2025 小学四年级科学下册热空气驱动小风车实验课件

一、实验背景：从生活现象到科学问题的连接演讲人01实验背景：从生活现象到科学问题的连接02实验准备：安全、材料与观察工具的精细化设计03实验操作：从“按步骤做”到“边做边思”04现象分析与原理探究：从“看到了什么”到“为什么会这样”05拓展应用：从实验室到生活的科学迁移06总结与升华：从实验到科学思维的成长目录2025小学四年级科学下册热空气驱动小风车实验课件作为一名深耕小学科学教育十余年的教师，我始终相信：最好的科学课，是让孩子用双手触摸原理，用眼睛发现规律，用大脑连接生活。今天要和大家分享的“热空气驱动小风车实验”，正是这样一节“可操作、可观察、可思考”的典型课例。它不仅能帮助四年级学生理解“热空气上升”这一核心概念，更能通过动手实验培养科学探究的基本能力。接下来，我将从实验背景、准备、操作、原理分析到拓展应用，逐步展开讲解。01实验背景：从生活现象到科学问题的连接1生活中的热空气现象导入记得去年秋天带学生观察校园里的桂树时，有个孩子举着被风吹动的纸风车问我：“老师，风是怎么来的？”另一个孩子指着食堂烟囱飘起的白烟接话：“我奶奶说，烟往天上跑是因为‘热气往上蹿’。”这些童言童语里，藏着我们今天实验的核心——热空气的流动。生活中，热空气的身影随处可见：煮饺子时锅盖被顶起的“热气”、冬季浴室里向上蒸腾的雾气、节日里腾空而起的孔明灯……这些现象都指向同一个科学事实：热空气会上升，并且在流动过程中产生推动力。而我们要做的小风车实验，正是通过直观的“风车转动”，将这种看不见的空气流动转化为可观察的现象。2课程标准与学习目标根据《义务教育科学课程标准（2022年版）》四年级“物质的变化与运动”主题要求，学生需“通过观察、实验等方法，探究热传递的方式及热对物质状态的影响”。本节课的具体学习目标可拆解为：知识目标：理解热空气因密度较小会上升，冷空气会补充形成对流；能力目标：能规范完成小风车实验，准确记录现象并分析原因；素养目标：激发对热现象的探究兴趣，培养“用科学解释生活”的思维习惯。02实验准备：安全、材料与观察工具的精细化设计1安全预案：实验的首要前提01小学实验课中，安全是教师的“第一根弦”。本次实验涉及明火（蜡烛），必须提前做好三项准备：环境检查：确保实验桌无易燃物（如纸张、布料），通风良好（避免二氧化碳积聚）；操作规范：提前演示“火柴点燃与熄灭”的正确方法（火柴梗竖直向下点燃，吹灭蜡烛时用手扇动而非直接吹）；020304应急措施：每小组配备湿毛巾（用于扑灭意外火苗），教师随身携带灭火毯，强调“一旦起火，立即喊老师”。2实验材料：低成本与可操作性的平衡为了让实验“人人可做、家家能备”，我们选择了生活化的材料（见表1），并标注替代方案：2实验材料：低成本与可操作性的平衡|材料名称|作用说明|替代方案||----------------|--------------------------|------------------------||纸风车（自制）|显示空气流动的“指示剂”|塑料小风车（玩具店）||蜡烛（细短型）|提供热源|酒精灯（需教师演示）||玻璃罩（透明）|限制空气流动范围，聚焦观察|透明塑料杯（无盖）||火柴/打火机|点燃蜡烛|电子点火器（更安全）||铁架台（带夹）|固定风车高度|筷子+橡皮泥（自制支架）|注：自制纸风车的方法：将正方形彩纸对角剪开至3/4处，依次将四个角向中心折叠并用回形针固定，最后插入吸管作为转轴。3观察工具：记录现象的“科学眼睛”为帮助学生更细致地观察，需提前准备观察记录表（见表2）和辅助工具：温度计（量程0-100℃）：测量蜡烛周围空气温度变化；秒表：记录风车从静止到转动的时间；放大镜：观察火焰周围空气的“扭曲”（热空气导致的光线折射现象）。表2：热空气驱动小风车观察记录表|观察阶段|观察内容|预期现象|实际记录||----------------|---------------------------|------------------------|------------------------||实验前|风车状态、环境温度|静止，室温约25℃||3观察工具：记录现象的“科学眼睛”|点燃蜡烛后2分钟|转动速度变化、火焰周围空气|加速转动，空气扭曲|||熄灭蜡烛后|风车如何停止、温度变化|逐渐减速至静止，降温|||点燃蜡烛后30秒|风车是否转动、转动方向|开始缓慢转动，顺时针||03实验操作：从“按步骤做”到“边做边思”1基础操作流程（教师演示+学生分组）组装实验装置将铁架台固定在桌面，调节夹子高度，使风车转轴中心距离蜡烛火焰约10厘米（过高则热空气分散，过低易被火焰烤变形）；用橡皮泥将蜡烛底部粘在玻璃罩中央（避免倾倒），确保玻璃罩直径大于蜡烛高度（防止燃烧不充分）。步骤2：初始状态记录用温度计测量环境温度（如23℃），记录风车静止状态；提问引导：“如果点燃蜡烛，你认为风车会动吗？为什么？”（激活前概念）步骤3：点燃蜡烛与观察教师示范点燃火柴（划擦时远离身体，点燃后立即移至蜡烛芯），学生分组操作；要求学生集中观察：0-30秒内，风车是否出现晃动？30秒-2分钟，转动速度如何变化？火焰上方的空气是否有“扭曲”（可用放大镜辅助）？1基础操作流程（教师演示+学生分组）组装实验装置步骤4：熄灭蜡烛与后续观察观察风车是否继续转动（惯性+残留热空气），温度计示数是否下降（验证热空气与温度的关系）。用湿毛巾轻盖蜡烛（避免吹灭时火星飞溅），记录熄灭时间；2关键操作提示（避免实验失败的“坑”）在多年教学中，我发现以下操作易导致实验效果不明显，需重点强调：风车高度：若风车离火焰太近（<5厘米），会因局部温度过高导致纸张变形；太远（>15厘米）则热空气分散，推动力不足；玻璃罩的选择：必须使用无盖或顶部有孔的玻璃罩（如去掉杯底的塑料瓶），否则燃烧消耗氧气会导致火焰熄灭，且无法形成空气对流；风车的轻便性：自制纸风车需用薄彩纸（如皱纹纸），若用硬卡纸会因重量过大难以转动。去年有个小组用硬纸板做风车，结果实验时风车纹丝不动，后来换用广告纸才成功，这正是“变量控制”的鲜活案例。04现象分析与原理探究：从“看到了什么”到“为什么会这样”1现象总结：学生实验数据的典型特征通过整理多届学生的观察记录，实验现象呈现以下规律（以室温25℃为例）：1点燃蜡烛后约20秒，风车开始缓慢顺时针转动；21分钟后转动速度加快（每秒2-3圈），火焰上方空气出现明显“扭曲”（热空气上升导致光线折射）；3熄灭蜡烛后，风车继续转动约15秒，随后逐渐停止，温度计示数从最高38℃降至27℃。42原理拆解：从“热胀冷缩”到“对流形成”要解释这些现象，需分三步理解空气的“热运动”：2原理拆解：从“热胀冷缩”到“对流形成”2.1第一步：空气受热膨胀——体积变大，密度变小空气是由无数微小粒子（分子）组成的。当蜡烛加热周围空气时，分子获得能量，运动速度加快，彼此间的距离增大（热胀冷缩）。例如，1立方米的空气在25℃时质量约1.2千克，加热到50℃时，体积会膨胀约8%（质量不变，体积变大），密度则减小为约1.1千克/立方米。2原理拆解：从“热胀冷缩”到“对流形成”2.2第二步：热空气上升——密度差产生浮力密度较小的热空气，就像“轻气球”一样，会被周围密度较大的冷空气“托”着向上运动。这与“木块浮在水面”的原理类似——密度小的物体在密度大的介质中会上升。2原理拆解：从“热胀冷缩”到“对流形成”2.3第三步：空气对流形成——推动风车转动热空气上升后，原位置的空气减少，周围的冷空气会迅速流过来补充（就像往杯子里倒水，水满后会溢出，空了又会被填满）。这种“热空气上升、冷空气补充”的循环流动，就是空气对流。流动的空气具有动能，当它吹过风车叶片时，就会推动风车转动。3学生常见疑问的解答实验中，学生常提出以下问题，需结合生活实例解答：“为什么风车是顺时针转，不是逆时针？”：与火焰位置和风车叶片角度有关。若叶片向右倾斜，热空气从下往上吹时，会推动叶片右侧先受力，导致顺时针转动；若调整叶片角度，方向也会改变（可让学生动手验证）。“熄灭蜡烛后，风车为什么还会转一会儿？”：热空气有“惯性”——蜡烛熄灭后，周围空气仍有残留的热量，会继续上升一段时间，直到温度与环境一致，对流停止。“如果在密闭房间里做实验，风车会一直转吗？”：不会。因为蜡烛燃烧会消耗氧气，当氧气不足时火焰熄灭，热空气不再产生，对流停止；同时，密闭环境中二氧化碳增多，空气密度变化减小，推动力也会减弱。05拓展应用：从实验室到生活的科学迁移1生活中的“热空气驱动”现象理解了热空气对流的原理，我们可以解释更多生活现象（见表3），并引导学生用“实验思维”观察：1生活中的“热空气驱动”现象|生活场景|科学原理|观察建议||------------------------|--------------------------|--------------------------||抽油烟机安装在炉灶上方|热空气上升，油烟随热空气向上，便于排出|观察做饭时油烟是否先上升再被吸走||暖气片安装在窗户下方|加热冷空气，形成对流，使房间均匀升温|冬季触摸暖气片周围空气，感受温度变化||孔明灯升空|燃料加热灯内空气，密度减小，灯体受到浮力上升|观察孔明灯点燃后何时开始上升|2创新实验：让“热空气”玩出花样为了深化理解，可鼓励学生设计“变式实验”，例如：“冷热空气比赛”：在风车两侧分别放置热杯（装热水）和冷杯（装冰水），观察风车向哪侧转动（验证冷空气下沉、热空气上升的方向差异）；“无火风车”：用吹风机吹热风代替蜡烛，观察风车转动是否更剧烈（对比不同热源的推动力）；“逆向思考”：将风车倒置（转轴向下），观察热空气是否仍能推动其转动（验证对流是“向上”的）。去年有个学生用喝完的奶茶杯做了“迷你热气球”：在杯口固定小纸风车，杯底用蜡烛加热，结果风车不仅转动，杯子还微微升起——这正是热空气对流与浮力的双重作用，这样的“意外”发现，往往是科学兴趣的萌芽。06总结与升华：从实验到科学思维的成长总结与升华：从实验到科学思维的成长回顾整个实验过程，我们经历了“观察现象→提出问题→设计实验→记录数据→分析原理→联系生活”的完整科学探究流程。这不仅让我们理解了“热空气因密度小而上升，形成对流推动风车”的科学原理，更重要的是，我们学会了用“动手实验”验证猜想，用“观察记录