1.6 我们来做“热气球”（教学设计）科学教科版四年级上册

《我们来做“热气球”》教学设计 教科版小学科学四年级上册 第一单元 第6课 一、教材和学情分析 本课是教科版四年级上册“空气”单元第6课。第4课“空气有质量吗”和第5课“一袋空气的质量是多少”让学生认识到空气有确定的质量。本课聚焦“热空气与冷空气的差异”，通过模拟制作热气球的活动，引导学生发现“热空气上升”的规律，为后续理解“风的形成”（第7课）奠定基础。 教材围绕一个核心活动展开：用大塑料袋、纸筒和蜡烛模拟制作热气球。学生在加热过程中观察袋壁温度变化、袋子膨胀现象，松手后观察袋子上升。研讨环节引导学生用“热空气上升”解释热气球的升降原理，并思考如何进一步检验。拓展环节介绍孔明灯，要求学生查阅资料了解其能停留在空中较长时间的原因，并附火灾安全提醒。教材蕴含的核心思想是：空气受热后膨胀，密度变小，热空气会上升——这就是热气球能够升空的原因。这一概念从学生生活中的直观经验出发，通过模拟实验将“不可见”的空气变化转化为“可见”的袋子变化，是典型的“化不可见为可见”的科学探究方法。 《义务教育科学课程标准（2022年版）在“物质科学领域”要求：学生能知道空气具有质量等特征，认识到空气受热后会上升，了解热空气在生活中的应用；跨学科概念“系统与模型”“能量”中要求：认识温度变化对物质状态的影响，理解热空气上升的原理及其应用。本课对应核心概念“空气的性质”及“热与温度的变化”。 在学情方面，学生已学习空气占据空间、空气有质量等性质，做过空气流动产生力量的实验（第5课），生活中见过热气球、孔明灯升空的现象，有感性认识。多数学生知道热气球能飞上天，但对原因的理解停留在“加热就能飞”的表层。部分学生可能认为“加热让空气变多了”或“热空气有魔法”。从“加热→空气膨胀→密度变小→上升”的因果链对学生来说是一个较大的思维跳跃，需要借助实验现象逐步推理。此外，使用蜡烛加热涉及明火操作，安全和规范性要求高；观察“袋子膨胀”到“推理热空气上升”之间的因果链条较长，学生可能只关注表面现象。不过，“做热气球”的主题本身具有极强的吸引力，学生兴趣浓厚，模拟实验的视觉效果明显，能有效维持探究热情。 二、教学目标 科学观念：①知道空气受热后会膨胀，热空气比同体积的冷空气轻，热空气会上升；②理解热气球利用热空气上升的原理实现升空，通过停止加热或放出热空气实现下降；③了解孔明灯的升空原理与热气球相同。 科学思维：①能基于实验观察到的现象（袋子膨胀、上升），运用分析与推理得出“热空气上升”的结论；②能从“看到现象”到“解释原因”再到“检验结论”，形成完整的科学推理链；③能运用反事实思考（“如果没有加热会怎样”）加深对因果关系的理解。 探究实践：①能利用大塑料袋、纸筒、蜡烛等材料进行模拟热气球实验，规范操作步骤；②能观察并记录加热过程中袋子的变化（温度、膨胀程度、松手后运动方向）；③能基于实验证据解释热气球升降的原因，并提出进一步检验的方法。 态度责任：①对“热空气上升”现象保持探究兴趣，乐于通过实验寻找答案；②在观察与推理中体验科学发现的乐趣，养成实事求是的态度；③了解孔明灯的火灾隐患，增强消防安全意识，认识到科学技术使用需要考虑社会责任。 三、教学重难点 教学重点：通过模拟热气球实验，观察并记录加热过程中袋子的变化，发现“热空气上升”的现象，建立“热空气上升”的科学概念。理解热气球利用热空气上升原理实现升空和下降。 教学难点：①引导学生从观察到的现象（袋子膨胀、上升）推理出“空气受热后膨胀、密度变小、所以上升”的因果关系；②帮助学生理解热气球“上升”和“下降”的完整机制——加热时热空气上升使热气球升空，停止加热后空气冷却密度变大导致下降。 四、教学准备 教师准备：①多媒体课件（含热气球升降视频、孔明灯图片、火灾安全警示视频）；②班级记录单（大白板或投屏展示用）；③演示用大塑料袋1个、纸筒1个、蜡烛1支；④热气球升降原理动画；⑤安全提示卡（每组1份）。 学生准备（每组）：①大号塑料袋1个（厚度适中，能重复使用）；②纸筒1个（用硬卡纸卷成，高约15cm）；③短蜡烛1支；④打火机或火柴（教师统一管理）；⑤湿毛巾1块（安全备用）；⑥实验记录单1份。 五、教学过程 （一）聚焦环节（5分钟） 【情境融入】本课以“热气球节的秘密”为贯穿全课的教学情境。课堂伊始，教师展示世界各地热气球节的壮观画面——上百只色彩斑斓的热气球同时升空的震撼场景。教师顺势抛出悬念：“热气球节即将在我们城市开幕，现在招募小志愿者为游客讲解热气球升空的秘密，你们想不想通过考核，成为一名合格的热气球节讲解员？”由此激发学生强烈的探究动机。 1. 视频观察与问题提出 教师播放热气球缓缓升空的视频（约30秒），提问：“你们看到了什么？热气球是怎样升上去的？”学生描述现象后，教师追问：“热气球里面有什么？是什么让它飞起来的？”学生可能回答“里面有热空气”“是火加热了空气”等，教师不急于肯定或否定，将学生的猜测记录在黑板上。 2. 前概念暴露 教师追问：“加热空气为什么能让热气球飞起来？你能解释一下吗？”学生可能提出“加热让空气变轻了”“热空气往上跑”“加热让空气膨胀了，袋子变大了就飞了”等不同猜测，教师将不同的观点都记录下来，不直接评价对错。 3. 明确探究任务 教师引导：“大家有不同的想法。到底是哪种原因？我们能不能做一个‘热气球’来验证？”出示材料：大塑料袋、纸筒、蜡烛，提问：“这些材料分别模拟热气球的什么部分？”引导学生对应：大塑料袋→热气球的球囊；纸筒→连接球囊和火焰的通道；蜡烛→加热空气的热源（模拟燃烧器）。板书课题：我们来做“热气球”。 【设计意图】以热气球视频创设真实情境，激发探究欲望。通过追问暴露学生的前概念（“变轻”“往上跑”“膨胀”），将不同的猜测记录下来，为后续实验验证提供“靶子”。将材料对应到热气球的结构，帮助学生建立“模型”意识，理解模拟实验的科学价值。 （二）探索环节（20分钟） 【情境融入】学生化身为“热气球节见习工程师”，动手制作模拟热气球，观察加热后袋子的膨胀与上升，在实验中寻找升空的答案。 1. 前概念书面诊断与实验方案设计 教师在记录单上呈现问题：“你觉得热气球能上升，是因为加热后空气发生了什么变化？请画出你的想法。”给学生1分钟时间在记录单上画图和写理由，教师巡视并请2-3位学生分享想法，将典型观点归类写在黑板上。 教师引导学生讨论实验步骤：①先让袋子处于自然状态，观察和感受；②点燃蜡烛，用纸筒罩住蜡烛；③把塑料袋罩在纸筒上方，让蜡烛的热气进入袋子；④加热一段时间后，感受袋子变化；⑤松手，观察现象。教师追问每个步骤的目的：“为什么要先感受自然状态的袋子？”（对比）“纸筒起什么作用？”（引导热气进入袋子，避免袋子直接接触火焰）“为什么要等一段时间再松手？”（让空气充分加热） 2. 安全强调 教师出示安全提示卡，逐条朗读：①不要触碰纸筒上方和袋子底部（防烫）；②蜡烛由教师统一点燃和熄灭；③每组桌上放一块湿毛巾备用；④袋子加热时间不超过30秒，避免过热熔化。教师演示一遍完整操作过程，特别强调安全细节。 3. 教师演示与关键步骤讲解 【情境线索】教师引导：“各位见习工程师，真正的热气球节上，工作人员在充气前都会先检查球囊的状态。我们也来摸一摸我们的‘球囊’，感受一下它自然状态下是什么样的？” 教师让学生触摸自然状态的塑料袋，感受温度和形状。然后点燃蜡烛，将纸筒罩在蜡烛上方，再将塑料袋罩在纸筒上。引导学生观察袋子里发生的变化。等待约10-15秒，请一位学生来触摸袋壁，描述感受。学生发现袋子变热了、袋子开始膨胀了。教师追问：“袋子为什么会鼓起来？里面发生了什么？”引导学生初步推理：蜡烛加热了袋子里的空气，空气受热后膨胀，袋子就鼓起来了。 4. 关键观察——松手现象 教师提问：“如果我现在松手，你们觉得袋子会怎样？”让学生先预测并说明理由。教师松手后，学生观察到袋子先是往上飘，然后缓缓上升。教师引导：“袋子为什么会上升？这说明里面的空气发生了什么？” 5. 分组实验 教师明确实验要求：①每组重复实验2次，确保现象一致；②每次实验由一位同学负责触摸袋壁并描述感受，其他同学观察记录；③实验后在记录单上填写观察到的现象。教师统一为各组点燃蜡烛，巡视重点关注操作是否安全规范、是否耐心等待袋子充分膨胀后再松手、是否及时记录现象。 6. 记录与初步分析 学生完成实验记录单，记录加热前后袋子的温度、大小（形状）和松手后现象。教师巡视各组记录，选择典型记录在班级展示。提问：“从加热前到加热后，袋子发生了什么变化？这些变化说明了什么？” 观察项目 加热前 加热后 袋子温度 常温 变热 袋子大小（形状） 瘡的 膨胀变大 松手后现象 — 缓缓上升 【设计意图】本环节是本课的核心。通过“演示→观察→分组实验→记录”的流程，让学生经历完整的科学探究过程。先演示再分组的做法，既保证了操作规范和安全，又让学生有充分的动手实践机会。“预测→观察→解释”的路径体现了问题驱动、探究实践、思维建构的教学模式。记录单的使用让学生将“不可见”的空气变化转化为“可见”的文字记录，是思维可视化的重要手段。 （三）研讨环节（8分钟） 【情境融入】学生用“热空气上升”的科学原理成功解释热气球升降机制，相当于通过了“讲解员考核”。 1. 整理实验现象 教师引导回顾：“实验中，你们看到了哪些现象？”学生回答：袋子变热了、袋子鼓起来了、松手后袋子上升了、过一会儿袋子又降下来了。教师将这些现象按顺序写在黑板上：加热→袋子变热→袋子膨胀→松手后上升→过一会儿下降。 2. 推理因果链 教师追问：“袋子为什么会鼓起来？是什么让袋子变大了？”引导学生推理：蜡烛加热了袋子里的空气→空气受热后体积膨胀→袋子被撑大了。继续追问：“膨胀后的空气和原来的空气有什么不同？”引导学生认识到：空气受热后体积变大了，但重量没有增加，所以同样体积的热空气比冷空气“轻”——密度更小。得出结论：热空气比冷空气轻，所以热空气会往上升。 教师在黑板上画出完整的因果链条：蜡烛加热→空气受热膨胀→热空气密度变小→热空气上升→带动袋子一起上升。 3. 解释热气球升降 教师提问：“现在你能解释真正的热气球是怎样上升和下降的吗？”引导学生运用“热空气上升”的原理：上升——燃烧器加热球囊内的空气→球囊内空气受热膨胀→热空气上升带动球囊升空；下降——停止加热→球囊内空气逐渐冷却→密度变大→热气球慢慢下降。 4. 深化理解——反事实思考 教师追问：“如果没有蜡烛加热，袋子会上升吗？为什么？”学生回答：不会，因为没有加热就没有热空气，没有热空气就不会上升。教师继续追问：“实验中袋子上升后又慢慢下降，这又是怎么一回事？”引导学生理解：袋子中的空气慢慢冷却，不再是“热空气”了，所以不再上升。 5. 拓展思考——怎样让热气球停留更久？ 教师提问：“怎样让我们做的‘热气球’在空中停留更久？”学生讨论后提出：持续加热、用更大的袋子、用更轻的袋子材料等。教师引导：“真正的热气球是怎么做到在空中停留的？”（持续燃烧加热，保持球囊内空气温度。） 【设计意图】研讨环节是本课思维发展的高峰。通过“整理现象→推理因果→解释升降→反事实思考→开放拓展”五个层次的递进，帮助学生从“看到现象”走向“建立解释”再到“运用解释”。因果链条的板书将推理过程可视化，帮助学生理解从现象到本质的逻辑路径。“怎样让热气球停留更久”的开放性问题培养了学生的工程思维。 （四）拓展环节（7分钟） 【情境融入】小志愿者们，恭喜你们通过了热气球讲解员考核！现在有一个特别任务——热气球节上有一位来自中国的游客问：“孔明灯和热气球有什么关系？”你们能用学过的知识为他讲解吗？让我们一起穿越回1700年前…… 1. 介绍孔明灯与结构分析 教师出示孔明灯图片或视频，介绍：孔明灯是中国古代的伟大发明之一，传说由诸葛亮发明，用于军事通信。它的升空原理和热气球是一样的。引导学生分析孔明灯结构：灯下方的燃料点燃后产生热空气（相当于蜡烛）；灯罩（纸罩）收集热空气，相当于塑料袋；当灯内热空气产生的升力大于灯本身的重量时，孔明灯就升空了。孔明灯能在空中停留较长时间，是因为燃料持续燃烧，不断加热灯内空气。 2. 安全教育——孔明灯的危害 教师出示孔明灯引发火灾的新闻图片或视频，引导学生讨论：孔明灯虽然很美，但它有严重的火灾隐患。孔明灯飘到哪里无法控制，如果落在树林、房屋、加油站等地方，可能引发火灾；很多城市已经禁止燃放孔明灯。教师总结：我们在享受科学技术带来便利的同时，也要考虑安全问题。孔明灯的火灾隐患告诉我们：使用科学原理时必须注意安全。 3. 检验与拓展 教师提问：“怎样进一步检验‘热空气上升’这个结论？你们能设计一个额外的实验吗？”学生可能提出的检验方法：①在袋子上方开一个小孔，让热空气从小孔流出，在孔上方放一条纸带看是否被吹动；②用纸风车放在袋子口上方，看热空气能否让风车转动；③用两支温度计，一支放在蜡烛上方，一支放在旁边，比较温度。教师鼓励学生在课后选择一种方法继续探究。 【设计意图】孔明灯的介绍将科学知识与传统文化相结合，同时通过安全教育渗透“科学、技术、社会、环境”（STSE）的理念。安全教育不是简单的“禁止”，而是引导学生理解“为什么有危险”，培养理性判断能力。“怎样检验”的开放性问题培养学生的实证意识：一个结论需要通过多种方法反复检验才能确认。将课堂所学延伸到课外，保持学生的探究热情。 六、教学评价 （一）课堂表现评价 评价维度 评价标准 ★★★ ★★ ★ 科学观念 能正确解释“热空气上升”的原理，并说明热气球升降的原因 解释完整清晰 能解释但不够完整 需进一步理解 探究实践 能规范操作模拟实验，仔细观察并记录现象 操作规范，记录详实 能完成但记录不全 操作或记录不足 科学思维 能基于实验现象进行推理，建立因果链条 推理逻辑清晰 能推理但需引导 推理能力需提升 态度责任 积极参与实验，注意安全，了解孔明灯危害 积极主动，安全意识强 基本参与，注意安全 参与度或安全意识不足 （二）作业设计 类型 作业内容 设计意图 基础性作业 ①用文字和示意图描述“加热塑料袋”的实验过程和观察到的现象；②用自己的话解释热气球为什么能上升和下降。 巩固核心概念和实验技能，检验学生对“热空气上升”原理的理解和表达能力。 拓展性作业 ①查阅资料，了解孔明灯的发明历史，写一篇100字左右的介绍；②设计一个实验来证明“热空气确实会上升”（不同于课堂实验的方法），画出实验方案。 培养资料查阅能力和实验设计能力，将课堂所学延伸到课外，促进知识迁移和创造性思维。 第 页，共 页 学科网（北京）股份有限公司 $