大概念统摄下的模型建构课：风的成因模拟实验教学设计-小学科学三年级上册大象版

大概念统摄下的模型建构课：风的成因模拟实验教学设计——小学科学三年级上册大象版

一、教学设计基本信息

（一）课题名称

大概念统摄下的模型建构课：风的成因模拟实验

（二）所属单元

大象版义务教育教科书·科学三年级上册第四单元《流动的空气》

（三）授课年级与课时

小学三年级1课时（40分钟）

（四）教学材料来源

基于大象版教材四单元第3课《空气的流动》及第4课《大自然里的风》的课程内容进行大单元整合重构

二、基于核心素养的学习目标设计

【科学观念·重要】

1.通过模拟实验与推理论证，理解“热空气上升后，周围较冷的空气会流动过来补充热空气上升后留下的空间”这一科学原理，建立“空气的冷热不均是导致空气流动从而形成风的根本原因”的核心概念。

2.能运用空气流动的原理解释暖气片安装在低处、炉灶风门调控、自然界海陆风及城市热岛环流等生活与自然现象，形成“科学源于生活，服务于生活”的意识。

【科学思维·核心·难点】

3.经历“发现问题—猜想假设—模型建构—实验求证—解释应用”的完整探究cycle，发展基于证据的推理意识与批判性思维。重点在通过对模拟实验现象（烟流路径）的分析，推理出冷热空气循环流动的逻辑链条，并能够将实验室模型（透明箱）类比迁移至真实自然场景（地球表面）。

【探究实践·热点·高频考点】

4.能够规范操作“风的形成模拟实验”，学会使用线香产生可视化的烟流，掌握对比实验的方法（有蜡烛与无蜡烛的烟流路径对比）；在小组合作中能分工协作、细致观察并用箭头图准确记录空气流动路线。

5.能够选用生活中常见材料（如透明塑料箱、蜡烛、蚊香）设计简易装置验证自己的猜想，发展动手实践能力与创新意识。

【态度责任·一般】

6.在探究中养成尊重事实、如实记录的科学态度；在阅读“风门”等古人的智慧设计中，体会技术与工程对改善人类生活的价值；通过对台风、城市热岛等极端或特殊天气现象的拓展思辨，增强防灾减灾意识与环境责任感。

三、教学重难点与标志性突破策略

【教学重点·核心】

重点内容：理解“热空气上升后，冷空气从水平方向流过来补充”是空气流动形成风的核心机制。

标志性突破策略：采用“双通道可视化”教学策略。一方面利用线香在模拟箱体侧孔制造可见烟流，另一方面利用轻质羽片或小风轮在箱顶出口显示气流动力，将不可见的空气流动路径转化为可见的“烟轨”与“轮转”，突破感官局限。

【教学难点·难点】

难点内容：帮助学生从“热空气会上升”的单一认知，跨越到“冷热循环对流”的系统思维。学生易停留于“上升”本身，而忽略“补充”这一水平流动环节。

标志性突破策略：采用“对比锚定”教学策略。在同一装置中设置对照组（蜡烛未点燃时线香烟的飘散状态）与实验组（蜡烛点燃后烟的定向流动），通过强烈的现象反差，制造认知冲突，从而锚定“冷空气流过来补充”这一关键概念。同时引入“空间是谁空出来了？”“谁进去了？”的追问链，引导学生进行填补性思考。

四、教学准备与跨学科资源整合

（一）实验器材准备（按四人小组配置）

1.核心模型装置：侧面开有方形进烟孔、顶部开有圆形排烟孔的透明塑料收纳箱（容积约15L）每组1个。

2.热源：短蜡烛（茶蜡）每组1支、防火垫每组1张、打火机（教师统一管理，由教师统一点燃或由经过培训的安全员点燃）。

3.显影剂：无烟线香（或蚊香）每组1段，香灰盘每组1个，镊子夹取。

4.辅助观测工具：便签纸剪成的小风车（或薄羽片）、彩色箭头贴纸、油性记号笔。

5.记录单：A4硬质记录板夹、探究记录单（含未加热/加热两种状态下的烟流路径示意图框）。

（二）跨学科链接点设计与利用

6.【语文+美术·重要】：课前微项目发布——“我给古诗画个风”。学生搜集含有“风”的古诗（如“风吹草低见牛羊”“羌笛何须怨杨柳，春风不度玉门关”），课上在理解风的成因后，用简笔画形式画出诗中风的流动方向，并用箭头标注冷热空气流动路径，实现文学意象与科学原理的互释。

7.【工程+历史·热点】：引入中国古代科技遗产“走马灯”与“孔明灯”。课中拓展环节展示走马灯剪影动画，让学生分析灯罩为何会自行旋转，将本课原理反哺于古代工艺的解读，增强民族自信。

8.【环境教育·一般】：结合“城市热岛效应”与“海绵城市”风道规划，通过卫星热力图对比城市与郊区的温差，引导学生思考城市规划中如何给城市“留条风路”，初步渗透STEM理念下的真实问题解决意识。

五、教学实施过程——四阶九环深度探究链

本过程设计遵循“具身感知→模型建构→迁移创造”的认知发展路径，将40分钟划分为四个阶梯，共计九个环环相扣的教学环节。

第一阶：境脉触发——从身体经验到科学问题（约5分钟）

【环节1】暖身游戏：看不见的推手

教师活动：教师并不直接板书课题，而是站在讲台一侧，手持一条长约50cm的红色皱纹纸或薄绸带。教师对着绸带轻轻吹气，绸带飘起。教师问：“是什么推了它？”学生齐答：“气！”“风！”教师再问：“我没有吹，风从哪里来？”此时，请全体学生起立，用右手手掌对着脸颊快速扇动5次，然后缓慢扇动5次。迅速坐下后交流：“皮肤感受到了什么？”（有风吹过，凉凉的）。

【环节2】问题聚焦：从“冷热”到“流动”

教师大屏幕展示教室实拍图——窗边暖气片（或讲台下隐藏的小型电暖器）。【板书暖气片简笔画】

教师语言：同学们刚才用手扇出了风，那是手的运动带动了空气。可是，冬天的时候，暖气片静静地挂在墙边，它自己没有动，也没有人去扇它，为什么我们站在暖气片旁边，却能明显感觉到有风在往上钻，甚至能把挂在暖气片上方的干毛巾微微吹动呢？

【重要·认知冲突锚点】此时学生通常回答：“因为热空气是往上的。”教师不否定，而是轻轻追问：“热空气跑上去了，它原来的位置怎么办？是空了吗？谁住进去了？”这一追问将认知焦点从“上升”这个已知结论，引向“补充”这个本课新授的核心逻辑。由此水到渠成地揭示本课核心问题——【核心问题板书】热空气上升后，留下的空间被谁占据了？空气是怎样流动起来的？

第二阶：模型建构——在模拟实验中看见“风的路”（约18分钟）

本阶段是解决教学难点、凸显重点的核心战役。采用“猜想外化—模型搭建—现象解码—结论抽象”四步递进法。

【环节3】猜想与假设：画出你心中的流动路径【难点前测·重要】

教师活动：出示实验装置——透明塑料箱，箱内底部放一支未点燃的蜡烛（模拟暖气片），箱体侧面有一个方形的孔（进烟/补风口），顶部有一个圆形的孔（排风口）。教师设问：“这就是我们的小‘房间’。假如这根蜡烛点燃了，热空气会从哪个口跑出去？而侧面门口的空气，是流进去，还是流出来？”每个学生不需要立即回答，而是在自己的记录单上，用红色箭头画“热空气去哪里了”，用蓝色箭头画“冷空气从哪里来”。

【学情预判】约有70%的学生会正确画出热空气从顶部跑出，但对于侧面风口的方向判断会出现重大分歧：一部分认为是“热空气膨胀，从侧孔也挤出去”，另一部分认为是“外面的冷空气从侧孔流进来”。教师不急于公布正确答案，而是将两种典型猜想投影展示，制造悬念：“我们请烟将军来判案。”

【环节4】模型建构与证据搜集：烟流的“测风仪”实验【核心实验·高频考点】

教师示范操作（学生同步分组操作）：

第一步（建立基线）：将蜡烛熄灭，将点燃的线香用镊子轻轻移至侧面进烟口1厘米处。学生观察并汇报现象——烟是四散飘开的，没有明确方向进入箱内，一部分向上袅袅散去。

第二步（引入变量）：教师巡视至各组，协助安全点燃箱内蜡烛。烛火稳定燃烧1分钟，使箱内空气充分受热。

第三步（对比观测）：再次将点燃的线香靠近侧面进烟口。奇迹发生的瞬间——烟不再是四散飘荡，而是像被一只无形的手牵引，稳定、快速、笔直地吸入箱体内部，并从顶部圆孔剧烈涌出！此时，如果教师提前在顶部圆孔放置一枚轻质小风车，风车会快速旋转。

【环节5】可视化建模：将“轨迹”转化为“图解”

教师下达指令：“烟将军替我们把空气流动的路画出来了！请大家立刻用红色箭头在箱体照片轮廓图上画出热空气跑出去的路线，用蓝色箭头画出冷空气补充进来的路线。”学生在真实观察的强烈冲击下，几乎是没有任何障碍地正确画出了“侧孔进（蓝箭头向下或水平）→箱内经过烛火→顶孔出（红箭头向上）”的完整循环路径。

【环节6】原理解构与语言建模【核心概念·★★★★★】

教师以师生接龙填空的方式，逐步构建严谨的科学表述。教师在板书关键处留白：

因为蜡烛点燃后，它周围的空气会（受热上升）。

热空气上升后，原来占据的空间就（空了出来）。

周围比较（冷）的空气就会（流动过来）补充这个空间。

这样，空气就形成了（流动），并且源源不断。

【非常重要】教师必须在此处停顿，请全班学生两两互说，再指名3-4名不同层次的学生独立复述这一完整逻辑链。这一逻辑链是本课唯一的、不可删减的核心大概念。教师将其凝练为板书十字口诀并齐读：

“热空气上升，冷空气来补，空气流动起，风就从这生。”

第三阶：原理迁移——从实验模型到真实世界（约12分钟）

【环节7】即时性应用：破解生活中的设计密码【高频考点·热点】

（1）暖气片为什么装在窗户下面？（现场释疑）

教师不直接解释，而是再次展示课前照片，让学生用刚学的逻辑链进行小组互答。学生能快速说出：窗户边冷空气重，沉在下面，暖气片加热这里的冷空气，热空气上升推动冷空气循环，整个房间就暖和了。教师顺势播放红外热成像仪下暖气片工作的视频，验证学生的推理。

（2）炉子的“风门”玄机【工程思维·重要】

教师提供阅读材料——灶膛风门。提出问题：“生炉子的时候，下面的门开大一点，火就更旺；关小一点，火就变弱。这是为什么？”

【学习支架】此处若学生卡顿，教师提示核心词——“冷空气”。学生顿悟：门开大，进来的冷空气更多，冷空气被加热后上升更快，补充更迅速，氧气供给更充足，燃烧更旺。反之则反。

【环节8】拓展性应用：用科学之眼凝视山河【跨学科·挑战】

（1）海陆风的秘密

教师呈现海边一日游的两张照片：中午风从海面吹向陆地（海风）；夜晚风从陆地吹向海面（陆风）。提问：“大海和沙滩，谁热得慢？谁凉得慢？”学生借助生活经验（夏天中午海水比沙滩凉，傍晚沙滩凉得快海水还温温的）进行冷热源判断。教师提供“冷热垫板”——陆地升温快、降温快；海洋升温慢、降温慢。小组合作，用“热空气上升，冷空气来补”的逻辑，分别推理中午和夜晚的风向。

【重要·思维进阶】这是本课从“垂直对流”思维向“水平环流”思维的重大迁移。学生需要在脑中建构两个空间（陆地上空/海面上空）的温差导致的压强差，从而解释水平风的来源。

（2）城市热岛与通风廊道【社会责任·热点】

展示城市热红外卫星影像，城市中心通红，郊区深蓝。教师发布真实问题：“杭州、北京等城市，专门在城市规划中留出‘风道’，把郊区的新鲜空气引进来。如果你是城市规划师，你会把风道建在热的地方，还是冷的地方？是让风吹向城市，还是吹出城市？”学生利用本课原理解释：郊区冷，气压高；城市热，空气上升，气压低。风应该从冷的郊区吹向热的城市。此环节虽不要求深度展开，但能在三年级学生心中埋下“科学可以建设更美好家园”的种子。

第四阶：元认知反思与素养延伸（约5分钟）

【环节9】概念图腾：绘制本课的“思维脑回路”

此环节替代传统的教师小结。不使用列表，而是由师生共同完成一段完整的“科学原理长卷叙述”。

教师引导语：“假如有一个从来没见过风的外星人来地球做客，他问你‘风是怎么生出来的？’你要把今天学到的所有知识像讲故事一样完整地讲给他听。不仅讲我们做了什么实验，还要讲实验告诉了我们什么道理，这个道理在生活里怎么用。”请一名表达能力较强的学生作为代表讲述，其他学生补充。

典型高质量回答预期：“风不是凭空冒出来的，是空气自己跑起来形成的。空气本来不会自己乱跑，但如果有地方热，有地方冷，热地方的空气变轻了，就往上跳，它一跳走，位置就空出来了，旁边的冷空气很着急，就使劲挤过来填满它。冷空气挤过来的时候，我们就感觉到风了。暖气片是这样，海边的风是这样，甚至城市太热了也需要风吹凉。古人很聪明，用这个原理做了走马灯……”

教师在此叙事基础上，引导学生翻看记录单，用自己的话在旁边写一句“我的科学名言”，如：“风，是空气在帮忙搬家。”或“冷热不均是风的妈妈。”

【情感升华·一般】无需煽情，只需点明：中国人两千年前就发明了走马灯，今天我们三年级的小朋友用同样的原理，解释了自然界的风和生活中的设计。科学，就是让我们看清世界是怎么运转的，并且像古人一样，越看越聪明。

六、学习评价设计——嵌入式全程循证评价

本设计摒弃纸笔测试的单一评价，采用“三阶证据链”评价模式，全程不设表格，仅在描述中呈现评价逻辑。

【证据一：猜想图与实验图的比对评价】（指向探究实践）

在环节3和环节5，学生分别绘制前测猜想图和后测结论图。教师的评价不在于画得美丑，而在于箭头方向的物理合理性。对于前测中认为“热空气从侧孔挤出”的错误概念，只要学生在后测图中能修正为“冷空气从侧孔流入”，即为概念转变成功，获得思维发展等级优秀。此项评价由教师巡视时用贴纸在记录单页眉标记“★概念转变奖”。

【证据二：逻辑链口述评价】（指向科学观念·高频考点）

环节6和环节9，教师手持班级名单，随机点取学号，请学生用“因为……所以……”“先……接着……然后……”等关联词复述风形成的原因。评价标准不在于背诵一字不差，而在于因果链条的完整性：必须涵盖“加热→上升→空出空间→冷空气流过来补充→流动”五个要素。此项评价作为本课最重要的形成性评价，全班达标率应争取95%以上。每有一人完整流畅表述，小组获“逻辑之花”。

【证据三：迁移问题解决评价】（指向科学思维·难点突破）

环节8中关于“海陆风”的推理。教师不直接告知答案，而是观察各小组在讨论时，是否能自觉迁移“哪里热空气上升，哪里冷空气补充”的分析模型。能主动画出中午陆地热、空气上升、海面冷空气吹向陆地方向箭头的小组，判定为高阶思维达成组。教师以录制短视频的形式记录小组讨论精彩瞬间，课后发班级群，作为过程性成果。

七、板书设计——思维流动态板书

本课板书不使用静态表格，而是采用“生成式板画”，随教学推进逐笔生成。

第一板块（左侧）：问题聚焦区

简笔画：一个矩形（房间），下方画暖气片，暖气片上画波浪线（热气流）。

文字锚点：热空气上升后，谁来补位？——？

第二板块（中央）：核心实验区

教师画出透明箱体轮廓。

第一次（基线）：箱顶画“×”，侧孔外画散开的虚线点，标注“烟乱跑”。

第二次（加热）：用红色粉笔从烛火向上至箱顶画粗箭头，标注“热上升路径”；用蓝色粉笔从侧孔外横向画入箱内，指向烛火底部，标注【冷空气补充路径】。

红蓝箭头交汇处，教师用白色粉笔用力描画一个漩涡符号，外加大号字：【风在此诞生】。

第三板块（右侧）：应用迁移区

教师手绘简易海陆轮廓（左陆右海），太阳高挂。学