以苏教版科学四年级下册地球为例，探索智慧课堂教学

——以苏教版科学四年级下册《地球》智慧课堂教学为例

－－常州市博爱小学 吴姝

板块一：案例概述

一、学科学段课标要求

《地球》教材位于苏教版小学科学四年级下册第二单元《地球、月球与太阳》的开篇课程。在二年级下册第二单元《天空中的星体》的学习过程中，学生们已掌握太阳、月亮以及星星均为天空中星体的知识，并学会了运用多种感官来观察这些星体的外观特征，从而激发了对星体观察与研究的浓厚兴趣。地球这一概念对学生们来说并不陌生，他们知晓地球是一个球体，然而，他们可能并不清楚人类在认识地球形状的过程中，曾历经一段漫长且充满艰辛的探索之路。本节课的主要目的是深入探讨人类对地球形状探索的复杂历程。

本课程探讨了地球的形态以及人类对其认知的演变历程，通过开展模拟实验、智能体辅助研究、增强现实技术体验等多种活动，旨在提升学生的科学探究能力和实证推理能力，为其后续学习月球和太阳等天体知识奠定坚实的科学思维基础。

二、课程内容

本单元旨在让学生了解地球的形态、关注月亮相位的变化规律、观察并描绘太阳在天空中位置的改变、以及发现并运用阳光照射下影子长度的变化规律。通过这些活动，学生能够体会到人类对天体的认知是一个逐步推进、不断深化的过程，并且随着科技的进步和人类实践活动的深入，对天体的认识也将变得更加全面。（图1）

图1 电子教材

《地球》这课的教学内容分三个部分。

研读我国古代的盖天说（即天圆地方理论）以及浑天说，同时考察古希腊人的直观感受和亚里士多德基于月食现象的推断，对这些理论进行合理性分析，从而把握人类对地球形状认知的发展过程。

本部分设有两项实践操作。首先，通过模仿帆船进出港口的过程，结合海边居民的记忆，运用基础的几何学原理进行对比分析，进而推断出地球的形态。其次，模拟麦哲伦的环球航行路径，通过阅读资料、标注重点、深入分析，感受人类首次完成环球航行的壮举。

在第三部分中，我们需要查阅与地球相关的资料，对这些资料进行分析，以了解地球的主要参数和运动模式等信息。同时，我们还可以通过在蓝色气球上粘贴代表陆地板块的贴纸，来直观地体验地球上的海陆分布状况。

三、生成式人工智能功能运用

首先，我们运用DeepSeek、即梦、剪映等视频编辑工具，塑造了数字人角色；接着，我们构建了虚拟的古人形象，使其步入课堂，以此激发学生的兴趣。借助这些数字人创造的古代场景，学生得以更深入地理解古人的视角，观察大地的风貌，进而推测出地球的形状。同时，为了增强学生的代入感，我们选择了DeepSeek以及即梦等图片编辑工具，依据文本内容制作出相应的图像，从而使文本内容变得更加具体，并创造出生动、逼真的古代生活画面。

其次，在信息组的协助下，我们运用豆包技术打造了“小博小爱”智能体，并将之与科学组的“是真的吗？”主题课程相融合。学生得以运用“……是真的吗？”这一句型向“小博小爱”智能体提问，以求解一些科学疑问。

第三，通过“AR学院”这一应用程序，学生们得以在增强现实技术的辅助下，感受麦哲伦航线的轨迹，仿佛置身其中，真实地领略这一旅程。这样不仅让他们对航行的各个地点有了更迅速的认识，而且通过将文字描述与AR技术结合的沉浸式体验相对照，学生们能够将抽象的文字内容转化为生动的场景，从而提升了学习的乐趣和代入感。

板块二：过程与方法

一、学习主题和内容

（一）学习主题：跨学科融合 AI解码地球奥秘

（二）学习内容：《地球》

二、学习目标与课时安排

（一）学习目标：

科学观念：

（1）了解人类探索地球形状所经历的漫长而曲折的过程。

（2）通过实验论证地球的形状。

科学思维：

从海岸观察船只的航行轨迹，我们可以提出疑问，并据此推测地球并非扁平，而是呈现球形。借助先进的AR技术，我们能够模拟麦哲伦的环球航行，进而寻找证实地球为球体的证据。

注重培养细致观察的习惯，注重及时进行记录，善于分析数据，并在此基础上得出合理的结论。

探究实践：

（1）在科学探究中，懂得要用实验寻找证据证明自己的猜想。

在科学研究的领域里，研究者们热衷于采用多样化的手段，诸如通过模拟帆船归港的过程、对月食产生的阴影进行解析等方式，以证实地球的形状。

态度责任：

（1）知道科技的发展进一步证明地球是个球体。

人类对地球形状的认知之路漫长而充满波折，这一过程促使我们培育出一种实事求是、敢于探索的科学精神。

（二）课时安排：1课时

三、学习情境

以探究地球形状的科学历程作为核心主题，打造一个深入的科学探索学习环境。学生们需摒弃对地球形状的传统观念，以那个时代的视角出发，依据若干证据，合理解释并推断出地球的形状。

打造“古代数字人”形象，引导学生身临其境地体验古人因生活圈子狭小、缺乏现代科技而形成的认知局限，从古人的角度审视世界，借助AI技术生成的古代生活画面，让学生直观地体验并感悟，进而理解“天圆地方”等原始观念形成的背景。

借助豆包智能对话系统中的“小博小爱”智能助手，通过互动交流的方式，学生可以更有效地解答科学问题；同时，他们能深入理解月食形成的原理，探究月球弧形阴影与地球形状之间的联系，并对球体假设进行验证。

“AR学院”这款软件让同学们仿佛置身于麦哲伦船队的航行之中，深刻领悟到“从出发地出发并最终回到起点”这一行为对地球是圆这一科学理论的验证价值，同时也能深切体会到科学研究的艰难与无畏精神。

四、任务框架及课程流程图

（一）、任务框架（图2）

图2 任务框架

（二）、课程流程图（图3）

图3 课程流程图

五、学习历程

一、生活画面导入，质疑激发兴趣

1.出示微信开启画面截图，这个大家熟悉吗？画面中的是什么？

2.追问：你们知道地球是什么形状的吗？

我们知晓地球呈球形。然而，古人是如何意识到地球的形状的呢？他们又是如何得出地球是球体的结论的呢？实际上，关于地球形状的见解在历史上颇为多样。今天，我们将探讨人类对地球形状认知的发展历程。

二、巧用数字人，创设古人视角

今日，吴老师邀请了一位与众不同的朋友，这位朋友源自于数千载之前的远古时代，让我们共同聆听，看看他究竟想分享哪些故事吧。

AI数字人：大家好！我是来自古代的一名孩童。我得知你们现在能利用自主研发的科技卫星观察到地球的轮廓，而我们那时候却无法看到地球的影像。那时，我们的生活圈子有限，交通也不便利，日复一日，我们所能目睹的只有脚下的土地和头顶的苍穹。在这样的条件下，你们觉得地球会是怎样的形状呢？请同学们跟着我的视角来观察地球的形状吧！（图4）

图4 数字人讲解

让我们紧随这位源自远古孩童的视线，一同审视他传来的这些影像（iPad相册中的图片），仿佛置身于这片土地，以古人的视角去审视这片大地，古人眼中的大地又是怎样的景象呢？（图5）

图5 即梦生成古人生活场景图

那让我们来猜测一下，在目睹了众多亲身经历过的奇观之后，古人们对于地球的形态会有怎样的想象呢？

确实，古代的人们和我们的同学们持有相同的观点，因此他们提出了天圆地方的理论。（图6）

图6 数字人讲解古人的想法

（呈现天圆地方的画面）请问：您能否依据这幅图像来阐述古人的观念呢？

在那时，古希腊人坚信地球乃漂浮于海面的一个扁圆形盘状物。你们注意到这一点了吗？尽管古人们身处世界各地，但他们的观念却出奇地相似，普遍认同地球是平的。

过渡：但人们在生活实践中又发现了问题……

三、模拟帆船回港，探究地球形状

1.生活在海边的渔民看到了怎样的场景呢？（播放视频）

提问：看到这样的场景你会有什么样的想法呢？

2. 追问：如果地是平的，能看到这样的场景吗？

在小组实验过程中，操作者驾驶船只缓缓前行，而观察者则站在对岸，目光平直地注视着。

思考：若地面存在凹凸不平，那么会有哪些可能性存在？（学生们可以动手描绘一下，同时提及海平面看似平坦，可以将一些不切实际的想法排除在外。）

是否愿意在曲面上进行一番验证呢？（小组实验探究环节）请取出实验所需材料，开始我们的实验过程。（如图7所示）

图7 模拟帆船回港实验

实验告一段落，现在我来提问：你们观察到了哪些结果？面对这样的景象，假如你们是那位渔民，你们会作出怎样的推测呢？

毕达哥拉斯曾勇敢地提出地球呈球形这一观点。然而，在那个时代，这一说法并未得到广泛的认同。

三、对话智能体，解决学生疑惑

后来，人们究竟是如何继续探索，寻找新的证据来推断地球的形状的呢？古希腊的哲学家亚里士多德揭示了一个引人入胜的现象——月食。同学们，你们是否了解月食？月食又是如何形成的呢？

2. 呈现不同地点，不同时间的月食图片，引导学生仔细观察。

提问：月食阴影边缘有什么共同之处呢？(弧形)

古人曾言：“月食之时，似天狗吞月。”通过观察月食现象，我们能否推断出地球的形状呢？

现在，让我们共同向“博智爱创”提问：月亮被天狗吞噬的说法是否属实？此外，我们还可以观察并了解，我校学子是如何运用月食这一自然现象，开展模拟实验，进而探索地球形态的奥秘。

学校信息组打造的博智爱创智能体被小组内运用，通过平板向智能体提问，以此解决学生的疑惑。（图8）

图8 小博小爱智能体

3.小组探究，展示实验记录单，排除法得出结论。

在交流与讨论中，教师提出了问题：各位同学，你们小组觉得什么样的地球形状可以用来模拟出月食的阴影效果呢？

这是我们的推断结论，当时亚里士多德也提出了自己的猜测，即地球呈球形。在科学领域，众多科学成就都是基于证据逐步取得的，而且伴随着科技的不断发展，我们获取知识的方法也日益丰富。因此，同学们需要学会发现问题的能力，并运用多种手段去探究和解决各种问题。

四、利用AR技术，复盘麦哲伦航行

为了进一步证实地球的球形，科学家们又提供了新的证据。请注意，科学知识的积累正是源于科学家们不懈的探索和不断发现的新证据，这一过程中，甚至有人为此献出了自己的生命——比如麦哲伦。他不仅是第一个通过实践验证地球球形的人。

2.请同学们阅读资料，找寻麦哲伦环球航行的主要停靠点。

提问：读完这段资料你有什么发现？

同学们仅凭文字描述，对麦哲伦的航海路径可能难以形成清晰的认识。那么，你们是否渴望亲自感受麦哲伦航海的现场氛围呢？我们可以通过AR技术的沉浸式体验，让全班同学一同踏上麦哲伦的航海之旅。（如图9所示）

图9 AR学院软件

阅读完这段关于麦哲伦航行的叙述，你是否有所触动？结合你之前所了解的麦哲伦的航海经历，你心中有何感想？

探究麦哲伦环球航行：

总结来看，截至目前，人类对地球形态的认知已经迈出了新的步伐，他们通过亲自的探索和实验，成功验证了地球的球形特征。

五、进入太空，确证地球是球体

科技进步的推动下，人类得以踏入浩瀚宇宙，从各个维度和角度审视地球的轮廓，观看视频《人类第一艘载人宇宙飞船》即可一窥究竟。

询问：在太空中俯瞰，我们的地球呈现何种景象？这些由地球卫星拍摄的图像，明确证实了地球的球形特征（注：证实了地球的球形）。

2.提问：那么地球是一个规整的球体吗？

展示数据，学生分析。

展示图片，解释地球是椭球体。

图10 地球是椭球体

今天，我们共同回顾了人类对地球形状认知的发展历程，那么，你在此过程中有何心得体会？

师生共同总结：至此，我们得知，人类对地球形状的认知，从认为地是平坦的到认识到其弧形，再到确信其为球体，这一过程经历了从猜想到基于现象推测，再到寻求证据以修正认识并形成新猜想的演变。通过环球航行进行亲身实践验证，最终借助地球卫星照片得到确证。这一历程漫长而充满曲折，是追求客观真实的探索过程；这样的探索无论在哪个时代、哪个国家、民族或地区都是如此，这正是实事求是科学态度和科学精神的体现。

六、过程评价与综合测评

（一）过程评价

序号

能级指标

评价等级

能小组配合完成帆船回港模拟实验

三颗星

能通过豆包智能体领悟月食的成因，同时依据月食的原理，合理解释地球的形态。

三颗星

能利用AR体验麦哲伦航行路线并推测地球形状

三颗星

（二）综合评价

核心素养

评价标准

自评

他评

一星

二星

三星

科学观念

知道人类早期对地球形状的猜想（如天圆地方）。

掌握人类对地球形状认知的发展过程，可以列举出几个关键的证明材料，例如帆船返回港口的现象以及月食时产生的阴影。

了解地球呈两极微扁、赤道略微膨胀的椭球状，能够详尽描述人类对地球形状认知的科学发展过程。

科学探究

能参与模拟实验，有简单的观察记录。

会操作实验，能及时记录实验现象，并初步分析数据。

会操作、有记录，能及时记录，并分析数据，得出正确的结论。

科学思维

能从现象中提出简单问题，猜想地球形状。

通过实验观察到的现象，我们可以推断地球可能是弧形的，也可能是球体，进而进行初步的逻辑思考和分析。

能够运用对比、演绎等思维方式，整合来自实验、历史资料以及科技成就等多角度的证据，对地球的形态进行论证，并构建出科学的认知体系。

态度责任

探究实践中人人参与

探究实践中人人参与，相互合作。

在实践活动中，每个人都积极参与，共同协作。我们可以讨论科技进步如何促进对地球形状的认知，这体现了我们实事求是、敢于探索的科学精神。

七、学习资源与相关工具

DeepSeek、即梦、剪映、豆包

八、设计说明与教学提示

（一）生成图片：

启动“即梦”软件后，简要阐述图片场景的生成提示词，并适当增加一些细节性的描述。

可依据图片呈现的效果调整提示词的表述，依据图片的使用目的挑选恰当的图片尺寸，挑选出一张适宜的图片。（图11）

图11 即梦生成图片

（二）生成数字人：

在梦境中塑造一个十岁的古代男性形象，采用三维建模、高清画质和卡通风格，背景需为单一颜色。根据所生成图片的具体情况，可调整提示词的内容，若对结果不满意，则可反复生成，直至挑选出一张满意的图片。（图12）

图12 数字人形象

继续启动“即梦”软件，通过“数字人模拟发音”功能制作数字人的动态影像。将图片导入系统，输入所需语音内容，挑选合适的“语音风格”及调整语速，最终完成视频制作。（图13）

图13数字人对口型

启动“剪映”应用，选择“开始制作”选项，接着导入所需的背景图片，并使用“画中画”功能加入视频片段。运用视频抠图技巧，最终成功生成所需视频内容。（图14）

图14 剪映中加入背景的数字人视频

（三）创设智能体

学校信息部门借助“豆包”应用程序，成功打造了“小博小爱智能体”（如图15所示）。

图15 小博小爱智能体页面

科学组搜集了与“是真的吗”相关的视频资料，同时指导学生进行实验探究并记录过程，将这些内容整理并打包，最终由信息组负责上传至智能体资料库。

（四）AR软件

借助APP平台，AR学院提供的免费课程让学生在平板电脑上得以体验麦哲伦航线的实际路径。

板块三：效能分析

（一）教学目标的达成度

学生在本节课中，通过一系列探究活动，如从古人的视角进行观察、进行帆船回港实验、分析月食现象、复现麦哲伦的航行路线、观察卫星照片以及进行数学数据分析等，对人类对地球形状认识的发展历程有了非常清晰的梳理。

实现跨学科融合的宗旨：将科学知识与历史、数学领域相结合，不仅提升了学生的科学探索能力，还锻炼了他们阅读资料、处理数据及整理信息的能力。在此过程中，学生亦能体会到科学研究的艰辛以及科学家们严谨求实的科学态度。

技术助力目标的实现，AI营造的情境互动既有趣又高效。数字人构建出逼真的场景，促进个性化的交流。语音交互提供即时响应，激发学生的兴趣；AR技术增强学生的沉浸体验。

（二）综合素养提升

学生在进行帆船回港模拟实验的过程中，学会了从观察到的现象中提炼问题，比如思考“为何首先能看见船帆？”随后，他们设计出模拟实验来检验自己的假设，并实时记录、分析实验数据，这使学生深刻领悟到“科学结论必须建立在证据基础之上”的道理，并养成了通过实验验证假设的科学思维和探究习惯。

学生在剖析古人的见解时，懂得提出质疑其局限性，并通过实验探索反驳的证据，以此锻炼自己的批判性思考能力。与此同时，他们通过了解人类对地球形状认知的发展过程，领悟到科学认识的逐步深化。

技术素养的培养涉及AI工具的使用，例如通过豆包提问功能，实现语音交互来获取知识。学生能够逐渐适应“人类提问、AI解答、人类验证”这一学习流程。在课后，学生们对利用豆包探索更多科学奥秘的兴趣也会显著提升。

在AR虚拟场景中，借助人工智能技术，学生们得以辅助进行科学探索，这一做法优化了他们以往使用地球仪和毛线追踪麦哲伦航行路线时的不足，如难以定位国家、毛线不易固定的难题。这样的改进不仅减少了学生探究所需的时间，还使得他们在整个课程中的探究过程更加完善。

（三）路径和策略

1. 技术赋能：

以AI虚拟人物和模拟古代生活场景为背景，教师指导学生从古人的角度审视地球，并对其形状进行推测。鉴于学生已掌握地球呈球形的事实，本节课的核心目标是让学生深入探究人类对地球形状认知的发展历程，因此，一些AI辅助工具能够有效促进学生的体验与感悟。

2.学科融合：

在分析地球的形态时，借助数学家所测得的地球极点和赤道的半径数据，使学生通过数学数据的分析过程，深刻领悟到地球的椭球体形状。在探讨麦哲伦的航海轨迹时，通过阅读相关资料，锻炼了学生的语文阅读理解和重点提取能力。此外，本节课还巧妙地融入了科学史知识，使学生们对人类探索地球形状的历史进程有了更为清晰的把握。

本节课通过AI技术构建古人生活场景、AR技术模拟航线等方式，生动呈现了人类探索地球形状的历史进程，其逻辑严密且学科交叉融合性强。在技术应用上，所采用的“AR学院”软件以零成本有效攻克了传统教学的难题。