資源簡介

2021年新蘇教版科學五年級上冊教材分析
第二單元
熱傳遞
一、單元設計意圖
1.本單元主題的提出
自然界中熱傳遞無處不在，研究由溫差引起的熱傳遞現象是認識自然界的重要內容。無論是在日常生活中還是在科技領域內，熱傳遞都有著廣泛的應用。人們冬天曬太陽取暖，夏天開空調降溫，研究食品冷藏保鮮技術等，都與熱傳遞現象有關。當我們了解熱傳遞的發生條件、熱傳遞的方式以及材料的傳熱性能后，就能根據實際需求，選擇是防止熱傳遞的發生，還是利用熱傳遞方便生活。
對于熱傳遞學生有很多切身的感受，如盛有熱水的玻璃杯燙手，但這只是生活經驗，學生不知道熱傳遞有三種方式，以及三種傳熱方式的異同。為此，本單元設計大量實驗為學生提供直觀現象，幫助學生分析影響熱傳遞的主要因素，概括熱傳遞的基本規律，理解熱傳遞的實質是能量從高溫物體向低溫物體轉移的過程，進而解釋生活中的熱傳遞現象。對于本主題，學生不僅有生活經驗，還有一定的認知基礎，在四年級學習了《冷和熱》知識，強調運用實驗觀察的方法，掌握溫度的概念，知道溫度變化可以使物體產生體積和形態的變化，并了解一般物體都具有熱脹冷縮的性質。因此，對于熱學知識，在小學階段學生經歷了“進階”的學習過程。此外，通過本單元的學習能強化學生對“物質是運動的”這一核心觀點的理解，在前期從宏觀層面學習機械運動的基礎上，借助一些表象來了解微觀運動，為初中學習分子熱運動提供豐富的認知基礎。
本主題與生活實際息息相關，有大量的生活事例作為學習素材。這不僅為學生在基于事實的基礎上分析傳熱現象、抽象傳熱特點、概括傳熱規律提供充分機會，還為學生培養邏輯思維和逆向思維提供有效載體。同時，運用熱傳遞知識編排多種制作活動，為學生知識遷移、設計思維、動手能力的發展提供契機。
2.本單元對《課程標準》的落實
(1)本單元通過一系列觀察、實驗、分析等活動，落實《課程標準》
高年段的課程目標。
科學知識：
初步了解常見的物質的變化；知道不同能量之間的轉換。
科學探究：
能基于所學的知識，初步具備實驗設計的能力和控制變量的意識，并能設計單一變量的實驗方案。
科學態度：
體會設計實驗方案是科學探究的重要環節，體現了嚴謹的科學態度，也能幫助別人理解自己的想法。
科學、技術、社會與環境：
了解人類的好奇和社會的需求是科學技術發展的動力，技術的發展和應用影響著社會發展。
(2)本單元學習內容基于《課程標準》課程內容中“物質科學領域”的高年段要求。
1.2材料具有一定的性能。
6.3.3熱可以在物體內和物體間傳遞，通常熱從溫度高的物體傳向溫度低的物體。
6.6.2一種表現形式的能量可以轉換為另一種表現形式。
17.2技術包括人們利用和改造自然的方法、程序和產品。
3.本單元在整套教材中與其他單元的關系
4.本單元次級主題的構成及邏輯關系
本單元共設計四節課，分別是《熱傳導》《熱對流》《熱輻射》《物體的傳熱本領》。第一課，通過實驗觀察測量，知道熱在不同物體間和同一物體內的傳遞過程和方向，認識熱傳導。第二課，通過實驗觀察熱在液體和氣體中的傳遞特點，認識熱對流。第三課，通過對常見生活現象的分析，知道熱還可以以波的形式進行傳遞，認識熱輻射。第四課，通過實驗了解不同材料傳熱的快慢，知道影響熱傳遞的主要因素，并能對生活中保溫和散熱的做法進行解釋。
本單元四節課屬于部分與整體的關系。其中，前三課分別認識熱傳遞的三種方式，這三課之間是并列關系；第四課是從整體上認識影響熱傳遞的因素以及三種傳熱方式在生產生活中的綜合應用。
二、單元教學目標
知道熱的三種傳遞方式及其特點。
能運用熱傳遞知識對生活、生產中傳熱現象進行說明和解釋。
經歷觀察熱傳遞的過程和方向的系列實驗過程，歸納概括熱傳遞規律。
運用圖畫等方法表達利用熱傳遞原理制作相關作品的設計思路，并在實踐中完善想法，完成作品。
三、單元活動框架
四、課時建議
序號
課題
課時
5
熱傳導
1
6
熱對流
1
7
熱輻射
1
8
物體的傳熱本領
2
總課時
5
五、分課分析
5.熱傳導
1.教學內容
熱傳導是學生較為熟悉的一種現象，教材通過再現生活中的熱傳導事例，在實驗觀察的基礎上，揭示熱傳導的過程和特點，認識熱傳導的概念。本課內容由三個活動構成：活動一，調動學生已有經驗再現生活中的熱傳導現象，讓學生了解固體、液體、氣體都能通過直接接觸高溫物體讓低溫物體熱起來；活動二，觀察熱在金屬中、熱水和冷水之間的傳遞過程與方向，在此基礎上，學生能認識熱可以從物體的高溫部分傳到低溫部分，還可以通過直接接觸從溫度高的物體傳到溫度低的物體；活動三，分析生活中應用熱傳導的具體事例，強化學生對熱傳導概念的理解。
2.教學目標
通過觀察熱在金屬片和液體中的傳遞過程，歸納熱傳導的概念。
討論生活中常見的熱傳導現象，總結出固體、液體、氣體之間通過接觸都可以有熱傳導現象的發生。
能解釋生活中熱傳導的現象。
3.重點與難點
重點：知道熱能從一個物體傳到另一個物體，從同一個物體溫度高的地方傳向溫度低的地方。熱總是從溫度高處傳向溫度低處。
難點：會做借物觀察的熱傳導實驗。
4.教學準備
熱水瓶、火柴、凡士林、鐵片、勺子、酒精燈、鐵架臺、溫度計、燒杯、水槽、冷水、熱水。
6.熱對流
1.教學內容
本課著重探究液體和氣體的熱傳遞方式——對流。液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環流動使溫度趨于均勻的過程叫對流，即流體(氣體或液體)通過自身各部分的宏觀流動實現熱量傳遞的過程。對流產生的原因在于物質的熱脹冷縮，流體受熱后體積變大，質量不變，密度變小，在浮力作用下向上浮起，溫度低的流體密度較大，向下流動。本課教學內容包括四個部分：第一部分是觀察把一小瓶紅色熱水放入冷水槽中的現象，引發學生思考，聚焦對流現象。第二部分是探究熱在水中是怎樣傳遞的。把木屑放入水中加熱，水升溫后觀察木屑在水中的運動方式，借助木屑的運動方向推測液體的流動方向。這是一個能夠充分激發學生想象力的活動，使學生認識液體的熱傳遞方式主要是對流。第三部分是探究熱在空氣中是怎樣傳遞的。在空氣中點燃一支線香，用玻璃罩倒扣住，觀察線香冒出的煙是怎樣流動的，從而認識氣體熱傳遞的方式主要也是對流。第四部分是利用身邊材料制作簡易走馬燈，解釋走馬燈能轉動的原因。這個環節既是對本課知識點的生活解釋和應用，也是一個工程技術能力的訓練。
2.教學目標
在觀察液體和氣體受熱流動軌跡的過程中，歸納熱對流的概念。
能運用熱對流知識解釋走馬燈轉動的原因。
利用常見材料合作完成走馬燈的制作，并確保走馬燈能正常使用。
3.重點與難點
重點：知道熱在氣體和液體中傳遞的主要方式是熱對流。
難點：做熱在水中和空氣中傳遞的實驗，從而理解對流現象。
4.教學準備
水槽、小廣口瓶、色素、酒精燈、鐵架臺、石棉網、燒杯、木屑、火柴、線香、玻璃罩、紙杯、蠟燭、棉線、牙簽、剪刀、雙面膠。
7.熱輻射
1.教學內容
繼“熱傳導”“熱對流”之后，本課指導學生認識熱量的另外一種特殊傳遞方式——熱輻射。熱輻射是物體以電磁波的形式向外傳遞能量的一種熱傳遞形式。與熱傳導、熱對流不同，熱輻射可以在真空中進行。教材通過討論、制作、分析等學習過程，幫助學生掌握熱輻射的概念。本課教學內容包括四個活動：一是感知生活中熱輻射的存在，讓學生初步了解還有一種與熱傳導、熱對流不同的傳熱形式——熱輻射。教材呈現了兩個常見的生活場景，教學時教師也可以根據實際情況選擇合適的場景進行模擬感受。二是制作簡易太陽灶，讓學生通過動手制作進一步了解熱輻射受哪些條件影響，同時培養學生對工程技術的研究興趣。在成品對比過程中，注重培養學生的批判性思維，尋找成品的缺點并不斷進行完善。三是借助生活中常見的工具讓學生理解很多情況下熱傳遞的方式并不是單一的，而是多種方式同時存在的。第四個活動是在活動三的基礎上，讓學生根據實際場景獨立分析三種傳熱方式有哪些異同，并借助思維導圖的形式呈現分析結果。這個活動既能讓學生在尋找相同與不同中加深對三種傳熱方式的理解，也能培養學生思維的邏輯性和深刻性。
2.教學目標
在分析生活現象和制作太陽灶的過程中，感受熱輻射的存在，并歸納熱輻射概念。
會按照工程的步驟和方法，完成簡易太陽灶的制作任務。
能運用比較、分析的方法，歸納概括三種傳熱方式的異同。
3.重點與難點
重點：通過生活感受和動手實踐，了解熱輻射的傳遞形式和影響條件。
難點：能夠獨立分析某個場景中存在的熱傳遞方式。
4.教學準備
紙板、錫紙、剪刀、美工刀、熱熔膠槍、玻璃管或透明塑料管等。
8.物體的傳熱本領
1.教學內容
本課是在學生認識了熱傳導的基礎上，為進一步認識熱的良導體和不良導體而設計的。在本課的學習中，將引導學生認識不同材料制成的物體導熱性能是不一樣的，進而理解不同導熱性能的物體有著不同的用途，生活中我們要根據需要選擇不同導熱性的材料。
本課首先展示五種不同材料的勺子，設疑：這些用不同材料制作的勺子傳熱的快慢一樣嗎?然后圍繞這一主題展開了三個活動：活動一，通過對比實驗發現不同材料傳熱的快慢不同，幫助學生建立熱的良導體和不良導體的概念。活動二，由空氣是熱的良導體還是不良導體的討論，引出不同材料在生活中的應用。首先從學生最直接的感受入手，說出光腳站在瓷磚、地板和地毯上的感覺，然后將學生的關注點引向廚房用具，說說各部分是由什么材料制成的，為什么要選擇這樣的材料；最后將學生帶到室外，討論冬季時人們是怎樣保護樹木和怎樣為房子保溫的。活動三，設計一個保溫盒，比一比誰的保溫盒保溫效果好。這是一個拓展活動，旨在使學生將所學的知識運用到實際生活之中。
2.教學目標
通過熱傳導性能的對比實驗，認識熱的良導體和不良導體。
能將材料的導熱性能與它的用途相聯系，解釋導熱性能不同的材料在生活中的應用。
能通過小組合作完成保溫盒的制作。
3.重點與難點
重點：通過實驗，了解不同材料的傳熱性能。
難點：設計實驗，在實驗中獲取準確信息。
4.教學準備
長度和粗細盡量相同的木棒或竹棒、玻璃棒、塑料棒、鐵棒、銅棒、
鋁棒、燒杯、熱水、溫度計、凡士林或黃油、珠子或綠豆、秒表或其他計時工具。
六、參考資料
熱傳遞
熱傳遞亦稱“傳熱”，是物質系統的能量轉移過程。它通過熱傳導、熱輻射和熱對流三種方式實現從一個物體到另一個物體(氣體、液體、固體或其組合)的熱量遷移。在實際的傳熱過程中，這三種方式往往是相互伴隨著進行的。
熱傳導
熱傳導是介質內無宏觀運動時的傳熱現象，在固體、液體和氣體中均可發生。但嚴格來說，只有在固體中才是純粹的熱傳導，而流體即使處于靜止狀態，其中也會由于溫度梯度所造成的密度差而產生自然對流，因此在流體中熱對流與熱傳導同時發生。
熱對流
熱對流是液體內較熱部分和較冷部分通過循環流動使溫度趨于均勻的過程。對流產生的原因在于物體的熱脹冷縮，流體受熱后體積變大，質量不變，密度變小，在浮力作用下向上浮起，溫度低的流體密度較大，向下流動。熱對流可分成兩種類型：(1)自然對流。往往自然發生，例如大氣因下層受熱而產生上下循環流動。(2)強迫對流。指液體受到外力作用而產生的循環流動，如機械攪拌、氣流受地形阻擋或另一種氣流的沖擊而產生的循環流動。
【熱輻射】
熱輻射是物體以電磁波的形式向外傳遞能量的一種熱傳遞形式。與熱傳導、熱對流不同，熱輻射可以在真空中進行。一切溫度高于絕對零度(-273.15°C)的物體都能產生熱輻射。溫度愈高，輻射出的總能量就愈大，短波成分也愈多。熱輻射的光譜是連續譜，波長覆蓋范圍理論上可從0直至∞，一般的熱輻射主要靠波長較長的可見光和紅外線傳播。因為電磁波的傳播無需任何介質，所以熱輻射是真空中唯一的傳熱方式。
導熱系數
導熱系數亦稱熱導率，是表征物質熱傳導性能的物理量。其定義為單位溫度梯度(在1米長度內溫度降低1開)在單位時間內經單位導熱面所傳遞的熱量，單位是瓦/(米·開)。導熱系數一般與壓力關系不大，但受溫度的影響很大。純金屬和大多數液體的導熱系數隨溫度的升高而降低，但水例外；非金屬和氣體的導熱系數隨溫度的升高而增大。傳熱計算時通常取用物料在平均溫度下的數值。此外，固態物料的導熱系數還與它的含濕量、結構和孔隙度有關。一般含濕量大的物料導熱系數大。物質的密度大，其導熱系數通常也較大。金屬含雜質時導熱系數降低，合金的導熱系數比純金屬低。
熱的良導體與不良導體
各種物質都能夠傳熱，但是不同物質的傳熱本領不同。善于傳熱的物質叫作熱的良導體。各種金屬都是熱的良導體，其中最善于傳熱的是銀，其次是銅和鋁。不善于傳熱的物質叫作熱的不良導體。陶瓷、紙、木頭、玻璃、皮革等都是熱的不良導體。最不善于傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、軟木和其他松軟的物質。除水銀以外，液體都不善于傳熱。氣體比液體更不善于傳熱。

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