設計以“植物的根”為主題的自主探究活動

〔摘" "要〕" 在小學科學教學中，探究式學習能有效促進學生主動參與和深度學習。通過提出問題、設計實驗和分析數據，學生能學會質疑和驗證，提高批判性思維和獨立解決問題的能力。本案例設計以“植物的根”為主題的自主探究活動，通過創設問題情境激發學生探究興趣，引導學生深入理解植物根部結構與功能，以及土壤濕度如何直接影響植物根部生長速度，激發小學生對自然科學的好奇心和探索欲。

〔關鍵詞〕" 小學科學；自主探究；“植物的根”；教學設計

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 09" " 049-051

廣闊的大自然中，每一片葉子、每一朵花的背后，都蘊藏著生命不息的故事。植物作為生態系統中的重要組成部分，生命力頑強，適應力強，很大程度上歸功于隱秘而強大的“地下王國”——根系。植物的根不僅能將植物固定于土壤中，還負責吸收水分、養分以及進行光合作用以外的活動；根系統復雜多樣，體現了自然界的精妙設計，也是生態平衡不可或缺的一部分。

一、教學目標

掌握植物根的基本結構（主根、側根、毛細根等），理解根的主要功能（吸收水分、礦物質、固定植株），能夠闡述植物根系生長對土壤濕度變化的敏感性和響應機制，理解土壤濕度如何直接影響植物根部發育的速度和效率。學會使用簡單的工具進行科學實驗，培養學生觀察、記錄、分析的能力，激發其探索未知領域的好奇心和熱情，通過小組合作增強團隊協作精神。

二、教學準備

教師提前準備各種植物的根部樣本，包括胡蘿卜、洋蔥、小麥等，以及相關的圖文資料和視頻片段，用于引入話題和豐富學生的直觀體驗。每個小組配備顯微鏡、放大鏡、直尺、畫筆、紙張等工具，便于學生觀察和記錄，依據學生的學習習慣、興趣愛好和合作能力，均衡分組，每組約4～6人，促進有效互動和資源共享。準備足夠數量小麥苗，統一品質，兩種預設濕度級別的土壤混合物，溫濕度計、噴壺、透明容器（如塑料杯）、標簽和記號筆、數據記錄表，跟蹤每個時間段內的濕度與根長變化。實驗室內具有穩定的室溫和光照條件，符合實驗要求，設置兩個實驗區，清晰標識高濕度與低濕度組別，所有工具安全可用并講解使用規范，監督實驗過程，保證實驗安全進行。

三、教學過程

（一）問題情境激發探究興趣

小學科學教學中，創設引人入勝的問題情境，構建貼近生活、充滿趣味且富有挑戰性的學習場景，能有效吸引學生的注意力，激發其內心深處的求知欲，促使學生積極參與科學探究的過程。利用現實生活中的現象，選擇與學生日常生活中常見的事物或現象相關聯的教學素材，如天氣變化、動物行為、簡單物理現象等，以此為切入點，設計探究活動。教學時避免給出單一的標準答案，而是提出需要通過實驗、調查或理論推導才能解答的問題，問題應具有一定的挑戰性，但又不超出學生現有知識水平太多，保持適度的難度和吸引力。在“植物的根”教學中，首先引入課題與激發興趣，情境創設時播放關于植物生長周期的動畫視頻，聚焦于根部在植物生長中的作用，引發學生注意。教師提問：“你們知道為什么植物的根有不同的形狀嗎？它們的功能是什么？”用開放式問題抓住學生的好奇心，點燃其探索熱情。

（二）全面認識根的結構

1.實物觀察

分發多種植物的根樣本，如小麥、洋蔥、毛豆、甜菜等，涵蓋不同的根系類型，每種樣本都有足夠的數量，全體學生都能近距離觀察。引導學生通過觸摸、嗅聞和觀察，記錄根的顏色、質地（軟硬）、長度、寬度以及任何獨特形狀。鼓勵學生使用放大鏡，注意細節，如根毛的存在與否，以及是否有明顯的分支模式。學生寫下或畫出第一印象和發現，教師強調記錄觀察的時間、地點以及使用的工具，建立科學記錄的良好習慣。

2.微觀探索

演示正確的顯微鏡操作步驟，如調節焦距、放置樣品、觀察技巧等。準備幾種伸長區和根毛區域根尖切片，學生輪流觀察，描述在顯微鏡下看到的結構差異。在學生初次使用顯微鏡時，巡回檢查，解答疑問，讓所有人都能順利觀察到清晰圖像。

3.結構解析

展示掛圖或使用投影儀顯示根部結構圖，配合口頭解說，逐一講解各部分名稱，如根冠、分生區、伸長區、成熟區以及根毛的位置和外觀特點。鼓勵學生提問，就觀察到的現象尋求科學解釋，針對學生的問題，教師及時澄清誤解，增進其知識吸收。解釋每個區域的關鍵作用：根冠對外界環境的防護、分生區分裂產生新細胞、根毛的水分和營養吸收等，使用比喻或類比手法，使抽象的概念更加形象易懂。根冠位于最前端，就像是一個圓錐形的帽子，由軟而脆弱的細胞組成，主要任務是在根向下掘進的過程中充當緩沖器，保護根尖免受損傷，并分泌黏液降低摩擦，有利于根順利穿行土壤。分生區緊接著根冠之后，細胞小巧緊湊，活躍分裂，不斷地制造新生細胞，類似不停運轉的生產線，源源不斷地產出新成員，推動根向前延伸。在分生區產生的新細胞會移動到伸長區，迅速拉長身體，如同運動員訓練一般，細胞變得更高大，增強了根的整體長度，促進了根深入土壤的能力。經歷成長的細胞在成熟區達到成年階段，分化出不同功能，長出細密的根毛，極大增加接觸面積，專門負責水分和營養的吸收，還有輸送管道，負責物質的上下運輸，根毛像極了微小的觸手，緊緊擁抱土壤顆粒，提高吸附效果。

4.互動繪圖

學生繪制觀察到的根結構，使用彩色筆添加標記，突出各部分名稱。指導學生寫注解，闡述每個部分的功能意義，復述講解內容。鼓勵學生提出問題，如“為什么根冠不害怕被磨壞？”或“根毛是如何知道吸收什么營養的？”引導學生探索更多細節，澄清潛在的誤區，激發學生的求知欲。

5.小組討論

每組選擇一個根部區域（如根冠、根毛）進行深入研究，各組搜集資料，準備一段演講，概述該區域的結構與功能。通過精心設計的活動，學生獲得根部結構的全面認識，鍛煉觀察、分析和表達能力，提升科學素養。

（三）實驗認識根的功能

1.知識導入

回顧根部結構，快速復習上一節課學到的知識點，趣味講解植物根系的進化歷程，植物根系的進化是一段跨越數億年的非凡旅程，從最初的單細胞藻類到現今錯綜復雜的地下網絡，見證了生命從海洋到陸地的偉大遷徙。根系支撐著植物的生存，更維系著整個生態系統的平衡，展現了大自然無盡的智慧與奧秘。

2.吸水與營養吸收

設計“魔法水實驗”，準備透明容器，分別裝入清水和含有食用色素的水。將植物（如白花紫羅蘭）的根部浸入有色水中，靜置一段時間后，觀察花瓣和葉子的顏色變化，學生記錄顏色轉移的速度和分布，理解水分向上運輸機制。通過提問啟發思考“為什么不是所有的水分都被吸收了？”，解釋根部的皮層，如何形成滲透屏障，控制水分和養分進出。植物根部的內皮層既保證水分充分供應，又嚴格篩選礦物質離子，實現對外界物質的精密控制，保證了植物健康生長，維護植物體內環境的穩定。

3.支撐與穩定

實驗演示“風力挑戰”，設置兩組對照實驗，一組完全去除土壤暴露根部，另一組保留完好根系，使用風扇模擬強風，比較兩者在風中的搖擺幅度，直觀感受根系的固定力量。

4.儲存與調節

展示薯蕷科植物（如紅薯、馬鈴薯）的圖片，討論根部如何儲存淀粉和其他營養素，提問“除了存儲外，根還參與哪些生理過程？”，提及激素合成（如IAA）、氮的固定及某些毒素的分解轉化。通過一系列實驗、講解與互動，全方位構建學生對根部功能的認知體系。

（四）自主探究實驗設計

為測試植物根部在不同土壤濕度下的生長表現，設計自主探究實驗，選擇常見作物（小麥苗），分為兩組（每組10株），一組放置在濕潤環境中，另一組則放在較干燥的環境下。實驗持續時間為兩周，每天早晚兩次測量土壤濕度（采用濕度計），并記錄小麥苗根部的長度，建立實驗日記，詳細記錄每一天的土壤濕度和根長數據，如表所示。

實驗結束時，整理并對比兩組數據，觀察隨時間推移，不同濕度條件下根長的變化趨勢。通過連續兩周的細致觀測，在實驗初期，盡管兩組小麥苗的起始根長相似，但隨著實驗推進，潮濕組的小麥苗展現出了顯著的增長速度。至第十四天時，潮濕組的平均根長達到了8.0 cm，明顯高于干燥組的5.0 cm。實驗驗證了土壤濕度對植物根部生長的影響，教會了學生如何通過設計實驗、收集數據和分析結果解答科學問題。實驗過程中，學生的觀察能力得到顯著提升，激發了他們對科學探究的熱情和對自然界復雜互動規律的無限好奇。

小組A組內討論注意到，隨著時間的推移，潮濕組的根長得比干燥組快得多。小組B認為，水分是植物吸收營養的關鍵介質。在全班分享階段，小組A提出，水分充足能促進細胞分裂和擴展，導致根部快速增長。小組B補充，水還能幫助溶解礦物質，使其更易被根部吸收。小組C提出，即使在相同的濕度條件下，根長仍然有波動，因為植株間具有遺傳差異。小組D認為，溫度和其他環境因素也發揮作用。教師加入討論，肯定各小組提到的因素都是正確的，除了水分外，光照、溫度、土壤類型以及植物本身的特性都會影響生長，要理解其中的相互作用。經過充分討論，全班達成共識：在相對濕潤的環境中，植物根部的生長速度加快。隨著時間推移，兩組間的土壤濕度值有所下降并趨于接近，但仍保持明顯的差距，表明即使后期土壤濕度略有減少，初期的高濕度條件仍對根部形成了一定的積極影響，在后續發展中占據優勢。土壤濕度對小麥苗根部生長有顯著影響，適當的濕度有助于加速生長，但并不排除其他因素的綜合作用。各小組決定繼續探索哪些外部因素進一步影響根部生長，并計劃進行更詳細的實驗設計。此次“植物的根”探究活動展現了通過精心設計的實驗，將理論知識與實踐相結合的強大效果。直觀而具體的實驗活動幫助學生理解和記住知識點，培養了學生科學探究的習慣和批判性思維能力，實現了“做中學，學中悟”。在科學教學中，我們應給予學生更多自主探索的機會，讓學生在親歷探究的過程中成長，感知科學之美。

四、結語

“植物的根”的自主探究教學設計與實施，探索了既能深入淺出介紹科學知識，又能激發學生內在求知欲的教學方法。通過設置與生活緊密相關的問題情境，學生能夠更深入理解和掌握關于根的結構與功能的知識，引導學生從現象觀察入手，動手實驗，最終實現自主探究的目的。學生親身體驗科學的樂趣，有助于加深其對科學本質的理解，培養發現問題、分析問題和解決問題的能力。

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