资源简介

《跨学科实践活动6：发热袋的模拟制作》教学设计
一、课标分析
核心概念：通过模拟制作发热袋，综合运用化学、物理等多学科知识，了解物质变化过程中的能量转化，培养学生解决实际问题的能力。
具体学习内容与要求：探究发热袋中化学反应的原理，理解物质溶解或发生化学反应时的能量变化；学会根据发热需求选择合适的化学物质和材料；能够设计并制作简单的发热袋模型，并对其性能进行测试和优化。
课时定位：本实践活动是对化学知识的拓展与应用，强调跨学科知识的融合，旨在培养学生的综合素养和实践创新能力，是义务教育化学课程中落实跨学科学习理念的重要环节。
二、教材简析
课时在本单元中的定位：是第七章探索溶解现象知识的延伸与拓展，跳出传统化学知识学习范畴，将化学与生活实际紧密结合，以项目式学习的方式让学生综合运用所学知识解决实际问题。
与前后课时内容之间的逻辑关系：前承物质在水中的溶解、溶解时的能量变化等知识，为发热袋原理探究提供化学基础；同时涉及物理学科中热量传递、保温等知识，是多学科知识融合的实践应用，对培养学生跨学科思维和综合实践能力具有重要意义。
知识衔接点：联系化学中物质溶解时能量变化（如氢氧化钠溶解放热、硝酸铵溶解吸热）以及化学反应中的能量变化知识，结合物理学科中关于热传递、材料保温性能等知识，实现多学科知识的整合与应用。
三、学情分析
认知特点：学生已具备一定的化学和物理基础知识，但对于跨学科知识的综合运用能力有待提高。他们对直观、有趣且贴近生活的实践活动充满兴趣，但在将理论知识转化为实际应用以及解决实践中遇到的复杂问题时，可能会遇到困难。
已有知识基础：学生了解物质溶解过程中的能量变化，知道一些常见的放热和吸热反应，对物理中的热传递、温度等概念也有一定认识。
学习方法：学生在之前的学习中已接触过实验探究和小组合作学习方法，但在跨学科项目式学习中，如何合理分工、有效整合多学科知识以及自主探究解决问题，还需要教师引导和培养。
学习习惯：部分学生养成了较好的知识整理和复习习惯，但在主动获取跨学科知识、自主开展实践探究方面的习惯尚未完全形成。
学习兴趣：对与生活紧密相关的实践活动兴趣浓厚，渴望通过自己动手制作发热袋来验证和应用所学知识，但对活动中涉及的复杂原理和优化过程可能会产生畏难情绪。
学习优势与潜在困难：优势在于对生活实际问题有好奇心且具备一定基础知识；潜在困难是综合运用多学科知识设计和优化发热袋，以及准确解释发热袋工作过程中的原理，在跨学科知识的融合与应用上存在挑战。
四、学习目标
化学观念
深化对物质变化过程中能量转化的认识，理解化学能与热能之间的相互转化关系。
认识到化学知识在解决实际生活问题中的重要作用，建立化学与生活、技术相联系的观念。
科学思维
运用多学科知识进行分析、推理和设计，培养跨学科的科学思维能力。
通过对发热袋性能测试和优化过程，学会运用科学的方法解决实际问题，发展创新思维。
科学探究与实践
经历发热袋模拟制作的全过程，包括方案设计、材料选择、制作与测试，提高实践操作能力和科学探究能力。
学会在跨学科团队中合作交流，共同完成项目任务，培养团队协作精神和沟通能力。
科学态度与责任
培养严谨、认真、实事求是的科学态度，在实践活动中如实记录数据和现象。
增强对资源利用和环境保护的责任意识，认识到科学技术对社会发展的影响，培养社会责任感。
五、教学重点
理解发热袋的工作原理，掌握选择合适化学物质实现发热的方法。
能够设计并成功制作出简单的发热袋模型。
六、教学难点
综合运用多学科知识优化发热袋的性能，如控制发热温度、延长发热时间等。
从跨学科角度准确解释发热袋工作过程中的现象和原理。
七、教师准备
实验仪器和材料：铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石、水、滤纸、塑料袋、温度计、保温杯（用于对比实验）等，每组一套。
多媒体课件：包含发热袋工作原理动画、不同材料性能介绍、优秀发热袋设计案例等。
评价量表：用于评价学生在实践活动中的表现，包括方案设计、团队协作、实验操作、结果分析等方面。
八、学生准备
复习化学中物质溶解和化学反应的能量变化知识，以及物理中热传递等相关知识。
提前收集生活中常见发热产品的资料，了解其使用方法和特点。
准备笔、笔记本和记录实验数据的表格。
九、教学过程
教学环节 教学时长 教学流程 教师活动 学生活动 设计意图
情境导入 5分钟 展示生活中常见的发热袋、暖宝宝等产品图片，播放一段人们在寒冷天气使用发热产品取暖的视频，提问学生：这些发热产品是如何产生热量的？ 引导学生观察图片和视频，提问并倾听学生的猜测和想法。 观察图片和视频，思考发热原理，结合生活经验发表自己的见解。 从生活实际情境出发，激发学生的学习兴趣和探究欲望，引出本次跨学科实践活动主题。
知识讲解 10分钟 1. 讲解发热袋的基本工作原理，主要涉及铁生锈（缓慢氧化）过程中的放热现象，同时介绍可能用到的其他物质（如活性炭、氯化钠等）在加快反应速率方面的作用，联系化学中氧化反应和能量变化知识。2. 从物理角度讲解热量的传递和保温原理，如热传导、热辐射，以及不同材料的保温性能差异。3. 利用多媒体动画展示发热袋内部的化学反应过程和热量传递过程。 1. 结合动画和生活实例讲解原理，板书关键知识点。2. 引导学生回顾化学和物理相关知识，帮助学生建立跨学科知识联系。 1. 倾听讲解，理解发热袋工作原理，记录关键知识点。2. 回顾已学知识，思考化学与物理知识在发热袋中的应用，与同学交流讨论。 让学生系统了解发热袋工作原理，搭建跨学科知识框架，为后续设计制作发热袋奠定理论基础。
方案设计 10分钟 1. 提出设计任务：以小组为单位，设计一个能够持续发热一段时间且温度适宜的发热袋，要求写出所需材料、设计思路和制作步骤。2. 提供一些常见材料的性能资料，如不同金属粉的氧化放热性能、各种保温材料的保温效果等。3. 巡视各小组讨论情况，适时给予指导和启发，引导学生考虑多方面因素，如安全性、成本、材料易得性等。 1. 明确设计任务和要求，引导学生思考设计思路。2. 提供材料性能资料，帮助学生合理选择材料。3. 鼓励学生创新设计，提醒学生在设计中综合考虑多学科知识。 1. 小组讨论，确定设计方案，记录所需材料、设计思路和制作步骤。2. 查阅资料，根据发热袋原理和性能要求选择合适材料。3. 向教师请教问题，完善设计方案。 培养学生的团队协作能力、跨学科思维能力和创新设计能力，让学生学会运用多学科知识解决实际问题。
制作与测试 10分钟 1. 各小组按照设计方案领取材料，制作发热袋。教师巡视各小组制作过程，及时纠正不规范操作，确保实验安全。2. 指导学生使用温度计测量发热袋在不同时间的温度变化，记录数据。3. 提醒学生注意观察发热袋发热过程中的现象，如颜色变化、是否有气体产生等。 1. 协助学生领取材料，检查材料使用是否正确。2. 指导学生正确使用温度计测量温度，强调安全事项。3. 鼓励学生认真观察实验现象，如实记录数据。 1. 小组分工合作，制作发热袋。2. 按照操作规范测量发热袋温度，记录数据和观察到的现象。 锻炼学生的动手实践能力，让学生在制作和测试过程中进一步理解发热袋原理，培养学生的科学探究精神和实验操作能力。
成果展示与评价 5分钟 1. 各小组展示制作的发热袋，并汇报设计思路、制作过程、测试结果以及遇到的问题和解决方案。2. 其他小组学生进行提问和评价，教师结合评价量表进行总结评价，肯定优点，指出不足，提出改进建议。 1. 组织各小组进行展示汇报，引导其他小组认真倾听。2. 引导学生从多方面进行评价，如设计合理性、创新性、实用性等。3. 对学生的表现进行总结评价，给予鼓励和指导。 1. 小组代表进行展示汇报，回答其他小组的提问。2. 认真倾听其他小组汇报，参与评价，学习他人优点。3. 记录教师和同学的评价与建议，思考改进方向。 培养学生的表达能力、评价能力和反思能力，促进学生之间的交流与学习，通过评价进一步优化发热袋设计。
十、板书设计
跨学科实践活动6：发热袋的模拟制作
发热原理
化学：铁生锈（缓慢氧化）放热，活性炭、氯化钠加速反应。
物理：热传导、热辐射，材料保温。
设计要点
材料选择：铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石、保温材料等。
设计思路：满足发热温度、时间要求，考虑安全性、成本等。
制作步骤：混合材料、封装、测试。
4. 测试与优化
测试指标：温度变化、发热时间。
优化方向：调整材料比例、改进保温措施。
5. 成果评价
设计合理性：原理运用、材料选择。
创新性：独特设计与想法。
实用性：满足发热需求。

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