人教鄂教版（2024）四年级上册空气的热胀冷缩教学设计

这是一份人教鄂教版（2024）四年级上册空气的热胀冷缩教学设计，共8页。教案主要包含了基本信息，教学目标，教学重难点，教学准备，教学过程，板书设计，教学反思等内容，欢迎下载使用。
教材版本：2019人教鄂教版四年级科学上册
单元名称：第三单元 加热与冷却
课题名称：9 空气的热胀冷缩
课时安排：2课时
授课对象：四年级学生
二、教学目标（依据新课程标准）
1. 科学观念
能准确说出空气受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小的热胀冷缩性质，明确这是气体在一般情况下的普遍变化，且变化幅度比液体、固体更明显。
能理解热空气上升、冷空气补充的流动规律，准确说出孔明灯、热气球升空的原理是利用热空气上升的性质。
能清晰解释风的形成原因：由于地区间温度差异导致空气冷热流动，形成风；能结合海滨地区气温特点，推测昼夜风向变化。
2. 科学思维
通过对气球膨胀收缩、纸蛇转动等实验现象的观察分析，培养观察推理、归纳概括能力，能从具体现象中提炼气体热胀冷缩及热空气上升的规律。
通过对比气体与液体、固体热胀冷缩的实验现象，发展对比分析能力，能总结不同状态物质热胀冷缩的差异特点。
通过风的形成模拟实验，培养模型建构和逻辑推理能力，能运用热空气流动规律解释风的形成及相关自然现象。
3. 科学探究
能独立或合作完成“气球套瓶”热胀冷缩实验、热空气上升验证实验（纸蛇、孔明灯模型），规范操作实验装置，准确记录实验现象。
能针对“空气热胀冷缩”“热空气是否上升”等问题设计多样化实验方案，提升实验设计和创新探究能力。
能通过风的形成模拟实验，观察烟的流动轨迹，分析实验现象并推理风的形成原因，提升实验分析和探究应用能力。
4. 科学态度与社会责任
激发对空气热胀冷缩及风的形成等现象的探究兴趣，培养严谨细致的观察习惯和尊重实验事实的科学态度。
增强实验安全意识，严格遵守酒精灯使用、用火安全等规范，明确孔明灯等物品的使用风险，树立安全用火观念。
初步认识气体热胀冷缩及热空气流动规律在生活和科技中的应用价值（如热气球、通风系统），感受科学与生活、科技的紧密联系，培养运用科学知识解释自然现象的意识。
三、教学重难点
重点：通过实验探究得出空气受热体积膨胀、遇冷体积缩小的热胀冷缩性质；理解热空气上升的规律及孔明灯、热气球升空原理；通过模拟实验解释风的形成原因。
难点：理解空气热胀冷缩的本质是体积变化（空气粒子间隔变化）；通过风的形成模拟实验推理出“温度差异导致空气流动形成风”的逻辑链条；结合气温差异准确推测海滨地区昼夜风向变化。
四、教学准备
教师准备：“气球套瓶”实验材料（小玻璃瓶、气球、热水、冷水、烧杯）；热空气上升实验材料（纸蛇、支架、酒精灯、火柴、热气球模型、孔明灯模型）；风的形成模拟实验装置（实验箱、蜡烛、香、打火机）；海滨地区昼夜气温差异图片、风的形成动画；多媒体课件；实验安全提示卡。
学生准备：预习课本内容；记录本、铅笔；提前观察生活中空气受热膨胀的现象（如鼓起的塑料袋遇热更鼓）；自带安全的小塑料袋（可选）。
五、教学过程（分课时）
第一课时：探究空气的热胀冷缩与热空气上升
（一）情境导入，激发疑问（5分钟）
出示生活场景图片：微波炉加热带包装的食物，包装袋鼓得很胀；冬天刚从室外拿进室内的瘪气球，一段时间后变鼓。提问：“这些现象是怎么回事？食物包装和气球里的空气发生了什么变化？”
学生自由猜测（如“空气变多了”“空气受热变大了”），教师引导：“上节课我们知道固体有热胀冷缩性质，那空气作为气体，会不会也有这样的性质？今天我们就通过实验探究。”
板书课题：空气的热胀冷缩
（二）科学实践：探究空气的热胀冷缩（20分钟）
1. 核心实验：气球套瓶的变化
出示实验材料：小玻璃瓶、气球、热水烧杯、冷水烧杯。讲解实验思路：“把气球套在玻璃瓶口，利用气球的膨胀收缩来观察瓶内空气的体积变化。”
学生分组预测：“将瓶子放入热水和冷水中，气球会有什么变化？”（预测：热水中气球鼓起，冷水中瘪下去）
教师示范实验步骤：①将气球撑开，紧紧套在玻璃瓶口；②先将瓶子放入盛有热水的烧杯中，观察气球变化；③再将瓶子从热水中取出，放入冷水中，观察气球变化。
学生分组实验，教师巡视指导，强调：“热水温度较高，不要用手直接接触烧杯；气球套瓶口要紧密，防止漏气影响现象。”
小组汇报现象：“放入热水中，气球慢慢鼓起来；放入冷水中，气球慢慢瘪下去。”追问：“这说明瓶内空气发生了什么变化？是空气变多了吗？”（引导学生得出：空气受热体积膨胀，遇冷体积缩小）
2. 拓展实验：设计其他验证方案
提问：“除了气球套瓶，我们还能设计什么实验验证空气的热胀冷缩？”（学生发言：如密封的塑料袋遇热膨胀、玻璃瓶塞被顶起等）
教师演示“瓶塞顶起”实验：往玻璃瓶中放入少量水，加热至沸腾后关火，迅速塞紧瓶塞，冷却后观察瓶塞被吸住的现象，解释：“瓶内空气受热膨胀排出，冷却后体积缩小，外界大气压将瓶塞压紧。”
教师小结并板书：“空气受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小——空气具有热胀冷缩性质，且变化幅度比固体、液体更明显。”
（三）科学实践：探究热空气上升（15分钟）
1. 实验一：纸蛇转动
出示实验材料：剪好的纸蛇（尾部剪开，中间穿铁丝固定在支架上）、酒精灯。提问：“将纸蛇放在酒精灯上方，会发生什么？为什么？”
强调安全：“酒精灯使用规范同前，纸蛇不要离火焰太近，防止燃烧；实验后用灯帽盖灭酒精灯。”
教师演示实验，学生观察现象：“纸蛇绕着支架转动起来。”追问：“纸蛇为什么会转？说明空气受热后有什么特点？”（引导学生思考：热空气向上流动，推动纸蛇转动）
2. 实验二：热气球模型升空
出示简易热气球模型（大塑料袋、细铁丝、小蜡烛托），讲解原理：“点燃蜡烛，加热塑料袋内的空气，观察塑料袋是否会上升。”
教师在安全区域演示（下方垫防火垫，周围无易燃物），学生观察：“塑料袋慢慢鼓起并向上飘起。”
结合课本内容讲解：“孔明灯和热气球就是利用热空气上升的原理升空的。相传孔明灯是诸葛亮发明的，用于传递作战信息，但要注意孔明灯易燃，不能随处燃放，以防火灾。”
教师板书：热空气上升，冷空气补充
（四）课堂小结与拓展（5分钟）
师生回顾：“今天我们发现了空气的什么性质？热空气有什么特点？孔明灯升空的原理是什么？”
设疑过渡：“热空气会上升，冷空气会流过来补充，这种空气的流动会形成什么现象呢？风是怎样形成的？下节课我们继续探究。”
拓展任务：“回家后用塑料袋和热水做小实验，观察塑料袋是否会鼓起；同时观察家里的通风情况，思考热空气是怎样流动的。”
第二课时：探究风的形成与应用拓展
（一）复习导入，衔接新知（5分钟）
回顾提问：“上节课我们发现空气有什么性质？热空气有什么特点？举一个利用热空气上升的例子。”（学生回答，教师简要板书）
播放风的视频：树叶晃动、红旗飘扬、风车转动。提问：“风是怎样形成的？和我们上节课学的热空气上升有什么关系？”
板书课题：风的形成与应用
（二）科学实践：探究风的形成（20分钟）
1. 模拟实验：风的形成装置探究
出示风的形成模拟实验装置：带开口的实验箱（一侧有小孔）、小蜡烛、香、打火机。讲解实验设计：“用蜡烛模拟热源，香产生的烟模拟空气流动轨迹，观察烟的流动方向，推测风的形成。”
分两步实验，学生分组观察记录： 第一步：点燃实验箱外的香，不点燃箱内蜡烛，将香靠近实验箱小孔，观察烟的流动方向（无明显定向流动）。第二步：同时点燃香和箱内蜡烛，将香靠近小孔，观察烟的流动方向（烟从小孔流入实验箱内）。
教师巡视指导，强调：“实验箱周围保持无风环境，便于观察；香和蜡烛使用时注意安全，实验后及时熄灭。”
2. 分析推理：风的形成原因
小组讨论：“为什么点燃蜡烛后，烟会流入实验箱？这说明空气是怎样流动的？”
小组汇报后，教师结合动画讲解：“点燃蜡烛后，实验箱内的空气被加热，体积膨胀、密度变小，向上流动；箱内空气减少，外面的冷空气就从小孔流入，补充热空气上升留下的空间，空气的这种水平流动就形成了风。”
教师板书：温度差异→热空气上升→冷空气补充→空气水平流动→风
（三）拓展与应用：气温与风向（15分钟）
1. 案例分析：海滨地区的昼夜风向
出示海滨地区昼夜气温差异图片：“白天，陆地上的气温比海面上高；夜晚，海面上的气温比陆地上高。根据风的形成原理，推测白天和夜晚的风向是怎样的？”
分小组讨论，绘制昼夜风向示意图（用箭头表示）。
小组汇报后，教师明确： 白天：陆地气温高，空气受热上升，海面的冷空气流向陆地，形成“海风”。夜晚：海面气温高，空气受热上升，陆地上的冷空气流向海面，形成“陆风”。
播放海滨地区昼夜风向动画，强化学生理解。
2. 生活中的应用：通风与降温
提问：“夏天，家里的窗户怎样打开通风效果最好？为什么？”（引导学生结合热空气上升规律回答：“打开上层和下层窗户，热空气从上层窗户流出，冷空气从下层窗户流入，形成对流，降温更快”）
教师小结：“空气的热胀冷缩和热空气上升规律，不仅解释了风的形成，还能帮助我们优化生活中的通风、降温等场景，体现了科学知识的实用价值。”
（四）单元总结，能力提升（5分钟）
知识梳理：“本单元我们学习了液体、固体、气体的热胀冷缩性质，它们的共同规律是什么？不同之处是什么？同时我们还知道了热空气上升形成风的原理。”（共同：受热膨胀、遇冷收缩；不同：气体变化幅度最大，固体最小）
情感总结：“从水到金属，再到看不见摸不着的空气，我们通过实验一步步发现了热胀冷缩的普遍规律，还解释了风的形成等自然现象。科学探究就是这样，从生活现象出发，用实验验证，用规律解释世界。”
拓展任务：“课后和家人一起观察家乡的风向变化，记录不同天气、不同时间段的风向；设计一个‘简易通风器’，利用热空气上升原理让小房间更透气，记录你的设计思路和效果。”
六、板书设计
9 空气的热胀冷缩
一、空气的热胀冷缩
实验验证：气球套瓶（热水→鼓起，冷水→瘪下）
规律：受热 → 体积膨胀
遇冷 → 体积缩小
特点：变化幅度比固体、液体更明显
二、热空气上升
实验验证：纸蛇转动、热气球模型升空
应用：孔明灯、热气球（注意防火安全）
三、风的形成
原理：温度差异 → 热空气上升 → 冷空气补充 → 空气水平流动 → 风
实例：海滨地区 白天：陆地热→海风（海面→陆地）
夜晚：海面热→陆风（陆地→海面）
七、教学反思（课后填写）
学生对空气热胀冷缩及热空气上升的性质掌握是否扎实？能否准确描述实验现象并解释原因？
风的形成模拟实验现象是否明显？学生能否从烟的流动推理出空气冷热流动的逻辑链条？难点是否突破？
学生对海滨地区昼夜风向的推测是否准确？能否灵活运用风的形成原理解释自然现象？
实验安全规范（尤其是酒精灯、香的使用）是否落实到位？学生的安全意识是否增强？
学生的探究兴趣是否被充分激发？课后“简易通风器”设计任务是否能主动完成并体现创新思维？