資源簡介

2021新蘇教版四年級下冊科學教材分析
第一單元
冷和熱
一、單元設計意圖
1.本單元主題的提出
人類生存在季節交替、氣候變幻的自然界中。冷和熱是人類最早觀察和認識的自然現象之一，與冷和熱有關的現象稱為熱現象。熱作為能量的一種表現形式，與我們的生活息息相關。在遠古時代，我們的祖先就學會了使用火，人類對火的認識、使用和掌握，是人類認識自然，并利用自然來改善生產生活的第一次實踐，從而開創了人類的文明史；在生產力高度發達的今天，人類的生產生活仍離不開對熱的利用。因此，了解、研究有關冷和熱的知識，對于學生了解社會的進步和發展具有深遠的意義。
冷和熱作為一種常見的生活現象，學生普遍對其較為關注，并有探究的欲望，如根據天氣的冷熱學生會增減衣服，把壓癟了的乒乓球浸入開水里燙一下，乒乓球會重新鼓起來等。人們對冷熱規律的利用，如加熱、制冷、散熱、保暖等，學生也有一定的生活體驗，容易引發學生的學習興趣。針對學生的這一認知需求，教材結合生活中的冷熱現象，充分利用實驗、數據、圖示等方式，幫助學生建構溫度、熱脹冷縮、物態變化等科學概念，以掌握熱現象中蘊含的科學道理，也為小學高年級學習熱傳遞和水在自然界的循環等知識奠定必要的基礎。
教材設計了一系列典型實驗活動，這些活動新穎豐富，緊密聯系生活實際，重在培養學生設計實驗、動手操作、連續收集數據、繪制曲線圖、分析解釋、大膽想象等多項科學技能，以及嚴謹求實、一絲不茍的科學態度。此外，在小學階段，學生要理解世界是物質的，物質是運動和變化的。
2.本單元對《課程標準》的落實
(1)本單元通過一系列實驗、分析、討論等活動，落實《課程標準》
中年段的課程目標。
科學知識：
測量、描述物體的特征和材料的性能；了解不同形式的能量。
科學探究：
在教師引導下，能基于所學知識，制訂簡單的探究計劃。
在教師引導下，能依據證據運用分析、比較、推理、概括等方法，分析結果，得出結論。
科學態度：
能在好奇心的驅使下，表現出對現象和事件發生的條件、過程、原因等方面的探究興趣。
能接納他人的觀點，完善自己的探究；能分工協作，進行多人合作的探究學習；樂于為完成探究活動，分享彼此的想法，貢獻自己的力量。
科學、技術、社會與環境：
了解并意識到人類對產品不斷改進以適應自己不斷增加的需求；了解人類的需求是影響科學技術發展的關鍵因素。
(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”的中年段要求。
1.1物體具有質量、體積等特征。
能夠使用簡單的儀器測量物體的長度、質量、體積、溫度等常見特征，并使用恰當的計量單位進行記錄。
2.1水在自然狀態下有三種存在狀態。
知道冰、水、水蒸氣在形狀和體積等方面的區別。
觀察并描述一般情況下，當溫度升高到100°C或降低到0°C時，水會沸騰或結冰。
知道冰、水、水蒸氣雖然狀態不同，但都是同一種物質。
6.3.1用溫度來表示物體冷熱的程度，攝氏度是溫度的一種計量單位。
描述測量物體或空氣溫度的方法；知道國際上常用攝氏度作為溫度的計量單位來表示物體的冷熱程度。
6.3.2加熱或冷卻時物體的體積會發生變化；加熱和冷卻也可以改變某些物質的狀態。
知道一般物體具有“熱脹冷縮”的性質。
知道水結冰時體積會膨脹。
描述加熱或冷卻時常見物質發生的狀態變化，如水結冰、冰融化、水蒸發和水蒸氣凝結。
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
本單元由《冷熱與溫度》《熱脹冷縮》《水受熱以后》《水遇冷以后》四課組成。第一課《冷熱與溫度》，通過回憶生活經歷和課堂操作體驗，知道溫度的概念及計量單位，掌握溫度計的使用方法，探究熱水變涼的規律。第二課《熱脹冷縮》，通過實驗觀察液體、氣體、固體在受熱和遇冷時體積的變化，知道絕大多數物體具有熱脹冷縮的性質。第三課《水受熱以后》，通過實驗觀察冰—水—水蒸氣的變化過程，認識融化和沸騰現象，并利用曲線圖分析溫度變化規律。第四課《水遇冷以后》，通過實驗觀察水蒸氣—水—冰的變化過程，認識凝結和凝固現象，并利用曲線圖分析溫度變化規律，進而理解冰、水、水蒸氣雖然狀態不同，但都是同一種物質。
本單元四課的邏輯關系如下：
二、單元教學目標
知道溫度的概念和計量單位。
通過實驗探究，知道絕大多數物體具有熱脹冷縮的性質。
通過實驗探究、數據分析，認識水的三態變化。
掌握正確使用溫度計和酒精燈的方法，能合作完成熱對物質影響的各類實驗操作。
意識到事物的變化是有規律的，這種規律可以被人類認識和利用。
三、單元活動框架
四、課時建議
序號
課題
課時
1
冷熱與溫度
1
2
熱脹冷縮
1
3
水受熱以后
1
4
水遇冷以后
1
總課時
4
五、每課分析
第1課
冷熱與溫度
1.教學內容
學生在生活中或多或少對冷熱現象都有一定的認識，尤其是對溫度的感知，是他們在日常生活中的本能，然而這種認識較多地停留在感覺層面，容易受客觀條件和主觀因素的影響，與物體的實際溫度存在差異。為此，本課將學生從感覺上的冷熱引向可測量的溫度，教學生用溫度計測量溫度，并探究熱水變涼的規律，使學生懂得測量的重要性。本課教學內容分三個部分。
第一部分，感受水的冷熱差別，形成溫度的概念。教材首先安排了一個經典實驗，將兩手的食指分別放入冷水、熱水中，5秒鐘后，再同時放入溫水中，比較手指的感覺。接著請學生就這個現象作出自己的解釋，學生在小企鵝的追問下很快明白，光憑手指的感覺不能準確判斷水的冷熱程度，要想比較水的冷熱需要使用科學儀器，并有統一的衡量標準。引導學生認識到：物體的冷熱程度叫溫度，用溫度計可以準確地測量物體的溫度。然后學習溫度計的使用方法。
第二部分，做熱水變涼實驗，發現水溫下降的規律。熱水變涼是生活中司空見慣的現象，然而學生可能從未想過其中的規律。這一部分重在進一步加強測量水溫的技能訓練，培養學生的記錄能力，特別是連續觀察與記錄的能力，并通過指導學生繪制曲線圖、分析數據，引導學生發現熱水溫度下降先快后慢的規律，從而激發學生去觀察生活中的科學現象，探究生活中遇到的科學問題。實驗結束后，還可以讓學生通過討論來解釋這個現象，發現這個現象是由熱水與室內空氣之間的溫差造成的，這是培養學生科學分析和推理能力的重要環節。
在測量水溫的過程中，關鍵是讓學生掌握溫度計的使用方法，即溫度計的液泡應完全浸沒在水中，且不能接觸杯壁和杯底，讀數的時候不要將溫度計拿到杯外，待溫度計液柱穩定后再讀數。為使學生學會溫度計的使用方法，可以安排學生先測量前面三杯水的溫度，在操作中掌握溫度計的使用方法。
第三部分，觀察不同種類的溫度計，認識溫度計的基本結構和功能。教材最后羅列了生活中常見的幾種溫度計，通過觀察，學生能發現這些溫度計雖然在外形、結構上不同，但它們都能測量溫度。在此基礎上，認識各種溫度計的不同特點和用途，讓學生理解不同的生活場景中應該選擇不同的溫度計進行溫度測量，選擇的依據與所測量的溫度范圍以及特殊需求有關。
2.教學目標
通過感知水的冷熱，知道用溫度表示物體的冷熱程度，可以用溫度計測量物體的溫度。
學習溫度計的使用方法，能連續測量一杯熱水變涼過程中的溫度，并運用圖表將數據記錄下來。
通過分析圖表，發現一杯熱水變涼過程中溫度變化的規律。
3.重點與難點
重點：學會正確使用溫度計。
難點：在一杯熱水變涼過程中連續測量溫度，并發現溫度變化的規律。
4.教學準備
教師材料：玻璃溫度計、燒杯、鐵架臺、夾子、石棉網、三腳架。
學生分組材料：實驗記錄單。
第2課
熱脹冷縮
1.教學內容
熱脹冷縮是指物體受熱時膨脹，遇冷時收縮的特性。固體和液體的熱脹冷縮幅度比較小，在生活中不易覺察到，因而對熱脹冷縮現象很多學生并不了解，對其在生活中的應用更是知之甚少。為此，教材設計了一系列既貼近生活又富有趣味的活動，帶領學生探究物體受熱和遇冷時體積的變化，以揭示這一科學現象。本課教學內容分四個部分。
第一部分包括兩個活動。活動一，開篇借助復習舊知的方法，測量兩杯水的溫度，引發思考：為什么溫度計放在熱水中液柱會上升，放在冷水中液柱會下降？聚焦研究主題：冷和熱對物體體積會產生影響。活動二，研究液體受熱和遇冷時體積的變化。先由學生就“水在受熱和遇冷時，體積會有什么變化”這一問題作出假設，然后根據教材提示設計出實驗方案，再根據實驗現象得出結論：液體受熱時體積膨脹，遇冷時體積縮小。
第二部分，研究氣體受熱和遇冷時體積的變化。學生在已有經驗的基礎上討論并設計出實驗方案，進而根據實驗現象得出結論：氣體受熱時體積膨脹，遇冷時體積縮小。
第三部分，研究固體受熱和遇冷時體積的變化。學生根據教師提供的材料確定實驗方案，由于該實驗較復雜，且酒精燈是學生第一次使用，因此教師要先做演示實驗，再由學生完成實驗。根據實驗現象得出結論：固體受熱時體積膨脹，遇冷時體積縮小。
第四部分，解釋生活中的熱脹冷縮現象，將學習和生活密切聯系，鞏固所學內容。
2.教學目標
通過學習與實踐，掌握酒精燈的使用方法。
通過實驗與分析，知道絕大多數物體具有熱脹冷縮的性質。
能夠運用物體熱脹冷縮的性質解釋生活中的一些現象。
3.重點與難點
重點：認識到液體、氣體、固體都具有熱脹冷縮的性質。
難點：設計實驗驗證液體、氣體、固體具有熱脹冷縮的性質。
4.教學準備
教師材料：水槽、燒瓶、膠塞、細玻璃管、高錳酸鉀水溶液、氣球、溫度計、銅球實驗裝置、酒精燈、火柴。
學生分組材料：實驗記錄單。
第3課
水受熱以后
1.教學內容
冰、水、水蒸氣是同一種物質的不同狀態，即固態、液態、氣態，影響其狀態變化的條件主要有溫度和壓強。學生對于生活中的冰、水和水蒸氣非常熟悉，也知道它們在一定條件下可以相互轉化，但對于轉化的具體條件和特點并不十分清楚。本課著重從受熱這一條件下，揭示冰—水—水蒸氣轉化過程的特點。本課教學內容分四個部分。
第一部分，交流冰、水和水蒸氣之間有哪些相同和不同的地方。運用多種感官，將冰、水和水蒸氣進行比較，發現三者的相同點與不同點，同時發現三者之間的聯系，從而猜想冰、水和水蒸氣是同一種物質的不同狀態。第二部分，做冰融化的實驗，觀察并描述冰融化成水的過程，知道冰受熱以后從固態變成液態，建立融化的概念。通過分析溫度變化曲線圖，認識冰融化過程中溫度變化的規律。
第三部分，繼續給水加熱，研究水沸騰前后溫度和體積的變化。在觀察和描述的過程中發現：當溫度升高到100°C時，水會沸騰，同時產生大量的氣泡，水會變少。
第四部分，了解滿壺的水燒開后產生的現象及原因。
2.教學目標
通過觀察與描述，知道水受熱以后形態會發生變化。
通過測量與分析，知道在一般情況下，當溫度升高到100°C時，水會沸騰。
通過比較冰、水、水蒸氣的相同點和不同點，知道冰、水、水蒸氣是同一種物質的不同狀態。
3.重點與難點
重點：了解融化和沸騰的條件。
難點：利用曲線圖，分析冰融化和水沸騰過程中溫度變化的規律。
4.教學準備
教師材料：鐵架臺、三腳架、酒精燈、石棉網、溫度計、燒杯、冰塊、秒表。
學生分組材料：實驗記錄單。
第4課
水遇冷以后
1.教學內容
本課著重從遇冷這一條件下，揭示水蒸氣—水—冰轉化過程的特點，幫助學生建立凝結和凝固的概念，了解生活中的凝結與凝固現象。有了前一課的學習方法，學生對本課的學習會輕松一些。在學完本課后，教師要對水的三態變化及時進行梳理，做好歸納總結，幫助學生建立起完整的概念。本課教學內容分三個部分。
第一部分，幫助學生回憶什么時候見過露水，見到露水時的氣溫在一天中是高還是低。通過調動學生的生活經驗，聚焦凝結現象，然后做水蒸氣遇冷的實驗，觀察并描述水蒸氣遇冷以后的變化，通過討論玻璃棒上流下來的水滴是怎樣形成的，知道水蒸氣遇冷后從氣態變成液態，建立凝結的概念。
第二部分，研究水結冰前后溫度和體積的變化。通過分析溫度變化曲線圖，認識水結冰過程中溫度變化的規律：當溫度達到0°C時，水會結冰，在結冰的過程中溫度一直保持0°C不變；觀察實驗現象，發現水結冰后體積會膨脹。
第三部分，利用所學的知識解釋生活中的凝結和凝固現象。最后幫助學生做好歸納總結，知道水在自然界中以液態、氣態、固態三種狀態存在，當外界溫度發生變化且達到一定程度時，水會從一種狀態轉變為另一種狀態，從而得出冰、水和水蒸氣是同一種物質的不同狀態。
2.教學目標
通過觀察與描述，知道水遇冷以后形態會發生變化。
通過測量與分析，知道在一般情況下，當溫度降低到0°C時，水會結冰。
知道水會從一種狀態轉變為另一種狀態，并能解釋生活中的一些現象。
3.重點與難點
重點：了解凝結和凝固的條件。
難點：利用曲線圖，分析水結冰過程中溫度變化的規律。
4.教學準備
教師材料：鐵架臺、酒精燈、溫度計、燒杯、鋁箔紙、玻璃棒、冰塊、試管、試管夾、秒表。
學生分組材料：實驗記錄單。
六、參考資料
溫度
溫度是表示物體冷熱程度的物理量。從微觀上看，也就是從分子運動論的觀點來看，溫度反映組成宏觀物體的大量分子無規則運動的劇烈程度，是分子熱運動平均動能的標志。溫度是大量分子熱運動的集體表現，具有統計意義。對于單個分子來說，溫度是沒有意義的。
溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標，它規定了溫度的讀數起點(零點)和測量溫度的基本單位。國際通行的為熱力學溫標(K)，還用得較多的還有攝氏溫標(°C)、華氏溫標(°F)和國際實用溫標。
華氏溫標
華氏溫標是以其發明者命名的，它是18世紀初德國人華倫海特(1686—1736)提出的歷史上第一個經驗溫標。這種溫標規定在1標準大氣壓下，水的冰點是32華氏度，沸點是212華氏度，其間分成180等份，每等份為1華氏度，記作1°F。包括我國在內的世界上絕大多數國家都使用攝氏溫標，美國等某些英語國家使用華氏溫標。
溫度計的種類及工作原理
溫度計是測溫儀器的總稱，利用物質的某些屬性(如氣體、液體、固體的體積，金屬或半導體材料的電阻等)隨溫度變化的規律制成。溫度計的種類有很多，使用前要了解其結構、功能以及使用方法。
氣體溫度計：利用氣體的壓強或體積隨溫度變化的性質制成。多用氫氣或氦氣作測溫物質，因為氫氣和氦氣的液化溫度很低，接近絕對零度，故它的測溫范圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用于精密測量。
電阻溫度計：分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計，利用電阻隨溫度變化這一特性制成。金屬電阻溫度計主要用鉑、金、銅、鎳等純金屬及銠鐵、磷青銅等合金作測溫物質；半導體電阻溫度計主要用碳、鍺等作測溫物質。電阻溫度計使用方便可靠，已得到廣泛應用。它的測溫范圍為-260-1000°C。
溫差電偶溫度計：是一種工業上廣泛應用的測溫儀器，利用溫差電效應制成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端，另兩端與測量儀表連接，形成電路。把工作端放在被測溫度處，工作端與自由端溫度不同時，就會出現電動勢，因而有電流通過回路。通過電學量的測量，利用已知處的溫度，就可以測定另一處的溫度。它適用于溫差較大的兩種物質之間，多用于高溫和低溫測量。有的溫差電偶溫度計能測量3000°C的高溫，有的能測量接近絕對零度的低溫。
高溫計：一般用來測量500°C以上溫度，有光學高溫計、比色高溫計和輻射高溫計。高溫計的原理和構造都比較復雜，這里不討論。其測溫范圍為500-3200°C，不適用于測量低溫。
雙金屬溫度計：它是以雙金屬片作為感溫元件，用來控制指針。雙金屬片通常是用銅片和鐵片鉚在一起，且銅片在左，鐵片在右。由于銅的熱脹冷縮效果比鐵明顯得多，因此，當溫度升高時，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動下就向右偏轉(指向高溫)；反之，當溫度降低時，指針在雙金屬片的帶動下就向左偏轉(指向低溫)。
玻璃液體溫度計：利用液體熱脹冷縮的規律制成。由于測溫介質的膨脹系數與沸點及凝固點的不同，所以我們常見的玻璃液體溫度計主要有煤油溫度計、水銀溫度計、酒精溫度計。它的優點是結構簡單，使用方便，測量精度相對較高，價格低廉；缺點是測溫范圍和測量精度受測溫介質的性質與玻璃質量限制，且不能遠傳，易碎。
壓力式溫度計：利用封閉容器內氣體和蒸汽的壓力或液體的體積隨溫度變化的原理制成。它由溫包、毛細管和指示表三部分組成。壓力式溫度計的優點是結構簡單，機械強度高，抗震能力強，價格低廉，不需要外部能源；缺點是測溫范圍有限，一般在-80-400°C，熱損失大，響應較慢。
水銀溫度計：水銀溫度計是膨脹式溫度計的一種，水銀的凝固點是-38.83°C，沸點是356.62°C，用來測量-38-600°C范圍的溫度，它只能作為就地監督的儀表。用它來測量溫度，不僅簡單直觀，而且可以避免外部遠傳溫度計的誤差。
熱脹冷縮及其原因
熱脹冷縮是因溫度改變而引起的固體、液體和氣體的脹縮變化。大多數物質在受熱時體積會膨脹，遇冷時體積會縮小。也有少數物質，如水、銻、鉍、鎵和青銅等，在一定溫度范圍內受熱時收縮，遇冷時膨脹，恰與一般物質特性相反。
熱脹冷縮產生的原因是物體內的原子運動會受溫度影響。溫度升高時，原子振動幅度加大，物體膨脹；溫度降低時，原子振動幅度減小，物體收縮。
水的反常膨脹
一般來說，同種物質溫度越高，密度越小，遵循熱脹冷縮規律，但是水比較特殊。水在4°C時密度最大；溫度高于4°C或低于0°C時，水遵循熱脹冷縮規律；溫度在0-4°C時，隨著溫度的降低，水發生反常膨脹。溫度降到0°C時水結冰，體積變大，密度變小，所以冰可以浮在水面上。寒冷的冬天，湖面封凍，湖底的水卻可能保持在4°C，魚兒可以自由自在地游動。
無縫鋼軌
鋪設鐵軌時要留有縫隙，防止熱脹冷縮。但是大家都知道高鐵采用的是無縫鋼軌，難道高鐵的鋼軌不怕熱脹冷縮嗎？
第一，高鐵鋼軌建設者們要固定鋼軌，將軌道與枕木緊緊地固定住，這樣一來就可以形成一部分的力量作為鋼軌的內應力，進而會抵消一部分熱脹冷縮產生的應力，使軌道不至于變形。
第二，建設之初，就要根據當地氣象資料進行調整，得出熱脹冷縮造成鋼軌形變的數值區間，據此預留出熱脹冷縮的形變值。
第三，在大約1.5千米以內的地方會有一個伸縮調節器，可以幫助鋼軌釋放因熱脹冷縮產生的能量。
熔化與熔點
熔化是物質從固態變成液態的過程。在一定的壓強下，晶體加熱到一定溫度時開始熔化。晶體在熔化過程中溫度保持不變，但要從外界吸收熱量。非晶體在熔化過程中不斷吸熱，溫度不斷上升，沒有固定的熔化溫度。晶體在一定壓強下發生熔化時的溫度叫作熔點。溫度處于熔點時，物質固、液兩態共存；溫度低于熔點時，物質以固態存在；溫度高于熔點時，物質以液態存在。晶體的熔點與熔化時的壓強及物質的純度有關。
凝固與凝固點
凝固是物質從液態變成固態的過程。在一定的壓強下，晶體冷卻到一定溫度時開始凝固。晶體在凝固過程中溫度保持不變，但要放出熱量。非晶體在凝固過程中隨溫度降低逐漸失去流動性，最后變為固體，沒有固定的凝固溫度。晶體凝固時的溫度叫作凝固點。在一定的壓強下，同一種晶體的凝固點和熔點相同。
汽化和蒸發、沸騰
汽化是物質從液態變成氣態的過程，有蒸發和沸騰兩種形式。汽化時要從外界吸收熱量。
蒸發僅發生在液體表面，在任何溫度下都能發生。溫度越高，暴露面越大，液面附近該物質的蒸氣密度越小，則蒸發越快。
沸騰是在液體內部和表面同時發生的劇烈的汽化現象。各種液體在一定壓強下沸騰時都有確定的溫度，這個溫度叫作沸點。液體的沸點隨外界壓強的增大而升高，在沸騰過程中，液體不斷吸收熱量，但溫度保持不變。
液化和凝結
液化是物質從氣態變成液態的過程。液化時放出熱量。液化可通過加壓或冷卻，或加壓和冷卻并用的方法實現。臨界溫度較高的氣體可在室溫下經壓縮而液化，臨界溫度很低的氣體需冷卻到接近絕對零度再加壓方可液化。
凝結是蒸氣變成液態的過程。凝結時放出熱量。降低蒸氣的溫度或增加其壓強，可使蒸氣凝結。若蒸氣中存在液體，在一定溫度時，當蒸氣壓強大于該溫度下的飽和蒸氣壓，則從蒸氣進入液體的分子數大于從液體中逸出的分子數，蒸氣就會凝結，且在液體表面發生；若蒸氣中無液體，蒸氣就以凝結核為中心凝聚成液滴。

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