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1、 教学基本信息课题简易太阳能热水器的改进2学科科学学段： 高段年级五年级教材书名：科学出版社：首都师范大学 出版日期：2010年6月教学设计参与人员姓名单位联系方式设计者吴驰北京市朝阳区十八里店小学15101083800实施者吴驰北京市朝阳区十八里店小学15101083800指导者王素英北京市朝阳区教育研究中心13911070476课件制作者吴驰北京市朝阳区十八里店小学15101083800指导思想与理论依据指导思想： 技术是人类能力的延伸，工程是依据科学原理设计制造物品。技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会的影响。技术与工程实践活动可以使学生
2、体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。 因此，在教学中教师将制作太阳能热水器拓展为一个工程技术的实践活动，学生通过学习相关科学知识，设计、制作、试验第一代热水器，改进设计并制作出第二代热水器、第三代热水器，和学生一起经历了一次技术发展的过程。相关科学知识的不断补充，材料的不断丰富，推动了技术不断地发展，为设计制作更好的简易太阳能热水器打下了扎实的基础，从而体验了一次较为完整的工程设计的过程。理论依据： 建构主义认为：知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。教学
3、中，教师为学生创设设计制作太阳能热水器的情境，从第一代太阳能热水器开始，为学生提供丰富的材料，学生以小组合作的形式，利用已有的科学知识及生活经验设计制作热水器，进行试验后，组与组之间进行比较发现不足，再不断提出改进方案，对改进方案进行实施和评估，过程中教师细致指导学生实验方法，帮助学生收集数据、分析数据，结合数据分析改造效果等，学生在此过程中亲身感受了技术的发展过程，并达到学以致用的效果。教学背景分析教学内容及我的思考：本教学内容依托于首师大版科学第六册能源与生活单元的第二课太阳能。通过对教材的分析可以知道，本课在知识上属于物质世界中能量的表现形式中能量的表现形式之二热现象，其中提到了学生应能
4、举例说明热传递在日常生活中的应用。因此，我结合学科10%的实践活动展开的拓展活动，将教材中最后一个活动拓展为一系列实践活动。设计制作太阳能热水器的实践活动共分为三阶段，用4课时完成。第一阶段，即第1课时：尝试制作一个简易太阳能热水器，并发现水温确实可以上升，但比较慢，从而发现问题，引出第二阶段-简易太阳能热水器的改进1，即第2课时，对第一代热水器提出改进方案，并对第二代热水器展开对比实验进行实证，从而发现水温可以上升的比较快，但是考虑到如果投入到生活中使用，吸热和保温效果都还不够，引出学生再次改进的需求。第三阶段分为两课时完成，第3课时主要进行第三代热水器的设计和制作，第4课时主要重点放在学生
5、对第三代简易太阳能热水器的评估，与课堂中出现的最合适的设计比较再次提出改进方案。在动手动脑的过程中体验科学探究的乐趣，从而提升学生的逻辑思维，对能源问题产生探索、改进充分利用的愿望。学生情况：本课的教学对象是五年级学生。在知识水平上：学生已经学习了有关于热传导、热对流、热辐射、吸热能力强弱、光的反射、光的折射等相关知识，对于生活中的一些现象可以做出解释。学生通过太阳能一课的前两课时的学习，对太阳能热水器有了一定的了解，对于影响太阳能热水器水温上升快慢的因素也进行了较为严谨的实验探究。通过前面的学习学生已经知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善等，学生对工程技术实践活动
6、也有了一定的认识。在能力方面：学生经过将近三年的科学课的学习，具有了一定的观察能力、表达能力、设计与实施实验能力、分析能力，能够用文字与绘图的方法表达自己的创意和构想，并将自己的想法运用简单的器具、工具等制作成模型和实物，并进行简单的评估。教学方式：结合10%的学科实践活动，采用体验探究式的教学方法展开一系列科学实践活动。教学手段：前面的学习中，通过分析实际需要，找出第二代热水器的不足之处，提出改进方案，教师根据学生的第三代简易太阳能热水器提供相应的材料，学生进行模型的制作。本课中，选取8组原理设计和材料设计典型的热水器进行评估。试验第三代热水器后，结合折线图进行分析热水器的吸热能力和保温效果
7、。技术准备：1.教师材料：加热灯、量筒、烧杯、玻璃双层保温杯、硬黑色密封袋、一面透明塑料盒、泡沫盒、PVC管以及配套的弯头和三通、锡箔纸、黑色自动喷漆、支架、水、水温计、夹子、秒表、抹布、铁架台、记录单、塑料折线图纸。2.教学准备：课件、板书贴纸。3.学生小组材料：加热灯、烧杯、量筒、水、水温计、夹子、秒表、抹布、记录单、塑料折线图纸、油性笔、铅笔。教学目标(内容框架)一、太阳能一课总体教学目标：1.通过运用已有知识，利用现有材料设计一个简易太阳能热水器的活动，了解太阳能是可以被直接利用。2.经历设计、制作、评估、改进简易太阳能热水器，逐步完善形成一个趋于最优方案的这一过程，提升逻辑思维、统筹
8、能力等。3.对能源问题产生探索、改进、充分利用的愿望。二、本课时教学目标1.运用已有知识对第二代简易太阳能热水器进行改进，提出第三代热水器的设计制作方案，对第三代热水器进行试验和评估，结合折线图分析改进效果。2.根据设计方案和已有材料，对简易太阳能热水器进行再设计、制作、评估，并逐步完善形成一个趋于最优方案的过程，在这一过程中提升学生的逻辑思维、统筹以及合理规划等能力。3.对能源问题产生探索、改进、充分利用的愿望。教学重点、教学难点教学重点：运用已有知识及现有材料设计制作一个相对高效的简易太阳能热水器，并对其进行测试和效果分析与反思。教学难点：对简易太阳能热水器进行再设计、制作、评估，并逐步完
9、善形成一个趋于最优方案的过程，在这一过程中提升学生的逻辑思维、统筹以及合理规划等能力。教学流程示意教学手段教学意图教学环节 第一代和第二代热水器照片进行活动回顾回顾第一代、第二代热水器的一次次的改进，引出第三代。回顾导入，引出改进学生结合前期设计，对第三代热水器进行介绍，并分析所应用的科学知识。学生结合图片介绍第三代热水器设计展示第三代热水器学生对第三代热水器进行试验，并对结果进行分析，提升学生的逻辑思维、统筹以及合理规划等能力。学生试验并对结果进行解释与分析评估第三代热水器总结实践活动，分享收获结合目前应用较为广泛的热水器进行分析，总结整个实践活动的意义。总结教学过程(文字描述)一、 回顾导
10、入1.谈话：在第一课中，我们利用这套装置，装入60毫升水，距离加热灯20厘米，加热5分钟，发现水温确实可以上升，但是比较慢，在第二课时，大家进行了一些改进，谁来向大家介绍一下，你们上节课是怎样做的，效果如何？图1：第一代简易太阳能热水器 学生1：我们组将透明塑料袋改为黑色塑料袋，发现水温上升的比之前快了，发现黑色吸热能力强。学生2：我们组将塑料材质改成了金属材质，发现水温比之前上升快了，这种方法改进有效。学生3：我们组调整了水袋的角度，发现光线直射时水温上升得最快。 图4：第二代简易太阳能热水器 直射角度图3：第二代简易太阳能热水器 金属桶图2：第二代简易太阳能热水器 黑色塑料袋【设计意图：回
11、顾前期设计制作的两代简易太阳能热水器，对已有技术产品，进行分析讨论，发现不足，从而引出此次设计第三代热水器的意义，经历一次技术发展的过程。】2、 汇报展示设计1.谈话：虽然第二代热水器在在吸热方面已经有提升，但大家考虑到这种热水器如果投入到实际生活中，那么吸热能力和保温效果还需要进一步提升。同学们又进行了第三代的设计，根据你们的需求，老师为你们准备了相应的材料，课下你们完成了制作，谁来向大家介绍你们的第三代热水器？图10：第三代热水器保温杯内壁涂黑图11：第三代热水器保温杯外壁涂黑图12：第三代热水器黑盒加反光罩图9：第三代热水器黑袋加反光罩图6：第三代热水器PVC管图5：第三代热水器泡沫盒图
12、8：第三代热水器保温杯加锡箔纸图7：第三代热水器保温杯加反光罩预设1：泡沫盒组：我们组的热水器里面是一个5面为黑色的长方形塑料盒，前面是透明的，黑色吸热能力强，透明的一面可以让光线照射进去，外面包上泡沫可以保温。预设2：单面黑色水袋加反光罩：我们组的第三代热水器是有一个一面透明一面黑色的密封袋和一个用锡箔纸做成的反光罩组成的，我们把透明的一面朝向阳光，黑色朝向反光罩，反光罩可以把光线集中照射在水袋上，让水能热的更快。预设3：pvc管：我们组的热水器是用PVC管制作的，借鉴了暖气片的结构，水管中各方面都是相连的，可以让水在里面充分的进行热对流，我们还喷上了黑漆，是它吸热能力更强。预设4：保温杯加
13、锡箔纸涂黑：我们的热水器是用保温杯加一层锡箔纸做成的，为了吸热能力更强，我们还喷上了黑漆。锡箔纸的导热能力比较强，热量很快能够传给水。2.谈话：各组同学都能根据热传递、黑色物体吸热能力强等科学原理改进自己的设计，非常有智慧，时间关系我们不一一介绍了。【设计意图：经过第一次的改进以后，学生有了一定经验之后，在第三课时中经过小组成员讨论、综合考虑后，利用已有的科学知识确定了一种太阳能热水器的设计方案，并用文字与绘图的方式表达自己的构想，设计阶段还提出了制作过程中的主要问题及解决办法，完成制做，并在介绍时对自己的第三代简易太阳能热水器进行原理设计的分析，提出预期效果。】三、评估设计1.谈话：热水器设
14、计制作好了，相信你们一定想来检验一下你们的设计是否有进步，接下来我们一起来测试一下你们的设计。我们还是之前的实验要求，进行实验。（装入60毫升水，距离加热灯20厘米，加热五分钟，记录每分钟的水温，停止加热后再记录5分钟水温）组织学生进行实验。（行间巡视，指导学生按要求完成实验，关注效果明显的组，指导学生结合自己组的材料进行效果分析，效果不明显的组可以帮助学生一起找找原因。）2.谈话：实验完毕，请几个组来给大家汇报一下你们的检验结果吧。请你在说的时候，先结合折线图说清加热时和加热后水温的变化，再与第二代进行比较，分析第三代热水器吸热和保温的效果如何此次改进是否有效果。图13：学生1折线图图14：
15、学生1折线图图15：学生2折线图图16：学生3折线图学生1：加热五分钟，水温从上升到，停止加热五分钟，水温下降到，与第二代比较，发现加热时水温上升的更快，停止加热后，水温下降的比较缓慢，说明第三代热水器的吸热和保温效果都有明显提升。学生2：加热五分钟，水温从上升到，停止加热五分钟，水温依然在上升，与第二代比较，发现加热时水温上升的慢，但是停止加热后，水温还在上升，说明第三代热水器的吸热效果还需要再改进，保温效果不错。追问：为什么停止加热后水温还继续上升呢？学生3：加热五分钟，水温从上升到，停止加热五分钟，水温下降到，与第二代比较，发现加热时水温上升的更快，停止加热后，水温下降的比较快，说明第三
16、代热水器的吸热效果不错，但保温方面还需要再改进。3. 提问： 通过刚才各组的汇报，可以发现每个组或多或少都有一下进步，那我们设想一下，如果把我们的热水器放大，能装更多水，在太阳底下放一天，晚上准备洗澡，那么谁的设计最符合实际的需求呢？我们把各组的折线图放到一起，综合来看看。图17：综合8组折线图4. 提问：我们看到第3组的改进效果最好，看看与他们的选材与使用方法有什么联系，如果借鉴他们的做法来改进你们组的，你有什么想法？预设1：如果在我们组的热水器外也加一个反光罩，就能够让更多光线照射到热水器上，水温上升的更快。【设计意图：对第三代热水器进行试验、评价、改进。试验完毕后，结合第二代和第三代热水
17、器的数据、折线图进行分析，进行展示、交流。按照预设的目的来评价第三代热水器，是否达成设计时的预想结果，与第二代比较是否有提升，并对第三代热水器提出改进意见。学生不断体验设计制作的过程，达到学以致用的效果。】四、总结图18：太阳能热水器1.谈话：我们改进了两次就有了很大的进步，设计师们也是这样经历了一次次的设计、制作、评估、再改进等过程，只不过他们试验过的材料更多，测试的时间更长，最终设计出了这样目前应用比较广泛的太阳能热水器，谁能根据今天的活动，分析一下它是怎样工作的，有什么优点？期待：它主要有三个部分，集热管、保温桶和冷水桶，集热管利用了真空保温的原理，既可以被晒热也可以保温，而且受热面积大
18、大增加，水被晒热就会上升到保温桶中，利用了热对流的原理，保温桶保温效果特别好，夏天水被晒得特别热，这时就需要冷水桶了，当我们洗澡时可以通过调节龙头，使凉水和热水混合，最终让水温适合洗澡。2.总结：经过这4节课的学习，老师和大家一起经历了一次比较完整的设计制作的过程，通过大家的不断改进，设计、制作、评估，简易太阳能热水器的吸热能力和保温效果都越来越好了，希望大家在以后的学习和生活中也能有这样不断提升，严谨的科学态度。【设计意图：结合目前应用较为广泛的太阳能热水器进行原理设计的分析，了解太阳能热水器需要由多个部分组成，包括集热管、保温桶、凉水桶等，学生对原理设计的层面更加清晰。】板书设计：学习效果
19、评价设计评价方式学生评价：1. 学生发言中，学生互相之间评价。例如：在个别学生汇报第三代简易太阳能热水器设计、结果或者小组交流后，进行集体讨论、评价；学生个体对同学发言的质疑；学生个体对同学发言的赞同和补充。2. 在完成第三代热水器的试验后，全班的第三代热水器折线图综合分析中，学生自主的比较和评价。教师评价：1. 课堂观察：教师要及时鼓励学生间的交流，及时肯定他们的发现； 教师要观察学生是否能专注于简易太阳能热水器的分析； 教师要观察学生是否愿意参加小组活动； 教师要观察学生在试验是否按照要求完成； 教师要观察学生是否愿意将自己的发现与他们分享。2.记录单的评价：介绍第三代热水器的设计方案叙述
20、是否清楚，设计原理是否阐述正确，设计图是否清楚明白，记录是否正确。评价量规ABC1. 记录单上字迹干净、整齐2. 能选择问题并提出合理的设计方案3. 能按照第三代热水器的方案进行实验，最终能够顺利完成4. 能够根据实验现象，结合折线图分析第三代热水器的吸热效果和保温效果并提出相应的改进意见5. 项目填写完整、正确1.记录单上字迹比较干净、整齐2.能选择问题并提出设计方案3.能按照第三代热水器的方案进行实验，最终能够顺利完成4.能够根据实验现象，结合折线图分析热水器的吸热效果和保温效果5.项目填写完整、正确1.记录单上字迹比较乱2.能选择问题并经教师引导提出设计方案3.能按照第三代热水器的方案进
21、行实验，最终能够顺利完成4.能够根据实验现象，结合折线图分析热水器的吸热效果和保温效果分析并得出结论5.项目填写比较完整本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点(300-500字数)一、 结合科学学科的10%实践活动，拓展活动在以往的教学中，教师通常以太阳能的应用作为重点，以了解层面为主。本设计中，教师根据课程改革的方向，大胆的将设计一个太阳能热水袋这一部分拓展为一系列的工程与技术的实践活动。这一话题贴近学生的生活，但是很少有学生真的去深入了解与思考过，在活动中教师力图运用科学研究的方法使学生像工程师一样一步步的去设计、制作、评估、完善自己的的模型。通过简易太阳能热水器制作和改进这一工程技术活动，二、 提供有结构的材料，经历技术发展的过程在以往的教学中，教师准备黑塑料袋，白塑料袋等一些比较简单的材料，验证一下黑色塑料袋中水温上升较快，不会再进行设计、制作、改进等活动。在教学过程中，教师准备丰富的材料，学生依据已有的科学知识制作出简易太阳能热水器，如黑色物体吸热能力最强，然后利用黑色容器制作太阳能热水器，体现科学原理对技术产品生产的指导作用。学生从第一代热水器到第三代简易热水器，利用各种材料，不断提升简易太阳能热水器的吸热能力和保温效果，经历了一次技术发展的过程。17