小学科学五上教科版《岩石的类别与变化》AI赋能教学设计40分钟课时

一、课题基本信息

二、教材分析

上一课把三块标本摸了一遍，说清了颜色、颗粒、硬度。这一课要问一个更靠里的问题，它们是怎么来的。教材第 114 页的引导段只有一句，地球上大部分岩石埋藏在地表之下，但有些地方能看到裸露在外的各种形态的岩石。这句话给了本课一个实地感，石头不是标本盒里的东西，是山上、路边、河滩上那一大片。

同页聚焦三问，岩石可以分为哪几类？不同岩石的形成原因一样吗？自然环境中岩石的模样会改变吗？前两问是分类，第三问是变化，本课标题就是这两半。第三问容易被上成一句空话，本课要把它落到一个能做的实验上。

同页探索 1 是阅读资料，把获取的信息填写在记录单中。下面那段资料是全课的知识主干，岩石记录了地球演化的历史，地质学家将岩石分为三大类，岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆冷却结晶形成岩浆岩；岩浆岩和变质岩受到风化、侵蚀作用而形成松散的沉积物，再经过成岩作用形成沉积岩；岩浆岩或沉积岩因外在温度、压力的改变而成为变质岩。同样的，沉积岩和变质岩也可能因深埋熔化，再重新冷却结晶变成岩浆岩。最后一句给了三块标本的归属，花岗岩、砂岩和大理岩，就是这三类岩石的典型代表。

这段资料最要紧的不是三个名词，而是"同样的"这三个字。 它在说这条路不是单向的，变质岩能烧回岩浆，沉积岩也能变成变质岩。教材第 115 页那张环形图就是这段话的图形版，五个节点，七条箭头，每条箭头上都标着条件，冷却、风化侵蚀、压紧和固结、高温高压、熔化。

这张图是本课的全部难点所在。 学生看图的第一反应是"五种东西互相变来变去"，像五个不同的东西在互相变。图的真意是反过来的，只有一种东西，就是那些材料，它在不同的条件下换了五次身份。这一层不打通，后面背熟了三个名词也没用。

同页另有一个化石资料框，几乎所有的化石都是在沉积岩中发现的，化石是曾在地球上生活的古生物的遗存、印痕或残迹，为我们提供了生物起源和物种进化最直接的证据，配一张菊石化石。这个"为什么只在沉积岩里"教材没有答，但它正是三类岩石成因差别最有力的一条证据，本课要把它推出来。

同页记录单，我对岩石成因的认识，三列，岩石类别、成因（可以用图示表达）、举例，三行。三行正好是三块标本。

第 115 页下面探索 2 要求观察下页图片中岩石的结构，想一想裸露在大自然中的岩石会受到哪些因素的影响。第 116 页上面四幅照片就是这个问题的材料，被节理切得一块一块的岩壁、裂隙里渗着水的示意图、树根钻进石缝、树根把石头整个包住。四幅图给出的是三条线索，温度、水、植物，学生的回答往往只想到雨，想不到日夜温差和树根。

第 116 页探索 3 是本课唯一的动手，将烧热的岩石立即放入冷水中，反复几次，观察岩石的变化并记录实验现象。三幅步骤图，加热岩石、放冷水中冷却、观察水底是否有岩石碎渣。安全提示框写着注意安全，戴好护目镜。旁边一个气泡说得极准，有些自然现象是长时间作用形成的。

第 117 页是加热实验的记录单，两列，实验操作与岩石的样子，四行，加热前、第一次、第二次、第三次。表格右下另一个气泡接着上面那个，大自然中真实的情况比实验复杂得多，我们的实验仅仅是简单模拟。这两个气泡是本课的分寸，一节课只能模拟一点点，剩下的要靠想象力和时间感补。

同页研讨三问，岩石可以分为哪几类，上节课的三个岩石标本分别属于哪一类，举例说一说岩石是怎样形成的；地球表面的岩石变化受哪些因素影响，举例说明；地球表面的岩石变化有怎样的趋势，最终可能会变成什么。前两问回收全课，第三问要学生自己走完这一圈，答案不在书上，在图上。

同页拓展是制作化石，用不同颜色的陶泥压饼、叠层、放标本、再叠、擀压、加热，六步。这个活动的价值不在于做出一个好看的化石，而在于它每一步都在模拟一件真事，叠层是沉积，压实是固结，加热是长时间的地温。

本课在单元里的位置是中枢。 前三课讲了各种把地表改掉的力，这一课讲被改的那个东西自己也在变；后面两课要讲水和风，讲的正是这张图上那条"风化侵蚀"的箭头怎么走。

三、学情分析

学生在上一课刚学会描述三块标本，可他们心里这三块是三样东西，像水果分成苹果、梨、桃，各是各的，互不相干。

他们的卡点在循环图上，看见岩浆岩有一个箭头指向沉积物、沉积岩有一个箭头指向变质岩，会理解成五块不同的石头在互相变，想不到转来转去始终是同一份材料。

思维上，学生缺时间尺度，觉得岩石变化是很久很久以前发生过的事、现在早就停了，看不见自家后山那块裂开的石头其实就是正在发生的变化。

动手上，加热骤冷实验第一次往往只掉几粒渣、甚至看不出变化，学生容易做一次就断定没变化，等不到第三次。

四、教学目标

• 科学观念：知道岩石按成因分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三类。知道岩浆冷却结晶形成岩浆岩，沉积物经压紧固结形成沉积岩，岩石在高温高压下变成变质岩，变质岩深埋熔化又能变回岩浆。知道花岗岩、砂岩、大理岩分别是这三类的典型代表。知道温度变化、水、植物等会让裸露的岩石逐渐崩解破碎。知道化石绝大多数保存在沉积岩中。
• 科学思维：能把三类岩石理解为同一份材料在不同条件下的不同身份，而不是三个并列的品种。能用上节课观察到的特征为三块标本的成因找证据。能由"化石只在沉积岩里"推出三类岩石成因的差别。能推出岩石变化的趋势是变小、变碎、被搬走、再堆积。
• 探究实践：会阅读资料并从资料中提取类别、成因、举例三项填入记录单。会按步骤做岩石加热后骤冷的实验，连做三次并逐次记录岩石的样子。会观察水底有无岩石碎渣并据此判断岩石发生了变化。会说出这个实验与真实自然过程差在哪里。
• 态度责任：知道模型只是简化，说得出自己的实验模拟不了什么。守用火与防烫规矩，护目镜必戴、热石不许用手碰、石头沿杯壁慢慢放不许扔。知道岩石记录着地球的历史，一块普通石头上可能留着几亿年的账。

五、教学重难点

教学重点：说出岩石的三大类别与各自成因，把花岗岩、砂岩、大理岩归到对应类别，做加热后骤冷的实验并说出温度变化会让岩石崩解破碎。

教学难点：把三类岩石理解成同一份材料在不同阶段的不同身份。学生的卡点在于把环形图看成五块不同的石头在互相变，于是三个名词成了三个要背的品种。破法有两条，一条是拿三块标本追它们的来路，同一块花岗岩被风化会变成砂、砂压紧了成砂岩、砂岩再受高温高压成大理岩，走到哪一段就叫哪个名字；另一条是让学生自己说一句"它们可能本来是同一块石头"。

第二个难点是时间尺度。学生做三次实验看到几粒碎渣，很容易觉得"变化这么小，可以忽略"。本课要当场算一笔账，我们烧了三次是三分钟，大自然里一次日晒夜冷是一天，一年三百六十多天，一万年是三百多万次。

判断依据有三条。一是能不能说出"转来转去还是同一种材料"，只说得出三个名词的没打通。二是能不能用上节课的特征给成因作证，说得出砂岩有层状所以是压出来的、花岗岩颗粒结晶所以是冷下来的。三是能不能解释化石为什么几乎只在沉积岩里，答得出因为只有它是一层层埋起来压成的。

六、教学准备

教师准备：AI 制作的情境动画《它原来是什么》、教师自制的"岩石循环"AI 虚拟实验（把一块石头放在环上任意一格，拖动风化侵蚀、压紧固结、高温高压、熔化、冷却五个条件，看它变成什么、走到哪一格，可加速时间看它转一圈回来）、AI 辅助记录单判读（只查三行的成因是否写成变化路径、举例是否同类，不给结论）、AI 资料助手（查本地典型岩石与化石产地，带出处）。演示用花岗岩、砂岩、大理岩标本各 1 块（与上一课同一套，学生认得出）、大块易崩的砂岩或页岩 1 块（教师演示加热用）、酒精灯 1 盏、坩埚钳 1 把、耐热烧杯 1 只、护目镜 1 副、清水 1 瓶、菊石化石图片或实物 1 件。

小组材料：小块岩石 3 块（同一种，边长约 2 厘米，选砂岩这类颗粒粗、容易崩的，不用页岩，页岩一泡水自己就散，看不出是热崩的还是泡散的），酒精灯 1 盏、火柴 1 盒、坩埚钳 1 把、耐热烧杯 1 只（装约 150 毫升清水）、护目镜每人 1 副、岩石加热实验记录单 1 张、铅笔 1 支、镊子 1 把（夹碎渣用）、白瓷盘 1 个（放热石头）、湿抹布 1 块、隔热垫 1 块。

安全提示：护目镜必戴，热石头放进冷水会溅，眼睛离烧杯一臂远。石头必须用坩埚钳夹稳，沿烧杯口内壁慢慢滑下去，绝对不许往里扔，砸裂杯子会烫伤人。烧杯必须是耐热玻璃，普通玻璃杯一遇骤冷就炸。烧过的石头看着不红也是烫的，不许用手碰，用镊子或钳子。酒精灯用火柴点，不许对着点，熄灭用灯帽盖两次，绝不吹。桌面上除了这只烧杯不放别的水杯，免得有人拿错喝。长发扎起，袖口卷起。

七、教学方法

资料阅读提取法、循环图示法、证据反推法、模拟实验法、时间尺度换算法、AI 虚拟实验辅助动态演示、AI 辅助记录单判读、AI 资料检索辅助。

八、教学过程

▍ 一、聚焦：山上那片石头（4 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 114 页那张题图，一整面被切得一块一块的岩壁。问一句：这些石头在这儿站了多久。2. 出示同页引导段，念出大部分岩石埋在地表之下，有些地方能看到裸露在外的各种形态的岩石。3. 出示聚焦三问，把第三问读重一些，自然环境中岩石的模样会改变吗。4. 播放 AI 制作的情境动画《它原来是什么》。5. 揭示课题，今天要给这三块石头找到它们的来路，还要看看它们以后会变成什么。开启小组 AI 积分。

学生活动

说这石头肯定很老了。看情境动画时对"可能是同一块石头"这句话反应最大，有人不信，有人说有可能。

技术支持

情境动画《它原来是什么》三个学生各说一句，一个说这三块是三样东西像苹果梨桃，一个说博物馆里见过一块石头上有压出来的花纹，一个说我爷爷说山上的石头以前是海底的。老师说，你们说的都对，可有件事你们都没说，它们可能本来是同一块石头。

▍ 二、探索 1：给三块标本找来找路（9 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 114 页那段资料，让各组读两遍，第一遍找有三个什么类别，第二遍找每一类是怎么来的。2. 填记录单三行，岩石类别、成因、举例。3. 讲清这一处，资料里"同样的"三个字最要紧。它说的是这条路能往回走，变质岩能熔化回岩浆。4. 出示教材第 115 页那张环形图，带着走一圈，岩浆冷却成岩浆岩，岩浆岩被风化侵蚀成沉积物，沉积物压紧固结成沉积岩，沉积岩经高温高压成变质岩，变质岩熔化又回岩浆。5. 补上图上另两条旁路，岩浆岩不经风化也能直接被高温高压压成变质岩，沉积岩也能再被风化侵蚀退回沉积物，所以路不止一条。6. 追问一句：这个圈里有五种石头吗。预设：有学生误以为是五种不同的石头在互相变。请他把手放在图上，从岩浆这一格出发，一格一格走一圈回来，问他一路上看见的是几样东西。7. 讲清这一处，这个圈里只有一种东西，就是那些材料。它在不同的条件下换了五次身份。像一个人在家是孩子、在学校是学生、在球场是队员，人只有一个。8. 把三块标本归位。花岗岩是岩浆岩，砂岩是沉积岩，大理岩是变质岩。9. 追问一句：上节课你们刻过、看过这三块，它们的哪些特征跟这个来路对得上。预设：有学生觉得上节课的特征跟这一课没关系。请他翻回记录单看砂岩那行，层状纹理一条一条，正是一层层砂子压出来的证据。

学生活动

读资料找出三类和三条成因。填记录单。跟着老师在环形图上走一圈。对"五种石头"这个念头被点破时有人恍然。翻上一课的记录单，拿砂岩的层状纹理、花岗岩的结晶颗粒、大理岩的致密花斑去对成因。

技术支持

教材第 115 页环形图投屏。教师自制的"岩石循环"AI 虚拟实验，把石头放上环、拖条件看它变成什么。

▍ 三、探索 2：裸露的石头受什么欺负（4 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 116 页四幅照片，被节理切开的岩壁、裂隙里渗水的示意图、树根钻进石缝、树根包住石头。2. 问一句：这四幅图里有几种东西在跟石头较劲。3. 逐条收，日晒夜冷，水渗进去，树根往里挤。4. 补一条看不见的，白天石头表面晒得很烫、往里还是凉的，晚上表面一冷就缩，里面还鼓着，一伸一缩磨久了就裂。5. 归一句，这三样加起来有个名字，风化。预设：有学生误以为只有下雨才让石头变样，说太阳又晒不化石头。追问他夏天中午光脚踩过水泥地没有，烫不烫，晚上还烫不烫。6. 追问一句：这三样里哪一样最快见效。答树根，几十年就能把一块石头撑开。

学生活动

看图说出水、树根、太阳。有人想到冬天石头缝里的水结冰会把石头胀开。多数人猜不到日夜温差。

技术支持

教材第 116 页四幅照片投屏。

▍ 四、探索 3：烧热再骤冷（12 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 116 页探索 3 与三幅步骤图。2. 讲清安全五条，护目镜必戴、坩埚钳夹稳、石头沿杯壁慢慢滑入不许扔、耐热杯、热石不许碰。3. 讲清步骤。先用镊子看一遍石头，记下加热前的样子。再烧到石头表面发红发亮，夹起来慢慢放进冷水。捞出看、摸、听，记一次。连着做三次。4. 讲清看什么。看石头有没有裂开、掉渣、变色，看水底有没有碎渣，听放进水那一下有没有响声。5. 讲清这个实验的道理。石头传热慢，表面一下烧热了、往里还凉着。扔进冷水，表面一顿猛缩、里面不肯缩，两层顶起来，表面就崩掉一层皮。反复几趟，皮越掉越多。6. 讲清为什么要连做三次。一次只崩一点点，学生看不见，就不信它会变。预设：有学生只做一次就断定没变化。请他按规矩连做三次，再看水底。7. 讲清为什么要戴护目镜，热石入水会溅，碎渣会崩。8. 巡视。第 3 组烧的时间太短、石头没红就夹进水，一点反应都没有，让他们烧到发红、这一档重做一遍。第 5 组石头往杯里一扔，砸裂杯底，热水淌了一桌，让他们换杯、沿杯壁慢慢滑，这一档重做一遍。第 2 组做完一次就停手，说变化太小，让他们照规矩连做三次、三次重做一遍。9. 各组填记录单四行。

学生活动

戴护目镜，用坩埚钳夹石头烧到发红，沿杯壁慢慢放进冷水，听见一声脆响。捞出看到石头表面起了细裂纹、掉了渣，水底沉着一层细末。做到第三次渣明显多起来。

技术支持

AI 辅助记录单判读，只查四行填全没、每次的样子是否写得不一样。

▍ 五、研讨：转一圈回到原处（5 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 117 页研讨三问。2. 答第一问，三类岩石分别是什么，三块标本各属哪一类，举例说成因。逐条收，花岗岩是岩浆冷却结晶成的，砂岩是砂子压紧固结成的，大理岩本来是石灰岩，受过高温高压变的，上一课拓展里那块能烧石灰的石头就是它。3. 答第二问，地球表面岩石变化受哪些因素影响。收温度、水、植物、风，还有教材环形图上那条风化侵蚀。4. 答第三问，变化有怎样的趋势，最终可能变成什么。这条要慢慢带。先问大块变什么，小块变什么，碎石被水冲到哪儿去。5. 收成一条线，大块裂成小块、小块碎成砂和泥，砂和泥被水冲下山、在低处一层层堆起来，压紧了就是沉积岩。转一圈又回到这张图上。 6. 补一句，碎到最细的砂和泥混上腐烂的枝叶，慢慢就成了我们脚底下的土。石头的后半生是土。预设：有学生误以为碎成砂和泥就到头了。追问一句，这些砂和泥是留在原地，还是被水带走了，带走以后又堆在哪儿。7. 出示第 115 页化石资料与菊石图，问一句：为什么几乎所有化石都在沉积岩里。预设：有学生误以为岩浆岩里也有化石、只是没被发现。请他想想岩浆是什么温度，一只菊石掉进去还剩得下什么。8. 逐条收，沉积岩是一层层埋起来压成的，生物遗体被埋住、隔了空气才留得下来；岩浆岩是高温熔融后冷下来的，什么都烧没了；变质岩受过高温高压，极少留得下。所以化石本身就是三类岩石成因差别最硬的证据。

学生活动

一条一条答。说趋势时容易卡在"变成土"就停，被追问"土被冲到哪儿去了"才想到会被搬到低处堆起来。听完化石那一问答出"岩浆太烫了"。

技术支持

教材第 117 页研讨三问与第 115 页化石资料投屏。

▍ 六、拓展：用陶泥做一块化石（3 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 117 页制作化石六步与六幅图。2. 讲清六步各模拟什么。压泥饼是铺一层沉积物，叠层是一层层埋，放标本轻压是把生物遗体压进泥里，再叠几层是继续埋，擀面杖压实是固结，酒精灯加热是长时间的地温和压力。3. 讲清这个模型差在哪，陶泥十分钟就硬了，真实的化石要几万年。它跟刚才那个实验一样，都是简单模拟。 4. 念出第 117 页那个气泡，大自然中真实的情况比实验复杂得多。5. 说明这个活动放在课后或下节活动课做，今天只讲清每一步在模拟什么。

学生活动

认出每一步对应哪件事。有人说陶泥硬得太快了，不像石头。

技术支持

教材第 117 页六步图投屏。AI 资料助手查本地典型岩石与化石产地，带出处。

▍ 七、课堂小结：一种东西，五个名字（2 分钟）

教师活动

1. 收一句，今天记住的不是三个名词，是一张圈。转来转去只有一种东西，它在不同的条件下换了不同的名字。2. 收第二句，名字由它现在走到哪一段决定，不由它长什么样决定，所以光看表面认不出。3. 收第三句，这一圈走得极慢极慢。我们烧三次是三分钟，大自然一次日晒夜冷是一天，一年三百六十多天，一万年就是三百多万次。4. 收最后一句，你们脚底下的土，就是石头的后半生。5. 提醒器材归位，烧过的石头放进白瓷盘、不许乱放，酒精灯盖两次。

学生活动

跟着回顾一圈。听到"一万年三百多万次"时有点愣。

技术支持

无。

▍ 八、课堂评价（1 分钟）

教师活动

AI 积分结算，看四项：记录单三行是否写出变化路径而不只是类别名、加热实验是否连做三次并逐次记录、能不能说出化石只在沉积岩里的原因、能不能说出这个实验只是简单模拟。积分不排名，只记本组这一节在哪儿进了一步。

学生活动

看本组积分，说出自己这节改正了什么。

技术支持

AI 积分板。

九、板书设计

　◆ 三类岩石，一条环（只有一种东西） 　　　岩浆　──冷却结晶──→　岩浆岩　（花岗岩） 　　　岩浆岩　──风化、侵蚀──→　沉积物 　　　沉积物　──压紧固结──→　沉积岩　（砂岩） 　　　沉积岩　──高温高压──→　变质岩　（大理岩） 　　　变质岩　──熔化──→　岩浆  　◆ 走到哪一段，就叫哪个名字 　　　不是五个品种，是同一份材料换了五次身份 　　　光看表面认不出，因为名字由来历定  　◆ 裸露的岩石受三样欺负 　　　日晒夜冷　水渗进去　树根往里挤 　　　合力叫风化，树根最快见效  　◆ 烧三次，只为模拟几万年 　　　石头传热慢，表面猛缩里面不缩，崩掉一层皮 　　　我们：三分钟三次 　　　大自然：一年三百六十多天，一万年三百多万次 　　　实验只是简单模拟  　◆ 化石为什么几乎只在沉积岩里 　　　沉积岩：一层层埋着压成，遗体隔了空气留得下来 　　　岩浆岩：高温熔融，什么都烧没了 　　　变质岩：受过高温高压，极少留得下