铁轨会变长吗教学设计及课堂实录

第七单元 7.4 热膨胀（2）

执教：上海市长宁区江苏路第五小学 田宇捷

一、教学任务分析

本节课是上海科技教育出版社《自然》教材三年级第一学期《热传导与热胀冷缩》单元的第四课时。属于《上海市小学自然课程标准》（试行稿）“物质世界”领域中“能的表现形式”主题下“热”的第二阶段学习内容。通过本节课的教学，需达到“知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩”的要求。使学生初步了解各种金属都有热胀冷缩的性质；不同的金属热胀冷缩的程度不同；并能应用热胀冷缩的知识解释生活中的一些现象。

在学习本课时内容前，学生已在平时的日常生活中已经接触过各种热现象，知道产生热有多种方式。通过本单元前三课的学习，学生已经知道热的三种传递方式；知道空气、水都有热胀冷缩的性质，遇热体积会变大、而遇冷体积会变小；初步学习了如何使用火柴及酒精灯。这些基础知识与技能为本节课开展实验探究、解释交流等教学活动，进一步探究固体的热胀冷缩的性质打下基础。而本节课作为单元的最后一课时，应承担对关于物体热胀冷缩的知识加以总结与应用的功能。

本校三年级学生在本单元的学习中，学习了如何使用火柴点燃酒精灯，为本节课实验探究“观察铜球加热和冷却后的变化”做好了一定的技能基础，教师仍需强调使用酒精灯的规范性，以及做好安全实验的提醒。授课班级的学生对于“数字化信息系统DIS”较为陌生，从未接触也从未使用过，对于“比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度”的实验，本节课采用教师演示的方式，教师需思考如何简化实验，缓解学生对于实验装置的理解难度。授课班级学生学习热情较为高涨，有一定的逻辑推理能力，有助于实现对于“观察到什么现象”、“说明了什么”、“可以归纳出什么结论”等方面的探讨，以及科学探究的过程的进行。

本节课经历实验探究“观察铜球加热和冷却后的变化”、观察演示“比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度”、解释交流“生活中的热胀冷缩的现象”的过程，从“知道铜球会受热膨胀、遇冷收缩”，到“知道铜丝和铁丝受热膨胀，知道不同的金属受热膨胀的程度不同”，到“知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩，这种现象有时会对生活造成影响”，层层递进；在综合液体和气体有热胀冷缩的性质的知识的基础上，落实“知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩”的学习要求。

本节课选用较为直观的铜球穿铁环的实验器具、以及DIS指针显示界面作为学生开展实1

验探究的载体，激发学生探究固体材料热胀冷缩性质的兴趣；选用高压电线、铁轨、路面、桥梁这些学生生活中常见的物体，引导学生利用所学的知识进行解释说明；将生活中热胀冷缩的现象分为防范与应用两个方面，在对生活有影响的热胀冷缩现象的认识基础上，引发学生对“热胀冷缩有无可被人们利用的地方”的思考，激发学生课后继续探究的兴趣，初步形成对事物的两面性的感性认识。

二、教学目标

1．经历观察铜球加热和冷却后的变化的过程，感受科学探究的一般过程，感受放大的研究方法，知道铜球受热膨胀、遇冷收缩。

2. 经历比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度的过程，感受控制变量的思想方法，知道铜丝和铁丝受热膨胀，知道不同的金属受热膨胀的程度不同。

3. 通过用热胀冷缩的知识解释生活中的一些现象，提高运用所学知识解决实际问题的能力，知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩，这种现象有时会对生活造成影响。

三、教学重点和难点

重点：了解固体受热膨胀、遇冷收缩。

难点：比较不同固体受热膨胀的程度。

四、教学资源

1. 学生实验器材：铜球、铁环、酒精灯、火柴、废液缸。

2. 演示实验器材：自制DIS热胀冷缩实验装置（含力传感器，铜丝、铁丝，底座、支架，数据采集器，计算机），蜡烛、火柴、废液缸。

3. 自制PPT课件、自编课后探究小任务单等。

五、教学设计思路

本节课主要包括三个方面内容：一是实验探究“铜球是否会受热膨胀、遇冷收缩”，建立铜球受热膨胀、遇冷收缩的认识。二是观察演示“比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度”，建立不同金属受热膨胀的程度不同的认识。三是解释交流“生活中的热胀冷缩的现象”，初步建立对生活中有许多物体受热膨胀、遇冷收缩，有时会对生活造成影响的认识。

本节课的基本思路是：复旧引新→实验探究→解释应用。从复习“液体、气体会受热膨胀，遇冷收缩”作为引入，引发学生对固体是否也会受热膨胀，遇冷收缩的思考。对“铜球是否会受热膨胀、遇冷收缩”、“不同金属受热膨胀的程度是否相同”进行实验探究，充分经历科学探究的过程，得出“铜球会受热膨胀、遇冷收缩”、“不同金属受热膨胀的程度不同”2

的结论。利用所得到的结论，解释生活中不同季节的高压电线，有缝隙的铁轨、路面、桥梁等现象，感受生活中的各种热胀冷缩的现象，及其产生的影响。

本节课要突出的重点是：了解固体受热膨胀、遇冷收缩。方法是：（1）使用科学研究的思想方法，创设实验探究的条件。一是使用放大的研究方法，借助铜球是否能穿过铁环，来显现铜球体积的变化，从而为学生探究铜球是否会受热膨胀、遇冷收缩，创设实验探究的条件。二是使用转化和模拟的研究方法，借助DIS力传感器，将受热膨胀转化为受力的变化，来显现铜丝和铁丝受热膨胀的过程；借助橡筋的拉伸，来模拟铜丝和铁丝的膨胀，帮助学生避开金属丝绷紧连接在力传感器上，受热膨胀、力变小等抽象的思维过程，避开力的概念，较为直观地观察金属丝受热膨胀的现象及比较受热膨胀的程度。（2）实验探究与生活现象的解释相结合，从铜球，到铜丝、铁丝，到生活中的高压电线、铁轨、路面、桥梁，逐步扩充学生所探讨的会受热膨胀、遇冷收缩的固体的范围，逐步建立生活中有许多固体有热胀冷缩的现象的认识，从而突出本节课的重点。

本节课要突破的难点是：比较不同固体受热膨胀的程度。方法是：自主搭建实验装置，使用DIS力传感器来显现金属丝受热膨胀的现象以及膨胀的程度。选择相同规格的铜丝和铁丝，使铜丝和铁丝交叉放置，在交叉位置的下方放置高度适中的蜡烛，并用透明塑料圆筒遮挡风的扰动，由此近似对受热对象、及加热条件进行控制变量。使用DIS数字化实验器材开展探究实验，解决了固体材料热胀冷缩现象不明显的问题。在DIS数字或曲线显示方式的基础上，改进为“指针偏转+数字显示”的实验界面显示方式，符合学生直观认知的方式，有效化解了教学难点。

本节课的亮点有三个方面：一是注重引导学生经历科学探究的一般过程。针对“固体是否会受热膨胀、遇冷收缩”，学生提出猜想，利用所给器材设计实验过程，进行实验、记录、分析、归纳；针对“不同物体受热膨胀的程度是否相同”的思考，师生着重探讨如何对实验进行控制变量，对实验进行观察、比较分析、归纳结论。二是注重科学研究的思想方法的无痕渗透。涉及放大的研究方法，借助铜球是否能穿过铁环，来显现铜球体积的变化；转化的研究方法，借助DIS力传感器，将受热膨胀转化为受力的变化，来显现铜丝和铁丝受热膨胀的过程；模拟的研究方法，借助橡筋的拉伸，来模拟铜丝和铁丝的膨胀。三是所使用的DIS实验“比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度”的实验装置属自我设计与搭建，在DIS热胀冷缩拓展实验研究铜丝的受热膨胀现象的基础上，使用铁丝和铜丝，研究铜丝和铁丝受热膨胀的现象及膨胀的程度；并对实验界面进行了改良，贴近了小学生的思维认知。

3

六、教学流程

1. 教学流程图

2．流程图说明

活动Ⅰ

实验探究——观察铜球加热和冷却后的变化

基于关于“液体、气体会受热膨胀，遇冷收缩”的回顾，引发学生对“固体是否会受热膨胀，遇冷收缩”的思考。引导学生利用教师所给的器材，经历“提出猜想、实验探究、分析归纳”的过程，探究铜球是否会受热膨胀，遇冷收缩。

活动II 观察演示——比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度

基于观察拉伸的橡筋“受热膨胀”时的DIS实验界面，帮助学生建立金属丝“受热膨胀”与实验现象的联系。经历讨论所需控制的实验条件、观察实验演示，以及分析归纳的过程，比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度。

活动III 解释交流——生活中的热胀冷缩的现象

选取教材中夏天和冬天的高压电线图片，留有缝隙的铁轨、路面、桥梁图片，铁棒经历迅速热胀冷缩后的实验现象的视频，经历观察、解释、交流的过程，引导学生尝试用热胀冷缩的知识对生活中的这些现象进行解释。

3. 教学主要环节

本节课分为三个主要的教学环节。

第一环节，实验探究“铜球加热和冷却后的变化”。经历提出猜想、实验探究、分析归纳的过程，落实“感受科学探究的一般过程，感受放大的研究方法，知道铜球受热膨胀、遇冷收缩”的目标。

第二环节，观察演示“比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度”。经历观察拉伸橡筋“模拟受4

活动III 解释交流

生活中有许多物体受热膨胀、遇冷收缩

活动I 实验探究

铜球受热膨胀、遇冷收缩

活动II 观察演示

不同的金属受热膨胀的程度不同

热膨胀”时的DIS实验界面、讨论所需控制的实验条件、观察演示实验现象、分析归纳结论的过程，落实“感受控制变量的思想方法，知道铜丝和铁丝受热膨胀，知道不同的金属受热膨胀的程度不同”的目标。

第三环节，解释交流“生活中的热胀冷缩的现象”。经历观察夏天和冬天的高压电线图片，留有缝隙的铁轨、路面、桥梁图片，铁棒经历迅速热胀冷缩后的实验现象的视频，并用热胀冷缩的知识进行解释的过程，落实“提高运用所学知识解决实际问题的能力，知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩，这种现象有时会对生活造成影响”的目标。

七、教学过程

活动I 实验探究——观察铜球加热和冷却后的变化

活动目标：

经历观察铜球加热和冷却后的变化的过程，感受科学探究的一般过程，感受放大的研究方法，知道铜球受热膨胀、遇冷收缩。

学生活动流程

教师指导要点

1.猜想：固体是否会受热膨胀，遇冷收缩？

* 复习液体、气体会受热膨胀，遇冷收缩。

2.观察：加热后铜球的体积变化。

3.讨论：如何利用所给器材，探究铜球是否会受热膨胀，遇冷收缩。

4. 交流：实验方案及判断依据。

5. 观察：实验注意事项与酒精灯的使用规范。

6. 实验：探究铜球是否会受热膨胀，遇冷收缩。

7. 交流：实验现象、分析的结果、归纳的结论、自评结果。

8. 小结：一般情况下，物体会受热膨胀，遇5

引导学生思考固体是否也会受热膨胀，遇冷收缩，进行猜想。

*教师在实物投影仪下加热铜球，引导学生发现用肉眼难以观察到铜球的体积有无变化。

*教师介绍所提供的器材。

*引导学生关注：加热与冷却的方式；判断铜球是否会受热膨胀，遇冷收缩的推理过程。

*指导学生小组使用火柴点燃酒精灯，注意学生的安全。注意给予学生记录活动单与进行小组自评的时间。

*学生通过探究实验，归纳出铜球会受热膨

冷收缩。

胀，遇冷收缩。教师在其基础上，引申至一般情况下，物体会受热膨胀，遇冷收缩。

活动II 观察演示——比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度

活动目标：经历比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度的过程，感受控制变量的思想方法，知道铜丝和铁丝受热膨胀，知道不同的金属受热膨胀的程度不同。

学生活动流程

1. 观察：拉伸橡筋模拟“受热膨胀”时的DIS实验界面。

2. 讨论：比较不同物体受热膨胀的程度，所需控制的实验条件。

教师指导要点

*略去繁琐难理解的传感器原理，用橡筋的拉伸模拟将要研究的金属丝的膨胀，对应实验界面的显示，帮助学生清楚是通过观察指针是否向外偏转，来显示物体是否膨胀。根据指针偏转的幅度，来显示物体膨胀的程度。

*引导学生感受控制变量的思想方法。控制加热条件，学生只要有所感觉即可，控制加热条件的方式由教师直接说明。

3. 观察：比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度。

*由教师演示。

4. 交流：实验现象与结论。

5. 小结：不同的物体热胀冷缩的程度不同。

*学生通过演示实验，归纳出铜丝和铁丝受热膨胀的程度不同。教师在其基础上，引申至不同的物体热胀冷缩的程度不同。

活动III 解释交流——生活中的热胀冷缩的现象

活动目标：通过用热胀冷缩的知识解释生活中的一些现象，提高运用所学知识解决实际问题的能力，知道一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩，这种现象有时会对生活造成影响。

学生活动流程

1.观察：教材中两幅图中高压电线的不同。

2.交流：两幅图中的电线为什么会有不同。

*引导学生在描述两幅图中树木的不同，以及

高压电线的不同的基础上，将现象与热胀冷缩对应进行解释，高压电线在夏天受热膨胀变长而松弛下垂、冬天受冷收缩拉紧。

教师指导要点

3.观察：留有缝隙的铁轨、路面、桥梁图片。

*教师告知图中显示的缝隙是三张图片的共6

同点，引导学生思考为什么铁轨、路面、桥梁背面都留有缝隙。

4. 交流：铁轨、路面、桥梁留有缝隙的原因。*学生观察图片，可能会简单地说明是因为热5. 观察：铁棒经历极速热胀冷缩后的实验现象。

6.归纳：铁轨、路面、桥梁受热会膨胀，冷却后会收缩。在铁轨的连接处留有缝隙、在路面、桥梁背面留有缝隙，能缓解热胀冷缩引起的变形问题。

7. 课后探究作业：探究小任务—热胀冷缩现象的利用。

胀冷缩，但对为什么留有缝隙，而不是加固，没有直观认识。引导学生通过观察视频，直观体会若无适当的空间提供物体胀缩，则有可能产生使得物体发生变形甚至损坏的后果。

*教师补充说明：生活中的许多物体都有热胀冷缩的现象，当膨胀或收缩时，若无适当的空间提供它们胀缩，有可能会使得物体发生变形甚至损坏，人们在连接处留有缝隙来缓解变形或损坏的发生。

*教师说明探究小任务：研究对象是双金属片。探究小任务分为阅读“认识双金属片”小资料，合作完成“观察双金属片的热胀冷缩”小实验，阅读“双金属片温度计、启辉器”小资料三个小任务。双金属片到老师处领取，小组1周时间内完成。

八、板书设计

7.4 热膨胀（2）

不同的物体热胀冷缩的程度不同。

一般情况下，物体受热膨胀，遇冷收缩。

九、活动评价与记录单

7.4 热膨胀（2）

班级：___________ 第_______小组 记录员：_________ 小组评价单

*完成活动I的实验单记录后，对小组达成活动要求的情况进行“自评”。若符合要求，在“自评”一栏中为小组评上一颗。

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活动要求

1 2 3 规范操作，注意安全

观察现象，及时记录

分析现象，归纳结论

实验记录单

活动I 实验探究——观察铜球加热和冷却后的变化

1. 记录现象：

小组自评

铜球加热后，

（能/不能）通过铁圈。说明铜球体积

（变大/变小）。

铜球冷却后，

（能/不能）通过铁圈。说明铜球体积

（变大/变小）。

2. 我们发现：

。

活动II 观察演示——比较铜丝和铁丝受热膨胀的程度

1. 记录现象：

现条

件

铜丝加热

铁丝加热

2. 我们发现：

①铜丝

（会/不会）受热膨胀；铁丝

（会/不会）受热膨胀。。

②在加热的过程中，指针偏转的幅度

（铜丝/铁丝）较大，

说明：

。

象

指针偏转过程

（向外偏转/向内偏转）

指针偏转幅度

（较大/较小）

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