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建立科学课堂思维与概念的连贯性

------------关于热对流的教学

科学课堂思维的培养是整节课的重中之重，科学思维包括逻辑思维、实验思维和计算思维，在科学认识活动中，科学思维必须遵守三个基本原则：在逻辑上要求严密的逻辑性，达到归纳和演绎的统一；在方法上要求辩证地分析和综合两种思维方法；在体系上，实现逻辑与历史的一致，达到理论与实践的具体的历史的统一。科学认识活动的逻辑规则，既包括以归纳推理为主要内容的归纳逻辑，也包括以演绎推理为主要内容的演绎逻辑。科学认识是一个由个别到一般，又由一般到个别的反复过程，它是归纳和演绎的统一。

就《热对流》这一节课来讲，如何设计实验，如何设计问题又如何激发学生思维，如何建立整体概念，需要反复推敲。本节课着重探究液体和气体的热传递方式——热对流。液体或气体中较热部分和较冷部分通过循环流动使温度趋于均匀的过程叫热对流，即流体通过自身各部分的宏观流动实现热传递的过程。热对流产生的原因是物质的热胀冷缩。流体受热后体积膨胀，密度变小，在浮力作用下向上流动；温度低的流体密度大，在重力作用下向下流动。

本节课的教学目标有三个，第一，在观察液体和气体受热流动轨迹的过程中，归纳热对流的特点；第二，能运用热对流知识解释走马灯转动的原因；第三，能利用常见材料合作完成走马灯的制作，并确保走马灯能正常转动。本节课重点是知道热在气体和液体中传递的主要方式是热对流，难点是做热在水中和空气中的实验，理解热对流现象。教具准备水槽、小玻璃瓶、色素、木屑、酒精灯、石棉网、三脚架、线香、玻璃罩等。

【教学过程设计】

一、视频引入，聚焦对流现象

1．同学们，通过上一节课的学习，我们知道热在固体中是以热传导的方式传递热量的，那同学们谁能帮老师回顾一下，上节课第二个实验装有热水烧杯放入冷水槽中，实验现象是什么呢？（师拿出冷水槽，里面放一个装热水的烧杯）

2． 生：烧杯中的热水温度会降低，水槽中冷水的温度会上升，最后二者趋于一致。

3．为什么会出现这样的现象呢？

4．生：因为发生了热传递，热量从烧杯中的热水传递到烧杯上，再从烧杯传递到冷水中。

5.同学们回答的很好，那现在如果老师把烧杯拿出来，把烧杯中的热水倒入冷水中，还有热量的传递吗？还是热传导的方式吗？

6.生：有；不是热传导。

7．那是哪种热传递方式呢？今天我们就来探究一下热在水中的传递。

［设计意图：创设学习情境，了解学生原有认知，激发学生学习兴趣。]

二、操作与探究

（一）研究热在水中的传递

1．首先我们来探究热在水中的传递。我们要设计怎样的实验来证明呢？请同学们先来认识下老师准备的实验器材：水、酒精灯、三脚架、石棉网、火柴、蒸发皿。你能根据老师提供的实验器材设计实验证明猜想吗？请你们和小组同学讨论一下。

2．学生小组内交流，汇报研究方案：用火柴点燃酒精灯，用完后的火柴棒放在蒸发皿里。再用酒精灯给水加热，观察水受热后的变化。

3．这个办法很好。但你们想过没有，水是没有颜色、透明的液体，要想直接观察水受热后的现象会不会很明显呢？

生：不明显。师：要想清楚地看到水受热后的现象，该怎么办呢？生：可以在水里放进一些物体，借助物体来观察。举例说说，放些什么好呢？生举例：木屑、茶叶、粉笔末等。为了同学们实验方便，老师给大家准备了一些木屑。我们可以通过观察木屑的运动来了解水的流动。

4．清楚这个实验怎么操作了吗？师生梳理实验步骤：

（1）用酒精灯给水加热。

（2）仔细观察木屑在水中的运动轨迹。

（3）待观察清楚后及时在记录纸上画出线路图。

（4）观察结束，及时盖灭酒精灯。

5．你们认为在实验过程中应该注意什么呢？

生：在实验过程中我们需要注意酒精灯的规范操作。同时也有注意安全，小心烫伤。

6．学生进行实验活动，教师巡视指导。

7．汇报交流，说说木屑在水中是怎样运动的？

生：水受热以后，水中的物体都是上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停的循环运动。

8．为什么加热之后就出现了水中物体上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停循环运动的现象呢？这种现象说明了什么呢？小组同学讨论一下。

学生讨论，师指导并参与讨论。

生汇报热水上升，冷水下降。

9．师小结：加热后，底部的水受热上升，周围和上面较冷的水下降，流过来补充，被加热后又上升……就这样，冷水和热水相对流动，科学上把这种传递热的方式称为对流。（板书：对流）

10．用手指碰下杯子中的水，有什么感受？

生：水变热了。

师：热水上升就是水在传递热，通过对流，烧杯里的水温度就升高了。通过以上活动，我们知道热在水中主要是以什么方式传递的？

生：对流！

师：水属于液体，也就是说热在液体当中是以对流的方式传递的。

［设计意图：观察热在水中传递的过程，发现液体受热会上升，遇冷会下降，循环流动。该部分是研究热在水中的传递。把木屑放入水中加热，水升温后观察木屑在水中的运动情况，根据木屑的运动方向推测液体的流动方向，这是一个能够充分激发学生想象力的活动，是学生认识液体的热传递方式主要是热对流。］

（二）研究热在空气中的传递。

1．过渡：热在液体中是以对流的方式传递热的，那热在气体中又是如何传递的呢？下面我们就来研究热在空气中的传递。

2．出示实验器材：老师为大家准备了这样一些器材：塔香、玻璃杯、火柴、蒸发皿。我们可以怎么来设计这个实验呢？请大家小组讨论一下。

3．学生讨论并汇报实验设计：

（1）用火柴点燃塔香。

（2）用玻璃杯倒扣住塔香。

（3）观察烟是怎样飘动的，及时画出运动轨迹。

4．在实验过程中应该注意什么呢？

生：有注意安全，小心烫伤。

师补充：注意观察要及时仔细，实验现象开始时比较清楚，后面随着烟的增多观察效果会变差。

5．学生进行实验活动，教师巡视指导。

6．汇报交流，说说观察到了什么现象？

生：塔香受热以后，烟是上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停的循环运动。

7．以上两个实验有什么相同之处？

生：水和空气受热之后都上升，遇冷下降。

8．总结：液体或气体受热上升，遇冷下降，循环流动，使冷、热液体或气体相互混合，这种传热方式叫作热对流。热对流时，热总是由温度较高处传到温度较低处。

［设计意图：观察热在空气中的传递过程，发现气体受热会上升，遇冷会下降，循环流动。并通过对比，发现液体和气体相同的传热方式。该部分是研究热在空气中的传递。固定一支线香并点燃，用玻璃罩倒扣住，观察线香冒出的烟是怎样飘动的，根据烟的飘动方向推测气体的流动方向，从而使学生认识气体的热传递方式主要也是热对流。该实验是学生分组实验，做实验之前先讲清楚实验注意事项，火柴的正确使用方法等等。]

三、运用与拓展

1．同学们，刚刚我们知道了什么是热对流，那么我们在生活当中有没有见过热对流的现象呢？

生：风的形成里包含空气的对流；烧水时水通过对流变热；喝汤时我们会上下搅一搅，加快对流的速度，让它这个热量更快的均匀分布。

2．这是冬天我们家里常用的取暖器，你能说说它是怎样使房间变暖的？

生：靠近取暖器的空气先热，上升，周围比较冷的空气就会流过来补充，又受热上升，这样，整个屋子的空气在不断的流动过程中逐渐变暖。

3．瞧，老师今天还带来了一个特别的玩具，叫走马灯，属于灯笼的一种，但最大的不同是它会转动。走马灯为什么可以转动，背后又藏着什么秘密呢？下面我们就来尝试做一做、玩一玩，在做和玩当中思考这个问题。

4．出示制作走马灯步骤。

5．学生制作。

6．展示成品，并尝试解释一下走马灯转动的秘密。

7．观察同学们制作的走马灯,你发现了什么？

生：我发现同学们做的走马灯转动速度不一样；还有走马灯转动的方向也不太对劲。

8．你能想出什么办法来改变走马灯转动的速度和方向吗？请同学们课后尝试用身边材料动手制作一个走马灯，并探究改变走马灯旋转速度和方向的方法。

［设计意图：通过热对流知识在生活中的应用，强化学生对热对流的理解，这也是对学生技术制作能力的训练。该部分是利用身边的材料制作一个简易走马灯，并解释走马灯能转动的原因。这个环节既是本课知识点在生活中的应用，也是一次工程技术能力的训练。]

本节课的讲述中，问题的提问要分层，由简单到复杂要层层深入，不可直接提出太难的问题，如第一个实验中红色液体上升，为什么会上升，很多同学不知，所以不能提此类问题，可以等课堂结束再作为知识补充，解释热胀冷缩、密度、浮力等问题；对于实验单的展示，不要仅局限于一人的展示，可4人一小组集体展示，因为很多同学画的各不相同，只展示一人会误导学生认为自己画的不一样就不对；第一个实验做完后在揭示热对流定义时，就可以直接下定义；每次实验前先多给学生充足的思考时间，本实验要怎么做、什么样的现象等，多给学生留出思考的空间；整体几个实验的时间安排要注意，学生的分组实验时间要加长，教师的演示实验要压缩。本节课全程注重思维与概念的连贯性、一致性，分组实验和小组讨论兼具，思维冲突和思维碰撞能明显感觉到，这是本节课的成功之处。

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