小学科学五上教科版《地球表面的岩石》AI赋能教学设计40分钟课时

一、课题基本信息

二、教材分析

前三课看的是地表被改变的样子，火山顶开一层、地震撕开一道、岩层弯成波浪。这一课往下走一层，看被改变的那个东西本身是什么。教材第 110 页的引导段只有一句话，地球表面被坚硬的岩石圈包裹着，不仅包括我们看到的陆地，还包括海洋的底部。这句话把尺度拉大了，学生脚底下这片地、学校后面的山、海平面以下那一大片，都是同一层硬壳，我们平时只在它破了口的地方看见它。

同页聚焦三问，岩石是什么样子的？常见岩石的表面特征是怎样的？应该怎样描述它们？第三问才是这一课的真正任务。前两问是内容，第三问是方法，教材在问的不是"岩石有哪些"，而是"你怎么把一块石头说清楚"。这个落点决定了本课不是认石头课，是学会描述课。

同页探索 1 是交流我们对岩石的认识，配四个学生围着一桌石头的照片和两个气泡，一个问岩石是什么颜色的，一个问它们摸起来是粗糙的还是光滑的。这两问学生答得出来，也仅止于这两问，颜色和手感是他们全部的词汇。

第 111 页探索 2 给出三条观察路径，也就是本课的主干。第一条观察三种常见岩石标本，描述它们的特征，配花岗岩、砂岩、大理岩三块照片。第二条借助放大镜做更细致的观察，问组成岩石的颗粒粗细一样吗。第三条比较岩石的坚硬程度，用指甲、铜钥匙、小刀刻画花岗岩、砂岩和大理岩，问结果会有什么不同，说明什么。这三条是从肉眼到放大、从软工具到硬工具的一路加深，顺序不能颠倒。砂岩旁有一个气泡，砂岩具有明显的层状纹理，联想一下土壤研究的沉降实验吧，这是教材主动往回接三年级的旧账，层状是一条重要线索，本课要接住，下一课讲岩石的类别时还要用。

第 112 页是记录单，岩石的不同特征，四列，颜色、颗粒粗细、坚硬程度、其他特征，三行对应三块标本。这张表就是本课要交给学生的那个"怎么描述"的答案，四列就是四把尺。同页探索 3 认识岩石的组成，岩石是由矿物组成的，有些岩石由多种矿物组成，有些岩石主要由一种矿物组成，花岗岩主要由石英、长石、黑云母三种矿物组成。配石英、长石、黑云母三张矿物照片和一张标了三种矿物的花岗岩照片，旁边一个气泡写得极准，花岗岩由多种矿物组成，不同的地方坚硬程度不一样哟。

这个气泡是本课最值钱的一句话。 它把探索 2 的刻划和探索 3 的矿物组成接在了一起：学生在刻划时发现同一块花岗岩有的地方刻得动、有的地方刻不动，本来会以为是自己手法不稳，气泡告诉他不是，是因为石头里长的不是同一种东西。这一层打通了，这节课就从"认三块石头"变成了"由表面特征推内部组成"。

第 113 页研讨三问，花岗岩、砂岩、大理岩各有什么特征？我们应该从哪几个方面观察、描述一种岩石的特点？根据三种常见岩石标本的特点，说一说三种岩石在建筑中分别有什么不同的用途。第二问是对整节课的回收，答案就是记录单的四列。第三问把特征和用途连起来，硬不硬不再是背下来的知识，而是能解释台阶为什么用花岗岩的理由。同页拓展两条，一条收集更多种类的岩石制成标本，配铁矿石采集地黄石、花岗岩采集地黄山的标签样例；一条讲石灰岩，石灰岩是一种沉积岩，它是烧制石灰和水泥的主要原料，炼铁和炼钢也需要它，石灰岩还可以形成溶洞等地貌，配四幅形态各异的石灰岩照片。

本课在单元里的位置是提供材料与底层证据。前三课讲的是"地表被什么改变"，这一课讲"被改变的那个东西是什么做的"。后面三课要讲水、风怎么搬怎么磨，讲的都是作用在这层岩石上的劲。

三、学情分析

学生天天踩着石头走路，捡过、踢过、往水里扔过，可让他们描述手里这块石头，多数人只有三个词，硬的、灰的、不好看，再问就没有了。

他们的卡点在硬度上，普遍以为颜色深的硬、颜色浅的软，也以为一块石头从头到脚一样硬，于是刻出两个不同结果时，第一反应是自己手法不稳，而不是石头里面不一样。

思维上，学生不会用同一套标准去比，刻的时候这块使大劲、那块轻轻划，三块标本各用各的力气，却拿三个结果去排名，比的其实不是石头。

动手上，学生用刀没分寸，容易一刀刻出深坑，也不会按从软到硬的顺序试，常常一上手就拿小刀，刻不动就断定这块最硬，回头再也不用铜钥匙试了。

四、教学目标

• 科学观念：知道地球表面被坚硬的岩石圈包裹，陆地与海洋底部都是它。知道花岗岩、砂岩、大理岩在颜色、颗粒粗细、坚硬程度和其他特征上的主要差别。知道岩石由矿物组成，花岗岩主要由石英、长石、黑云母三种矿物组成。知道三种岩石在建筑中各有用途，用途由特征决定。
• 科学思维：能用颜色、颗粒粗细、坚硬程度、其他特征四个方面描述一块岩石。能把硬度从感觉变成可比的等级，说出为什么必须用同一套工具、同一套手法。能由同一块花岗岩上不同位置硬度不同，推出它是几种矿物组成的。能由层状纹理联想到沉降过程。
• 探究实践：会用肉眼和放大镜观察三块标本并填写记录单。会按指甲、铜钥匙、小刀的顺序刻划比较硬度，会刻完用指腹擦一下判断是刻痕还是工具的印子。会对照花岗岩中矿物标注图，在自己那块标本上找出石英、长石、黑云母。
• 态度责任：知道比较要公平，工具和手法不一致得出的结论不算数。守用刀安全规矩，刀口不对人、不横着推、刻的方向朝外。知道岩石是资源，标本是借来的公共器材，用完归位。对身边一块普通石头怀有好奇心。

五、教学重难点

教学重点：用颜色、颗粒粗细、坚硬程度、其他特征四个方面描述花岗岩、砂岩、大理岩，会按指甲、铜钥匙、小刀的顺序刻划比较硬度，能说出花岗岩由石英、长石、黑云母三种矿物组成。

教学难点：把"硬度"从手上的感觉变成能比较的等级，并解释同一块花岗岩上不同位置硬度不一样。学生的卡点有两个，一是以为颜色深就硬，二是以为一块石头各处一样硬，于是刻出不同结果时归因到自己手法上。破第二个卡点靠两样东西，铜钥匙在花岗岩上留下的那道黄褐色印子（用手一擦就掉，那是被磨下来的铜，不是刻痕），和矿物标注图上那三块颜色不同的区域（黑亮的薄片恰恰最软）。

判断依据有三条。一是能不能说出"刻完要擦一下"，说得出这条，说明他明白工具本身也会在石头上留下东西，痕迹不都是石头被刻开。二是能不能解释同一块花岗岩上刻得动与刻不动，答"我手法不稳"的还没打通，答"刻到黑云母了"的才是真懂。三是记录单四列能不能填满且用可比的说法，"很硬、特别硬"这类词不算填对。

六、教学准备

教师准备：AI 制作的情境动画《这块是硬的吗》、教师自制的"三级刻划定硬度"AI 虚拟实验（选一块标本、选一样工具，点一下表面就刻，看痕迹深浅和是否留白粉；可切放大模式，鼠标移到花岗岩不同矿物上再刻，黑云母一划一道、石英刻不动）、AI 辅助颗粒粗细判读（上传放大镜下的照片，标出能分辨的颗粒并给出"较粗、中等、较细"的估计，不说这是哪种岩石）、AI 资料助手（查本地常见岩石与建筑用途，带出处）。演示用大块花岗岩 1 块（拳头大，表面能看清三种矿物）、铜钥匙 1 把（演示用，粗齿）、美工刀 1 把、放大镜 1 把、白纸 1 张、石灰岩标本 1 块（拓展时传看）、三种岩石标本各 1 套（教师台上对照用）。

小组材料：花岗岩 1 块、砂岩 1 块、大理岩 1 块（每块约 5 厘米见方，边缘已磨钝），同种备用标本各 1 块，放大镜每人 1 把，铜钥匙 1 把，美工刀 1 把（带护套，刃口不外露），白纸 2 张（垫在标本下接刻下来的粉末），记录单 1 张，标签纸 6 张，湿纸巾 1 包（擦钥匙与擦手），小塑料盘 1 个（放标本）。

安全提示：小刀只许在标本上朝外一个方向轻刻，刀口不许对着自己或同学的手，也不许横着拉。刻完立刻把刀收回护套，不许拿在手里说话。三块标本边缘虽已磨钝，摔到地上会崩出带尖的小块，捡的时候看清楚了再拿。刻下来的粉末不许吹，用湿纸巾擦进小盘。不许舔石头、不许把石头往桌上敲着玩。

七、教学方法

实物观察法、工具分层比较法、由表及里推理法、记录单归纳法、AI 虚拟实验辅助演示不可见处、AI 辅助图像判读、AI 资料检索辅助。

八、教学过程

▍ 一、聚焦：脚底下那层硬壳（4 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 110 页那张十一块岩石的照片，问一句：这些东西你在哪儿见过。2. 出示同页引导段，念出地球表面被坚硬的岩石圈包裹着，不仅包括我们看到的陆地，还包括海洋的底部。3. 追问一句：海平面以下也是石头？那我们脚底下这层壳有多厚。4. 讲一句前情，上一课弯成波浪的那层岩石、火山口四周堆起来的那圈山、被撕开的水泥路面底下，都是这一层壳。5. 出示聚焦三问，把第三问圈出来，应该怎样描述它们。6. 播放 AI 制作的情境动画《这块是硬的吗》。7. 揭示课题，今天不认全世界的石头，只把三块最常见的研究透，学会把它们说清楚。开启小组 AI 积分。

学生活动

说在河滩、路边、公园假山、奶奶家的磨刀石上见过。听到海里也是石头有点意外。看情境动画时发现三个人说的"硬"根本不是一个意思。

技术支持

情境动画《这块是硬的吗》三个学生比谁捡的石头硬，甲说颜色深的硬，乙说个大的硬，丙说我刻不动的最硬。老师把同一块花岗岩递给他们，各刻一个地方，刻出两个答案。

▍ 二、探索 1：你认识的岩石，能说出几句（8 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 110 页探索 1 与两个气泡。2. 让每组把三块标本传着看一圈，一人说一句，说得越多越好，先不管对错。3. 巡视时把各组说的话记在白纸上，收上来念几条，颜色、硬的、有点花、摸起来扎手。4. 指着记录单说，你们说的这些都能写，可写下来的东西别人没法跟我比。预设：有学生觉得自己已经说清了，颜色、硬、扎手，三样都说了。请他把自己那句话念给隔一组听，让对方照着在桌上把这堆石头里的那一块挑出来。5. 讲清这一处，同样一块石头你说硬我说不硬，谁也说服不了谁，因为"硬"是靠手上的劲感觉出来的，每个人劲不一样。要能比，就得把感觉换成一个大家都能用的尺子。6. 出示记录单四列，告诉他们这节课要造四把尺。

学生活动

传看标本，说出颜色、大小、有没有斑点、扎不扎手。听到老师念自己组的话有点得意。发现自己组说的和别人组说的对不上。

技术支持

教材第 110 页探索 1 与两个气泡投屏。

▍ 三、探索 2：造四把尺（11 分钟）

教师活动

1. 第一把尺，颜色。要求用常见词，肉红、灰白、黄褐、黑，不许写"好看的颜色"。2. 第二把尺，颗粒粗细。先肉眼看，再每人用放大镜看一遍，问那个问题，组成岩石的颗粒粗细一样吗。3. 讲清颗粒的两档说法，一颗一颗看得清、界线分明是粗，看不清单颗、只摸到沙沙的是细，这是可以互相对照的。4. 第三把尺，坚硬程度。出示指甲、铜钥匙、小刀三样，讲清顺序。指甲最软，铜钥匙中间，小刀最硬。每块标本都从指甲开始，一级一级往上试，试到刻得动就停。预设：有学生误以为颜色深就硬，跳过前两样直接拿小刀刻花岗岩。请他从指甲开始试完三块再说。5. 讲清为什么必须这样比。一块石头硬不硬不能靠捏、靠敲、靠摔。每个人手上的劲不一样，同一块石头张三说硬、李四说软，这样的比较等于没比。要能比，得找一套大家都有、力气又分得出档的工具。指甲谁都长着，铜钥匙家家有，小刀最硬。三块标本都用这一套，都从最软的试起，结果才能摆在一起排。这一条不做，后面填的表就是三组各说各话。6. 讲清判断刻动的第一条规矩，刻完用指腹擦一下。铜钥匙在花岗岩上会留下黄褐色一道，看着像刻痕。一擦就掉，露出底下完好的石面。那不是石头被刻开，是钥匙比石头软，被磨下来的铜蹭在石头上。小刀在花岗岩上也一样，划一道亮痕，擦得掉。擦得掉的是工具的印子，擦不掉的才是刻痕。预设：有学生误以为那道黄褐色的印子是刻痕，断定花岗岩最软。让他擦一下再看。7. 讲清垫纸与手法。标本下垫白纸接粉末，刻的方向朝外，一道刻两三下就够，刻出白粉的说明刻动了。8. 巡视。第 3 组小刀在砂岩上使大劲，刻出深槽还崩了角，让他们换备用那块，这一块重做一遍。第 5 组标签掉了、三块混在一起，让他们先用放大镜看颗粒粗细认回来，认完重贴标签，这一行的观察重做一遍。第 2 组钥匙没擦就换着刻，砂岩上沾了铜屑当成了刻痕，让他们把钥匙擦净，这一块重做一遍。9. 各组把三行填进记录单。

学生活动

先用肉眼看颜色和斑点，再用放大镜一颗一颗数。按指甲、铜钥匙、小刀的顺序刻，每刻一次擦一下。发现花岗岩小刀刻不动，砂岩和大理岩铜钥匙就刻得动。有一组发现同一块花岗岩上刻两处结果不一样，举起手来问。

技术支持

教师自制的"三级刻划定硬度"AI 虚拟实验，选标本选工具点一下就看刻痕，可切放大模式在黑云母上试。AI 辅助颗粒粗细判读，拍照标出颗粒，只说粗细不说石种。

▍ 四、探索 3：硬不硬，看里面有什么（9 分钟）

教师活动

1. 收各组数据，把花岗岩那一行单独拎出来。2. 追问那个举手的问题，同一块石头刻两处结果不一样，是你手不稳吗。3. 出示教材第 112 页探索 3 那段与矿物标注图，讲清岩石是由矿物组成的，花岗岩主要由石英、长石、黑云母三种矿物组成。4. 出示三张矿物照片，对照讲清长相。石英浅色发亮、有点透，像碎玻璃；长石肉红色或灰白色，块状，表面平；黑云母黑色发亮，一层一层的薄片，能揭开。5. 讲清这一处的道理。花岗岩不是一种东西，它是三种矿物挤在一起长成的。石英最硬，长石次一些，黑云母最软，指甲都能划动它。刚才刻花岗岩，有人刻得动、有人刻不动。不是手法问题，是刻到了不同的矿物上。你刻到那片黑亮的小薄片，一下就起一道；刻到浅色发亮的石英，刀都打滑。预设：有学生误以为两个结果不一样是自己手不稳。请他在矿物图上找到刚才刻的两处，分别是什么颜色。花岗岩里那片最黑的，恰恰是整块石头里最软的，所以"颜色深就硬"这句话，被这块石头自己推翻了。6. 让各组在自己那块花岗岩上找三种矿物，用放大镜找，找到用手指点着说给同组听。7. 追问一句：砂岩里能不能看到这么明显的三种颗粒。看到的是一颗颗砂粒，多半是同一种东西，颜色也接近，所以砂岩看着"单纯"，花岗岩看着"花"。8. 补一句层状的账，回到教材第 111 页那个气泡，砂岩有明显的层状纹理，一层一层是砂子一层一层沉下来压成的，想想三年级做过的沉降实验，搅浑的水放一夜，底下是一层一层。

学生活动

举手的组说刻了两处不一样。听完矿物的话，回去在标本上找回那三样，多数人第一次分不清长石和石英，靠"发亮有点透"这一条才分开。承认自己原来的"深色硬"是错的。有人发现花岗岩的花斑不是脏。

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教材第 112 页矿物标注图与三张矿物照片投屏，教师台上大块花岗岩同步指认。

▍ 五、研讨：怎么把一块石头说清楚（4 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 113 页研讨三问。2. 答第一问，三块标本各有什么特征，逐条收。花岗岩颗粒粗、有花斑、小刀刻不动；砂岩颗粒细、有层状纹理、铜钥匙能刻出痕；大理岩较粗、常有灰黑条纹、铜钥匙能刻出痕。3. 答第二问，应该从哪几个方面观察描述一种岩石，收成四列，颜色、颗粒粗细、坚硬程度、其他特征，指着记录单说答案就在你们手里这张纸上。4. 答第三问，三种岩石在建筑中分别有什么用途。先让各组猜，再逐条对上。花岗岩硬、耐磨、经得住踩，做台阶、地基、外墙、广场地面。砂岩软一些、好雕，做雕刻和墙面装饰。大理岩质地匀、能打磨出光、有花纹，做雕塑和室内装饰面。预设：有学生误以为砂岩硬所以适合做台阶。追问他教室门口那级台阶一天被踩多少次。5. 追问一句：台阶为什么不用砂岩，答不到位的提示一句，想一想教室门口那个台阶一天被踩多少次。6. 归一句，用途不是背下来的，是从特征里推出来的，硬不硬这件事决定了它被放在哪儿。

学生活动

三块标本特征逐条说，说漏的补上。猜用途时多数组猜出花岗岩做台阶，砂岩和大理岩猜反了，听完才明白软有软的用处，好雕才拿去雕。

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教材第 113 页研讨三问投屏。

▍ 六、拓展：石头还能干什么（2 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 113 页拓展 1，收集更多种类的岩石制成标本，讲清标签三样，岩石名称、采集地、采集者。2. 出示拓展 2 石灰岩那段与四幅照片，念出石灰岩是一种沉积岩，是烧制石灰和水泥的主要原料，炼铁和炼钢也需要它，还可以形成溶洞等地貌。3. 讲清四幅照片是同一种石头的四种长相。一层一层叠起来还打了褶的、整块白净的、碎成一片片板子堆在一起的、像从顶上垂下来的。成分相近，样子差得很远。所以光看表面不一定认得出是同一种，这也是我们只研究三块标本的原因。预设：有学生误以为四幅照片是四种不同的石头。请他看第一幅和第四幅，问成分上有什么相近。4. 留一句线头，下一课要问这三块石头是怎么变成现在这样的。

学生活动

认出水泥、石灰跟石头有关系，有点惊讶。看钟乳石那张照片时联想到旅游去过的溶洞。

技术支持

教材第 113 页四幅石灰岩照片投屏。AI 资料助手查本地常见岩石与用途，带出处。

▍ 七、课堂小结：一块石头里有三样东西（1 分钟）

教师活动

1. 收一句，一块石头能告诉我们三层事，表面什么颜色、什么颗粒、多硬，里面是什么矿物，它是怎么来的。2. 收第二句，今天学会的是前两层，层状纹理那条线指向第三层。3. 收第三句，也是这一课最要紧的，说"硬"要让别人也认，就得有同一把尺、同一套手法，不然你说的硬和我说的硬是两回事。4. 提醒标本归位，三块标本放回小盘、标签朝上，钥匙擦净。

学生活动

跟着回顾四把尺，把标本和钥匙归位。

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：记录单四列是否填满且用可比的说法、刻划是否按指甲到小刀的顺序、能不能说出"刻完擦一下"这条规矩、能不能解释同一块花岗岩上刻得动与刻不动。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

　◆ 描述一块岩石，用四把尺 　　　颜色　　用常见词：肉红、灰白、黄褐 　　　颗粒　　粗：一颗一颗看得清 　　　　　　　细：看不清单颗，只摸到沙沙 　　　硬度　　指甲 ＜ 铜钥匙 ＜ 小刀（从软试到硬） 　　　其他　　层状纹理、花斑、闪光的黑薄片  　◆ 刻完先擦一下 　　　擦得掉的是工具的印子（铜屑、金属亮痕） 　　　擦不掉的才是刻痕  　◆ 三块标本 　　　花岗岩　颗粒粗、有花斑　小刀刻不动　最硬 　　　砂　岩　颗粒细、层状　铜钥匙刻得动 　　　大理岩　较粗、有条纹　铜钥匙刻得动  　◆ 花岗岩为什么有的地方软 　　　石英（最硬）＋长石（较硬）＋黑云母（最软） 　　　那片最黑的，恰恰是最软的 　　　一块石头不是一样硬  　◆ 硬有硬的用处 　　　花岗岩：台阶、地基、外墙 　　　砂　岩：雕刻、墙面装饰 　　　大理岩：雕塑、室内装饰面