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教学目标
知道不同材料传导热的能力不同。
能列举一些导热快和导热慢的材料,如金属导热快,木头、空气、水导热慢。
能在教师的引导下理解实验设计。
探究问题
哪些材料的导热速度快?
学习成果评价
概念
层次1
认识到不同材料的导热能力不同。
层次2
通过实验认识到哪些材料导热快,哪些材料导热慢。
层次3
能列举一些导热快和导热慢的材料,并说明他们在生活中的应用。
探究能力
层次1
能根据实验设计完成小棒导热快慢的实验。
层次2
能理解小棒导热快慢的实验设计,并完成实验。
层次3
能主动性较强地设计小棒导热快慢的实验,并完成实验。
教学背景
不同材料导热快慢不同。这可以通过材料的热导率来体现。热导率高的材料导热快。金属的热导率比较高,数量级为10~100Wm-1K-1;钻石的热导率更高,可达1000 Wm-1K-1以上;陶瓷和玻璃的热导率在1.2 Wm-1K-1左右;水的热导率为0.6 Wm-1K-1;各种塑料和木材的热导率在0.01~0.1 Wm-1K-1数量级上;空气的热导率是0.025 Wm-1K-1。学生在日常生活中已经积累了关于材料导热能力的一些经验。比如,他们可能知道炒菜的铁勺的塑料把手不烫但金属部分很烫。所以,让学生认识到金属和木头的导热能力不一样并非难事。因此,这个活动的一个更重要的目标应该是让学生理解实验方案,最好能自己设计出实验方案。
不少学生会认为木头不导热。其实木头并非不导热,而是热导率很低。如果前测问卷反映学生中存在这个问题,那么在本活动中需要先行纠正,然后再比较铁棒、木棒等导热的快慢。
教学准备
材料:金属棒(铁、铝或铜等)、木棒、塑料棒等尺寸大致相同的小棒3~4根(教师可以选择学生在前测问卷第2题中提到的材料),猪油,具塑料盖的杯子,热水,保温瓶(具瓶塞),室温下的瓶塞
准备:装热水的保温瓶中需要有足够多的热水,这样才能使学生感受到瓶塞的温度高于室温下瓶塞的温度。再准备一个室温下的瓶塞。这是为了让学生认识到木头也能导热。教师也可以用两个木制的碗说明这个问题:在其中一个碗里装上热水,让学生感受这个碗的温度高于室温下的碗。
教学过程
集中话题
1、请学生填写前测问卷。
2、回顾上节课的情境,引出不同材料导热能力不同。
(1) 讨论,引导学生想到空气能传导热。
上节课我们探讨了热的传导。谁来说说什么是热的传导?
如果两个温度不同的物体不相接触,它们之间能不能发生热传导?谁能举两个物体“不相接触”,结果不能发生热传导的例子,或者演示一下?
注意:学生可能会在举出两个固体隔着空气的情况。如果没有,请教师举出这样的例子。
这两个物体之间什么都没有吗?(有空气)
空气是不是与物体接触?
热会不会先由高温物体传导给空气,再由空气传导给低温物体?
注意:如果学生对空气是否能传导热有疑惑,可以让他们想一想在气温高和气温低的环境中人体的感觉,以说明空气能传导热。
(2) 回顾前测问卷第1题,引出不同材料导热能力不同。
既然热会经过空气传导到A点(A、B点见这个活动前测问卷第1题图),而且A点比B点距离加热点更近,那么为什么我们在做实验的时候发现A点是最后才热的呢?
空气和铁相比,你认为谁的导热能力更强?
从这个例子我们可以看出,不同物体传导热的能力是不是都一样呢?
探索与调查
1、纠正木头不导热的错误前概念。
(1) 提出问题。
老师在问卷中请同学们预测了钢勺、木勺在火锅里放1分钟后会不会变热。有的同学认为它们都会变热;有些同学认为木勺不会变热,因为它不能传导热。木勺究竟能不能传导热?
(2) 请学生摸一摸热水瓶的软木塞,感觉软木塞将热传导给人体。
(3) 再摸一摸室温下的软木塞,讨论软木塞变热的过程也存在热传导。
哪个软木塞温度高?
这个软木塞为什么会变热?这个过程中有没有发生热传导?(热从水传导到水上方的空气及热水瓶内胆,然后传导到软木塞与这些空气、内胆相接触的部位,再传到软木塞的其他部位)
2、出示待预单的预测栏。告诉学生不需要排序,只需要大概地将这些材料分为导热快和导热慢两类。测的小棒,让学生认识它们,并预测不同材料小棒传导热的快慢,请学生填写实验记录
3、设计验证实验。
怎样验证你的想法?
想一想上节课我们是怎样观察热的传导的?
用火直接烧木棒行不行?有没有其他可用的热源?(引导学生设计出在热水中放小棒的方法)
注意:这里教师需要告诉学生,虽然上节课用蜡来帮助我们观察热的传递,但是如果不用酒精灯加热,蜡很难熔化。所以今天的实验使用猪油。在室温下,猪油是固态的,它比蜡容易熔化。另外,学生根据上一个活动,很容易想到将猪油涂满小棒露出水面的部分。但是过于接近水或者杯盖的猪油容易受到水蒸气或它们所传导给杯盖的热的影响,所以最好只在小棒顶端涂一点猪油。在水杯上加一个盖子,可以减小杯中上升的水蒸气对实验结果的影响、并能固定小棒。
可不可以就在小棒的顶端涂一点猪油,而不涂满整个小棒露出水面的部分?
老师还想在热水杯上加一个能让小棒穿过的盖子,你觉得这有什么用呢?
你在实验中要观察什么?记录什么?
4、学生完成实验。
5、交流实验结果。
哪些小棒顶端的猪油熔化了?
这说明哪些材料导热快,哪些材料导热慢?
学生在观察不同材料小棒导热的快慢
照片由江苏汉博教育培训中心提供
回顾与解释
1、 出示铝锅或不锈钢锅的图(锅身是金属的,锅把是塑料的),请学生想一想为什么锅身和锅把分别用不同的材料制作。
2、 讨论学生在前测问卷第2题中所提到的材料的导热能力,分享生活经验。
教学建议
1、前测问卷可在前一课的末尾完成,以便教师课后有充足的时间了解和分析学生的前概念。
2、对本活动前测问卷的说明。
问卷调查学生对不同材料的导热能力的认识。
第1题涉及三个方面的概念:1)物体的周围有空气;2)热从温度高的物体向温度低的物体传导;3)空气的导热能力很弱。从学生的回答中可以看出学生对这些概念的已知程度。
第2题考察学生对不同固体材料的导热能力的前概念。有些学生可能会认为木头不导热;也有少数学生会认为木头导热最快;教师应当关注学生对“它们不会变热的原因”的回答,这可能是后面的课程需要澄清的错误概念。这一题还问到“是否存在热的传导”、“热从哪里传到了哪里”,考察学生在活动1之后对热传导及其方向性的认识。
3、凡士林受热也能熔化,但是在本活动中,使用凡士林不如猪油效果迅速。
4、在实验中,金属棒顶端的猪油很容易熔化,但木棒、塑料棒顶端的猪油却几乎不能熔化。所以不需要等到木棒顶端的猪油熔化,教师就可以请学生暂停实验,开始交流实验结果。等到下课时,可以再观察一下是否又有一些小棒顶端的猪油熔化了。
5、如果条件允许,实验设计可以让学生自己完成。他们在实验过程中可能会遭遇挫折,但是教师可以帮助他们分析造成问题的因素(水蒸气的影响?热水的量和温度不够?),引导学生一步一步地完善实验。
6、本活动可参考的小组记录单如下:
课后小记
小编整理了一些适用于幼儿园到小学不同年级的STEM活动教案,活动内容丰富多彩、形式多样、生动有趣,教师可以整理出来进行实践。家长也可以带领孩子们一起动手做。
STEM活动教案|导体与绝缘体
STEM活动教案|灯泡里有什么
STEM活动教案|做水果拼盘
STEM活动教案|开关
STEM活动教案|有趣的磁铁
STEM活动教案|看,热在移动
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