第三章《运动和力》《“涡环”现象制作空气炮》（活动方案）教科版科学四年级上册

《“涡环现象”制作空气炮》 科学教育活动方案设计 一、方案背景 科学教育涵盖的领域虽然广，但对许多学科内容的分支都只是浅尝辄止，例 如物理力学中的流体力学。然而在近现代科学的发展过程中，流体力学早已出没 于各个领域，受到人类的广泛应用。航天业中，机翼的形状有着很大的讲究；工 业中，水泵输送系统的安装需要精密计算；生活中，游泳时的体态和动作是一门 学问；甚至在军事中，原子弹爆炸也与其密切相关。这些无一不在说明流体力学 在时代进步中起到了至关重要的作用，有着广阔的应用前景。 “空气炮”正是利用了流体力学的原理，首次出现于 19世纪，现在常应用 于各工厂料仓，起到清堵器械、防止机器闭塞的作用。同时空气炮也曾以虚拟形 象出现在哆啦 A梦等动画片情节中而被人们所知。 但力是一个抽象化的概念，一旦用单调的语言深入讲解，学生们往往会觉得 晦涩难懂且难以提起探究兴趣，接受能力薄弱，且遗忘较快。 二、活动目标 认知目标：带领学生更加深入认知力学原理。 情感目标：运用“涡环现象”的原理制作小型“空气炮”，以趣味玩具 的形象呈现，将原本枯燥无味的力学具象化并赋予乐趣，开拓学生视野，激发学 生对探索新奇事物的好奇和探索欲。 能力目标：将科学原理与现象相结合，学生易理解，同时留下深刻印象， 不易忘却，加强其记忆能力，激发其动手操作的潜能。 三、方案所涉及的对象、人数 xx 小学四年级 x 班全体同学，共 40人 四、活动内容、过程及步骤 （一）活动内容 一、播放哆啦 A梦动画片节选； 二、制作纸箱版简易空气炮，并在学生面前展示其威力； 三、而后向同学们讲解“涡环现象”的原理，并与先前所学内容“力能改变物体 的运动状态”相联系，温故知新，巩固知识的同时进行拓展； 四、引导学生自己动手操作，制作纸杯版小型空气炮，亲身体验空气炮的神奇之 处，使学生充分参与活动； 五、归纳总结活动成果，鼓励学生积极发现生活中的科学现象。 （二）活动过程及步骤 1、播放动画 认知导入 联系动画片经典人物形象引出重点：同学们肯定都看过哆啦 A 梦吧？哆啦 A 梦的百宝箱总是能掏出各种各样的东西，它有一样武器跟我们今天的活动主题正 好密切相关，它就是空气炮。 接下来让我们来看一则小短片。（动画片节选自哆啦 A梦的空气炮一集） 提问：空气也能用来做炮吗？空气又有哪些特性呢？ （学生观察四周，猜测回答） 解答并引出活动主题：空气无色无味，我们看不见也摸不着，因此在生活中， 空气的存在往往被我们所忽略。但空气无处不在，并且实实在在地存在于这个世 界上，对人类也有着很大的影响。 今天我们就来制作一个简易版哆啦 A梦的“空气炮”，让同学们亲眼见证一 下空气到底具有多大的威力。 2、现场制作 展示成果 制作过程：将两张课桌并列排，取六个一次性塑料杯，杯口朝下，在课桌一 侧以叠罗汉的方式摆好；再用胶带把事先准备好的纸箱封好，选取纸箱的一侧， 用剪刀在中间剪出一个大圆，最后在纸箱中通入烟雾。这样一个简易纸箱板空气 炮就简单完成了。 开始展示：教师将空气炮置于课桌另一侧，洞口朝向塑料杯，同时双手用力 拍打空气炮的两侧，可以看到现象如下：纸箱洞口猛冲出一个巨大的烟圈，以较 快的速度向塑料杯运动，轨迹清晰可见，最终塑料杯塔在烟圈的冲击之下倒塌坠 落。 （学生对该现象表示惊讶） 3、制造冲突 结合所学内容讲解原理 讲解原理：想必大家都会觉得神奇，为什么看似毫无威力的空气能对一米开 外的物体造成这么大的冲击呢，这又是如何实现的呢？下面我要向同学们介绍一 下“涡环现象”。 什么是涡环？我们首先要知道，像水、空气这样会流动的物质叫做流体。当 这些流体被外力扰动了，就会沿同一个方向环绕构成一个环状。而空气炮也正是 利用了空气动力原理，将空气作为介质，当纸箱两侧被拍下的一瞬间，箱中的气 体呈现出环状，向同一个方向环绕，继而沿直线高速冲向了塑料杯，最后将其击 倒。 而我们之所以能用肉眼看见这个涡环，是因为纸箱里的空气中混合着烟雾， 使涡环的轮廓清晰可见，这正是为了辅助我们能够更好地观察到实验现象。 这个时候我们又会有疑惑了，为什么大人抽烟吐烟圈的时候，烟雾只是在空 中停留一会儿就很快飘散了呢？ 这是因为我们在拍打纸箱时，相当于给了空气一个作用力，空气受到较大的 力而压缩，形成涡环后开始向外运动。这刚好能和我们之前在四年级上册课本第 三单元第一课时所学的内容相呼应，即力能改变物体的运动状态。 当涡环转动速度越快，它的状态就越稳定，在空中停留的时间也就越长，同 时移动速度也会更快，最后对物体造成的冲击力也就越大。 4、联系生活 互动提问 引入生活：“涡环现象”看似无足轻重，实际上它充斥于我们的生活中。我 们都知道蒲公英的种子总能在空中长时间地飞翔，传播到更远的地方。大家猜猜 看这是为什么呢？ （学生猜测回答）