小学科学三年级下册热气球上升的奥秘教案

小学科学三年级下册热气球上升的奥秘教案

一、课程依据与背景分析

（一）课程标准解读

本节课内容主要对接《义务教育小学科学课程标准（2022年版）》中“物质科学”领域的学习要求。课标明确指出，在3-4年级学段，学生需初步认识空气是一种物质，占据空间，有质量，并能够通过观察和实验，了解空气受热后会膨胀、变轻、上升的现象。本节课的核心概念“热空气上升”是理解大气运动、热传导、浮力等复杂科学概念的启蒙基石，属于“物质的变化与能量”核心概念下的重要学习内容。在教学过程中，需着力培养学生的科学探究能力，特别是提出问题、作出假设、设计简单实验、收集证据、得出结论并进行表达交流的能力，同时渗透科学态度中的实事求是、合作分享精神。

（二）教材体系定位

本课选自青岛版五四制小学科学三年级下册第三单元“空气的秘密”中的第二课。本单元作为学生系统学习“物质世界”的重要组成部分，承接了二年级对物体特征的观察和描述，开启了从具体物体到无形物质（空气）性质探究的过渡。第一课《空气在哪里》帮助学生建立空气客观存在的概念，本课《热气球上升的秘密》则深入探究空气在受热条件下的性质变化，为后续学习《风的形成》、《天气与气候》等内容提供了直接的知识与认知方法准备。教材以“热气球”这一富有吸引力的载体切入，旨在激发学生探究兴趣，通过模拟实验揭示科学原理，体现了“从生活走向科学”的编写理念。

（三）学情现实考量

三年级学生处于具体运算思维阶段初期，对抽象概念的理解需要具体形象和操作活动的支持。通过前期的学习，学生已经知道空气存在、占据空间，并能用感官和简单工具观察空气的某些特性。他们对热气球等升空现象充满好奇，但普遍存在前概念，如认为热气球上升是因为“火给了它力量”或“热气把它推上去”。学生具备初步的小组合作能力，能够进行简单的实验操作和记录，但在实验设计的严谨性、变量控制意识、依据证据进行逻辑推理等方面较为薄弱。因此，教学设计需通过直观、结构化、递进式的探究活动，引导学生在动手动脑中实现从前概念到科学概念的转变。

二、教学目标设计

（一）科学观念目标

1.通过观察热气球升空的现象和系列探究实验，知道空气受热后体积会膨胀。

2.理解并能够表述“同体积的热空气比冷空气轻（密度小）”，并以此科学原理解释热气球上升的根本原因。

3.初步建立“物质性质随条件变化”的观念，认识到空气的温度变化会导致其体积和密度的变化。

（二）科学思维目标

1.能基于热气球升空现象提出可探究的科学问题：“热气球为什么会上升？”

2.能基于生活经验和已有知识，对问题作出有依据的猜想与假设。

3.在教师引导下，能设计并实施对比实验验证“空气受热膨胀”和“热空气上升”，初步学习控制单一变量。

4.能通过对实验现象的观察、比较、分析，归纳出实验结论，并运用结论解释初始现象，发展归纳与推理能力。

（三）探究实践目标

1.能安全、规范地使用蜡烛、塑料袋、纸蛇等材料完成模拟热气球上升的实验。

2.能小组协作，动手制作简易“热空气轮”或“走马灯”，验证热空气上升会产生动力。

3.能运用文字、图画、图表等多种方式记录实验过程与现象，并清晰地陈述自己的发现。

（四）态度责任目标

1.在探究活动中保持对自然现象的好奇心和探究热情，体验科学发现的乐趣。

2.养成认真观察、如实记录、基于证据得出结论的科学态度。

3.增强小组合作意识，乐于分享自己的观点，并倾听、尊重同伴的意见。

4.初步了解人类利用热空气上升原理的历史（如孔明灯）与现代应用（如热气球、烟囱排烟），感受科学技术对人类生活的影响。

三、教学重难点预设

（一）教学重点

1.引导学生通过模拟实验观察到空气受热膨胀、上升的现象。

2.帮助学生建立“空气受热膨胀变轻而上升”的科学概念。

（二）教学难点

1.学生从“空气受热膨胀”的现象，理解“热空气比同体积冷空气轻（密度小）”这一抽象概念。

2.引导学生设计有效的对比实验，并清晰表述实验结论与现象解释。

四、教学资源与材料准备

（一）教师准备

1.多媒体课件：包含热气球升空高清视频、孔明灯图片、实验步骤微课、概念动画（展示空气微粒受热运动）。

2.演示实验材料：大型透明塑料罩、安全加热器（如暖风机）、轻质丝绸或超大薄塑料袋、电子温度计（带两个探头）、烟雾发生器。

3.分组实验材料（每4人一组）：

1.4.材料包A（探究空气受热膨胀）：小口塑料瓶（带盖）、吸管、一杯常温水、一杯热水、橡皮泥、食用色素。

2.5.材料包B（模拟热气球上升）：极薄的大号塑料袋（如垃圾袋）、细铁丝（制作圆形袋口支架）、安全蜡烛与底座、非易燃操作垫、隔热手套、护目镜。

3.6.材料包C（验证热空气流动）：纸蛇实验材料（纸杯、剪刀、棉线、铅笔、打印好的螺旋纸蛇模板）；或“热空气轮”材料（易拉罐铝皮、细铁丝、蜡烛）。

7.记录单：实验观察记录表、小组讨论思维导图模板。

（二）学生准备

复习空气的基本性质，预习课本相关内容。分组并明确小组成员角色（操作员、记录员、安全员、汇报员）。

五、教学过程实施

（一）创设情境，聚焦问题（预计用时：8分钟）

1.教师活动：

1.2.播放一段震撼人心的热气球节视频，画面中众多色彩斑斓的热气球缓缓升空，与朝阳或雪山相映成趣。

2.3.暂停画面，提出问题：“同学们，看到这美丽的场景，你最想知道什么？”引导学生自由发言。

3.4.聚焦核心问题：“热气球没有翅膀，也不像火箭那样向下喷射气体，它是依靠什么力量飞上天空的呢？”将问题板书于黑板中央。

4.5.展示一张孔明灯的图片，追问：“这是我们古代发明的孔明灯，它和热气球升空的原理一样吗？”

6.学生活动：

1.7.观看视频，感受热气球升空的壮观与神奇。

2.8.提出自己的疑问，如“它里面是什么？”“火是干什么用的？”“它会不会掉下来？”等。

3.9.基于生活经验进行初步猜想：可能与“火”、“热气”、“空气”有关。

10.设计意图：

利用视听冲击力强的真实场景瞬间抓住学生注意力，激发内在探究动机。通过开放性的提问收集学生的前概念，并将散乱的问题聚焦到本课核心科学问题上。引入孔明灯建立古今联系，暗示原理的普适性，拓宽文化视野。

（二）引导猜想，初建假设（预计用时：7分钟）

1.教师活动：

1.2.组织小组讨论：“根据你们的观察和已有知识，大胆猜测一下热气球上升的秘密可能是什么？”

2.3.巡视倾听，鼓励各组将猜想用关键词写在便利贴上。

3.4.邀请小组代表将便利贴贴在黑板上，合并相似猜想。常见的猜想可能包括：“火把空气烧没了，所以上升”、“热气很轻，带着气球飞”、“热空气往上跑”等。

4.5.引导学生对猜想进行初步辨析：“火把空气烧没了”这个说法科学吗？我们呼吸需要空气，蜡烛燃烧也需要空气。如果空气被“烧没”了，火就会熄灭。这提示我们思考的方向可能是空气发生了什么“变化”，而不是“消失”。

6.学生活动：

1.7.小组内积极讨论，提出各自的猜想并简要说明理由。

2.8.代表上台张贴并阐述本组观点。

3.9.倾听老师和同学的辨析，开始反思自己猜想的合理性。

10.设计意图：

尊重并暴露学生的前概念，这是概念转变的起点。通过集体分享，使思维可视化。教师的适时引导不是直接否定错误概念，而是通过逻辑矛盾引发认知冲突，促使学生主动修正思考方向，将猜想引向“空气性质变化”这一科学路径。

（三）分层探究，建构概念（预计用时：25分钟）

本环节是教学的核心，采用“分步探究，递进建构”的策略，将复杂的原理拆解为两个可操作的子问题，引导学生像科学家一样逐步探索。

探究活动一：空气受热会怎样？（验证体积膨胀）

1.教师活动：

1.2.提出问题：“很多同学都提到了‘热空气’。那么，空气受热后到底会发生什么变化呢？我们能‘看到’这种变化吗？”

2.3.出示材料包A，介绍“空气温度计”的制作与使用方法：在瓶盖上钻一个小孔插入吸管，用橡皮泥密封；在吸管下端滴一滴带颜色的水作为液封；将瓶子分别放入热水和冷水中，观察吸管内液滴的移动。

3.4.强调对比实验思想：哪些条件要保持相同？（瓶子、吸管、初始液滴位置）唯一不同的条件是什么？（水的温度，即瓶内空气的温度）

4.5.发布任务：分组实验，仔细观察并记录液滴在冷、热两种情况下的移动方向，思考这说明了什么。

6.学生活动：

1.7.小组合作组装“空气温度计”。

2.8.严格按照对比实验要求进行操作：先将瓶子浸入常温水，标记液滴位置；再浸入热水，观察并记录液滴移动；最后放回常温水，观察是否复位。

3.9.记录员在实验记录表上画出液滴移动示意图。

4.10.分析现象：热水中的瓶子使液滴向_管外_移动，说明瓶内空气体积_膨胀_，将液滴推出；冷水中的瓶子使液滴向_管内_移动，说明空气体积_收缩_。

11.教师活动：

1.12.汇总各组发现，得出结论一：空气具有热胀冷缩的性质。受热后，体积会膨胀变大。

2.13.播放微观动画，解释原理：空气由无数微小的粒子组成，受热后粒子运动加快，间距增大，导致整体体积膨胀。

探究活动二：热空气会向哪里去？（验证上升性质）

1.教师活动：

1.2.承接结论，提出新问题：“体积膨胀后的热空气，在周围的冷空气中会处于什么状态？是下沉、不动，还是上升？”

2.3.引导学生进行思维推理：同样多的空气，膨胀后变得“更蓬松”，那么它在冷空气中是“更重”还是“更轻”？

3.4.介绍“纸蛇旋转”或“热空气轮”实验，让学生通过观察现象直接感知热空气的流动方向。

4.5.重点指导“模拟热气球”实验的安全规范操作：

a.在非易燃垫上操作，远离杂物。

b.佩戴护目镜，安全员负责监督。

c.用细铁丝做成圆圈，撑开薄塑料袋口。

d.一名同学手持袋口顶部，保持袋子竖直下垂；另一名同学点燃蜡烛，将袋口对准蜡烛上方（保持安全距离）。

e.观察塑料袋的变化，感受手部受到的力。

f.听到指令后，先移开蜡烛，再将袋子放下。

6.学生活动：

1.7.进行“纸蛇旋转”实验：将螺旋纸蛇悬挂在蜡烛上方，观察纸蛇旋转的方向，推断气流方向。

2.8.安全、规范地进行“模拟热气球”实验。观察现象：塑料袋逐渐鼓起来，变饱满，有向上的拉力，松手后能短暂上升。

3.9.记录实验现象，并尝试解释：蜡烛加热了袋内空气，空气受热膨胀，部分空气溢出，导致袋内空气总量减少，但袋子体积固定。由于热空气密度比外部冷空气小，因此产生了向上的浮力（升力）。

10.教师活动：

1.11.组织交流汇报，各小组展示实验现象和解释。

2.12.进行演示实验升华：使用大型透明罩和烟雾发生器，让冷热空气的流动路径“显形”。将冷烟雾注入罩内，然后用安全加热器从底部加热一侧，学生可以清晰看到烟雾（代表空气）的上升路径。

3.13.结合所有实验证据，引导学生归纳核心结论二：同体积的热空气比冷空气轻（密度小），所以热空气会上升。热气球就是利用这个原理，通过加热气囊内的空气，使其密度小于外部空气，从而获得升力。

（四）总结提炼，迁移应用（预计用时：10分钟）

1.教师活动：

1.2.引导学生回顾探究历程，共同绘制概念关系图（板书）：火加热→空气受热→体积膨胀→密度变小（比冷空气轻）→上升→带动热气球升空。

2.3.播放热气球结构的简图，解释各部分功能：气囊（容纳热空气）、燃烧器（加热空气）、吊篮（承载人员和设备）。

3.4.提出迁移应用问题：

a.“生活中还有哪些地方利用了热空气上升的原理？”（如：烟囱排烟、蒸笼上层先熟、空调挂在高处制冷等）

b.“孔明灯和热气球原理相同，为什么现代热气球更安全可控？”（引导学生思考燃料控制、材料阻燃、安全阀等科技应用）

c.“想一想，如果想让热气球下降，驾驶员应该怎么做？”（减少加热甚至停止加热，让气囊内空气逐渐冷却）

5.学生活动：

1.6.跟随教师总结，口头复述热气球上升的科学原理。

2.7.联系生活实际，举出其他热空气上升的例子。

3.8.思考并回答控制升降的问题，深化对原理的理解。

9.设计意图：

通过概念图将零散的探究发现系统化、结构化，形成完整的科学解释。将原理从具体器物（热气球）推广到更广泛的生活情境和科技产品中，实现知识的迁移与应用，体现科学来源于生活又服务于生活的理念。最后的问题具有思维挑战性，促使学生逆向思考，检验其对原理的掌握深度。

（五）拓展延伸，评价反思（预计用时：5分钟）

1.教师活动：

1.2.介绍拓展任务（二选一）：

任务A（制作类）：设计并制作一个更精致的“迷你热气球”模型，使用更轻、更安全的材料（如超薄铝膜袋、LED小灯模拟加热），进行班级展示比赛。

任务B（调查类）：查阅资料，了解“蒙哥尔费兄弟”发明热气球的历史故事，或调查现代热气球的种类和用途（如旅游、气象观测、广告），制作一份图文并茂的小报告。

2.3.发放课堂学习自我评价表，内容包括：“我能清晰说出热气球上升的原理”、“我积极参与了小组实验”、“我能认真记录实验现象”、“我还能提出一个新问题”等维度，采用星级自评。

3.4.收集学生的课堂疑问，选择有代表性的作为“班级科学问题墙”的素材，鼓励课后继续探究。

5.学生活动：

1.6.选择感兴趣的拓展任务，了解要求。

2.7.完成自我评价，反思本节课的收获与不足。

3.8.提出自己仍存在的疑惑，如：“热气球最高能飞多高？”“为什么高空很冷，热气球里的热空气不会很快变冷吗？”

9.设计意图：

提供分层、开放的拓展任务，满足不同兴趣和特长学生的发展需求，将探究从课堂延伸至课外。自我评价引导学生关注学习过程与科学态度，培养元认知能力。鼓励提问保持学生的好奇链，将科学探究视为一个持续不断的过程。

六、教学板书设计

板书采用动态生成与结构化总结相结合的方式，力求清晰反映探究脉络和核心概念。

热气球上升的奥秘

核心问题：热气球为什么能上升？

我们的猜想

火？热气？空气变轻？...

探究发现

1.空气受热→体积膨胀（实验验证）

2.热空气→比同体积冷空气轻（密度小）

3.轻的热空气在冷的空气中→上升

科学原理（概念图）

加热→（空气）受热膨胀→密度减小→上升力（浮力）→热气球升空

迁移与应用

孔明灯、烟囱、蒸笼、空调安装...

新问题角

（留空，课堂生成的学生问题）

七、分层作业设计

（一）基础巩固型作业（必做）

1.完成科学活动手册上本课的相关练习。

2.向家人或朋友用你自己的话讲解热气球上升的科学原理，并录制一段不超过1分钟的讲解视频。

（二）实践探究型作业（选做一项）

1.【家庭小实验】在家长陪同下，安全地观察厨房里烧开水时水壶口上方的“白气”是如何运动的？结合本课知识思考原因。

2.【创意设计】画一幅未来热气球的设计图，想象你可以利用新原理（结合太阳能、更轻材料等）或增加新功能（如自动驾驶、天气探测等）。

（三）阅读拓展型作业

阅读教师推荐的绘本《热气球的奇幻之旅》或科普短文《人类飞行的最初梦想——热气球》，并写下两三条收获或感想。

八、教学反思与评估预设

（一）学习效果评估

1.过程性评估：通过课堂观察，记录学生在小组讨论、实验操作、汇报交流中的参与度、合作性、操作规范性及思维表现。实验记录单的完整性和科学性作为重要评估依据。

2.总结性评估：通过课末的迁移应用问题回答、自我评价表