专题研究：物质状态或体积变化与生活（教学设计）科学冀人版四年级上册（新教材）

该小学科学教学设计聚焦物质状态或体积变化与生活的应用，涵盖水的汽化、液体热胀冷缩、海水淡化等核心知识点。课堂导入通过冰棒、温度计、蒸汽机等生活实例提问，梳理学生已有认知，引出专题研究任务，搭建前后知识联系的学习支架。 该资料以专题研究为主线，学生分组选择“叶轮转动”“温度计原理”“海水淡化装置”主题，经历完整探究流程，培养探究实践能力。通过叶轮实验类比推理蒸汽机原理，温度计实验推想刻度标示，发展科学思维。强调安全操作与合作，提升学生科学态度，为教师提供可操作的探究式教学方案，助力核心素养落实。

冀人版（2024）科学四年级上册 《物质状态或体积变化与生活》教学设计 课题 专题研究：物质状态或体积变化与生活 课型 新授课 教学目标 科学观念： 1. 知道水受热会汽化变成水蒸气，水蒸气具有能量，可以推动物体运动；了解蒸汽机的基本工作原理。 2. 掌握液体热胀冷缩性质：温度升高，液体体积膨胀；温度降低，液体体积收缩，理解简易温度计的工作原理与刻度标示方法。 3. 知道海水淡化利用水的汽化、液化物态变化，了解海水淡化可以获得淡水。 科学思维： 1.能够观察实验现象，推理背后的科学原理，建立现象‑原理‑生活应用之间的逻辑联系。 2.根据温度变化和液柱高度变化，推想温度计刻度的标示思路；能够根据水蒸气推动叶轮的实验，类比推想蒸汽机工作过程。 探究实践： 1.学会专题研究完整流程：确定探究主题→查阅图书、网络搜集资料→设计实施方案→开展实验或建构模型→观察记录现象→分析原理→展示评价成果。 2.可以完成水蒸气推动叶轮、简易液体温度计模拟实验；能构思简易海水淡化装置的设计方案；实验中规范操作，重视酒精灯、高温蒸汽的安全。 态度责任： 1.体会物质状态、体积变化在生产生活的广泛用处，感受科学服务生活。 2.实验中严谨观察、如实记录现象，树立安全实验意识；乐于小组合作，愿意展示交流自己的探究成果。 教学重难点 重点：完成专题研究流程；理解水蒸气推动叶轮、液体热胀冷缩的实验现象与原理；知道物态变化在生活当中的应用。 难点：根据实验现象进行类比推理，推想蒸汽机、温度计的工作原理；设计简易海水淡化装置方案。 教学环节 教学过程 课堂导入 （一）情境·问题，导入新课 1. 教师出示冰棒图片，提问：同学们，生活当中冰棒、温度计、蒸汽机，这些物品都和水的状态变化、物体热胀冷缩有关系。想一想，水的三态变化和热胀冷缩在我们生活中，还有哪些应用？ 2. 学生自由发言，教师梳理：用水蒸气推动物体；水结冰制作冰糕；蒸馏制取纯净水；伽利略利用热胀冷缩发明温度计等。 3. 引出专题任务：今天我们开启一节专题研究课，围绕物质状态或体积变化与生活，选择主题开展探究。 板书课题：专题研究 物质状态或体积变化与生活 课 程 学 习 （二）探究实践 确定探究主题 1. 教师出示课件的三个可供选择的探究主题： 主题1：让叶轮转起来 主题2：水遇热后的体积变化与温度的关系 主题3：设计简易海水淡化装置 2. 小组讨论，选择本组想要研究的主题。同时明确获取资料的途径：查询网络、查阅图书。 3. 分别解读三个主题的探究任务： 主题1：建构模型，探究水蒸气怎样推动物体运动，推想蒸汽机怎样工作。 主题2：做对比实验，探究水体积变化和温度的关系，推想温度计刻度怎么标示，尝试用简易温度计测量液体温度。 主题3：搜集海水淡化相关信息，设计简易海水淡化装置，利用身边材料制作模型。 （三）探究·实践：实施方案，分组开展探究 课堂说明：课堂内完成实验步骤讲解、模拟演示、现象分析；完整海水淡化装置制作布置为课后任务。 活动一：主题1《让叶轮转起来》 1. 讲解实验步骤： ①烧瓶盛半瓶水，盖上橡胶塞，插入玻璃管，固定在铁架支架上。 ②硬皮书微微打开，立在支架旁边，当做叶轮的支撑台。 ③把带叶轮的小棍架在书上，叶轮叶片正对玻璃管口，让喷出蒸汽可以冲击叶片。 ④点燃酒精灯加热烧瓶里面的水，仔细观察发生的现象。 2. 重点安全提醒：酒精灯规范操作；烧瓶、蒸汽温度极高，手不能触碰，防止烫伤。 3. 分析实验现象：水加热之后，变成水蒸气；水蒸气从管口高速喷出，冲击叶轮，叶轮不停转动。 4. 原理梳理： ①物态变化：水受热汽化，变成水蒸气。 ②能量转化：水吸收热量，变成的水蒸气储存能量；高速喷出的水蒸气冲击叶轮，能量传递给叶轮，带动叶轮旋转。 5. 拓展推理：类比这个实验，推想蒸汽机就是利用水蒸气的巨大能量，带动机器运转。 活动二：主题2《水遇热后的体积变化与温度的关系》 1. 讲解实验步骤： ①玻璃瓶灌满水，滴入几滴红墨水，方便观察液柱。 ②盖紧瓶盖，插入吸管，吸管没入水中。 ③准备三杯温度不同的水，分别是20℃、40℃、60℃。 ④把做好的玻璃瓶分别放入三杯水中，记录每一杯对应的吸管内红色液柱的高度。 ⑤计算温度每升高1℃，液柱上升高度，尝试在吸管上标示温度刻度。 2. 小组观察现象：温度越高，吸管内红色液柱上升越高；温度越低，液柱位置越低。 3. 师生共同总结原理：水有热胀冷缩的性质。受热，体积膨胀，液柱向上爬升；遇冷，体积收缩，液柱下降。 4. 拓展思考：这就是液体温度计的工作原理，根据液柱高低标示温度刻度，还可以用简易装置测量其他液体温度。 活动三：主题3《设计简易海水淡化装置》 1. 教师抛出问题：海水又咸又苦，不能直接饮用，我们怎样把海水变成淡水？用到哪些物态变化知识？ 2. 小组头脑风暴，结合水的汽化、液化思考设计思路：海水受热蒸发变成水蒸气，水蒸气遇冷重新液化，就得到不含盐分的淡水。 3. 小组画出简易海水淡化装置草图，标注关键结构。 教师点拨：可以利用阳光加热模拟海水，设置收集冷凝水的容器。完整的模型制作作为课后实践作业。 （四）展示·评价 过渡：专题研究做完实验、设计模型之后，我们需要把探究成果进行展示交流。 1. 提问思考：我们可以用哪些方式展示本次专题研究成果？ 学生回答，教师总结：拍摄实验照片、写研究笔记、绘制设计草图、制作手抄报、小组口头汇报等。 2. 小组内开展互评：从方案设计、实验操作、现象记录、原理理解几个维度评价。 3. 小组代表简单汇报本组探究收获。 （五）拓展·迁移+巩固练习 拓展迁移：想一想生活当中还有哪些地方用到热胀冷缩、水的三态变化。（水管冻裂、高压锅、温度计等） 口头巩固提问： 1. 水蒸气冲击叶轮，是什么能量让叶轮转动？ 2. 水受热体积会发生怎样的变化？ 3. 海水淡化主要利用水的哪两种物态变化？ 课堂 小结 今天我们完成了一次完整的科学专题研究。首先确定三个探究主题：让叶轮转起来、水遇热后体积变化与温度的关系、设计简易海水淡化装置。通过实验我们看到水受热汽化形成的水蒸气具有能量，能够推动叶轮旋转，由此推想出蒸汽机的工作原理；通过简易温度计实验认识液体热胀冷缩，温度升高，液体体积膨胀，液柱上升，理解温度计刻度的由来；海水淡化依靠水的汽化和液化得到淡水。专题研究可以查阅图书、网络搜集资料，通过实验、画草图、建构模型开展探究，最后用多种形式展示成果。实验过程要时刻注意高温器材的安全，把物态变化、热胀冷缩知识运用到解释生活现象当中。 板书设计 专题研究：物质状态或体积变化与生活 专题研究流程： 确定主题→搜集资料→实施方案（实验/建模）→观察分析→展示评价 主题1 让叶轮转起来 水→（受热汽化）→水蒸气（有能量）→推动叶轮转动 →类比：蒸汽机 主题2 水遇热体积变化 液体热胀冷缩：受热膨胀，遇冷收缩 →简易液体温度计 主题3 简易海水淡化装置 海水：汽化（蒸发）→水蒸气 →液化→淡水 安全：酒精灯、高温蒸汽，谨防烫伤 教学反思 本节课是综合专题探究课，课堂设置三个不同探究主题，学生参与实验观察的积极性较高，能够基本掌握水蒸气做功、液体热胀冷缩的实验现象与科学原理，初步了解完整专题研究的实施步骤，但是课堂时间有限，海水淡化装置只能完成草图设计，没办法当堂制作实物，部分学生类比推理能力较弱，很难自主从叶轮实验迁移理解蒸汽机原理，后续教学可以补充简短的演示视频，把海水淡化的实物模型布置成课后实践任务，增加成果展示课，给学生更多表达、动手实践的机会，进一步落实专题探究的综合能力。 1 学科网（北京）股份有限公司 $