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第十四章 第2节 《热机》
——教-学-评核心素养一体化教案
一、教学目标
物理观念：形成内能可以转化为机械能的观念，知道热机是将内能转化为机械能的机器，了解热机的工作原理和常见类型，能用相关知识解释生活中热机的工作现象。
科学思维：通过分析热机的工作过程，培养逻辑推理能力；能从能量转化角度对热机工作过程进行建模，提升模型建构思维。
科学探究：经历对热机工作过程的探究，学会观察、分析和归纳，提高提出问题、解决问题的能力。
科学态度与责任：认识热机在社会发展中的作用，培养实事求是的科学态度，增强对能源利用和环境保护的责任感。
二、教学重难点
教学重点：热机的工作原理，四冲程汽油机的工作过程及各冲程的特点。
教学难点：四冲程汽油机工作过程中能量的转化，对热机工作过程的动态理解。
三、教学方法与教学道具素材
教学方法：讲授法、实验法、讨论法、多媒体辅助教学法。
教学道具素材：多媒体课件（包含热机工作视频、动画等）、自制单缸四冲程汽油机模型、演示用酒精灯、带有活塞的玻璃管、硝化棉等。
四、教学过程
新课导入（5分钟）
生活场景导入：播放一段汽车在公路上行驶、轮船在海上航行、飞机在天空翱翔的视频。提问：同学们，这些交通工具都能快速移动，它们运动的能量来自哪里呢？引导学生思考这些交通工具的动力来源与能量转化的关系。
设计意图：通过熟悉的生活场景视频，激发学生的学习兴趣，引发学生对热机相关问题的思考，自然引出新课。
及时性评价：对积极回答问题的学生给予肯定，如“你的观察很敏锐，思考角度也很准确”。
知识讲解与活动环节（30分钟）
活动一：演示实验探究内能转化为机械能（8分钟）
教师演示：在带有活塞的玻璃管底部放置少量硝化棉，用酒精灯对玻璃管加热。观察现象，提问：当加热一段时间后，大家看到了什么？为什么会出现这种现象？
学生观察并回答：活塞被推出，硝化棉燃烧。因为酒精燃烧产生的内能使空气温度升高，空气膨胀对活塞做功，将内能转化为活塞的机械能。
设计意图：通过直观的实验，让学生亲身体验内能转化为机械能，为理解热机工作原理奠定基础。
及时性评价：表扬观察仔细、回答准确的学生，如“你对实验现象观察得非常细致，分析也很到位”。
活动二：认识热机及工作原理（8分钟）
多媒体展示：展示各种热机的图片，如蒸汽机、汽油机、柴油机等，介绍热机的定义：利用内能做功的机械。引导学生思考热机是如何将内能转化为机械能对外做功的。
小组讨论：组织学生分组讨论热机工作的大致过程，教师巡视各小组，倾听讨论情况并适时引导。
小组代表发言：各小组派代表阐述小组讨论结果，教师总结并讲解热机工作原理：燃料燃烧释放内能，通过工作物质（如气体）膨胀对外做功，将内能转化为机械能。
设计意图：通过图片展示和小组讨论，培养学生的观察能力、合作交流能力和归纳总结能力。
及时性评价：对各小组的讨论成果给予评价，如“这个小组讨论很积极，思路也很清晰，对热机工作原理的理解有了初步的认识”。
活动三：探究四冲程汽油机的工作过程（14分钟）
多媒体动画展示：利用动画详细展示四冲程汽油机的工作过程，依次介绍吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在展示过程中，暂停动画，提问学生每个冲程的特点，如活塞的运动方向、气门的开闭情况、能量转化等。
模型演示：教师利用自制单缸四冲程汽油机模型，边演示边讲解，加深学生对各冲程的直观印象。
学生模拟：请几位学生上台，分别模拟四冲程汽油机的不同部件，演示汽油机的工作过程，其他学生观察并指出模拟过程中的要点和不足。
设计意图：通过多种方式，让学生深入理解四冲程汽油机的工作过程，培养学生的观察、实践和分析能力。
及时性评价：对上台模拟的学生给予鼓励和指导，如“你对汽油机工作过程的模拟很生动，某些细节如果能再注意一下就更完美了”，对观察认真、能指出问题的学生也给予表扬。
典型例题讲解（10分钟）
例1：一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min ，该汽油机每秒钟内完成多少个冲程？对外做功多少次？
分析：首先明确飞轮转2圈完成一个工作循环，一个工作循环包括四个冲程，对外做功1次。已知飞轮转速1200r/min = 20r/s ，即每秒飞轮转20圈。因为飞轮转2圈完成4个冲程，所以每秒完成冲程数为20×2 = 40个；又因为每2圈对外做功1次，所以每秒对外做功次数为20÷2 = 10次。
解答：解：飞轮转速1200r/min = 20r/s ，每秒完成冲程数：20×2 = 40（个）；每秒对外做功次数：20÷2 = 10（次）。答：该汽油机每秒钟内完成40个冲程，对外做功10次。
设计意图：通过典型例题，帮助学生巩固四冲程汽油机工作过程中冲程数、做功次数与飞轮转速的关系这一重要知识点。
课堂小结（5分钟）
一、热机
1. 定义：利用内能做功的机械。
2. 工作原理：燃料燃烧释放内能，通过工作物质膨胀对外做功，将内能转化为机械能。
二、四冲程汽油机
1. 工作过程
（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合物。
（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩混合气体，机械能转化为内能。
（3）做功冲程：进气门和排气门都关闭，火花塞点火，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。
2. 能量转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能。
课后作业
基础性作业：完成课本上相关练习题，如描述四冲程汽油机各冲程的特点和能量转化；查阅资料了解柴油机与汽油机工作过程的异同点。
拓展性作业：调查生活中常见热机的应用，分析其对环境的影响，并提出一些合理的节能减排建议，以手抄报或小短文的形式呈现。
五、教学反思
在教学过程中，通过生活场景导入和实验演示，有效激发了学生的学习兴趣，但在小组讨论环节，部分学生参与度不高，需要在今后教学中进一步引导和组织。对于四冲程汽油机工作过程这一难点，虽采用多种方式进行讲解，但仍有部分学生理解困难，后续应加强对这部分学生的个别辅导，设计更具针对性的教学活动。同时，在教学中应更加注重联系实际，引导学生用所学知识解决生活中的问题，培养学生的应用能力。
六、教学评价
及时性评价：在教学过程中，通过对学生回答问题、参与实验、小组讨论等表现及时给予表扬、鼓励或指导，如“你回答得很有创意”“你的实验操作很规范”等，增强学生的学习积极性和自信心。
达成性评价：通过课堂提问、典型例题解答、课堂小结等方式，检测学生对热机工作原理、四冲程汽油机工作过程等知识的掌握情况；通过学生在活动中的表现，评价学生的科学探究能力、科学思维能力等核心素养的达成情况。例如，根据学生对例题的解答，判断学生对相关知识点的理解和应用能力；观察学生在模拟汽油机工作过程中的表现，评价其对汽油机工作过程的理解程度。
评价结果反馈与教学调整：根据达成性评价结果，对于学生普遍掌握较好的知识点，可适当减少后续复习时间；对于学生理解困难的内容，如能量转化的细节，在后续教学中可增加相关练习或补充更多实例进行讲解。针对学生在小组讨论中参与度不高的问题，调整小组分组方式或优化讨论问题的设计，提高学生的参与度和讨论效果。

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