溫度對綠豆發芽影響的探究實驗

□ 主講人：徐敬洪

教學背景

《義務教育科學課程標準（2022年版）》要求，三四年級學生應能設計簡單方案，探究水、陽光、空氣、溫度的變化對生物生存的影響。

綠豆發芽是一個典型的植物生長實驗。綠豆發芽的過程中，陽光、溫度、水等都是十分重要的因素，都能對綠豆的正常發芽產生極大的影響。而在綠豆自然種植的過程中，由于存在晝夜溫差、氣候變化等客觀原因，溫度成為最難把控的因素。因此，探究溫度對綠豆發芽的影響能讓學生對植物生長所需要的因素有更加深刻的認識。

但是，綠豆芽的生長是一個持續的過程，僅通過常規的手動記錄，難以有效記錄綠豆芽生長過程中溫度的變化。為此，我們借助行空板設計了一個觀察和記錄實驗探究過程的裝置，可以持續記錄實驗過程中溫度的變化，并且以圖片的形式直觀記錄綠豆芽的生長變化過程。使用該套裝置，既能幫助學生在實驗過程中實時監控綠豆芽的生長情況，又能為實驗總結提供直觀的佐證材料。

教學目標

科學觀念：通過對綠豆發芽的觀察，知道植物需要適宜的溫度維持生存和生長。

科學思維：能在教師指導下，借助行空板的記錄，以“不同溫度下植物生存生長過程中外部形態及變化”為證據，說明植物的生長需要適宜的溫度。

探究實踐：能夠利用多種感官以及跨學科工具，如行空板、攝像頭、溫濕度傳感器等，描述植物生存和生長的條件。

態度責任：愿意傾聽、樂于表達和分享有關植物的信息，具有認識和探究植物的興趣以及珍愛生命、愛護身邊植物的情感。

教學重點與難點

教學重點：通過綠豆發芽的探究實驗，知道溫度能對綠豆芽的生存和生長產生影響。

教學難點：描述溫度對綠豆發芽的具體影響，總結歸納綠豆發芽的最適宜溫度。

教學準備

一、材料準備

綠豆100g（可根據盆子大小調整）、盆子1個、毛巾1～2塊、行空板1塊、SD卡1張、讀卡器1個、溫濕度傳感器1個、USB攝像頭1個、椴木板若干。

二、制作實驗裝置

借助激光切割將椴木板切割出固定行空板的裝置（也可以用其他固定裝置代替），分別把溫濕度傳感器和USB攝像頭與行空板相連。組裝后的實驗裝置如圖1。

三、編寫硬件程序

程序要實現的功能主要有兩個：一是調用攝像頭，在行空板的屏幕實時顯示綠豆發芽的畫面，便于實驗的觀察，并且每隔10分鐘自動對綠豆發芽的畫面進行一次拍照和保存。二是借助溫濕度傳感器，每隔10分鐘記錄一次當前綠豆發芽的環境溫度，并上傳到SIoT服務器，便于實時查看和記錄。

考慮到行空板支持運行“多線程”，我們在程序設計的過程中采用了“多線程”的方法。線程一用于綠豆發芽畫面的持續顯示，線程二用于定時拍照以及上傳環境溫度到SIoT服務器。部分主程序如圖2。

教學過程

一、情境導入

教師展示飯桌上常見的菜式——炒綠豆芽，以此引出問題：綠豆是怎樣長成綠豆芽的？綠豆發芽的過程需要什么條件？緊接著，教師播放綠豆發芽的視頻，并邀請曾經嘗試過發綠豆芽的學生分享自己的經驗，讓學生們對綠豆發芽過程有初步的認識和了解。

二、小組討論

學生圍繞以下兩個問題展開小組協作討論：一是種植綠豆芽需要準備什么工具，二是要想綠豆芽發得好，種植過程中有什么注意事項。討論過程中，教師引導學生注意從綠豆發芽的條件、生長過程等方面進行思考和展開討論。學生通過小組協作討論，了解發綠豆芽的一般方法，并初步了解溫度、水、陽光等因素對綠豆發芽的影響，為探究實驗的成功做好知識鋪墊。

三、實驗探究

在實驗開始前，教師再次明確此次探究的目標：探究溫度對綠豆發芽的影響。因此，其他因素如水、陽光、種子來源等因素盡可能保持一致。

1.教師講解實驗裝置的使用

由于本實驗無法在短時間內完成，因此教師無法在課堂上完整演示，為了清楚展示實驗的操作，教師可以提前操作一遍完整的實驗，拍攝實驗畫面并將其作為課堂演示的素材。

（1）在行空板中裝入格式化過的SD卡，連接USB攝像頭，并通過連接充電寶等方法讓行空板通電啟動。在行空板中選擇本次實驗的程序并運行，這時候，我們就能在行空板中觀察到攝像頭拍攝到的實時畫面。（如圖3）

（2）觀察行空板屏幕顯示的畫面，調整攝像頭的位置，確保攝像頭能盡可能清晰完整地拍攝到所有綠豆。

（3）打開電腦，并保證電腦與行空板連接到同一局域網下，登陸SIoT服務器，即可實時看到裝置記錄到的溫度。系統每隔10分鐘就會自動記錄一次當前溫度，并上傳到SIoT服務器上。（如圖4）

（4）實驗結束后，取出行空板里面的SD卡，利用讀卡器即可把行空板中存儲的綠豆發芽照片導出。通過對比溫度的變化與綠豆芽生長的變化，即可直觀地分析兩者的關系。

2.學生自主探究實驗

學生分組進行探究實驗。各個小組按要求搭建好小組的實驗裝置，教師巡視檢查，提醒各小組注意控制綠豆分布的密度，避免綠豆過于稠密。由于水、陽光等不是本次探究的因素，基于控制變量的原則，要保證每個小組的裝置中水分適宜，裝置也應該統一放置在陽光適宜的窗臺等地方。

四、分享交流

由于本次探究實驗時間跨度長，分享交流的環節無法在同一節課中完成，因此本環節放置在第二課時進行。時間允許的話，可以單獨安排一個完整的課時，開展分享和總結活動。

學生以小組為單位，分享和展示小組在實驗探究過程中記錄的綠豆芽生長情況以及溫度變化情況。可以把溫度變化制作成圖表，把綠豆芽生長的圖片制作成動態圖片或者視頻，更直觀地展示溫度變化和綠豆芽生長變化的關系。

教學反思

本課圍繞綠豆發芽展開，學生在了解了綠豆發芽的一般過程以及基本條件后，借助行空板等開源硬件搭建實驗裝置，直觀地記錄溫度等實驗數據和綠豆芽生長畫面。學生通過綠豆發芽的探究實驗，知道了植物需要適宜的溫度來維持生存和生長。

為了讓實驗的開展更加順利，避免學生因為對實驗條件的不熟悉而導致綠豆發芽失敗，教師在本課的導入、討論以及實驗講解部分應當詳細展開，并且及時小結，明確實驗中的相關注意事項。此外，本探究實驗是一個持續時間較長的實驗，無法在一節課內全部完成，教師需要持續跟蹤整個實驗的進行，并在各小組實驗出現問題的時候及時提醒小組成員作出調整。