岩石划痕实验设计(全部)

划痕实验（全部资料）
课前准备：
工具箱材料：
教师另外准备的材料：17支粉笔，32个硬币
准备工具包：为每组学生准备一个划痕实验用的工具箱。

在8个带拉链的袋子里分别放4个大号的回形针和4个硬币。

探究部分
探究2：划痕实验
目标
在划痕实验的过程中，学生将学会：
·探究一组矿物的特性；
·探究矿物的硬度；
·通过矿物的硬度进行分类；
·用科学的思考过程实施探究并建立解释模型：观察、交流、比较、组织。

来源
地球科学
科学概念
·矿物是地球物质最基本的组成成分，用物理的方法不能够再分。

·硬度是矿物的一种特性，是矿物能够被刻划的软硬程度。

探究2：划痕实验
第一部分：观察矿物。

第二部分：测量硬度。

探究主题探究总结科学内容评价机会
第一部分：观察矿物·我们用哪些特征来鉴别岩石？
时间：30~40分钟学生观察四种未知的
矿物，记录观察的结
果并发现要鉴定矿物
还需要更多的信息。

仅仅是靠可见的特性
进行鉴别是不够的。

·矿物是地球物质最
基本的组成成分，用
物理的方法不能够再
分。

·矿物是造成岩石的
成分。

·为了能够鉴别矿物
我们必须理解矿物的
一些特性。

学生单
给学生一套矿物卡
片，请学生按照某一
特性分类，然后同时
考虑两种特性进行分
类。

矿物特性
第二部分：划痕实验·我们用哪些特性来鉴别矿物？
·用指甲、硬币、裁纸刀来确定硬度如何？
时间：30~40分钟向学生介绍地质学家
利用硬度来鉴别矿
物。

他们用裁纸刀、
硬币和指甲钳在矿物
表面刻划，通过比较
划痕来确定矿物的硬
度。

利用这一知识，
他们规定了4种矿物
的硬度做参考。

·硬度是矿物的一种
特性，是矿物能够被
刻划的软硬程度。

·矿物可以通过硬度
分类。

·当两种物质的硬度
相比较时，硬的可以
刻划软的。

反馈单
学生相互之间拿出两
块矿物，请对方比较
相对硬度。

教师需要的背景知识
下次当你拿到一块令你感兴趣的岩石时，用放大镜仔细观察它，你就可能发现它是由很多种物质组成的，因为不同的物质有不同的颜色、质地、形状和表面光滑程度。

你在岩石中看到的物质大部分被地质学家称之为矿物。

矿物是不能够物理地分化成更小的物质的地球物质。

如果你把一小块石英放入一大堆碎片中，石英就是石英。

矿物是地球的组成物质。

矿物的一个重要特性是硬度。

硬度是矿物的抗刻划能力。

有一些矿物，像滑石，软的可以用你的指甲刻划；另外有一些矿物，如石英，很硬，硬得连你的裁纸刀都不能刻划出痕迹。

，还有一些矿物比石英还硬。

钻石是地球上最硬的矿物。

另外一些矿物，包括世界大多数宝石的硬度都介于石英和钻石之间。

地质学家用摩氏硬度表帮助检测硬度并按印度分类。

10代表最硬，如钻石，1代表最软，，如滑石。

地质学家通过划痕实验确定矿物的硬度。

划痕实验用工具十分简单，有指甲、裁纸刀，硬币等。

每种工具具有不同的硬度，指甲最软，裁纸刀最硬。

指甲能被裁纸刀和硬币刻划，裁纸刀不能被其它两种工具刻划。

指甲相当于摩氏硬度2级，硬币相当于3级，裁纸刀相当于5级。

当地质学家准备对矿物做划痕实验时，他会选择新鲜的，没有刻划过的表面进行实验。

他会在这个表面同时用各种工具进行刻划，然后比较。

初学者有时候会被矿物表面的痕迹所迷惑，如果擦一擦痕迹，你可能会发现痕迹不见了。

实际上，真正的划痕会是留下永久的记号的。

用于划痕实验的矿物都有自己的划痕特征和硬度，有些矿物的划痕特征如下：
石英的地壳中最硬的常见矿物之一。

它由硅和氧化合而成（SiO2），有时这种矿物可以组成最美的，无色的六边形晶体，且具有玻璃光泽。

一些砂岩和石英岩几乎全是石英组成。

裁纸刀不能在石英上留下划痕。

那些有色的石英可以做宝石。

其硬度为7。

萤石（又叫氟石）有很多种颜色，包括白色、蓝色、绿色和紫色等。

裁纸刀可以再其上留下划痕。

它可以再紫外线下发萤光。

它被用来做点燃火箭燃料和在铁等矿产冶炼时降低熔点，促进炉渣流动。

萤石的硬度是4。

方解石是另一种常见的地球物质。

方解石的化学成分就是碳酸钙（CaCO3）。

方解石能够被硬币刻划，它是石灰岩和大理岩这些建筑用材的主要成分，硬度为3。

石膏是海水在干旱环境下被蒸发而形成的矿物。

它是硫酸钙和水的合成物(CaSiO4●2H2O)。

如果没有水，就成了熟石膏。

石膏能够被指甲刻划并具有玻璃光泽，纤维光泽和珍珠光泽等。

加热石膏会失去一部分水，留下来的白色粉末我们称之为泥灰磨碎了的石膏常用于工业，加入土壤中以中和碱性。

石膏的硬度为2。

向孩子进行矿物硬度的教学
在本次探究中，学生将继续探究地球物质的一些不同的特性。

除了颜色、形状、大小和质地等这些在上次探究中就已经了解了的特性，学生还要了解另一种更重要的特性：硬度并致力于此。

同时还要知道要鉴定一种矿物需要了解它的多种特性。

大多数学生都知道岩石和矿物很硬，但是他们不会想到一种比另一种还硬，因为他们认为都是一样硬的。

硬度是地质学家用来表示矿物，而不是岩石的特性的概念。

实际上矿物的硬度具有相对性，你还可以鼓励并帮助学生进行探究。

学生还必须学会根据证据推断哪些矿物比较硬。

他们可以通过划痕工具间接地比较集中矿物的硬度。

很多学生在第2年级就可以说出这样比较的理由了，但是你依然要在他们开始之前助一臂之力。

例如，如果裁纸刀能在矿物A而不能在矿物B上留下痕迹，，这就说明矿物A比矿物B软。

为了得到直接的经验，可以让学生把两种矿物相互刻划，会发现矿物B 会在矿物A上留下痕迹，这再次证明矿物B比矿物A硬。

这次探究比较四种矿物的硬度并分类。

划痕实验的重要性有两点：首先，学生学习的是大学教授和野外地质学家探究矿物的方法；其次，他们学会收集数据作为证据从而为结论服务，即利用他们收集到的数据陈述、支持和讨论结论。

如果学生有机会充分讨论他们的实验，他们总是能得到正确答案。

第一部分：观察岩石
材料
为每个小组准备的材料
FOSS托盘（2）；手持放大镜（2）；一套划痕实验用的矿物标本：方解石（1），石英（1），石膏（1），萤石（1）；小烧杯（4，选用）；硬纸板（5）；地球物质记录本，第八页。

姓名
日期
划痕实验第8页……………………………………………………………………………………
为全班准备的材料 1/2升的容器（4）；硬纸板（4）；一袋岩石和矿物标本，共13种，每种都有标记；塑料标本盒（1）；供参考的一袋划痕实验矿物；名叫“矿物鉴定”的13号教师单。

姓名
日期
划痕实验
………………………………………………………………………………… 矿物鉴定单
#1
#2
#3 #4
探究2：划痕实验 第13号单—教师单
为评价准备的材料
名叫“矿物特性”的14号学生单。

探究2的评价表一张。

姓名 日期
FOSS 地球物质模块
…………………………………………………………………………………
矿物特性
请看下面矿物的图片。

（图片略）
任务1
把矿物的编号字母填入下图。

任务
2
把矿物的编号字母填入下图。

任务3
把矿物的编号字母填入下图。

一定要仔细想那些具有不止一个特性的矿物放在哪里。

探究2：划痕实验 第14号单—学生单
评价表
第2号——评价单
准备工作
1、为探究制定计划
这部分需要大约30~40分钟
2、计划评价：学生单
利用“矿物特性”单评价学生辨别一种或两种矿物特性的能力。

请参考评价档案袋中第9页的评分指南。

探究2：划痕实验
第一部分：观察矿物（第14号——学生单）
科学知识
．岩石具有很多特性，这些特性能够帮助地质学家对他们进行辨别。

建立解释
．要求学生绘出一个维恩图并同时想出两个特性。

在划痕实验要完成的表格制作也需要这种逻辑能力。

3、建立岩石和矿物的参考系
如果你是初次上这个课，一定要把配套包中的13种岩石和矿物（每种有10个标本）排列好，不要弄错了。

在配套包里有一个塑料标本盒和一袋装有13种已经有标签的岩石和矿物的袋子，把岩石和矿物的名称打印成单子并用胶水贴在塑料标本盒的盖子里面，把岩石和矿物装进去。

这个标本参考系你要永久保存。

4、给矿物编号
取4个半升的容器，用硬纸片做标签，写上1、2、3、4，把四种材料放进容器中。

1=方解石，2=石英，3=石膏，4=萤石。

5、准备划痕实验参考系
复制矿物鉴定单（有图），把它放在教室的显眼的位置。

把四种做过划痕实验的矿物分别放在单子上有编号的圆圈里。

学生在做划痕实验时一旦出现混淆就可以到这里来参考。

6、阅读科学故事
计划在完成这一部分内容后阅读科学故事：地下的珍宝和在某点做X记号。

探究指南
1、复习岩石和矿物
和学生一起复习探究仿造岩石的内容/问题表。

强调岩石是由不同的矿物组成，矿物是不能再分的地球物质的观点。

2、形容一下地质学家的工作之一：鉴定
告诉学生作为地质学家，今天的工作是要研究四种矿物。

他们仔细观察这些矿物，接下来对它们进行命名，指出能够进行鉴定的重要特性。

3、准备研究矿物
请材料员到材料中心取4个硬纸板，一套FOSS托盘，2个手持放大镜。

请组长用硬纸板做4张写有1、2、3、4的标签插在托盘中间的4个托里面。

4、取四个不知名称的矿物
各组成员依次来材料站取矿物标本。

第一位学生在矿物容器1中取一块标本放在自己组托盘标有1的地方，第二位学生在矿物容器2中取一块标本放在自己组托盘标有2的地方，依此类推。

5、记录观察结果
请学生观察矿物标本，你可以提醒他们使用手持放大镜。

学生对矿物进行几分钟指导观察后，要求学生取出地球物质记录本，把观察结果记录在第8页上。

请学生接受挑战：观察结果要尽量写得详细，如果把矿物标签拿走后，自己要能够根据记录辨别出自己记录的是几号矿物。

6、分享观察记录
当学生们花了8到12分钟观察并记录下结果后，请几位学生把他们的记录拿给大家分享，看其他的学生能否根据他的描述分辨出是哪种矿物。

学生分享他们的记录后，全班讨论哪些描述对分辨矿物最有帮助。

在讨论时，你可以提以下问题进行指导：
·哪些特性对鉴别矿物有帮助？
·提供一种特性是否就足以鉴别某种矿物？（通常情况下，你必须提供一种以上的特性才能确保鉴定准确无误。

）
·如果我说“一个小矿物”，你能否依此判断出是哪个矿物吗？（每一种矿物标本都可能有各种尺寸；尺寸不是鉴别矿物的标准。

）
·如果把矿物标签拿走，你有把握鉴别出其他组的每一种矿物吗？
7、保存好矿物
请材料员把托盘退回材料站，上面的矿物和标签都原封不动。

如果没有其他班要使用这些材料，就放在那里以备第二部分探究使用。

请材料员用剩下的硬纸板上写上自己组的号码或名称，贴在自己组的托盘上。

你可以把托盘整整齐齐排在教室的角落里。

8、评价过程：学生单
请材料员把“矿物的特性”单发给每位学生。

和学生一起复习一下里面的内容，给5到10分钟让学生完成单子的填写。

注意：参考评价档案袋第9页的评分指南。

总结
9、完成单词银行
这一部分没有介绍新的词汇。

请学生复习学过的词汇，问他们是否还有要加的词汇吗？
10、完成内容/问题表
在内容/问题表中加入：
·什么是矿物？（矿物是用物理的方法不能够再分的基本的地球物质。

）
·岩石和矿物有何不同？（矿物是岩石的组成成分。

）
·如果有人给你写信，请你帮忙鉴定他找到的矿物，你能鉴定得出吗？（尺寸不是鉴别矿物的标准，矿物和岩石一样，每种都可能有不同的尺寸。

如果要鉴定矿物，必须知道几种特性。

）
11、阅读科学故事
在完成这一部分的学习后，阅读科学故事：地下的珍宝和在某点做X记号。

具体的内容见科学故事档案袋。

第二部分：硬度的测量
材料
为每个小组准备的材料
大的裁纸刀（4）；硬币（4）；第一部分留下的FOSS托盘（1）；陶瓷片（2）；粉笔（2）；地球物质记录本，第9页。

为全班准备的材料
1/2升的容器（4）；硬纸板（4）；第一部分使用过的矿物标本（1）。

为评价准备的材料
探究2的评价表；名叫“划痕实验反馈单”的15号学生单。

准备工作
1、为探究制定计划
这部分需要大约30~40分钟
2、计划评价：反馈单
利用“划痕实验反馈单”了解学生是否理解矿物的相对硬度。

你对评价档案袋中第10页的具体的细节和评分指南要有了解，然后计划与学生讨论的内容。

3、分装工具箱
每个学生都需要裁纸刀和硬币。

为了方便分发，你要把4把裁纸刀和4个硬币一起装入一个有拉链的袋子，每组一份。

4、练习做划痕实验
练习在粉笔、瓷片和矿物上进行划痕实验。

按照指南中第4步的步骤完成刻划，擦去刻划后留在矿物表面的粉末，用手持放大镜观察划痕。

如果矿物比工具硬，划过后，矿物表面会留下工具的粉末，看上去像划痕，但实际上不是划痕(这种情况在用刀划瓷片时会出现) 。

把划的地方擦一擦，用放大镜观察，如果没有留下永久的痕迹，就说明你用的工具或用的矿物不对，需要更换。

学生熟练地掌握刻划技术并能够指出真正的划痕是很重要的。

在刻划矿物之前，要学生用粉笔在瓷片上划，就可以区别什么是划痕，什么不是。

这可能需要一些时间，但是可以学会区别划痕和非划痕。

5、阅读科学故事：寻找矿藏和生日石
计划在完成这一部分内容后阅读科学故事：寻找矿藏和生日石。

探究指南
1、取材料继续探究
材料员把上次的托盘取回，请学生检查上节课的记录以确保矿物和标签都没有变化。

如果学生认为矿物和标签有变动，请他们参考自己的矿物鉴定单的记录更正。

2、讨论矿物鉴定
告诉学生现在要对已经命名的矿物进行鉴定。

首先要鉴定的是“石英”（把它写在黑板上）。

先提供一个线索：“石英是白色的”。

请组长把石英举起来。

你会发现组长举起了几块不同的矿物，因为3到4矿物都是白色的。

3、介绍划痕实验
和学生讨论利用第一个线索能否分辨出石英。

由于几种矿物都是白色的，仅凭颜色是很难辨别哪个是石英的。

地质学家面相似的几种矿物时，也同样面临这一问题。

因此他们就转而寻找另外的特性来进行鉴别，其中一个方法就是利用划痕实验确定矿物的硬度。

4、演示划痕技术
告诉学生有三种工具帮助他们确定托盘中矿物的硬度，这三种工具分别是：裁纸刀（地质学家一般使用折叠刀），硬币和指甲。

另外他们还需要用放大镜仔细观察。

告诉学生他们要用裁纸刀和一些假的地球物质，如粉笔和瓷片，学习刻划技术。

向学生演示刻划的步骤：
a.用刀刻划粉笔和瓷片。

b.用手拂去表面的灰或记号。

c.用放大镜察看划痕。

5、技术练习
材料员取一支粉笔，一块瓷片和一袋工具，发给每队人员，请他们检测粉笔和瓷片哪个硬。

6、讨论粉笔和瓷片哪个硬
问学生：
·粉笔和瓷片哪个硬？（分别很容易被裁纸刀刻划出痕迹，而瓷片很难。

刀在瓷片上留下一道黑色的金属粉屑，但是一擦就掉了，没有留下永久的痕迹。

）
·裁纸刀和硬币比，哪个硬？你是怎么知道的？（硬币很容易被裁纸刀划出擦不掉的痕迹，这就证明刀比硬币硬。

）
通过回答学生提出的任何问题来巩固练习部分，并指出你能够利用实验来分辨两种物体的硬度，因为硬的能够在软的物体上刻划出痕迹。

学生可以利用工具来刻划矿物，裁纸刀最硬，其次是硬币，指甲最软。

这部分探究完成后，请材料员把粉笔和瓷片退回材料站。

7、回到石英的鉴定
指到黑板上的“石英”，告诉学生你有了第二个线索来找到它。

我通过阅读知道：石英是最硬的一种地球物质之一。

这一信息是否能够帮助你找到它呢？
8、做划痕实验
给学生5分钟鉴别出石英。

到各组走走，检查他们实验的过程并检查一下他们有没有把矿物和标签弄错。

如果学生需要帮助，给他们一些建议。

如果石英是最硬的矿物，首先应该想到用最硬的工具：裁纸刀。

9、辨别出石英
请汇报员汇报本组的结论：哪个是石英？他们为什么这么认为？如果存在不同意见，让学生相互之间交流直到确信哪个是正确答案（矿物2是石英）。

注意：在此，必要的争辩和讨论是非常重要的。

即使学生最初的得出的答案是错误的，他们也可能在争论中得到更正。

如果有可能，给他们更多的机会实验并讨论，他们一般都会得到正确的答案。

10、找石膏
把“石膏”写在黑板上，问学生能否直到它。

告诉学生石膏是四种矿物中最软的矿物，请他们利用划痕工具找到它。

如果哪组需要帮助，和他们讨论指甲是最软的工具。

11、辨别出石膏
请汇报员汇报他们组认为哪个是石膏并说出证据。

如果存在异议，对证据进行讨论（矿物3是石膏）。

12、在表格中记录结果
请学生看记录本第9页，请他们把刚才鉴定出的矿物名称写在表格中。

他们知道石英不
能被裁纸刀刻划出痕迹，所以在相应的表格中写上“不能”。

他们还知道石膏即可以被裁纸
13、找方解石和萤石
剩下的两种矿物利用颜色进行鉴别是很容易的，但是由于本次课考虑得是硬度，因此我们可以继续通过划痕实验来分辨。

把两种矿物的名称写在黑板上，告诉学生萤石比方解石硬。

请学生利用工具来鉴别以上两种矿物。

如果他们需要指导，问一下问题：
·通过前面的划痕实验，你对这些矿物有了哪些了解？（答案是多种多样的。

）
·这次你认为哪种工具对你的帮助会最大？（硬币。

）
·如果没有任何工具，你如何知道它们哪个硬些？（把两种矿物相互刻划，留下痕迹的那块软一些。

）
14、辨别出方解石和萤石
请汇报员举起方解石并给出证据（矿物1是方解石）。

然后，请汇报员举起萤石并给出
15、把矿物按硬度排序
请学生统计能够刻划矿物的工具数，并在记录本的底部排序：由硬到软的次序是石膏，方解石，萤石和石英。

叫一位学生说出从软到硬的次序并说出为什么这么排。

请几位学生回答是否同意他的观点。

16、把材料还回材料站
请材料员把托盘及其上面的矿物退回材料站。

他们必须把每个矿物放回到对应的容器中去后才能把硬纸板做的编号丢掉。

所有的设备必须干净整齐地摆放在材料站。

17、评价过程：反馈单
给学生分发“划痕实验反馈单”。

评价可以在课内或课后完成。

总结
18、完成单词银行
在单词银行中加入：
·石英
·石膏
·方解石
19、完成内容/问题表
在内容/问题表中加入：
·当我们说某种矿物具有一定的硬度时是什么意思？（硬度是矿物抵抗外力刻划的能力；矿物能够按照硬度排序。

）
·如果没有任何工具，你如何能够分辨出两种矿物谁更硬？（硬的可以刻划软的。

）
把学生的问题加入表格中，放到档案袋。

20、阅读科学故事
在完成这一部分的学习后，阅读科学故事：寻找矿藏和生日石。

具体的内容见科学故事档案袋。

学科间扩展
语言能力扩展
·研究摩氏硬度计
从百科全书或地质学教材中找到摩氏硬度计。

数学能力扩展
·本周的问题
雪莉和韦斯特在测矿物的硬度。

一天之内他们测了57种矿物，雪莉比韦斯特多测9种。

请问他们分别测了多少种？
解题要点：很多解这个问题采用的是试误法，就是猜一组数据，直到它们相加刚好等于57。

另外一种方法是：从总的57块中去除雪莉多测的9块（57-9=48），然后把48块平分（48
÷2＝24），所以韦斯特测了24块，雪莉测了33块（24+9=33）。

24+33=57。

·做一个关于生日石的柱状坐标系
学生找到自己的生日石后，对全班的生日做统计并画一个柱状坐标系（有例图，略）。

你可以在学生带回家校联系单后加入更多的数据。

·分类
给学生更多的分类练习。

这次可以要学生对配套包中或家里的岩石和矿物进行质量、直径和周长等等的排序。

科学能力扩展
·打磨岩石
一些岩石和次宝石，如紫水晶和玫瑰色的石英，一旦打磨都很漂亮。

把矿物和岩石放进一个装有细砂砾和水的滚筒里，滚动4到5周，岩石和矿物的表面就变得十分光滑，展露出它们最美的颜色和光泽。

固定一个滚筒，用它来打磨学生收集到的岩石。

家校联系
复印34页的家校联系单，题目叫“生日石”。

在完成探究2的第一部分之后发给每位学生。

要求学生回家和家人分享生日石的信息并收集他们的生日，把收集的数据增加到坐标系中去（见数学扩展）。

学生也可以把关于生日石的科学故事带回家以便家人能够找出自己的生日石。

姓名
日期
划痕实验第9页……………………………………………………………………………………
硬度
列出矿物硬度的次序
（最硬）
评价部分
反馈单——划痕实验
探究2：划痕实验
第二部分：测量硬度（第15号——学生单）
执行探究
．对两种能够相互刻划的岩石进行比较。

建立解释
．当两种物质相互刻划时，只有软的能够留下划痕。

更进一步发展
如果学生不能认识到两块矿物之间进行摩擦是测验硬度的有效的方法，把在探究中使用过的矿物拿出来。

让学生把两个矿物相互摩擦来确定哪个硬一些。

看看他们是否能够利用这中技术把所有的矿物进行硬度的排序。

2. 实施执行性任务
独立性评价。

如果你想要对学生进行个体评价，你要同时对16位学生进行评价。

你先要求8个学生做划痕实验，8个学生做醋酸实验。

学生大约需要10分钟完成各自的任务并填写评价单。

然后两组交换。

合作性评价。

如果没有足够的时间让每个学生都独立完成执行性任务，可以把学生分组。

由小组共同完成任务，然后每个学生分别填写自己的评价单。

你需要安排其它的时间让学生完成多项选择/简答和叙述题项目。

3. 实施多项选择/简答和叙述题
理解评价题目需要相当水平的阅读努力。

如果你认为你的学生在理解题目含义时有困难，你可以大声地把题目和可能的答案（当适当的时候）读出来，让学生作答，然后换一个题目，一个个地和学生一起进行评价。

4. 建立执行站
像下面说的那样建立各自独立的划痕实验和醋酸实验站。

或者你把两个站建在一起，给学生更多的时间完成这两个任务。

划痕实验站（第7号——执行性评价单——划痕实验）
·在蒸发皿上分别贴上写着矿物名称的标签。

·把矿物标本分别放到每个蒸发皿中。

·把一个硬币、一把裁纸刀和一个手持放大镜放在旁边。

（有图）
执行性评价——划痕实验
模块末评价
评分指南（第7号——执行性评价单——划痕实验）。