；不透光暗箱、透明罩、台灯（模拟不同光照条件）；学生实验记录单（分层版）。

1.3环境布置：教室布置为46人合作小组模式；黑板划分出“现象观察区”、“假设猜想区”、“我们的证据”和“概念建构区”。2.学生准备

2.1知识预习：观察一种家中或校园植物，简单记录其白天和夜晚的形态（如叶子是否闭合、花朵状态）。

2.2物品携带：直尺、彩色笔。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与认知冲突

1.1教师活动：出示一组富有冲击力的对比图片：白天绽放的向日葵花盘与夜晚低垂的花盘；含羞草白天舒展的叶片与夜晚合拢的叶片；合欢树白天张开的小叶与夜晚闭合的状态。同时播放一段延时摄影，展示某种植物花开花闭的周期变化。教师用充满惊奇的口吻说道：“同学们，我们人类日出而作、日入而息。可你们知道吗？在我们安静入睡的夜晚，植物王国可能正在上演着‘作息切换’的奇妙景象！有同学养过含羞草吗？轻轻一碰，叶子就‘害羞’地合拢了，多有趣啊！那它夜里自己合上，是在‘睡觉’吗？”

1.2学生活动：被生动影像吸引，产生强烈好奇。联系生活经验，纷纷表达自己的观察与猜测：“我家的花好像晚上也是合起来的！”“是不是因为天黑了，它们也怕冷？”“我觉得可能跟温度有关，也可能跟光有关。”

1.3问题提出与路径明晰：教师在“假设猜想区”板书学生的各种猜测（光、温度、时间……）。进而聚焦核心驱动问题：“看来，大家都认为昼夜变化会影响植物。那么，昼夜更替究竟是通过哪些‘环境密码’（光、温等）来影响植物的？植物又会做出哪些‘回应’呢？今天，我们就化身小小植物学家，一起来解密这场植物与昼夜的‘静默对话’。”简要说明本节课路线：先当观察者发现规律，再当实验设计师验证猜想，最后整合发现，理解生命适应之道。第二、新授环节

本环节采用“现象问题求证建模”的探究链，设计五个递进任务。任务一：火眼金睛——发现植物的“昼夜作息表”教师活动：组织学生进行小组观察与资料分析。首先，分发更多植物昼夜对比图卡（如睡莲、酢浆草）及简短文字说明。提出引导性问题：“请大家仔细对比同一植物在白天和夜晚的照片，除了合拢与张开，还有什么不同？试着为其中一种植物编制一份‘作息表’，描述它白天做什么，夜晚做什么。”巡视小组，聆听讨论，鼓励用比喻描述。例如，“这位同学说酢浆草晚上像收起了小伞，这个比喻真形象！为什么会这样呢？”学生活动：以小组为单位，仔细观察图片与资料，展开讨论。尝试用语言描述植物的“行为”变化，并记录在任务单上。可能提出“白天开花吸引昆虫，夜晚闭合保护自己”、“叶子白天展开为了晒太阳”等基于经验的解释。即时评价标准：1.观察是否细致，能否找出图片中的关键差异（如姿态、开合度）。2.描述是否具体、生动，并尝试与“白天/夜晚”的环境特点建立联系。3.小组内能否倾听并整合不同成员的发现。形成知识、思维、方法清单：

★核心现象：许多植物在昼夜更替中会表现出规律的形态或行为变化，如花的开闭、叶片的舒展与合拢。这是植物适应环境的表现。

▲学科方法：科学探究始于细致观察。比较与对比是发现规律的基本方法。

★概念关联：植物的这些变化可能与其获取资源（如阳光）、减少消耗（如水分蒸发）或抵御不良条件（如低温）有关。“同学们提出的‘保护’、‘吸收阳光’这些词，已经触及了植物行为的本质目的——为了更好地生存和繁衍。”任务二：头脑风暴——猜想背后的“环境指挥棒”教师活动：引导学生对观察到的现象归因。将各组的“作息表”与猜想汇总。教师指向黑板上的猜想（光、温度等），提问：“大家提出了好几个可能的原因。在科学上，我们如何判断到底是哪个因素在‘指挥’植物呢？”引出“控制变量”思想。通过一个生活化类比：“想知道糖和盐哪个更让汤好喝，是不是应该只在两碗相同的汤里分别加糖和盐，其他都一样？”介绍“变量选择卡”教具。学生活动：小组讨论，选择一种最想探究的植物行为（如叶子合拢），尝试分析可能的影响因素。在教师引导下，理解“改变一个条件，保持其他条件相同”的实验设计核心思想。利用变量选择卡，在黑板上演示如何设置实验组和对照组。即时评价标准：1.能否清晰说出自己想验证的假设（例如：我们想验证“光照是否是导致合欢叶子闭合的原因”）。2.在设计对照时，能否明确说出“改变什么”和“保持什么相同”。3.是否表现出对“公平比较”这一科学原则的认同。形成知识、思维、方法清单：

★科学思维（控制变量）：探究某一因素影响时，只改变该因素（自变量），同时确保其他可能因素（无关变量）保持一致，才能将观测到的结果（因变量）归因于该因素的变化。这是实验设计的基石。

▲关键技能：能够将一个复杂的自然问题，转化为一个可检验的、变量清晰的科学问题。

★常见误区提醒：实验设计不是为了“让植物快点变化”而施加所有可能影响，而是要像侦探一样，“一次只追踪一条线索”。任务三：实战设计——共筑“光照影响实验”方案教师活动：提供统一的研究对象（绿豆苗）和材料（暗箱、透明罩、灯）。发布设计挑战：“请以小组为单位，设计一个实验，探究‘光照条件的变化是否会影响绿豆苗的生长（高度、叶片颜色、朝向等）’。”提供结构化设计单脚手架，包含：研究问题、我的假设、实验组设计（我们如何改变光照）、对照组设计（我们如何保持其他条件相同）、计划观察记录什么、预计实验周期。教师巡回指导，重点帮扶有困难的小组，并鼓励有想法的小组思考更细致的观察点（如茎的粗细）。学生活动：小组合作，完成实验设计草图。可能设计出“一组一直放暗箱，一组一直放灯下”、“一组白天灯照晚上黑暗，模拟自然”等不同方案。激烈讨论如何确保“其他条件相同”（如浇等量水、放同一房间）。即时评价标准：1.设计方案中是否明确区分了实验组与对照组。2.是否体现了对“单一变量”（仅光照不同）的控制。3.观察指标是否具体、可测量（如用尺子量高度，记录叶片数）。形成知识、思维、方法清单：

★实验设计要素：一个完整的对比实验方案需包括：明确的对照设置、清晰的操作步骤、具体可测的观察记录指标。

▲变量操作化：“光照条件”可以具体操作为“持续光照”、“持续黑暗”、“规律性明暗交替”等不同水平。

★合作探究价值：集思广益能让方案更严谨，分工合作能提高效率。“你们组想到了用记号笔在花盆上做标记来区分，这个办法简单又实用！”任务四：揭秘“动力工厂”——光合与呼吸的昼夜协奏教师活动：承上启下：“我们的实验需要一段时间才能看到结果。但科学家们已经通过无数实验发现，光照对植物最根本的影响，在于驱动了一个神奇的‘动力工厂’。”播放或演示光合作用与呼吸作用的简化动画（可比喻为：白天“工厂”开工，用阳光、水、二氧化碳制造“食物”（淀粉）和氧气；夜晚“工厂”部分休息，但“生命机器”仍需运转，消耗一部分“食物”，释放二氧化碳）。强调这两个过程是植物生命活动的基础，昼夜光照变化直接影响它们的相对强弱。提问：“根据这个模型，你能解释为什么大多数植物白天生长更活跃吗？”学生活动：观看动画或演示，理解光合作用与呼吸作用的基本过程和与光照的关系。尝试用“制造”与“消耗”的平衡，来解释植物在白天积累物质、生长更快的现象。可能会提出“所以植物晚上也在‘呼吸’，也会消耗，对吗？”这样的深入问题。即时评价标准：1.能否用自己语言简述白天和夜晚植物主要进行的物质能量转换过程。2.能否将这一微观过程与植物的宏观生长（长高、长壮）联系起来。形成知识、思维、方法清单：

★核心生理过程：光合作用（主要在白天有光时进行）：将光能转化为化学能，储存于有机物中，并释放氧气。呼吸作用（全天进行，夜间更显著）：分解有机物，释放能量供生命活动所需，并产生二氧化碳。

★昼夜能量平衡模型：白天光合>呼吸，有机物积累，生长；夜间光合停止，呼吸持续，消耗有机物。植物整体的生长取决于两者的净差值。

▲素养渗透：认识到生命的维持与生长依赖于持续的物质与能量交换，这是一个动态平衡的过程。“可以把植物想象成一个精明的管家，白天努力挣钱（光合作用制造养分），晚上也要花钱维持家用（呼吸作用消耗养分），攒下的钱（净积累）才能用来盖新房（生长）。”任务五：解读“生物钟”——光周期现象初探教师活动：展示菊花（秋短日照开花）、鸢尾（春长日照开花）的图片和花期资料。提出进阶问题：“有些植物开花，不仅需要光照，还对每天光照时间的长短特别‘挑剔’，这又是为什么呢？”引入“光周期”概念（不需术语，用“日照长短”表达）。解释这是植物感知季节变化、在适宜时间开花结果的重要“时钟”机制。播放短微视频，展示人为控制光照时间让菊花在非秋季开花的实际应用（花卉生产）。提问：“这对我们种植或养护植物有什么启示？”学生活动：聆听讲解，理解“日照长短”是另一个关键环境信号。惊叹于人类可以利用这一知识控制花期。联系生活，思考并回答养护启示（如想让某些花按时开，需要注意其摆放位置的光照时长）。即时评价标准：1.能否理解“日照时间长短”是独立于“光照有无”的另一个重要环境因素。2.能否举例说明光周期现象对植物生活（开花）的具体影响。3.是否表现出将科学知识与应用价值相联系的意识。形成知识、思维、方法清单：

▲拓展概念（光周期现象）：许多植物的开花、结果、落叶等发育阶段，受到每日日照时间长短的调节。这是植物适应季节变化、确保繁衍成功的精妙策略。

★科学与技术、社会（STS）联系：科学发现（光周期）可以转化为技术（如遮光或补光处理），应用于农业生产、花卉园艺等领域，创造经济价值，服务人类生活。

★综合认知：植物对昼夜/季节的适应是多层次、多策略的，包括短期的生理行为调节（睡眠运动）和长期的发育程序调控（花期）。第三、当堂巩固训练

基础层（全员参与）：出示判断题与选择题。例如：“植物在夜晚只进行呼吸作用，不进行任何生命活动。（判断）”、“下列哪种现象最可能与光照直接相关？（选项：A.仙人掌的刺，B.含羞草叶夜合，C.爬山虎的吸盘）”。学生独立完成，完成后组内快速核对，教师抽样讲解关键混淆点。

综合层（小组协作）：呈现一个情境问题：“小明发现阳台同一盆绿植，朝外一侧的枝叶比朝内一侧更茂盛。请结合本节课知识，提出至少两种可能的科学解释，并设计一个简单的观察或实验来验证你认为最可能的一种。”小组讨论，形成简要方案提纲。教师选取有代表性的方案进行全班展示与评议。

挑战层（自主选做）：“如果让你利用‘控制光照’的方法，设计一个创意小项目（如：让豆芽长得更粗壮，或者让迷你盆栽造型更奇特），你的大胆想法是什么？请画出设计草图或写出简要说明。”此题为学有余力、富有创造力的学生提供出口，鼓励奇思妙想。

反馈机制：基础层练习通过集体反馈确保底线；综合层任务通过小组展示、师生共评，聚焦“解释的合理性”与“验证思路的可行性”；挑战层想法可在教室“科学创意墙”展示，获得同伴点赞与教师书面点评。第四、课堂小结

知识整合：教师引导：“经过今天的探索之旅，我们手中的‘密码本’破译了哪些内容？请以小组为单位，用气泡图或思维导图的形式，梳理‘昼夜更替通过_____影响植物，植物做出了_____反应’。”请12个小组分享他们的结构化总结。

方法提炼：教师提问：“回顾我们破解密码的过程，用到了哪些‘科学法宝’？”引导学生回顾“观察对比、提出假设、控制变量设计实验、建立模型解释”等关键步骤。“今天，我们都是了不起的探索者，不仅发现了现象，更学会了像科学家一样思考问题的方法。”

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，为下节课铺垫：“昼夜影响植物，那对动物呢？请观察一种小动物（如宠物、小区里的鸟或昆虫），记录它在白天和夜晚的活动有什么不同，下节课我们来分享。”六、作业设计

基础性作业（必做）：

1.完成课堂实验设计单的定稿，并连续一周观察记录家中或班级实验角绿豆苗的生长情况（至少记录3次），填写在统一记录表上。

2.从教材或本课知识清单中，选择3个你认为最重要的核心概念，用你自己的话向家人做一次“科学小讲师”式的讲解。

拓展性作业（建议大部分学生选做）：

1.情境应用：查阅资料或询问长辈，了解本地一种常见花卉（如菊花、栀子花）的大致花期。尝试分析，它的花期可能与哪种环境因素（温度、日照长短）关系更密切？写出你的推理依据。

2.微型项目：拍摄或绘制一组（至少2张）展示同一植物在白天和夜晚不同状态的对比图，并配上简短的“植物日记”说明。

探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：

1.深度探究：设计并实施一个更长期的对照实验，探究“不同颜色光”（如红光LED灯vs.白光LED灯）对某种植物幼苗生长的影响。记录并分析数据，形成简易实验报告。

2.创意表达：以“一株植物的自述”为题，写一篇科幻小短文或画一组漫画，讲述它如何感知并适应昼夜与季节的变化。七、本节知识清单及拓展

1.★昼夜节律现象：许多植物在24小时的昼夜周期中，会表现出规律性的形态或行为变化，如花朵的开放与闭合、叶片的舒展与合拢（睡眠运动）。这是植物长期适应地球自转形成的环境周期性变化的结果。

2.★关键环境因子：影响植物昼夜行为的主要环境因素是光照和温度。其中，光照是最重要的信号和能量来源。“在探究时，我们常常首先考虑光照的影响。”

3.★光合作用（核心过程）：绿色植物在光（主要是太阳光）下，利用叶绿体，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（如淀粉），并释放氧气的过程。这是地球上几乎所有生命能量的最终来源。

4.★呼吸作用（核心过程）：植物细胞在任何时候（有光、无光），都能分解有机物，释放能量供生命活动利用，并产生二氧化碳和水的过程。它与光合作用看似相反，实则相辅相成。

5.★昼夜物质能量平衡：白天，光合作用强度通常大于呼吸作用，有机物得以积累；夜晚，只有呼吸作用进行，消耗有机物。植物的生长取决于有机物的净积累量。

6.▲实验思想：控制变量法：科学研究中，为了探明某一因素（变量）的影响，需要设计对比实验。基本原则是：只改变要研究的那个条件（自变量），而其他所有可能影响结果的条件（无关变量）都应保持相同，以确保实验结果的差异只能归因于自变量的改变。这是实验设计的“法则”。

7.★实验组与对照组：在对比实验中，接受自变量处理的组称为实验组；不接受自变量处理（或保持常态）的组称为对照组。对照组的作用是提供对比的基准。

8.▲光周期现象：植物的开花、结果、落叶等生长发育阶段，对每日日照时间长度（黑夜长度）的反应。根据对日照长度的要求，可分为长日照植物、短日照植物和日中性植物。例如，菊花通常在秋季日照变短时开花，是典型的短日照植物。

9.★适应的普遍性：植物的各种昼夜反应和光周期现象，都是生物对环境适应的具体表现。这些适应性特征有利于植物更好地利用资源、抵御不良环境、完成生命循环，是自然选择的结果。

10.▲科学、技术与社会（STS）联系：对植物光周期等现象的科学认识，被广泛应用于农业生产。例如，通过人工遮光缩短日照，可以促使菊花、一品红等短日照植物在非自然花期（如夏季、春节）开花，满足市场需求，体现了科学知识转化为生产力的价值。

11.★观察与记录：科学探究始于系统的观察。对植物进行长期、定点的观察和客观、详细的记录（包括文字、绘图、测量数据、照片），是获取第一手证据、发现规律的基础。

12.★模型方法：为了解释复杂的生命过程（如光合作用与呼吸作用的昼夜关系），科学家常常建立简化的模型。模型能帮助我们抓住主要矛盾，理解事物的本质和相互关系。本课中的“动力工厂”与“能量收支”就是一种概念模型。八、教学反思

（一）教学目标达成度评估

假设教学实施顺利，从预设的形成性评价点反馈来看，知识目标中关于植物昼夜现象与光合呼吸基本关系的达成度较高，多数学生能举例说明；但“光周期”作为拓展概念，部分学生可能仅停留在“知道有这么回事”的层面，深度理解需后续课程强化。能力目标方面，学生在结构化设计单的辅助下，基本能完成对比实验方案的初步设计，但方案的科学严谨性差异显著，体现了思维层次的差异，这正是差异化教学的现实起点。情感与思维目标在小组合作的“设计争吵”与达成共识中，在观看生命现象动画时的惊叹声中，得到了较为生动的体现。

（二）核心环节有效性剖析

1.导入环节以强烈视觉对比和拟人化设问开局，成功制造了认知冲突与探究悬念，迅速将学生卷入学习情境。“植物作息表”的提法贴合儿童心理，是有效的认知锚点。

2.任务二（猜想）到任务三（设计）的过渡是关键难点突破区。实践中发现，“变量选择卡”这一可视化工具的作用至关重要，它将抽象的“控制变量”思维外显为可操作、可移动的卡片游戏，降低了思维负荷。“当我看到有小组在贴板前争论该把‘温度’卡片放在‘改变区’还是‘相同区’时，我知道，真正的科学思维正在发生。”

3.任务四（揭秘动力工厂）采用动画模型化解抽象生理过程是成功的。但需反思模型简化的度，避免学生形成“白天只光合不呼吸”的新的迷思概念。课堂中需强调“呼吸作用全天进行”这一关键点。

（三）学生表现差异与应对

课堂中明显观察到三类学生：一是“快速建构者”，能迅速理解概念并迁移提出新问题（如问“没有叶绿素的植