STEM活动教案|穿衣御寒

科技   2024-10-16 17:00   江苏  

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教学目标

1、 通过实验认识到手套等物品能减少热传递。

2、 发现和理解生活中减少热传递的例子。


探究问题

为什么穿上厚厚的衣物会感觉温暖?


学习成果评价

概念

层次1

知道衣物不能产生热。

层次2

理解衣物能减少热的传递。

层次3

能列举生活中常见的用于减少热传递的物品,并说明它们是怎样减少热传递的。

探究能力

层次1

能根据实验方案完成毛衣减少热传递的实验。

层次2

能完成实验,并根据实验和所学知识推理,理解毛衣如何减少热传递。

层次3

能完成实验,并在教师的引导下根据所学知识推理,理解生活中的常见物品如何减少热传递。


教学背景

这一活动是针对学生可能具有的错误前概念“穿衣服暖和是因为衣服产生热”而设计的。衣物并不产生热,而是通过减少衣物内外的热传递来实现保温的目的。所以,如果用衣物将比外界环境热的物体包裹起来,能减缓物体降温;如果用衣物将比外界环境冷的物体包裹起来,能减缓物体升温。在本活动的探究实验中,学生将发现用手套包裹的冷水难以变热,从而摒除衣物产生热的前概念。在此基础上,通过讨论有手套和无手套两种情况下冷水与外界的热传递,来让学生理解衣物的作用是减少热传递。

在传导、对流和辐射这三种热传递方式中,衣物主要是减缓传导;如果考虑到衣物的挡风作用,那么它们也能阻碍对流;如果考虑到衣物(例如帽子)的防晒功能,那么它们也能减少辐射。在生活中,还有其他一些减少热传递的方法。例如,保温瓶胆是内部真空、涂有反光材料的双层玻璃;玻璃和瓶口的软木塞不易传导热;双层玻璃中间的夹层接近真空,削弱了需要物体才能发生的传导和对流;涂在玻璃上的反光材料能阻挡辐射;瓶胆和瓶塞将瓶内外隔离,因而阻碍了瓶内外空气的对流。


教学准备

材料:较厚的连指手套、能放进手套的小瓶(例如乳酸饮料瓶)、温度计、冷水

准备:准备好比室温冷且温度相差较大的水。



教学过程

集中话题

1、 回顾热传递的三种方式。

  • 热是通过哪些方式从一个物体传递到另一个物体、从一个地方传递到另一个地方的?

  • 放在热汤里的勺子柄会变热,在这种情形中,热是从哪里传递到哪里的?这种传递方式叫什么?

  • 空调释放的冷气在房间中运动的路径是怎样的?这种热传递方式叫什么?空气能不能传导热?

  • 太阳是通过什么方式将热传递到地球的?

2、调查学生对衣物减少热传递的前概念。

  • 寒冷的冬天,我们要增添衣物。为什么穿上衣服就不冷了呢?

  • 衣物能产生热吗?

探索与调查

1、设计手套能否产生热的实验。

(1) 引导实验设计。

  • 什么样的实验能证明衣物是否可以生热?

  • 老师给你一只手套,用它作为衣物的代表。借助这只手套,能设计出什么实验呢?

(2) 小组讨论实验方案。

(3) 学生交流和统一实验方案。

  • 你们打算怎么做?

  • 还需要哪些实验器材?

  • 什么样的实验结果说明手套能产生热?什么样的实验结果说明手套不能产生热?

  • 今天老师准备了冰冷的水和温度计,这些材料能不能实现你的想法?怎样实现?

  • 为了确保公平性,这两瓶水哪些条件必须保持一致,只有什么条件不一致?

  • 你想读取几次温度计的示数?

(4) 请学生将实验方案画在小组记录单上,并预测实验结果。

2、学生分组完成实验。给每组两小瓶同样的冷水、一只手套和两支温度计。学生将其中一瓶冷水放在手套里,再将两支温度计分别浸入两瓶水中,记录起始时刻、2、4、6分钟温度计的读数。完成小组记录单。

3、交流实验结果。

  • 两小瓶水的温度分别有什么变化?

  • 这说明手套能不能产生热?如果能产生热,两瓶水的温度应该怎样变?

4、引导学生归纳出衣物减少了衣物内外的热传递。

  • 既然衣物不能产生热,那么我们穿上衣服后感觉到的热是从哪里来的呢?

  • 衣服对这些热有什么影响?

  • 为什么“不戴手套”的冷水容易升温呢?它获得的热是从哪里来的?手套对这些热有什么影响?

回顾与解释

1、分析衣物影响了热传递的哪些方式。

  • 热传递有三种方式,衣物究竟是对哪些方式造成了影响呢?

  • 衣物里有许多孔隙,其中充满了空气。空气容易传导热吗?由此推测,衣物能不能影响传导?

  • 衣物能不能阻碍对流?怎样阻碍?

  • 衣物能不能阻挡辐射?怎样阻挡?

2、 列举生活中其他减少热传递的物品。

(1) 请学生说说他们还见过哪些用于减少热传递的物品,并分析它们影响了热传递的哪些方式。

(2) 结合保温瓶的结构图,引导学生思考保温瓶为什么能保温。



教学建议

1、 学生缺乏对保温瓶内部结构的生活经验,所以教师最好结合图片来帮助学生分析保温瓶的保温原理。

2、 提醒学生在实验中要防止手套中盛水的瓶子翻倒;但注意不能用手握住手套,以免人体温度影响实验公平性。

3、 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。

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