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视频标签：全国小学科学,实验教学说课
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视频课题：第五届全国小学科学实验教学说课视频《探究热在空气中的对流—暖和的房间》北京
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国小学科学实验教学说课视频《探究热在空气中的对流—暖和的房间》北京市东城区和平里第四小学小学科学
探究热在空气中的对流
北京市东城区和平里第四小学 罗炜
一、 使用教材：
出版社 首都师范大学出版社 学段 高年级段
教材名称 北京市义务教育课程改革实验材《科学》 年级 五年级
学科 科学 册次 第六册
课次 第7课 课程名称 暖和的房间
二、 实验器材：
（一） 主要实验器材
模拟房间实验箱
亚克力透明房屋的设计。
材料安全无气味，轻便易于师生搬运。非常美观、通透，有利于教师创设情境并激发学生的探究欲望。
加热器
用暖手宝来模拟房间里面的热源——暖气。
选择家用的“暖手宝”作为主要的实验材料，目的是：
1.方便加热：打开电源开关，2分钟左右就能达到暖手宝的最高温度。
2.温度适中，便于安全操作，绝不会对学生造成烫伤。保障实验每个环节的安全。
3.加热时间长，充电4小时，能够持续放热3.5小时，基本保障一天的实验用电。
烟雾发生器
借助香燃烧时放出的烟雾，将空气的流动状态表现出来，让空气“可视化”。
（二） 辅助实验器材
arduino控制板
温度传感器——获取数据
笔记本电脑
打火机
蜡烛
电热棒(教师演示实验中使用的加热器,能在短时间内升高到很高温度)
三、实验创新点：
（一）现用教材情况分析：
教材中的设计思路及我的思考如下：
1.从液体对流类比气体对流现象。
教材中利用液体进行实验，使学生直观看到热对流（如图1）；而后再到空气，因为它们都是流体，具有相似的热学性质，学生在此做类比推理，推理空气导热的方式也是热对流。
图1
而空气对流现象很难观察到，科学原理抽象难以理解。科学探究强调实证，不能仅靠推理假设，要做进一步研究。
2.用暖气验证空气对流现象不易观察。
为了进一步研究验证，教材中出现实验3，在暖气各方（如图2）分别放置点燃的香，观察烟移动方向，是运用实证验证推理
图2
它有局限之处在于：
（1）图片所示的验证实验只是在房间中的局部位置，并未显示出整个房间的空气对流；
（2）在实际操作过程中，烟雾受点燃香的影响，几个位置的烟雾都是向上升的。
（3）概念容易混淆：烟雾会向上升的主要原因是由于香燃烧的部位温度高于暖气温度，即使没有暖气烟雾依然会上升，因此实验3不能证明是暖气的作用。然而要是撤掉香，观察烟的移动轨迹又无法实现。所以实验3并不能从整体上帮助学生获取房间变暖的事实。如果教学中有学生提出质疑，教师在解决的过程中反而会干扰概念的构建。
3.实验4的设计难度、跨度很大，导致实证的环节是缺失的。
图3
实验4的要求是这样的（如图3）：请你利用循环管和其他材料设计一个实验，研究热在空气中是怎样传递的。
教材中的前3个实验都是通过现象做类比推理，需要实验4的设计环节；学生需要一个能够便于操作，便于设计的实验器材，供他们完成实验4的活动要求。所以我们设计了现在这套实验器材。这个实验箱，既能够演示教材中不易看到的暖气的实验，又能支持设计难度大的实验4环节。
（二）创新策略：
针对上述思考，我设计制作了这个小型房间模型。
1.利用实验箱能够清晰的呈现空气对流现象（如图4），学生在用水做类比推理后，不需要用香在暖气上去实验推理热空气是如何传递的，而是使用实验箱，进行实验验证环节，解决实验现象不可视问题，使实验现象直观、清晰、可见，使抽象、难于理解的科学概念变得容易理解，从而使学生构建空气对流概念。
图4
2. 突出学生主体地位，学生通过自主探究，模拟生活情境，深化学生对热对流概念的认识，从而解决生活中的实际问题，学以致用。
暖气一般都会安装在窗户或墙壁的下方，学生难以运用建构的科学概念解释这一实际问题，因此，实验箱做了精心设计，利于学生通过自主探究，明白其中道理。
实验箱的一侧上、中、下开有3个抽屉（如图5），学生可以把“暖气”放在“房间”上、中、下不同位置，观察烟雾运动路线的不同，发现“暖气”放在高处，大部分的热空气会停留在高处，热空气和冷空气会形成一个小的对流（如图6）；“暖气”放在低处，热空气和屋子里的冷空气会很快形成一个大的对流（如图8）。从而理解家中暖气放置在屋子靠下方位置，房间会尽快暖和起来。
图5实验箱的一侧上、中、下开有3个抽屉
图6暖气放在最上面的抽屉
“暖气”放在房间高处，大部分的热空气会停留在高处，热空气和冷空气会形成一个小的对流
图7暖气放在最中间的抽屉
图8暖气放在最下面的抽屉
“暖气”放在低处，热空气和屋子里的冷空气会很快形成一个大的对流
3.通过温感器，收集数据，做量化处理。
通过前一实验的探究，学生初步理解了暖气放置位置的问题。假如希望学生（例如部分小学生或者中学生）能够进一步理解，就可以利用下面的装置，利用温控装置测试出“暖气”在不同位置，让“室内”达到某个温度所用的时间，为学生提供更为有力的证据。
例如：“暖气”放在下面，“室内”提高2℃，需要3分钟左右；“暖气”放在中间，“室内”提高2℃，需要5分钟左右；“暖气”放在上面，“室内”提高2℃，需要7分钟左右。
为了在更短的时间内得到证据，我们选择用电热棒来模拟暖气。由于电热棒放热时温度很高，所以此实验活动为教师演示，将数据提供给学生。
通过引导学生对数据进行分析，使学生掌握所学的实验原理。
实验装置1：温控装置显示屏
例如，当前“室温”为21℃，当让“室温”达到22℃时，显示屏开始计时，达到24℃时，计时停止。得到的时间就是“室温”升高2℃时所需的时间。
实验装置2：温度感应器
（如图9）所示，温度感应器要悬挂在“房间”左侧靠近“地面”位置，这里是“房间”中温度相对最低的，从而模拟了人生活的活动空间，如果此处提高2℃，那么其他位置均能达到甚至高于温度感应器显示的温度。
实验1：室温为21℃，暖气放在房间上部，室内温度要从22℃升高到24℃，用时6分46秒。
实验2：室温为21℃，暖气放在房间中部，室内温度要从22℃升高到24℃，用时5分4秒。
实验3：室温为21℃，暖气放在房间下部，室内温度要从22℃升高到24℃，用时3分4秒。
四、 实验原理及实验设计思路：
（一）实验原理：
当局部空气温度升高时，将这部分热空气看成一个整体，根据克拉伯龙方程pV=nRT，这部分热空气体积增大，且又处在周围冷空气包围的环境中，这部分热空气所受冷空气给予的浮力大于自身重力，则这部分热空气上升。周围和上方的冷空气下降补充热空气上升留下的空位，从而形成空气的热对流现象。
这种发生在液体或气体中，较热部分和较冷部分之间的液体或气体通过循环流动使液体或气体空间的温度趋于热平衡的过程，称为热对流，简称对流。对流是液体和气体热传递的特有方式。
（二）实验设计思路：
在学生通过实验获取液体的传递热的方式：热对流后，探究空气传递热的方式。
第一部分：初步获取空气传递热的方式：学生通过在模拟的房间里，利用烟雾的运动使冷热空气的循环流动可视化；
第二部分：探究房间里暖气安装位置对房间温度提升的影响，加深对科学概念的了解，解决生活中的实际问题。
五、实验教学目标：
新课标对这部分内容的要求：
因此，我设定实验教学目标：
（一）学生利用模拟实验箱，开展探究活动，通过观察现象初步得出结论：空气是以对流的方式进行传递的。
（二）学生通过进一步探究暖气放置位置获取证据，分析得出结论：暖气放在房间下方热对流效果更好。
六、实验教学内容：
（一）直观看到冷暖空气在房间的流动现象，从而构建热以空气对流的形式传递：
1.实验方法：
香从实验箱子顶部插入（如图10）
图10
2. 实验现象及结论：
由于空气无色透明，不易观察，学生很难对本课的科学原理进行推理。
在学生猜想与假设的基础上，通过观察烟雾的流向，认识冷暖空气在房间的流动情况。
实验直观形象地展示了空气流动的路线，从而使学生理解房间里空气的热对流。
（二）自主探究暖气放在房间哪个位置最利于空气的对流：
1.实验方法：
学生可以自主将暖气放在“房间”的“上” （如图11）、“中” （如图12）、“下” （如图13）不同位置，观察烟雾在“房间”内的走向的变化。
图11
图12
图13
2. 实验现象及结论：
学生通过收集事实，认识到，暖气放在“房间”下方，最利于空气的对流。
七、实验教学过程：
实验教学内容 教师行为 学生行为 实验目的
（一）直观看到冷暖空气在房间的流动现象，说出房间是怎样暖和起来的 天气冷时 ，打开暖气，一会儿整个房间都会暖和起来，这是为什么呢？
空气无色透明，有什么方法，可以让大家清晰的看到空气流动的路线？
实验箱模拟房间
暖手宝模拟暖气
实验中还要注意什么？
引导学生观察烟雾流动的方向是如何循环的。
三年级时学习过热空气，热空气比空气轻，热空气会向上升。
用香，它燃烧会产生烟雾
香要从箱子顶部放入，这样可以减少点燃的香对实验的干扰。
“暖气”在底部，把香放在“暖气”上方，看烟运动的路线。
实验并记录
利用实验箱，开展实验观察活动，直观、清晰看到冷暖空气在房间的流动现象，使抽象、难于理解的科学概念变得容易理解，从而能说出空气是以对流的方式进行传递的，构建空气对流概念。
实验小结：暖气上方的空气受热上升，并沿着房顶向对面方向运动，旁边的冷空气过来补充，空气在房间里面流动起来，这样循环往复，房间就会慢慢暖和起来。
（二）探究暖气放置在屋子什么位置，可以使整个房间尽快暖和起来。 为什么暖气大都放置在房间靠下的位置？
能用实验的方法来证明你的猜想吗？
讨论，设计，实验，记录 突出学生主体地位，通过自主探究获取实证、分析实证，深化学生对热对流概念的认识，从而解决生活中的实际问题，学以致用。
引导学生观察烟雾流动的方向是如何循环的。 实验1
暖宝放在盒子下方位置，点燃的香从盒顶小孔插入。
暖气放在低处，热空气和屋子里的冷空气会很快形成一个大的对流。
引导学生仔细观察实验2与实验1 烟雾循环路线有何异同 实验2
暖宝放在盒子中间位置，点燃的香从盒顶小孔插入。
引导学生仔细观察实验3与实验1 、2烟雾循环路线有何异同 实验3
暖宝放在盒子上方位置，点燃的香从盒顶小孔插入。
暖气放在高处，大部分的热空气会停留在高处，热空气和冷空气会形成一个小的对流。
比较三组实验烟雾循环路线的异同
实验小结：因为热空气比空气轻，热空气会上升，所以暖气放置在屋子靠下方位置，房间会尽快暖和起来。
（三）通过温感器收集三种情况下的数据，做量化处理 为了进一步验证我们的结论，老师再来做一组实验。
我们让房间内温度从22摄氏度升高到24摄氏度，暖气在房间上、中、下不同位置，各需要多长时间。
暖气放在房间上方
暖气放在房间中间
暖气放在房间下方
通过温感器收集三种情况下的数据证据，做量化处理，证据更充分。
实验小结：暖气放在房间高、中、低三个不同的地方，房间变暖的时间长短不同。暖气放置在屋子靠下方位置，房间会尽快暖和起来。
八、 实验效果评价：
（一）空气的流动可视化：
在模拟房间中，空气对流从不可见到可见。通过烟雾的流动让空气传递热的过程变得可见，使学生直接收集到事实，易于学生对科学原理的理解。
（二）三个不同高度，可以自主探究的小抽屉：
模拟实验接近学生的生活实际，并考虑了学生形象思维为主的特点。学生可以自主探究，三个由低到高放暖气的地方，充分调动了学生学习的积极性和主动性。
（三）使用温感器收集数据
在学生收集事实的基础上，再通过温感器收集三种情况下的数据，做量化处理，证据更充分了。
九、补充拓展实验：
本实验装置可以就与空气相关的多个实验进行探究，可以解决三年级热空气流动形成风的实验，是一套组合教具，既避免了原来的试验箱对学生思维的限制，又节省了空间，一套器材多个用途。
（一）空气流动形成风的实验：
新课标3.3空气的流动是风形成的原因。
课标中3~4年级学习目标为：通过观察，描述热空气上升的现象。知道空气的流动是风形成的原因。 列举生活中常见的形成风的一些方法。
原有实验教具 限制学生思维发展，学生会产生质疑——烟雾只能按照设定的管道运动。
改进后实验教具 房间空间宽敞。避免了对学生思维的限制。烟雾流动不再是刻意规定好的路线，从而更具有说服力。
（三） 自主探究为什么空调要放置在墙壁上方
（四） ：
用冰模拟空调。
把“空调”分别放在“房子”一面“墙壁”的下方、中间、上方三个不同位置（如图14、15、16），观察空气流动路线有哪些变化，从而解释空调放置位置的问题。
图14 图15
图16 图17
（三）自主探究为什么冬天开窗户，冷风会迅速吹进屋子里面来：
在房子侧面安装窗户，模拟生活中开窗通风时风的流动情况。
用吹风机或者暖宝使“房子”里面变暖和。打开“窗户”，观察烟的流动路线，解释冷风迅速吹进屋子里来的原因。
图18 图19
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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