资源简介

2021新苏教版四年级下册科学教材分析
第一单元
冷和热
一、单元设计意图
1.本单元主题的提出
人类生存在季节交替、气候变幻的自然界中。冷和热是人类最早观察和认识的自然现象之一，与冷和热有关的现象称为热现象。热作为能量的一种表现形式，与我们的生活息息相关。在远古时代，我们的祖先就学会了使用火，人类对火的认识、使用和掌握，是人类认识自然，并利用自然来改善生产生活的第一次实践，从而开创了人类的文明史；在生产力高度发达的今天，人类的生产生活仍离不开对热的利用。因此，了解、研究有关冷和热的知识，对于学生了解社会的进步和发展具有深远的意义。
冷和热作为一种常见的生活现象，学生普遍对其较为关注，并有探究的欲望，如根据天气的冷热学生会增减衣服，把压瘪了的乒乓球浸入开水里烫一下，乒乓球会重新鼓起来等。人们对冷热规律的利用，如加热、制冷、散热、保暖等，学生也有一定的生活体验，容易引发学生的学习兴趣。针对学生的这一认知需求，教材结合生活中的冷热现象，充分利用实验、数据、图示等方式，帮助学生建构温度、热胀冷缩、物态变化等科学概念，以掌握热现象中蕴含的科学道理，也为小学高年级学习热传递和水在自然界的循环等知识奠定必要的基础。
教材设计了一系列典型实验活动，这些活动新颖丰富，紧密联系生活实际，重在培养学生设计实验、动手操作、连续收集数据、绘制曲线图、分析解释、大胆想象等多项科学技能，以及严谨求实、一丝不苟的科学态度。此外，在小学阶段，学生要理解世界是物质的，物质是运动和变化的。
2.本单元对《课程标准》的落实
(1)本单元通过一系列实验、分析、讨论等活动，落实《课程标准》
中年段的课程目标。
科学知识：
测量、描述物体的特征和材料的性能；了解不同形式的能量。
科学探究：
在教师引导下，能基于所学知识，制订简单的探究计划。
在教师引导下，能依据证据运用分析、比较、推理、概括等方法，分析结果，得出结论。
科学态度：
能在好奇心的驱使下，表现出对现象和事件发生的条件、过程、原因等方面的探究兴趣。
能接纳他人的观点，完善自己的探究；能分工协作，进行多人合作的探究学习；乐于为完成探究活动，分享彼此的想法，贡献自己的力量。
科学、技术、社会与环境：
了解并意识到人类对产品不断改进以适应自己不断增加的需求；了解人类的需求是影响科学技术发展的关键因素。
(2)本单元学习内容基于《课程标准》课程内容中“物质科学领域”的中年段要求。
1.1物体具有质量、体积等特征。
能够使用简单的仪器测量物体的长度、质量、体积、温度等常见特征，并使用恰当的计量单位进行记录。
2.1水在自然状态下有三种存在状态。
知道冰、水、水蒸气在形状和体积等方面的区别。
观察并描述一般情况下，当温度升高到100°C或降低到0°C时，水会沸腾或结冰。
知道冰、水、水蒸气虽然状态不同，但都是同一种物质。
6.3.1用温度来表示物体冷热的程度，摄氏度是温度的一种计量单位。
描述测量物体或空气温度的方法；知道国际上常用摄氏度作为温度的计量单位来表示物体的冷热程度。
6.3.2加热或冷却时物体的体积会发生变化；加热和冷却也可以改变某些物质的状态。
知道一般物体具有“热胀冷缩”的性质。
知道水结冰时体积会膨胀。
描述加热或冷却时常见物质发生的状态变化，如水结冰、冰融化、水蒸发和水蒸气凝结。
3.本单元在整套教材中与其他单元的关系
4.本单元次级主题的构成及逻辑关系
本单元由《冷热与温度》《热胀冷缩》《水受热以后》《水遇冷以后》四课组成。第一课《冷热与温度》，通过回忆生活经历和课堂操作体验，知道温度的概念及计量单位，掌握温度计的使用方法，探究热水变凉的规律。第二课《热胀冷缩》，通过实验观察液体、气体、固体在受热和遇冷时体积的变化，知道绝大多数物体具有热胀冷缩的性质。第三课《水受热以后》，通过实验观察冰—水—水蒸气的变化过程，认识融化和沸腾现象，并利用曲线图分析温度变化规律。第四课《水遇冷以后》，通过实验观察水蒸气—水—冰的变化过程，认识凝结和凝固现象，并利用曲线图分析温度变化规律，进而理解冰、水、水蒸气虽然状态不同，但都是同一种物质。
本单元四课的逻辑关系如下：
二、单元教学目标
知道温度的概念和计量单位。
通过实验探究，知道绝大多数物体具有热胀冷缩的性质。
通过实验探究、数据分析，认识水的三态变化。
掌握正确使用温度计和酒精灯的方法，能合作完成热对物质影响的各类实验操作。
意识到事物的变化是有规律的，这种规律可以被人类认识和利用。
三、单元活动框架
四、课时建议
序号
课题
课时
1
冷热与温度
1
2
热胀冷缩
1
3
水受热以后
1
4
水遇冷以后
1
总课时
4
五、每课分析
第1课
冷热与温度
1.教学内容
学生在生活中或多或少对冷热现象都有一定的认识，尤其是对温度的感知，是他们在日常生活中的本能，然而这种认识较多地停留在感觉层面，容易受客观条件和主观因素的影响，与物体的实际温度存在差异。为此，本课将学生从感觉上的冷热引向可测量的温度，教学生用温度计测量温度，并探究热水变凉的规律，使学生懂得测量的重要性。本课教学内容分三个部分。
第一部分，感受水的冷热差别，形成温度的概念。教材首先安排了一个经典实验，将两手的食指分别放入冷水、热水中，5秒钟后，再同时放入温水中，比较手指的感觉。接着请学生就这个现象作出自己的解释，学生在小企鹅的追问下很快明白，光凭手指的感觉不能准确判断水的冷热程度，要想比较水的冷热需要使用科学仪器，并有统一的衡量标准。引导学生认识到：物体的冷热程度叫温度，用温度计可以准确地测量物体的温度。然后学习温度计的使用方法。
第二部分，做热水变凉实验，发现水温下降的规律。热水变凉是生活中司空见惯的现象，然而学生可能从未想过其中的规律。这一部分重在进一步加强测量水温的技能训练，培养学生的记录能力，特别是连续观察与记录的能力，并通过指导学生绘制曲线图、分析数据，引导学生发现热水温度下降先快后慢的规律，从而激发学生去观察生活中的科学现象，探究生活中遇到的科学问题。实验结束后，还可以让学生通过讨论来解释这个现象，发现这个现象是由热水与室内空气之间的温差造成的，这是培养学生科学分析和推理能力的重要环节。
在测量水温的过程中，关键是让学生掌握温度计的使用方法，即温度计的液泡应完全浸没在水中，且不能接触杯壁和杯底，读数的时候不要将温度计拿到杯外，待温度计液柱稳定后再读数。为使学生学会温度计的使用方法，可以安排学生先测量前面三杯水的温度，在操作中掌握温度计的使用方法。
第三部分，观察不同种类的温度计，认识温度计的基本结构和功能。教材最后罗列了生活中常见的几种温度计，通过观察，学生能发现这些温度计虽然在外形、结构上不同，但它们都能测量温度。在此基础上，认识各种温度计的不同特点和用途，让学生理解不同的生活场景中应该选择不同的温度计进行温度测量，选择的依据与所测量的温度范围以及特殊需求有关。
2.教学目标
通过感知水的冷热，知道用温度表示物体的冷热程度，可以用温度计测量物体的温度。
学习温度计的使用方法，能连续测量一杯热水变凉过程中的温度，并运用图表将数据记录下来。
通过分析图表，发现一杯热水变凉过程中温度变化的规律。
3.重点与难点
重点：学会正确使用温度计。
难点：在一杯热水变凉过程中连续测量温度，并发现温度变化的规律。
4.教学准备
教师材料：玻璃温度计、烧杯、铁架台、夹子、石棉网、三脚架。
学生分组材料：实验记录单。
第2课
热胀冷缩
1.教学内容
热胀冷缩是指物体受热时膨胀，遇冷时收缩的特性。固体和液体的热胀冷缩幅度比较小，在生活中不易觉察到，因而对热胀冷缩现象很多学生并不了解，对其在生活中的应用更是知之甚少。为此，教材设计了一系列既贴近生活又富有趣味的活动，带领学生探究物体受热和遇冷时体积的变化，以揭示这一科学现象。本课教学内容分四个部分。
第一部分包括两个活动。活动一，开篇借助复习旧知的方法，测量两杯水的温度，引发思考：为什么温度计放在热水中液柱会上升，放在冷水中液柱会下降？聚焦研究主题：冷和热对物体体积会产生影响。活动二，研究液体受热和遇冷时体积的变化。先由学生就“水在受热和遇冷时，体积会有什么变化”这一问题作出假设，然后根据教材提示设计出实验方案，再根据实验现象得出结论：液体受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小。
第二部分，研究气体受热和遇冷时体积的变化。学生在已有经验的基础上讨论并设计出实验方案，进而根据实验现象得出结论：气体受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小。
第三部分，研究固体受热和遇冷时体积的变化。学生根据教师提供的材料确定实验方案，由于该实验较复杂，且酒精灯是学生第一次使用，因此教师要先做演示实验，再由学生完成实验。根据实验现象得出结论：固体受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小。
第四部分，解释生活中的热胀冷缩现象，将学习和生活密切联系，巩固所学内容。
2.教学目标
通过学习与实践，掌握酒精灯的使用方法。
通过实验与分析，知道绝大多数物体具有热胀冷缩的性质。
能够运用物体热胀冷缩的性质解释生活中的一些现象。
3.重点与难点
重点：认识到液体、气体、固体都具有热胀冷缩的性质。
难点：设计实验验证液体、气体、固体具有热胀冷缩的性质。
4.教学准备
教师材料：水槽、烧瓶、胶塞、细玻璃管、高锰酸钾水溶液、气球、温度计、铜球实验装置、酒精灯、火柴。
学生分组材料：实验记录单。
第3课
水受热以后
1.教学内容
冰、水、水蒸气是同一种物质的不同状态，即固态、液态、气态，影响其状态变化的条件主要有温度和压强。学生对于生活中的冰、水和水蒸气非常熟悉，也知道它们在一定条件下可以相互转化，但对于转化的具体条件和特点并不十分清楚。本课着重从受热这一条件下，揭示冰—水—水蒸气转化过程的特点。本课教学内容分四个部分。
第一部分，交流冰、水和水蒸气之间有哪些相同和不同的地方。运用多种感官，将冰、水和水蒸气进行比较，发现三者的相同点与不同点，同时发现三者之间的联系，从而猜想冰、水和水蒸气是同一种物质的不同状态。第二部分，做冰融化的实验，观察并描述冰融化成水的过程，知道冰受热以后从固态变成液态，建立融化的概念。通过分析温度变化曲线图，认识冰融化过程中温度变化的规律。
第三部分，继续给水加热，研究水沸腾前后温度和体积的变化。在观察和描述的过程中发现：当温度升高到100°C时，水会沸腾，同时产生大量的气泡，水会变少。
第四部分，了解满壶的水烧开后产生的现象及原因。
2.教学目标
通过观察与描述，知道水受热以后形态会发生变化。
通过测量与分析，知道在一般情况下，当温度升高到100°C时，水会沸腾。
通过比较冰、水、水蒸气的相同点和不同点，知道冰、水、水蒸气是同一种物质的不同状态。
3.重点与难点
重点：了解融化和沸腾的条件。
难点：利用曲线图，分析冰融化和水沸腾过程中温度变化的规律。
4.教学准备
教师材料：铁架台、三脚架、酒精灯、石棉网、温度计、烧杯、冰块、秒表。
学生分组材料：实验记录单。
第4课
水遇冷以后
1.教学内容
本课着重从遇冷这一条件下，揭示水蒸气—水—冰转化过程的特点，帮助学生建立凝结和凝固的概念，了解生活中的凝结与凝固现象。有了前一课的学习方法，学生对本课的学习会轻松一些。在学完本课后，教师要对水的三态变化及时进行梳理，做好归纳总结，帮助学生建立起完整的概念。本课教学内容分三个部分。
第一部分，帮助学生回忆什么时候见过露水，见到露水时的气温在一天中是高还是低。通过调动学生的生活经验，聚焦凝结现象，然后做水蒸气遇冷的实验，观察并描述水蒸气遇冷以后的变化，通过讨论玻璃棒上流下来的水滴是怎样形成的，知道水蒸气遇冷后从气态变成液态，建立凝结的概念。
第二部分，研究水结冰前后温度和体积的变化。通过分析温度变化曲线图，认识水结冰过程中温度变化的规律：当温度达到0°C时，水会结冰，在结冰的过程中温度一直保持0°C不变；观察实验现象，发现水结冰后体积会膨胀。
第三部分，利用所学的知识解释生活中的凝结和凝固现象。最后帮助学生做好归纳总结，知道水在自然界中以液态、气态、固态三种状态存在，当外界温度发生变化且达到一定程度时，水会从一种状态转变为另一种状态，从而得出冰、水和水蒸气是同一种物质的不同状态。
2.教学目标
通过观察与描述，知道水遇冷以后形态会发生变化。
通过测量与分析，知道在一般情况下，当温度降低到0°C时，水会结冰。
知道水会从一种状态转变为另一种状态，并能解释生活中的一些现象。
3.重点与难点
重点：了解凝结和凝固的条件。
难点：利用曲线图，分析水结冰过程中温度变化的规律。
4.教学准备
教师材料：铁架台、酒精灯、温度计、烧杯、铝箔纸、玻璃棒、冰块、试管、试管夹、秒表。
学生分组材料：实验记录单。
六、参考资料
温度
温度是表示物体冷热程度的物理量。从微观上看，也就是从分子运动论的观点来看，温度反映组成宏观物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，是分子热运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，具有统计意义。对于单个分子来说，温度是没有意义的。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。用来量度物体温度数值的标尺叫温标，它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际通行的为热力学温标(K)，还用得较多的还有摄氏温标(°C)、华氏温标(°F)和国际实用温标。
华氏温标
华氏温标是以其发明者命名的，它是18世纪初德国人华伦海特(1686—1736)提出的历史上第一个经验温标。这种温标规定在1标准大气压下，水的冰点是32华氏度，沸点是212华氏度，其间分成180等份，每等份为1华氏度，记作1°F。包括我国在内的世界上绝大多数国家都使用摄氏温标，美国等某些英语国家使用华氏温标。
温度计的种类及工作原理
温度计是测温仪器的总称，利用物质的某些属性(如气体、液体、固体的体积，金属或半导体材料的电阻等)随温度变化的规律制成。温度计的种类有很多，使用前要了解其结构、功能以及使用方法。
气体温度计：利用气体的压强或体积随温度变化的性质制成。多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近绝对零度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。
电阻温度计：分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，利用电阻随温度变化这一特性制成。金属电阻温度计主要用铂、金、铜、镍等纯金属及铑铁、磷青铜等合金作测温物质；半导体电阻温度计主要用碳、锗等作测温物质。电阻温度计使用方便可靠，已得到广泛应用。它的测温范围为-260-1000°C。
温差电偶温度计：是一种工业上广泛应用的测温仪器，利用温差电效应制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低温测量。有的温差电偶温度计能测量3000°C的高温，有的能测量接近绝对零度的低温。
高温计：一般用来测量500°C以上温度，有光学高温计、比色高温计和辐射高温计。高温计的原理和构造都比较复杂，这里不讨论。其测温范围为500-3200°C，不适用于测量低温。
双金属温度计：它是以双金属片作为感温元件，用来控制指针。双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起，且铜片在左，铁片在右。由于铜的热胀冷缩效果比铁明显得多，因此，当温度升高时，铜片牵拉铁片向右弯曲，指针在双金属片的带动下就向右偏转(指向高温)；反之，当温度降低时，指针在双金属片的带动下就向左偏转(指向低温)。
玻璃液体温度计：利用液体热胀冷缩的规律制成。由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同，所以我们常见的玻璃液体温度计主要有煤油温度计、水银温度计、酒精温度计。它的优点是结构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉；缺点是测温范围和测量精度受测温介质的性质与玻璃质量限制，且不能远传，易碎。
压力式温度计：利用封闭容器内气体和蒸汽的压力或液体的体积随温度变化的原理制成。它由温包、毛细管和指示表三部分组成。压力式温度计的优点是结构简单，机械强度高，抗震能力强，价格低廉，不需要外部能源；缺点是测温范围有限，一般在-80-400°C，热损失大，响应较慢。
水银温度计：水银温度计是膨胀式温度计的一种，水银的凝固点是-38.83°C，沸点是356.62°C，用来测量-38-600°C范围的温度，它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度，不仅简单直观，而且可以避免外部远传温度计的误差。
热胀冷缩及其原因
热胀冷缩是因温度改变而引起的固体、液体和气体的胀缩变化。大多数物质在受热时体积会膨胀，遇冷时体积会缩小。也有少数物质，如水、锑、铋、镓和青铜等，在一定温度范围内受热时收缩，遇冷时膨胀，恰与一般物质特性相反。
热胀冷缩产生的原因是物体内的原子运动会受温度影响。温度升高时，原子振动幅度加大，物体膨胀；温度降低时，原子振动幅度减小，物体收缩。
水的反常膨胀
一般来说，同种物质温度越高，密度越小，遵循热胀冷缩规律，但是水比较特殊。水在4°C时密度最大；温度高于4°C或低于0°C时，水遵循热胀冷缩规律；温度在0-4°C时，随着温度的降低，水发生反常膨胀。温度降到0°C时水结冰，体积变大，密度变小，所以冰可以浮在水面上。寒冷的冬天，湖面封冻，湖底的水却可能保持在4°C，鱼儿可以自由自在地游动。
无缝钢轨
铺设铁轨时要留有缝隙，防止热胀冷缩。但是大家都知道高铁采用的是无缝钢轨，难道高铁的钢轨不怕热胀冷缩吗？
第一，高铁钢轨建设者们要固定钢轨，将轨道与枕木紧紧地固定住，这样一来就可以形成一部分的力量作为钢轨的内应力，进而会抵消一部分热胀冷缩产生的应力，使轨道不至于变形。
第二，建设之初，就要根据当地气象资料进行调整，得出热胀冷缩造成钢轨形变的数值区间，据此预留出热胀冷缩的形变值。
第三，在大约1.5千米以内的地方会有一个伸缩调节器，可以帮助钢轨释放因热胀冷缩产生的能量。
熔化与熔点
熔化是物质从固态变成液态的过程。在一定的压强下，晶体加热到一定温度时开始熔化。晶体在熔化过程中温度保持不变，但要从外界吸收热量。非晶体在熔化过程中不断吸热，温度不断上升，没有固定的熔化温度。晶体在一定压强下发生熔化时的温度叫作熔点。温度处于熔点时，物质固、液两态共存；温度低于熔点时，物质以固态存在；温度高于熔点时，物质以液态存在。晶体的熔点与熔化时的压强及物质的纯度有关。
凝固与凝固点
凝固是物质从液态变成固态的过程。在一定的压强下，晶体冷却到一定温度时开始凝固。晶体在凝固过程中温度保持不变，但要放出热量。非晶体在凝固过程中随温度降低逐渐失去流动性，最后变为固体，没有固定的凝固温度。晶体凝固时的温度叫作凝固点。在一定的压强下，同一种晶体的凝固点和熔点相同。
汽化和蒸发、沸腾
汽化是物质从液态变成气态的过程，有蒸发和沸腾两种形式。汽化时要从外界吸收热量。
蒸发仅发生在液体表面，在任何温度下都能发生。温度越高，暴露面越大，液面附近该物质的蒸气密度越小，则蒸发越快。
沸腾是在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。各种液体在一定压强下沸腾时都有确定的温度，这个温度叫作沸点。液体的沸点随外界压强的增大而升高，在沸腾过程中，液体不断吸收热量，但温度保持不变。
液化和凝结
液化是物质从气态变成液态的过程。液化时放出热量。液化可通过加压或冷却，或加压和冷却并用的方法实现。临界温度较高的气体可在室温下经压缩而液化，临界温度很低的气体需冷却到接近绝对零度再加压方可液化。
凝结是蒸气变成液态的过程。凝结时放出热量。降低蒸气的温度或增加其压强，可使蒸气凝结。若蒸气中存在液体，在一定温度时，当蒸气压强大于该温度下的饱和蒸气压，则从蒸气进入液体的分子数大于从液体中逸出的分子数，蒸气就会凝结，且在液体表面发生；若蒸气中无液体，蒸气就以凝结核为中心凝聚成液滴。

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