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4.5 热在水中的传递 教案设计
一、核心素养目标
1. 科学观念：知道热在水中是以对流的方式传递的；热可以在固体、液体、气体中传递，液体和气体的主要传热方式是热对流。
2. 科学思维：能运用分析、比较、推理的方法得出热对流的规律，对比热传导和热对流的区别。
3. 探究实践：能熟练操作热对流实验，用图形表示水的对流过程；能与小组成员合作完成探究活动。
4. 态度责任：保持对热传递现象的探究兴趣，愿意倾听他人意见，反思调整自己的想法；乐于采用新的方法完成探究。
二、教学过程
（一）科学聚焦：趣味实验，引发认知冲突
教师活动
1. 演示“开水能养鱼”实验：在一根细长的试管中加入约三分之一的水，放入一条小金鱼，用酒精灯给试管的上部加热，直到上部的水沸腾。
2. 提问：“试管上部的水已经沸腾了，为什么下部的金鱼还在自由自在地游动？这说明热在水中的传递方式与在金属中的相同吗？”
3. 引导学生思考热在水中的传递方式，引出课题。
学生活动
1. 观察演示实验，看到上部水沸腾而下部金鱼安然无恙，产生强烈的认知冲突。
2. 思考实验现象背后的原因，猜测热在水中的传递方式与金属不同。
3. 明确本节课的探究主题，产生浓厚的探究兴趣。
设计意图
1. 通过趣味实验引发学生的认知冲突，激发学生的好奇心和探究欲望，让学生主动思考热在水中的传递方式。
2. 对比热在金属中的传递，为后续探究热对流的特点做铺垫。
（二）科学探索：实验探究，观察对流
活动一：探究试管中发生的对流现象
教师活动
1. 提出问题：“给试管底部加热时，水是怎样变热的？”引导学生做出假设：热水向上运动，冷水向下运动。
2. 讲解实验步骤：
活动五在一根细长的试管中加入约三分之一容量的水，倾斜固定在铁架台上；
活动五点燃酒精灯，给试管底部的一侧加热，观察水的流动情况。
3. 强调实验安全：试管内加水不超过三分之一，防止沸腾时迸溅；加热时试管口不能对着人，佩戴护目镜。
4. 组织学生分组实验，巡视指导，提醒学生仔细观察水的流动方向。
5. 提问：“水是无色透明的，很难观察到水的流动，有什么办法可以让我们看得更清楚？”
6. 介绍感温粉末的使用方法：感温粉末常温下呈蓝色，加热后变成白色，可以通过颜色变化观察水的流动。
7. 组织学生用感温粉末重复实验：在试管中加入少量感温粉末和酒精，振荡溶解后加入水，给试管底部加热，观察颜色变化和水的流动方向。
8. 引导学生总结实验现象：加热试管底部时，白色的热水向上运动，蓝色的冷水向下运动，形成循环，最后整杯水都变成白色。
9. 讲解：“液体受热上升、遇冷下降，使冷热液体相互混合，这种传热方式叫作热对流。”
学生活动
1. 针对问题做出假设，明确实验目的。
2. 分组进行实验，给试管底部加热，观察水的流动情况，初步感知热水上升、冷水下降的现象。
3. 思考让水的流动可视化的方法，了解感温粉末的作用。
4. 用感温粉末重复实验，观察颜色变化，清晰看到热水上升、冷水下降的对流过程。
5. 分析实验现象，理解热对流的概念。
设计意图
1. 通过实验让学生初步感知水的对流现象，培养学生的观察能力和实验操作能力。
2. 利用感温粉末将无色透明的水的流动可视化，帮助学生直观理解热对流的过程，突破教学难点。
3. 让学生在实验中体验科学探究的乐趣，培养严谨的科学态度。
活动二：探究烧杯中发生的对流现象
教师活动
1. 提出问题：“如果将试管换成烧杯，给烧杯底部的一侧加热，烧杯中的水会怎样变热？”引导学生做出假设：水受热后向上流动，冷水向下流动，形成对流，使整杯水变热。
2. 讲解实验步骤：
活动五在一只大烧杯内注入约三分之一容量的清水；
活动五用滴管吸取红墨水，伸入到水下待加热的地方，挤出2滴红墨水；
活动五用酒精灯给烧杯底部的一侧加热，观察红墨水的流动方向和水的颜色变化。
3. 强调实验注意事项：滴管要伸入到水下再挤出红墨水，防止红墨水浮在水面；加热时不要用手触摸烧杯，防止烫伤。
4. 组织学生分组实验，巡视指导，提醒学生仔细观察红墨水的扩散过程。
5. 引导学生描述实验现象：加热后，红墨水随着热水向上流动，然后向四周扩散，冷水向下流动，逐渐充满整个烧杯，最后整杯水都变成红色。
6. 总结实验结论：热在水中是以对流的方式传递的，水受热后向上方运动，上方的冷水向下方运动，水的各部分之间发生相对运动，使整个容器的水都变热。
7. 对比热传导和热对流的区别：热传导是固体中热的主要传递方式，通过直接接触传递；热对流是液体和气体中热的主要传递方式，通过冷热流体的相对流动传递。
学生活动
1. 针对问题做出假设，预测烧杯中水的变热过程。
2. 分组进行实验，按照步骤操作，观察红墨水的流动方向和扩散过程。
3. 描述实验现象，分析热在烧杯中的传递方式。
4. 全班交流实验结果，共同得出实验结论。
5. 对比热传导和热对流的区别，加深对两种热传递方式的理解。
设计意图
1. 通过红墨水的扩散实验，让学生更清晰地观察到烧杯中水的对流过程，进一步理解热对流的原理。
2. 培养学生的实验操作能力和观察能力，让学生学会用可视化的方法研究不易观察的现象。
3. 通过对比热传导和热对流，帮助学生构建完整的热传递知识体系。
（三）科学研讨：交流讨论，深化理解
教师活动
1. 提出研讨问题：“热是怎样传递到水的各个部分的？”
2. 组织学生分组讨论，结合两个实验的现象进行回答。
3. 用示意图展示水的对流过程，讲解：“给水加热时，底部的水受热膨胀，密度变小，会向上运动；上方的冷水密度大，会向下运动，这样就形成了循环流动，热量随着水的流动传递到各个部分，使整杯水变热。”
4. 提问：“热在水中的传递方式与在金属中的传递方式有什么不同？”
5. 引导学生从传递介质、传递方式、传递方向等方面进行对比。
6. 总结：热在金属中主要通过热传导传递，沿着物体从高温部分传向低温部分；热在水中主要通过热对流传递，通过冷热液体的循环流动传递热量。
学生活动
1. 分组讨论研讨问题，结合实验现象描述热在水中的传递过程。
2. 观察教师展示的对流示意图，进一步理解热对流的原理。
3. 对比热在水中和金属中的传递方式，从多个角度分析它们的区别。
4. 全班交流讨论，完善对热对流的认识。
设计意图
1. 通过研讨问题，引导学生回顾实验过程，深化对热对流原理的理解。
2. 培养学生的对比分析能力和语言表达能力，让学生学会用科学的语言描述热传递过程。
3. 通过示意图将抽象的对流过程直观化，帮助学生建立清晰的认知。
（四）科学拓展：探究热在空气中的传递
教师活动
1. 提出问题：“热在水中是以对流的方式传递的，那么热在空气中是怎样传递的呢？”
2. 展示取暖器的图片，提问：“冬天打开取暖器，整个房间为什么会暖和起来？”
3. 引导学生做出假设：热空气上升，冷空气下降，形成空气的对流，使整个房间变暖。
4. 讲解：“热在空气中的传递也是通过热对流实现的。取暖器加热周围的空气，热空气密度小向上运动，周围的冷空气密度大向下运动，补充到取暖器周围，这样冷热空气不断循环流动，使整个房间的温度升高。”
5. 提问：“为什么暖气片一般安装在房间的下部，而空调的出风口一般安装在房间的上部？”
6. 组织学生分组讨论，运用热对流的原理解释这一现象。
7. 总结：“暖气片安装在下部，有利于热空气上升，形成对流，使整个房间变暖；空调出风口安装在上部，有利于冷空气下降，形成对流，使整个房间降温。”
学生活动
1. 思考热在空气中的传递方式，结合取暖器的例子做出假设。
2. 认真倾听教师的讲解，理解空气的对流过程。
3. 分组讨论暖气片和空调安装位置的原因，运用热对流原理进行解释。
4. 全班交流讨论，分享自己的观点。
设计意图
1. 将热对流的知识从液体延伸到气体，让学生认识到热对流是液体和气体共有的传热方式，完善知识体系。
2. 结合生活中的实际问题，让学生运用所学知识进行解释，提高知识应用能力和解决实际问题的能力。
（五）课堂总结：梳理知识，强化认知
教师活动
1. 引导学生回顾本节课的学习内容：“今天我们探究了热在水中的传递，谁能说说热在水中是怎样传递的？什么是热对流？热对流在生活中有哪些应用？”
2. 结合板书，梳理核心知识点：
活动五热在水中是以热对流的方式传递的；
活动五热对流：液体或气体受热上升、遇冷下降，使冷热液体或气体相互混合，传递热量；
活动五热对流是液体和气体的主要传热方式；
活动五生活中的对流现象：烧水、取暖器取暖、空调制冷等。
3. 总结：“热对流是一种重要的热传递方式，它在我们的生活中有着广泛的应用。了解热对流的规律，可以帮助我们更好地利用热，改善我们的生活。”
学生活动
1. 跟随教师的引导，回顾本节课的实验过程和结论，主动回答问题。
2. 完善自己的课堂笔记，形成清晰的知识框架。
3. 进一步理解热对流的原理和应用，巩固所学知识。
设计意图
1. 通过师生共同总结，帮助学生梳理本节课的核心知识，强化对热对流的理解。
2. 让学生认识到热对流在生活中的广泛应用，体会科学知识与生活的密切联系。
（六）课堂练习：巩固提升，查漏补缺
教师活动
1. 发放课堂练习题，要求学生独立完成，限时10分钟。
2. 学生完成后，组织同桌之间互相批改，统计答题情况。
3. 针对易错点进行重点讲解：
活动五选择题第1题：烤火时感到暖和是利用了热辐射的原理，而不是热对流；
活动五选择题第4题：暖气片安装在房间下部，是因为热空气密度小向上运动，有利于形成对流；
活动五综合题：空调出风口安装在房间上方，是因为冷空气密度大向下运动，形成对流，使整个房间更凉快。
4. 对学生掌握较好的知识点进行肯定，对薄弱知识点进行补充讲解。
学生活动
1. 独立完成课堂练习题，认真审题，仔细作答。
2. 同桌之间互相批改，标记出错误的题目。
3. 认真倾听教师的讲解，分析错误原因，及时纠正。
4. 将错题整理到错题本上，便于后续复习。
设计意图
1. 通过课堂练习及时检测学生的学习效果，了解学生对知识的掌握程度。
2. 针对易错点进行重点讲解，帮助学生查漏补缺，纠正错误认知，巩固所学知识。

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