4.14《空气的热胀冷缩》（教学设计）-2025-2026学年科学三年级下册人教鄂教版

三年级下册科学第四单元《加热与冷却》 第14课《空气的热胀冷缩》教学设计 一、设计依据 本教学设计以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为核心依据，聚焦三年级学生“乐于动手、善于观察”的年龄特点，落实科学课程四大核心素养——科学观念、科学思维、探究实践、态度责任的培养要求。课程标准明确提出，小学科学教学应引导学生通过实验、观察、讨论等活动，了解空气的热胀冷缩现象，认识热空气上升的特点和应用，培养科学探究能力和实事求是的科学态度，感受科学与生活、自然现象的联系。本课以“空气的热胀冷缩”为探究主题，通过“提出假设、设计实验、验证现象、归纳结论、了解应用、探究风的成因”等探究活动，让学生在真实情境中体验科学探究的完整过程，培养实验设计、观察分析、归纳总结的科学素养，同时结合风的形成模拟实验渗透自然现象的科学解释，落实“立德树人”的根本任务。 二、教材分析 本课是人教鄂教版小学科学三年级下册的教学内容，属于“物质科学”领域，是第四单元《加热与冷却》的第三课。教材以“瘪的乒乓球放入热水中恢复球形”的生活现象引入，通过以下环节引导学生认识空气的热胀冷缩： 1. 探究与实践：提出空气受热遇冷会有什么现象的假设，讨论如何将空气“装”起来并设计实验； 2. 对比实验：用热水和冷水控制加热和冷却，观察“装”起来的空气的体积变化； 3. 归纳结论：根据实验现象，得出空气受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小的规律； 4. 拓展探究：了解热空气的特点和应用，通过实验观察热空气的运动； 5. 生活应用：了解热气球、走马灯等利用热空气上升原理的例子； 6. 拓展活动：探究自然界风的成因，通过模拟实验了解空气流动形成风的过程。 教材编排特点鲜明： 1. 以生活中的常见现象引入，贴近学生生活，激发学生的探究兴趣； 2. 层层递进，从提出假设到设计实验，再到验证现象、归纳结论和应用拓展，引导学生完整经历科学探究的过程； 3. 注重实验方法的多样性，通过多种方式“装”空气和控制加热冷却，培养学生的实验设计能力； 4. 突出科学与生活、自然的联系，通过热气球、风的形成等实例，让学生感受科学与生活、自然现象的密切联系； 5. 强调学生的实践探究，让学生在动手实验中体验科学探究的乐趣。 本课是单元的最后一课，既是对液体和固体热胀冷缩的延伸，也为学生认识空气流动和风的形成奠定基础，在小学科学“物质科学”领域中具有重要的承上启下作用。 三、学情分析 三年级学生年龄多在8-9岁，已具备以下学习基础与特点： 1. 生活经验：学生见过瘪的乒乓球在热水中恢复的现象，知道热气球会上升，但对空气热胀冷缩的规律和热空气上升的原理缺乏系统认识； 2. 认知特点：以具体形象思维为主，好奇心强，乐于动手实验，但对空气这种看不见摸不着的物质的变化观察不够明显，分析能力较弱，需要教师引导； 3. 能力基础：具备简单的观察、记录和小组合作能力，能在教师指导下完成简单的实验操作，但对实验数据的归纳、分析能力较弱，需要教师提供清晰的支架； 4. 情感态度：对科学实验和自然现象充满兴趣，喜欢探究身边的科学现象，也对热气球、风的形成感兴趣，适合通过情境创设、实验探究、小组讨论等方式开展教学。 同时，学生在学习中可能存在以下难点：一是难以观察到空气热胀冷缩的微小变化，对实验现象的分析不够深入；二是在实验操作中，容易忽略装置的气密性，导致实验现象不明显；三是对风的形成原理理解不够透彻，需要教师通过模拟实验帮助梳理。 四、教学目标 （一）科学观念目标 1. 知道空气受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小，具有热胀冷缩的性质； 2. 了解热空气会上升的特点，知道空气受热后体积膨胀、质量变轻，会向上流动； 3. 认识风是空气水平流动形成的，了解自然界风的成因。 （二）科学思维目标 1. 能通过设计实验装置，培养初步的实验设计思维； 2. 能通过观察实验现象，分析空气体积变化的原因，培养初步的因果分析思维； 3. 能通过对比不同实验的结果，归纳空气热胀冷缩的普遍规律，培养初步的归纳思维； 4. 能通过风的形成模拟实验，理解空气流动与温度的关系，培养初步的模型思维。 （三）探究实践目标 1. 能在教师指导下，设计并组装空气受热遇冷的实验装置； 2. 能按照实验步骤，完成空气受热遇冷的实验，记录实验现象； 3. 能通过实验观察热空气的运动，了解热空气上升的特点； 4. 能通过模拟实验，探究自然界风的成因。 （四）态度责任目标 1. 对探究空气的热胀冷缩现象产生持续的兴趣，乐于参与实验和小组合作； 2. 养成认真细致、规范操作的实验习惯，增强科学探究的严谨性； 3. 感受科学与生活、自然现象的密切联系，培养用科学知识解释生活现象的意识； 4. 了解热气球、走马灯等科技产品的原理，感受科学技术的魅力。 五、教学重难点 教学重点 1. 了解空气热胀冷缩的规律，知道空气受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小； 2. 了解热空气上升的特点，认识风的形成原理。 教学难点 1. 观察空气热胀冷缩的微小变化，分析实验现象； 2. 理解风的形成原理，通过模拟实验探究空气流动的过程。 六、教学准备 教师准备 1. 多媒体课件：包含瘪乒乓球恢复的视频、空气热胀冷缩实验的图片、热气球和风的形成视频； 2. 教具：塑料瓶、气球、烧杯、热水、冷水、带玻璃管的烧瓶、水槽、塑料袋、蜡烛、香、实验箱（风的形成模拟装置）； 3. 学具：为每个小组准备一套实验材料（塑料瓶、气球、烧杯、热水、冷水、带玻璃管的烧瓶、水槽、塑料袋、蜡烛、火柴、实验记录表）。 学生准备 1. 预习空气热胀冷缩的相关内容，了解生活中热气球的工作原理； 2. 准备记录表格，用于记录实验现象。 七、教学过程（逐字稿） （一）情境导入，激发兴趣（5分钟） 师：同学们，大家看老师带来的视频，瘪的乒乓球放入热水中，竟然恢复成球形了，这是为什么？（播放瘪乒乓球恢复的视频）生活中，热气球为什么会上升？风又是怎样形成的？今天，我们就一起来探究《空气的热胀冷缩》，揭开这些现象的奥秘。（板书课题：空气的热胀冷缩） （二）探究活动一：提出假设与实验设计（7分钟） 师：首先，我们来讨论一下，空气受热遇冷会有什么现象？说一说我们的观点。（学生小组讨论，教师巡视指导） 师：哪个小组愿意分享你们的观点？ 生：我们认为空气也会热胀冷缩，受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小，因为乒乓球里的空气受热膨胀，把瘪的地方撑起来了。 师：说得很好！那我们怎样设计实验来研究空气的热胀冷缩呢？大家看教材里的问题，首先要想办法将一些空气“装”起来，然后思考怎样给它们加热和冷却。（学生小组讨论实验方案，教师巡视指导） 师：我们可以用气球套在瓶口、用塑料瓶倒扣在水中、用水滴封住装置中的空气等方法来“装”空气，用热水和冷水来控制加热和冷却，或者用手握住瓶子来加热。 （三）探究活动二：空气受热遇冷的实验（10分钟） 师：接下来，我们来做空气受热遇冷的实验。大家看教材里的实验步骤：（1）将气球套在瓶口，放入热水中，观察气球的变化；再放入冷水中，观察气球的变化；（2）将带玻璃管的烧瓶中装满有颜色的水，盖上胶塞，放入热水中，观察玻璃管中水位的变化；再放入冷水中，观察水位的变化；（3）用手握住瓶子，观察瓶盖或玻璃管中的现象。（教师示范实验步骤，提醒学生注意装置的气密性）大家做一做，记录实验现象，填写在加热和冷却空气实验记录表中。（学生小组实验，教师巡视指导） 师：哪个小组愿意分享你们的实验结果？ 生：气球套在瓶口放入热水中，气球鼓起来了；放入冷水中，气球瘪下去了；带玻璃管的烧瓶放入热水中，玻璃管中的水位上升了；放入冷水中，水位下降了；用手握住瓶子，瓶盖跳动起来了。 师：说得真好！这些现象都说明空气受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小，空气也具有热胀冷缩的性质。 （四）探究活动三：热空气的特点和应用（8分钟） 师：接下来，我们来探究热空气的特点。大家看教材里的实验，用手拿着羽毛放在蜡烛火焰上方，观察羽毛的变化；用纸蛇、小风扇、塑料袋等做实验，观察热空气的运动。（教师示范实验步骤，提醒学生注意火焰与实验材料之间保持安全距离）大家做一做，观察热空气的运动。（学生小组实验，教师巡视指导） 师：哪个小组愿意分享你们的实验结果？ 生：羽毛在蜡烛火焰上方会向上飘动，纸蛇会转动，塑料袋会鼓起来上升，说明热空气会上升。 师：说得对！空气受热后体积膨胀，质量变轻，会向上流动，这就是热空气上升的特点。生活中，热气球、走马灯都是利用热空气上升的原理制成的。大家讨论一下，怎样使塑料袋上升下降时能保持平稳？（学生小组讨论，教师巡视指导） 生：可以在塑料袋下部增加重物，让它保持平衡。 （五）探究活动四：研讨热空气上升的原因（3分钟） 师：热空气为什么会上升呢？（学生小组讨论，教师巡视指导） 生：因为空气受热后体积膨胀，密度变小，比周围的冷空气轻，所以会上升。 师：说得对！空气受热后，分子间的距离变大，体积膨胀，质量变轻，就会向上流动，所以热空气会上升。 （六）拓展活动：探究自然界风的成因（5分钟） 师：接下来，我们来探究自然界风的成因。大家看教材里的模拟实验，点燃实验箱外的香，但不点燃箱内的蜡烛，观察烟的流动；同时点燃香和蜡烛，观察烟的流动。（教师示范实验步骤，说明风的形成原理：点燃蜡烛后，蜡烛附近的空气被加热上升，箱外的冷空气流进来补充，空气水平流动形成风）大家做一做，观察烟的流动。（学生小组实验，教师巡视指导） 师：根据实验现象，我们可以知道，当地面两地气温不同时，温度高的地方空气受热上升，温度低的地方空气受冷下沉，空气从高压区流向低压区，就形成了风。 （七）全课小结（2分钟） 师：同学们，今天这节课，我们一起探究了空气的热胀冷缩现象，知道了空气受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小，还了解了热空气上升的特点和风的形成原理。空气的热胀冷缩和热空气上升的现象在生活和自然中很常见，也很有用，希望大家能继续观察生活中的科学现象，用科学知识解释更多的问题。 八、板书设计 空气的热胀冷缩 1. 空气的热胀冷缩：受热体积膨胀，遇冷体积缩小 2. 实验方法：装空气（气球、塑料瓶等）、加热冷却（热水、冷水、手） 3. 热空气的特点：受热上升（体积膨胀、质量变轻） 4. 应用：热气球、走马灯 5. 风的形成：空气水平流动（冷热空气对流） 九、教学反思 （一）成功之处 1. 教学环节设计贴合三年级学生特点，以生活现象引入，通过实验探究、拓展活动等环节，充分调动了学生的积极性，课堂氛围活跃，学生参与度高； 2. 层层递进，从提出假设到实验验证，再到归纳结论和应用拓展，引导学生完整经历科学探究的过程，落实了科学观念和科学思维的培养； 3. 注重实验方法的多样性，通过多种方式“装”空气和控制加热冷却，培养了学生的实验设计能力； 4. 突出了科学与生活、自然的联系，通过热气球和风的形成实例，让学生感受了科学与生活、自然现象的密切联系； 5. 强调了学生的实践探究，让学生在动手实验中体验了科学探究的乐趣。 （二）不足之处 1. 部分学生对空气热胀冷缩的实验现象观察不够明显，对体积变化的理解不够深入，需要教师在后续课程中通过更多实例帮助理解； 2. 课堂时间分配不够合理，风的形成模拟实验用时较长，导致研讨环节的交流时间不足，部分学生没有充分分享； 3. 学生对风的形成原理理解不够透彻，部分学生不能说出空气流动与温度的关系，需要教师通过更多模拟实验帮助梳理； 4. 小组合作的效率不够高，部分小组的实验分工不够明确，导致实验进度不一致，需要教师在后续课程中优化小组分工。 （三）改进措施 1. 课前准备更多空气热胀冷缩实验的示范视频，让学生提前了解实验现象，确保课堂上能深入理解； 2. 调整课堂时间分配，将风的形成模拟实验的部分内容放在课后完成，确保课堂上有足够的时间完成核心的实验探究和交流； 3. 补充更多风的形成模拟实验的实例，让学生通过对比理解空气流动与温度的关系； 4. 优化小组分工，明确每个学生的任务，提高小组合作的效率； 5. 后续课程中开展“空气热胀冷缩的应用”实践活动，让学生调查生活中更多利用空气热胀冷缩的例子，巩固本节课的知识。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $