第15课 认识太阳能热水器 教学设计-2025-2026学年五年级科学上册人教鄂教版

该小学科学教学设计聚焦太阳能热水器的结构、原理及颜色、角度对吸热的影响，通过播放太阳能应用集锦视频导入，引导学生发现能量来源，结合生活实例引出课题，搭建从生活现象到科学探究的学习支架。 以“猜想—设计—操作—验证”探究链为核心，通过颜色对比实验（黑、白、红卡纸测温）和角度调节实验（水平、45°、60°支架），培养科学思维（控制变量）与探究实践能力，渗透态度责任（节能环保）。为教师提供可操作实验方案，帮助学生直观理解原理，提升动手与合作能力。

人教鄂教版（2019）五年级上册第五单元第14课《认识太阳能热水器》教案 一、教学目标 科学观念：掌握太阳能热水器结构、原理，理解颜色、角度对吸热的影响。 科学思维：通过引导学生观察太阳能热水器的结构示意图和分析其工作原理，培养学生的观察、分析和归纳能力；在探究集热管颜色和角度对吸热效果影响的实验中，培养学生的设计实验、收集数据和得出结论的科学思维能力。 探究实践：经历“猜想—设计—操作—验证”完整探究过程，了解集热管颜色和角度对吸热效果的影响，以及反射板的作用，提高学生的动手能力和实验探究能力。 态度责任：树立节能意识，培养团队协作精神；学会合理的利用自然资源和规律造福于我们的日常生活，尝试用所学的科学知识解释生活中遇到的问题。 二、教学重难点 教学重点：结构与原理的认知；颜色、角度对吸热效果的实验验证及应用。 教学难点：结构协同工作原理的理解；实验设计与数据解读能力的培养。 三、器材准备 教师准备：多媒体课件（视频、结构图、动画）、实验材料（不同颜色卡纸/杯子、温度计、支架、反射板模型） 学生准备：常规学习用品。 四、教学过程 （一）导入新课：激发兴趣，铺垫态度责任目标（5分钟） 师：（播放1分钟太阳能应用集锦视频，画面快速切换太阳能路灯、热水器、光伏电站、太阳能汽车等场景，配合轻快背景音乐）同学们，看完这段视频，大家有没有发现一个共同特点？这些设备都没有接电线、没有烧煤气，却能正常工作！它们的能量来源是什么呀？ 生：（异口同声）太阳！阳光！ 师：大家反应真快！阳光就是我们常说的太阳能，它是一种清洁又永远用不完的能源。在这些应用中，太阳能热水器咱们生活里最常见，冬天洗澡用的热水很多都来自它（手指课件中的太阳能热水器图片）。今天咱们就一起深入探索——认识太阳能热水器（板书课题：15 认识太阳能热水器）。在这节课里，我们不仅要搞清楚它的“身体构造”，还要亲手做实验，揭开它高效吸热的秘密，大家有没有信心？ 生：有！ （设计意图：用视频集中注意力，以设问引导学生发现太阳能的应用价值，结合生活中熟悉的热水器拉近认知距离，同时以激励性语言调动探究积极性，自然引出课题。） （二）初识结构：太阳能热水器有哪些特点（7分钟） 师：要探索太阳能热水器的秘密，首先得认识它的“各个零件”。请大家把目光聚焦到课件上的太阳能热水器全貌图（出示高清实物图），仔细观察1分钟，然后和同桌讨论：你看到了哪些部分？猜一猜这些部分可能有什么作用？现在开始讨论！ （学生同桌讨论，教师巡视倾听，适时点头回应，2分钟后拍手示意安静） 师：哪位同学愿意分享你的发现和猜想？请举手的这位同学来说说。 生：我看到上面有一排黑色的管子，还有一个大箱子，下面有支架。我猜黑色的管子是用来吸收阳光的，大箱子是装热水的。 师：观察得很仔细，猜想也很有道理！还有补充吗？那位穿蓝色衣服的同学。 生：我看到箱子外面好像有一层厚厚的东西，可能是用来保温的，防止热水变冷。 师：你考虑得更全面！大家的猜想都很贴近实际，现在我们来看一张标注清晰的结构图（出示带标注的结构图），给这些部分正名。刚才大家说的黑色管子，叫做集热管，它是吸热的核心部件；这个大箱子是储水箱，专门储存加热后的热水；箱子外面的厚层是保温层，确实能减少热量流失；连接集热管和水箱的是管道，用来输送冷水和热水；下面的是支架，用来固定整个设备（边说边逐一板书结构名称：集热管（黑色，吸热核心）、储水箱、保温层、管道、支架）。 师：知道了各个部分的名字和作用，它们是怎么协同工作把冷水变热的呢？接下来我们看一段动画，大家认真观察，重点看热量是怎么传递的（播放工作原理动画，在“集热管吸热”“冷水下沉”“热水上浮”环节分别暂停3秒）。 （动画播放结束） 师：谁能试着说说刚才看到的过程？请最后一排的同学来说说。 生：太阳照在黑色的集热管上，集热管变热了，把热量传给里面的水，水变热后就往上跑，下面的冷水就补到集热管里，然后又被加热往上跑，这样一直循环，水就都热了。 师：说得太清楚了！这就是科学上的“热对流”现象——冷水密度较大、相对较重会下沉，热水密度较小、相对较轻会上浮，冷水下沉补充到集热管后被加热，再上浮进入储水箱，通过这样持续的自然循环，整箱冷水就能慢慢变热（板书工作原理：光能→热能→热对流循环）。大家把这个过程和老师一起说一遍：光能变成热能，通过热对流循环，冷水变热水！ 生：（齐声跟读）光能变成热能，通过热对流循环，冷水变热水！ （设计意图：遵循“自主观察—合作猜想—精准验证”的认知路径，先让学生主动探索，再通过结构图和动画进行科学讲解，配合跟读强化记忆，避免直接灌输，有效落实结构与原理的认知重点。） （三）探究一：集热管为什么是深色的——突破重点，培养科学思维与探究实践（10分钟） 师：大家再回头看看集热管的颜色，都是黑色的，为什么不做成白色、红色或者彩色呢？这里面藏着什么科学道理？大家大胆猜想一下。 生1：黑色吸热多！ 生2：黑色能吸收所有颜色的光，所以更热！ 师：大家都认为黑色吸热能力更强，这只是我们的猜想，怎么才能证明这个猜想是正确的呢？ 生：做实验！ 师：非常棒！实验是验证猜想的好方法。今天老师为每组都准备了实验材料（展示实验材料）：3张相同大小、不同颜色的卡纸（黑色、白色、红色）、3支相同的温度计、1个支架。现在请大家和小组同学讨论，怎么用这些材料设计实验验证“颜色与吸热的关系”？讨论时间2分钟，每组推选1名发言人分享实验方案。 （学生小组讨论，教师巡视指导，重点引导学生关注“控制变量”，如卡纸大小、温度计摆放位置、受光条件等，2分钟后组织分享） 师：请第一组发言人分享你们的实验方案。 生：我们打算把三种颜色的卡纸分别盖在温度计的感温头上，然后一起放在太阳底下晒，过一会儿看哪个温度计的示数高。 师：这个方案很完整！有没有需要补充的地方？第二组同学来说说。 生：要确保三张卡纸盖的位置一样，温度计放的角度也一样，这样实验才公平。 师：你提到了一个非常重要的实验原则——控制变量，只有保证除了颜色之外的其他条件都相同，实验结果才可信。现在老师把完整的实验步骤整理在课件上（出示实验步骤），请大家一起朗读一遍：1.将三种颜色卡纸分别完全覆盖在三支温度计的感温头上，用胶带固定；2.把固定好卡纸的温度计同时放在支架上，确保受光面积、角度完全一致；3.记录初始温度，然后放在阳光下照射10分钟；4.10分钟后分别记录三支温度计的最终温度，填写实验表格。 生：（齐声朗读实验步骤） 师：实验过程中有两个注意事项：1.温度计轻拿轻放，不要触碰感温头，避免损坏；2.实验期间不要移动温度计和支架，确保受光条件稳定。现在请各组有序领取实验材料，开始实验！ （学生分组实验，教师巡视指导，及时纠正不规范操作，如“卡纸要完全盖住感温头”“温度计不要靠太近”等，10分钟后示意停止实验） 师：请各组停止实验，现在我们依次汇报实验数据，老师把数据记录在黑板的表格里（黑板提前画好实验数据记录表）。第一组：黑色、白色、红色卡纸对应的最终温度分别是多少？ 生1：黑色36℃，白色25℃，红色28℃。 师：好的，已经记录。第二组？ 生2：黑色37℃，白色26℃，红色28℃。 师：……（记录完所有小组数据）大家看看黑板上的各组数据，有没有发现共同规律？ 生：黑色卡纸对应的温度最高，白色最低，红色在中间！ 师：完全正确！通过实验我们可以得出结论：颜色越深，吸热能力越强，其中黑色吸热能力最强（板书结论：颜色越深，吸热能力越强（黑色最优））。这就是为什么太阳能热水器的集热管要设计成黑色——为了最大限度地吸收太阳热量，这就是科学原理在技术中的实际应用。 （设计意图：以“猜想—验证”为核心，引导学生自主设计实验，强化“控制变量”的科学方法，通过亲手操作和数据对比得出结论，让抽象的“颜色与吸热关系”变得直观可感，有效突破教学重点。） （四）探究二：集热管为什么要倾斜——深化重点，突破难点（10分钟） 师：解决了颜色的问题，我们再来看一个现象（出示不同安装角度的太阳能热水器图片：水平安装、垂直安装、倾斜安装）。大家观察这三张图片，太阳能热水器的安装角度不一样，其中最常见的是倾斜安装，这又是为什么呢？大家结合刚才的实验经验，大胆猜想一下。 生1：倾斜安装能更好地对着太阳，吸收更多阳光！ 生2：倾斜的角度能让阳光直射到集热管上，这样吸热更多！ 师：大家的猜想都围绕“吸收更多阳光”，那我们同样用实验来验证。这次实验的变量是“安装角度”，其他条件要保持一致。老师为每组准备了：1张黑色卡纸（保证颜色相同）、1支温度计、可调节角度的支架（标注水平、45°、60°三个角度）。现在请小组讨论实验方案，重点思考：如何控制变量？实验步骤应该怎么设计？讨论时间2分钟。 （学生小组讨论，教师巡视引导，强调“只用黑色卡纸”“同一位置受光”等控制变量要点，2分钟后组织分享） 师：请第三组发言人分享你们的实验方案。 生：我们把黑色卡纸固定在支架上，先调水平角度，把温度计感温头贴在卡纸背面，记录初始温度，晒10分钟记最终温度；然后再把支架调到45°和60°，重复刚才的操作，最后对比三个角度的温度。 师：方案设计得非常严谨，考虑到了“同一材料、同一位置”的控制变量要求，其他小组有没有补充？没有的话，我们明确实验步骤（出示实验步骤）： 1.将黑色卡纸固定在支架上，调节角度为水平，温度计感温头紧贴卡纸背面固定，记录初始温度； 2.将支架放在阳光下，照射10分钟，记录最终温度； 3.依次将支架调节为45°、60°，重复上述操作； 4.整理数据，对比不同角度的温度差异。注意事项和上一个实验一样，温度计轻拿轻放，实验期间不要移动支架。现在开始实验！ （学生分组实验，教师巡视指导，重点检查角度调节是否准确、温度计固定是否牢固，10分钟后吹哨停止实验） 师：请各组依次汇报实验数据，老师同样记录在黑板上（黑板画好角度实验数据记录表）。第一组：水平、45°、60°对应的最终温度分别是多少？ 生1：水平25℃，45°29℃，60°32℃。 师：第二组？ 生2：水平26℃，45°30℃，60°33℃。 师：……（记录完所有小组数据）大家观察这些数据，哪个角度的温度最高？ 生：60°！ 师：没错！60°左右的倾斜角度温度最高。这是因为当集热管的倾斜角度接近当地的太阳高度角时，阳光能更接近垂直照射（直射）集热管表面，此时单位面积接收的太阳辐射能量最多，受光效率最高，吸热效果也就最好（板书结论：倾斜角度≈当地太阳高度角时，吸热最佳）。不同地区、不同季节的太阳高度角不一样，所以太阳能热水器的安装角度也会根据实际情况调整，核心都是为了适配当地的光照条件，最大限度地吸收太阳能。 （设计意图：延续“猜想—实验—结论”的探究模式，聚焦第二个教学重点，通过自主设计多变量对比实验，让学生理解“角度影响受光面积”的核心逻辑，同时结合“不同地区角度差异”的拓展，突破“原理应用”的教学难点，培养学生学以致用的能力。） （五）拓展与应用：反射板作用与生活应用，升华目标（8分钟） 师：通过刚才的两个实验，我们知道了颜色和角度能影响太阳能热水器的吸热效果。其实还有一个小部件能提升吸热效率——反射板（出示带反射板的太阳能热水器图片）。大家看看这张图片，集热管下方的这个反光部件就是反射板，结合我们学过的知识，猜一猜它的作用是什么？ 生1：把旁边的阳光反射到集热管上！ 生2：让集热管吸收更多的阳光，变得更热！ 师：大家都猜对了！反射板通常采用高反光材料制成，就像一面大镜子，能把侧面照射过来的散射光或斜射光集中反射到集热管上，增加集热管的受光总量，从而起到聚光增温的作用（板书：反射板→聚光增温）。现在我们来回顾一下，这节课我们认识了太阳能热水器的结构，明白了它的工作原理，还通过实验找到了提升吸热效果的三个秘诀——黑色集热管、适配当地太阳高度角的倾斜角度、加装反射板。 师：大家想一想，生活中使用太阳能热水器有什么好处？和用电、用煤气加热水相比，它的优势在哪里？请大家先和同桌交流一下，再分享给全班同学。 （学生同桌交流，1分钟后组织分享） 师：请这位同学来说说你的想法。 生：使用太阳能热水器不用交电费、煤气费，很省钱；而且不会产生废气，很环保。 师：说得非常好！太阳能是清洁、可再生的能源，使用太阳能热水器不仅能节约能源、减少污染，还能降低生活成本，是符合环保理念的生活方式（板书：核心价值：清洁可再生、节能环保）。希望大家以后能多观察生活中的科学现象，用今天学到的知识去解释它们，甚至尝试设计更节能的小装置，做环保小卫士！ 师：为了让大家更好地巩固今天学到的知识，老师布置一个课后任务：观察家里或邻居家的太阳能热水器，记录它的集热管颜色、安装角度，想一想有没有可以改进的地方，写一篇100字左右的观察报告。 师：好！这节课就上到这里，下课！ 生：老师再见！ 师：同学们再见！ （设计意图：通过反射板的拓展知识，完善学生的知识体系；结合生活实际的提问，让学生感受科学知识的实用价值，将科学探究与环保意识培养相结合，课后延伸，升华教学目标。） 五、板书设计 15 认识太阳能热水器 一、结构组成 集热管（黑色，吸热核心）、储水箱、保温层、管道、支架 二、工作原理 光能→热能→热对流循环 三、吸热奥秘 1.颜色：颜色越深，吸热能力越强（黑色最优） 2.角度：倾斜角度≈当地太阳高度角时，吸热最佳（阳光接近垂直照射，受光效率最高） 3.反射板：聚光增温 四、核心价值 清洁可再生、节能环保 学科网（北京）股份有限公司 $