科技擂台17 自制走马灯大比拼 教学设计-2026-2027学年科学四年级上册冀人版

该小学科学教学设计聚焦冷热空气对流原理，以传统走马灯为载体，通过播放庙会走马灯视频、展示自制作品导入，承接空气性质、风的形成前期认知，衔接生活热对流现象，搭建“结构拆解-原理探究-制作实践”的学习支架。 特色在于融合科学与民俗文化，以“探究-制作-调试-比拼”为主线，通过拆解结构观察、蜡烛纸条实验等培养科学观念，制作调试中解决扇叶角度、转轴问题提升探究实践能力，擂台比拼激发兴趣，助力学生理解原理、提升动手创新能力，为教师提供可操作的综合实践教学方案。

17 自制走马灯大比拼 【教材分析】 本课是2026秋新冀人版小学科学四年级上册科技擂台专项课程，隶属于空气流动与热对流知识模块，是对本单元冷热空气流动、空气动力知识点的综合实践应用课。教材以传统民俗走马灯为探究载体，将抽象的热空气上升、冷热空气对流的科学原理，转化为直观的动手制作、实验探究、竞技比拼活动。本课承接学生前期对空气性质、风的形成的基础认知，同时衔接生活中热对流的各类自然与生活现象。课程核心围绕“探究原理—动手制作—调试优化—竞技比拼”四大主线展开，既注重科学知识的落地，又强化学生的动手实践与创新能力，同时渗透传统民俗文化教育，是一节集知识性、实践性、趣味性、文化性于一体的综合实践科学课，符合小学科学新课标探究实践、素养落地的教学要求。 【学情分析】 四年级学生已经初步掌握空气具有流动性、热空气上升、冷空气下沉的基础科学知识，能够简单解释风的形成原因，具备基础的观察、猜想、简单实验操作能力。同时，学生动手意愿强烈，对手工制作、竞技比拼类课堂活动兴趣浓厚，好奇心强，乐于探究新奇现象。但学生存在明显短板：一是对冷热空气对流形成持续气流、驱动物体运动的深层原理理解模糊，无法建立原理与现象的精准关联；二是动手操作精细化程度不足，制作走马灯时易出现叶片角度不均、结构不平衡、气流通道堵塞等问题，导致走马灯无法转动或转动不稳定；三是问题排查、自主优化的思维较弱，遇到制作失败问题时难以独立分析原因、改进方案。此外，学生小组合作、竞技展示的规则意识有待提升，需要教师针对性引导规范。 【教学目标】 1.科学观念：知道热空气受热膨胀上升、冷空气下沉形成冷热对流，明确走马灯转动的核心动力是蜡烛加热产生的上升热气流；掌握走马灯的结构组成及各部分的作用，能准确说出走马灯转动的完整科学原理。 2.科学思维：能基于走马灯转动现象，提出科学猜想，通过观察、对比、分析，推理出影响走马灯转动速度、稳定性的关键因素；能针对制作过程中的故障问题，进行逻辑分析、排查原因并提出优化方案，培养严谨的推理思维和创新思维。 3.探究实践：能按照规范流程独立完成走马灯的设计、制作与组装；熟练掌握走马灯调试方法，能自主解决卡顿、不转动、转速过慢等常见问题；能参与班级走马灯竞技比拼，完成作品展示与成果交流，提升动手实践和探究创新能力。 4.态度责任：感受传统民俗科技的智慧，体会古代劳动人民的创造力，增强传统文化认同感；在动手实践中养成耐心细致、精益求精的科学态度；树立安全实验、合作探究、勇于展示、乐于反思的良好学习品质。 【教学重点】 1.理解冷热空气对流原理，掌握走马灯依靠热气流驱动转动的核心科学原理。 2.掌握走马灯的规范制作流程，能独立完成完整、可正常转动的走马灯作品。 【教学难点】 精准调试走马灯结构，排查并解决走马灯不转、卡顿、转速不均、晃动等故障；自主优化制作方案，提升走马灯转动效果，理解结构与动力效果的关联关系。 【教学准备】 教师准备：成品走马灯、故障示范走马灯、教学课件、原理动画视频、安全操作演示视频、实验安全提示牌、评优评分表。 学生准备：一次性纸杯、卡纸、缝衣针、细铁丝、竹签、蜡烛、打火机、剪刀、胶水、直尺、彩笔、抹布（防火防烫）。 【教学课时】2课时 【教学过程】 第一课时 导入新课：民俗激趣，情境探秘 创设真实情境：课堂播放传统庙会走马灯转动的实景视频，展示教师自制的精美走马灯，点亮蜡烛后，引导学生观察走马灯自动匀速旋转、图案流转的神奇现象。 教师活动：提问引导，创设探究问题情境。1.同学们，大家在庙会上见过这种灯笼吗？它和普通灯笼最大的区别是什么？2.它没有连接电源、没有外力拨动，为什么能自己不停转动？3.转动的动力到底来自哪里？顺势引出课题：今天我们就一起探秘走马灯的科学奥秘，动手制作走马灯，开展自制走马灯大比拼，学习《自制走马灯大比拼》。 学生活动：认真观察走马灯转动现象，结合生活经验独立思考问题，举手作答，大胆猜想原因。 预设学生答案：1.普通灯笼不会转，走马灯可以自己转动；2.可能是蜡烛的热量让它转动；3.热气产生了力气推动它转动。 [设计意图]依托传统民俗实景情境，激发学生好奇心和探究欲望，通过层层递进的问题，引导学生聚焦核心探究问题，自然导入新课，建立生活现象与科学知识的关联。 环节一：拆解结构，认知走马灯组成与作用 创设真实情境：教师手持成品走马灯，现场拆解展示，结合课件展示走马灯结构图，让学生直观观察各组成部分。 1.教师活动：引导学生分组观察拆解后的走马灯，提问：完整的走马灯由哪几个核心部分组成？ 学生活动：小组观察讨论，梳理结构，汇总答案。 预设答案：走马灯主要由灯罩扇叶、支架底座、发热光源（蜡烛）、固定转轴四个核心部分组成。 2.教师活动：逐一拆解提问，引导分析各部分功能：扇叶的作用是什么？蜡烛的作用是什么？支架和转轴的作用是什么？ 学生活动：结合观察现象，小组交流讨论，分工记录答案。 预设答案：扇叶：承接热气流，被气流推动后带动整体转动；蜡烛：提供热量，加热空气产生热气流；支架底座：固定整体结构，保证走马灯平稳放置；转轴：减少摩擦，保障走马灯灵活旋转。 3.教师活动：补充讲解关键细节，强调扇叶必须带有倾斜角度、转轴必须灵活、底座必须平稳，这是走马灯转动的基础条件。 学生活动：认真倾听记录，标记关键知识点，完善认知。 4.教师活动：展示结构残缺的走马灯（无倾斜扇叶、无稳固底座），让学生观察能否转动，提问：结构残缺会带来什么问题？ 学生活动：观察对比实验现象，分析问题原因。 预设答案：扇叶无倾斜，无法承接气流，不会转动；底座不稳，走马灯容易倾倒、晃动，无法正常工作。 5.教师活动：小结走马灯结构与功能的对应关系，明确结构完整、设计合理是走马灯正常转动的前提。 学生活动：整体梳理知识点，构建结构认知框架。 6.教师活动：布置小组小任务，快速画出走马灯简易结构图并标注各部分名称。 学生活动：快速绘图巩固认知，小组互相检查纠错。 [设计意图]通过实物拆解、对比观察、动手绘图的真实探究情境，让学生直观认知走马灯结构与功能，夯实基础认知，为后续制作和原理探究做好铺垫。 环节二：探究原理，解密走马灯转动奥秘 创设真实情境：播放冷热空气对流动画，现场做对比实验：点燃蜡烛，将轻质小纸条放在蜡烛上方，观察纸条飘动现象。 1.教师活动：引导学生观察实验现象，提问：蜡烛点燃后，上方的纸条为什么会飘动？说明了什么？ 学生活动：观察纸条飘动现象，独立思考后作答。 预设答案：蜡烛燃烧释放热量，加热了上方的空气，空气受热上升，流动的空气吹动纸条飘动，说明热空气会向上流动。 2.教师活动：继续提问：热空气上升后，灯内的空气变少，哪里的空气会补充进来？会形成什么现象？ 学生活动：结合旧知小组讨论，推理空气流动过程。 预设答案：周围的冷空气会下沉补充进来，冷热空气不断流动，形成空气对流，产生持续的上升气流。 3.教师活动：结合实验和动画，引导学生串联完整原理：走马灯的转动全过程是什么？ 学生活动：小组合作梳理完整原理，代表发言分享。 预设答案：蜡烛燃烧加热灯罩内的空气→空气受热膨胀、密度变小向上上升→上升的热气流冲击倾斜的扇叶→扇叶受力转动，带动整个走马灯旋转→周围冷空气持续下沉补充，形成持续对流，走马灯就会不停转动。 4.教师活动：提问拓展：如果熄灭蜡烛，走马灯还会继续转动吗？为什么？ 学生活动：猜想并结合实验验证，分析原因。 预设答案：熄灭蜡烛后不会持续转动，因为没有热量供应，空气不再对流，没有动力推动扇叶，走马灯慢慢停止转动。 5.教师活动：总结核心原理：走马灯转动的核心动力是冷热空气对流，热空气上升产生的气流是转动的根本原因。 学生活动：齐读核心原理，强化记忆，理解知识重难点。 6.教师活动：提问延伸：扇叶平铺、没有倾斜角度，走马灯能转吗？为什么？ 学生活动：思考分析，作答总结。 预设答案：不能转动。平铺的扇叶无法承接横向的气流推力，气流直接穿过，无法带动扇叶旋转。 [设计意图]依托直观实验和动画情境，将抽象的对流原理具象化，引导学生从现象到本质、从碎片化认知到完整原理闭环，培养学生科学推理和归纳总结的科学思维。 环节三：梳理步骤，明确制作规范与安全要求 创设真实情境：教师分步演示走马灯制作全过程，同步展示标准制作步骤流程图，结合课堂安全实景，强调实验安全规范。 1.教师活动：分步讲解标准制作步骤：第一步制作扇叶灯罩、第二步制作固定支架、第三步安装转轴、第四步组装整体、第五步调试平衡。同步示范每一步的操作要点。 学生活动：认真观察示范，记录操作要点，熟悉制作流程。 2.教师活动：重点强调关键制作细节：扇叶裁剪均匀、倾斜角度统一（15°-30°最佳）、转轴居中、底座平稳、整体对称。 学生活动：标记关键细节，明确制作标准。 3.教师活动：创设安全情境，讲解用火、用剪刀安全规则：禁止手持明火跑动、剪刀尖头不对人、蜡烛放置远离纸质易燃物、实验后及时灭火、防止烫伤。 学生活动：牢记安全规则，举手确认掌握安全要求。 4.教师活动：提问：制作时扇叶角度大小、转轴松紧会影响转动效果吗？ 学生活动：结合原理猜想作答。 预设答案：会影响，角度不合适、转轴过紧都会导致转动卡顿、转速过慢甚至不转动。 5.教师活动：明确下节课制作比拼规则：作品完整、转动顺畅、外观美观、安全规范为评分标准。 学生活动：了解比拼规则，明确制作目标。 6.教师活动：小结本节课知识点，布置预习任务，准备好制作材料。 学生活动：梳理本节课知识，整理实验材料。 [设计意图]通过示范讲解、安全情境警示，让学生熟练掌握制作流程和关键细节，规避操作风险，为第二课时动手制作、竞技比拼筑牢基础。 第二课时 环节四：动手实操，自主制作走马灯作品 创设真实情境：教室变身科学工坊，学生以4人小组为单位，分工合作，按照标准流程自主制作走马灯，教师巡回指导。 1.教师活动：发布小组分工任务：裁剪员、组装员、安全员、记录员，明确各司其职，督促全员参与。巡回观察学生制作过程，及时纠正不规范操作。 学生活动：小组分工协作，规范使用工具，分步完成扇叶裁剪、支架制作、转轴安装、整体组装。 2.教师活动：针对共性问题现场指导：扇叶大小不一、角度倾斜混乱、转轴偏移、底座松动等问题，集中示范修正方法。 学生活动：对照标准，自查自纠，修改完善作品结构。 3.教师活动：提问个别小组：你们在制作中遇到了什么问题？打算如何解决？ 学生活动：主动反馈制作难题，交流解决方案。 预设答案：问题：扇叶倾斜角度太小，不敢转动；解决：微调扇叶角度，统一倾斜方向。 4.教师活动：鼓励学生创意装饰作品，美化灯罩外观，提升作品美观度。 学生活动：发挥创意，装饰走马灯，打造个性化作品。 5.教师活动：巡查各组作品完成情况，提醒学生检查结构完整性，做好调试准备。 学生活动：自查作品结构，小组互查，排除基础故障。 6.教师活动：提醒学生牢记用火安全，等待统一调试。 学生活动：整理桌面，规范摆放作品，等待调试比拼。 [设计意图]创设工坊实操情境，落实探究实践核心素养，培养学生动手操作、小组合作、问题修正的能力，兼顾规范性与创新性。 环节五：调试优化，排查故障完善作品 创设真实情境：各组依次点亮蜡烛，现场测试走马灯转动效果，针对不转、卡顿、晃动等故障，开展自主排查与优化调试。 1.教师活动：引导学生分组测试，观察作品转动状态，提问：你的走马灯能否顺畅转动？存在什么问题？ 学生活动：点亮蜡烛测试，观察现象，记录作品存在的故障问题。 2.教师活动：引导学生结合原理，自主排查故障原因，针对性提问：走马灯不转动的常见原因有哪些？ 学生活动：小组讨论排查，汇总故障原因。 预设答案：①扇叶无倾斜或角度过小，无法承接气流；②转轴过紧、摩擦力太大；③整体结构不平衡、晃动严重；④蜡烛火焰太小，热量不足，气流弱；⑤灯罩堵塞，气流无法流通。 3.教师活动：继续提问：针对这些问题，我们可以采取哪些优化方法？ 学生活动：对应问题，思考优化方案，动手调试修改。 预设答案：①调整扇叶倾斜角度，统一方向；②松动转轴，减少摩擦；③调整结构，保证整体对称平稳；④更换合适蜡烛，保证热量充足；⑤清理灯罩，疏通气流通道。 4.教师活动：巡回指导学困生，帮助排查疑难故障，指导精准调试。 学生活动：自主调试、反复测试，直到作品顺畅转动。 5.教师活动：提问拓展：如何让走马灯转得更快、更稳定？ 学生活动：大胆尝试创新优化，对比调试效果。 预设答案：适当增大扇叶倾斜角度、减小转轴摩擦、选用更大火焰、保证结构完全对称。 6.教师活动：小结调试技巧，肯定学生的探究与创新成果。 学生活动：总结调试经验，完善自己的作品。 [设计意图]依托真实故障调试情境，突破教学难点，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的科学探究能力，提升学生的实践创新思维。 环节六：擂台比拼，展示评价总结提升 创设真实情境：开启班级“自制走马灯大比拼”擂台赛，以小组为单位依次展示作品，师生共同评分评优。 1.教师活动：公布比拼评分标准：转动顺畅度、作品完整性、外观创意、操作规范度四大维度，组织小组依次展示。 学生活动：各组依次上台展示作品，现场演示转动效果，简单介绍制作思路与原理。 2.教师活动：组织全班互评、教师点评，对优秀作品、进步作品予以表扬，颁发“最佳创意奖”“最佳转动奖”“最佳巧手奖”。 学生活动：认真观摩他人作品，取长补短，互评打分，学习优秀经验。 3.教师活动：提问复盘：通过本节课的制作与比拼，你收获了哪些科学知识和制作技巧？ 学生活动：自主复盘，分享学习收获与感悟。 预设答案：掌握了冷热对流原理，学会了制作走马灯，知道了结构影响转动效果，学会了排查实验故障。 4.教师活动：拓展延伸：生活中哪些现象利用了热空气上升、空气对流的原理？ 学生活动：结合生活经验举例作答。 预设答案：热气球升空、烟囱排烟、电风扇对流通风、暖气片取暖等。 5.教师活动：课堂总结：回顾走马灯的结构、转动原理、制作与调试要点，强调传统民俗科技的科学价值，鼓励学生善于观察生活、探究生活中的科学。 学生活动：整体回顾本节课重难点，深化知识记忆。 6.教师活动：布置课堂练习与课后作业，结束课程。 [设计意图]通过擂台比拼的竞技情境，激发学生学习成就感，通过复盘总结、生活拓展，实现知识学以致用，落实态度责任素养目标。 【板书设计】 17 自制走马灯大比拼 一、结构组成：扇叶、支架、转轴、蜡烛（热源） 二、核心原理：冷热空气对流 蜡烛加热→热空气上升→气流推动扇叶→持续转动 三、制作关键：扇叶倾斜、转轴灵活、结构平稳、气流通畅 四、故障解决：调角度、松转轴、稳结构、保热源 【课堂练习】 一、填空题 1.走马灯能够转动的核心原因是（冷热空气对流），（热空气）受热后会向上上升。 2.走马灯的动力来源是（蜡烛燃烧）产生的热量，热量加热空气形成流动的气流。 3.走马灯扇叶必须带有（倾斜角度），才能承接气流、受力转动。 4.熄灭蜡烛后，走马灯最终会停止转动，原因是（没有热量供应，空气对流停止）。 二、判断题（对的打√，错的打×，预设答案已标注） 1.走马灯转动不需要依靠外力，依靠空气对流即可转动。（√） 2.扇叶平铺的走马灯转动速度会更快。（×） 3.蜡烛火焰越大，产生的热气流越强，走马灯转速可能越快。（√） 4.走马灯的支架是否平稳，不会影响转动效果。（×） 三、选择题 1.走马灯转动的根本动力是（B） A.蜡烛的光亮 B.上升的热气流 C.空气的重力 2.下列不属于走马灯故障原因的是（C） A.转轴过紧 B.扇叶角度过小 C.结构对称平稳 3.下列生活现象与走马灯原理相同的是（A） A.热气球升空 B.皮球弹跳 C.水流流动 四、简答题 1.请简单说一说走马灯的完整转动原理。 预设答案：蜡烛燃烧加热灯罩内的空气，空气受热膨胀上升，形成向上的热气流；热气流冲击倾斜的扇叶，带动扇叶和灯体转动；周围冷空气持续下沉补充，形成持续的冷热空气对流，让走马灯不停转动。 2.自制走马灯时，作品卡顿不转动，可能有哪些原因？（写出2点即可） 预设答案：①扇叶没有倾斜角度或角度过小，无法承接气流；②转轴过紧，摩擦力过大；③蜡烛火焰太小，热气流不足；④灯体结构不平衡，晃动严重。 【课后作业】 本次作业为情境实践题，预设答案如下： 1.家庭实践情境：回家后向爸爸妈妈展示自己制作的走马灯，完整讲解走马灯的转动科学原理，并演示调试方法。请记录家人的疑问，结合所学知识解答。 预设参考答案：讲解核心：冷热空气对流原理；调试方法：调整扇叶角度、松动转轴、保证底座平稳、调整火焰大小。可解答家人关于“为什么关灯就不转”“怎么转得更快”等疑问。 2.创新探究情境：尝试改造自己的走马灯，更换不同材质的灯罩、调整扇叶数量或角度，对比改造前后的转动速度、稳定性变化，记录实验发现。 预设参考答案：①扇叶数量适中、角度合理，转动更稳定；②轻质灯罩材质，转动更灵敏；③扇叶角度过大或过小，都会影响转动效果；④材质过重会导致转速变慢。 3.生活观察情境：观察家中取暖、通风设备，找出2种利用热空气上升、空气对流原理的物品，简单说明原理。 预设参考答案：①暖气片：加热周围空气，热空气上升，冷空气下沉，形成对流，全屋升温；②抽油烟机：利用热油烟上升的特点，快速排出油烟，依托空气对流工作。 1 学科网（北京）股份有限公司 $