《固体的热胀冷缩》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《固体的热胀冷缩》说课稿
一、使用教材
粤教版小学《科学》三年级下册第四单元《热与温度》中的教学内容。

二、实验器材
（一）自制探究固体热胀冷缩性质的实验装置
（图1）固体热胀冷缩性质的实验装置组成图
实验装置由树莓派、摄像头、补光灯、显示屏、酒精灯、支架以及利用python编写的是实验软件组成。

（图1）
（二）不同种类及形状的探究材料
分别有柱状、片状、球状的铜、铝、铁、钢四种金属作为探究材料。

（图2）
（图2）不同种类及形状的探究材料
（三）铜球过铁环的探究实验器材
（图3）铜球过铁环的探究实验器材
含有铜球、铁环、烧杯、酒精灯、湿抹布、火柴。

（图3）
三、实验创新要求/改进要点
（一）原教材实验不足：
教材中安排了两个活动：活动一：观察铁路等奇怪的缝隙激发学生思考其存在的原因；活动二：通过观察铜球过铁环实验总结出固体具有热胀冷缩的性质。

但是教材中的实验设计存在着几点值得商榷的地方：
（1）金属种类少，归纳不充分，归纳是从个别到一般的过程，对科学概念的形成起着至关重要的作用，但教材中只选用了铜球作为单一的研究对象，就让学生归纳出固体具有热胀冷缩的性质，有些牵强。

（2）研究对象形状单一，难以让学生对热胀冷缩有充分的认识。

所以整个活动过程只是一个定性的了解，而并非一个严谨的定量探究实验。

（二）改进与创新点：
（1）创新探究活动内容
通过观察铜球过铜环的实验来引出学生对其他固体是否具有热胀冷缩性质以及形状是否会影响其热胀冷缩性质的思考及探究。

（2）创新实验器材与方法
①创新金属种类和形态的选择，考虑到金属的热膨胀系数和学生对金属的熟悉程度以及价格，选择了钢、铜、铝、铁等四种金属进行实验。

本课中我们主要是以金属的长度来标记金属的热胀冷缩现象，但对于同一种材料，不同规格与形态，对实验影响很大，为了确保非常明显的实验效果，我创新了对实验中金属形态的选择。

②为了达到非常明显的实验效果，我设计了一套适用于任何金属热胀冷缩现象观察的实验装置。

主要是由酒精灯、铁架台、底板、支架、电子显微镜以及绘制软件组成，首先将金属片穿过卡槽固定在支架上，
使之间隔一段距离；在树莓派上打开，本人利用Python编程语言以及计算机视觉库OpenCV自行编写的程序，即可在屏幕上看到两金属间间隙的实时图像，同时软件上也有间隙的宽度数据，及金属片间距离随时间变化的数据图像。

点燃酒精灯，我们可以从读数看出两金属间的距离会不断减小，熄灭酒精灯，我们可以通过数据和图像发现两金属间的距离会增大；球状的探究过程基本一样，实验中能直接观察铜球直径的变化，来探究其热胀冷缩的性质。

整个探究过程除了有实时图像记录之外，还能获得准确的数据并生成数据图表，使实验现象更加直观明显的同时实现定量探究。

四、实验原理/实验设计思路
鉴于对教材中原有教学活动及实验安排的设计与思考，为了使实验效果更好、探究过程更加科学严谨，本人创新设计了固体热胀冷缩实验探究装置以配合完成本次创新实验教学，达到了理想的教学效果。

下面简单介绍一下本次创新实验教学中实验的设计思路：
（一）三年级学生主要是以形象思维为主，因此对于三年级学生而言，一个好的实验器材应该是操作简单，现象直观明显而同时又具备很好的探究性的。

但一般固体的热胀冷缩现象我们又难以用肉眼直接观察，导致学生对固体热胀冷缩的性质认识不够充分。

为了给学生呈现直观明显的实验现象，达到理想的教学效果，本人创新设计了一套固体热胀冷缩实验探究装置。

首先利用木板制作一个稳定的支架，在上方固定好摄像头、正下方固定铁架台、酒精灯及待探究的金属，在底部的盒子内安装上树莓派微型电脑并接上显示器，充分发挥现代信息技术的作用，利用Python编程语言以及计算机视觉库OpenCV自行编写的程序，通过摄像头实时在电脑上呈现固体加热和冷却的情况。

（如图4）
（图4）探究固体热胀冷缩实验装置软件界面
极大程度的放大了固体热胀冷缩的现象，使学生能直接通过屏幕观察此过程，与此同时软件上还会记录实时数据，及固体加热与冷却过程随时间变化的数据图。

实时的图像结合数据，使学生能直观定量地对固体的热胀冷缩性质进行探究。

（二）归纳是从个别到一般的过程，对科学概念的形成起着至关重要的作用，通过查阅金属种类的热膨胀系数表格，考虑到金属的热膨胀系数和学生对金属的熟悉程度以及价格，最后选择了铝、铜、铁、钢等四种金属作为研究材料（如图2），并且，除了球状固体外，还选择了片状及柱状的固体进行探究，从而很好的解决了实验对象种类少，形状单一，而导致归纳不充分的问题，使实验更具说服力。

五、实验教学目标
根据新课标理念，学生的认知水平以及为了更好的培养学生的探究能力，我突破了原教材教学目标：（一）科学知识
①认识一般固体具有热胀冷缩的性质；
②知道热胀冷缩的现象在生活中无处不在。

（二）科学探究
①用实验的方法探究固体热胀冷缩的性质；
②初步学会收集和整理数据，分析归纳实验结论。

（三）科学态度
①意识到结论需要证据来验证。

②体验科学探究的乐趣，养成严谨细致的科学态度
六、实验教学内容
本次实验教学主要安排三个层次分明的学习活动，引导学生逐层递进，深入探究固体热胀冷缩的性质：活动一：观察铁路等奇怪的缝隙激发学生思考其存在的原因。

活动二：通过观察相同的铜球常温下能通过铁环，但加热后却不能过铁环的实验激发了孩子们探究的兴趣，并初步判断铜球会热胀冷缩。

活动三：设计实验，合作探究其他固体是否也会热胀冷缩以及形状是否会影响其热胀冷缩的性质。

七、实验教学过程
依托本次实验创新教具，结合学生的认识结构并借鉴实验探究式的科学实验教学模式，我重构了本课的教学设计。

(一）、创设情境，激发思考
观看《厉害了我的国》视频片段引入中国高铁。

了解现代铁轨间留缝隙的设计。

并结合世界第一条铁轨，没有留缝隙的设计而导致了非常严重的后果。

来引发学生对铁轨留缝隙的思考。

并确立研究问题：“铁会热胀冷缩，那其他金属也会热胀冷缩吗？”
(二)、拓展思维，聚焦问题
引导学生尝试探究铜球过铁环的实验。

从这个神奇的实验进一步激发了孩子们探究的兴趣，并初步判
断铜球会热胀冷缩。

在此基础上引导学生拓展思维，聚焦问题：“铜球会热胀冷缩，那其他固体会热胀冷缩吗？形状是否会影响其热胀冷缩的性质呢？”
（三）、实设计实验，合作探究
学习任务：实验探究常见固体是否会热胀冷缩及其形状是否会对其热胀冷缩性质产生影响。

学习流程：
步骤一：探究铝片、铁片、钢片、钢片的热胀冷缩现象
①点燃酒精灯（加热过程），观察加热过程中金属片间缝隙的变化并记录变化数据。

②熄灭酒精灯（冷却过程），观察冷却过程中金属片间缝隙的变化并记录变化数据。

（图5）探究铝片、铁片、钢片、钢片的热胀冷缩现象实验数据步骤二：探究形状是否会影响热胀冷缩的性质
①点燃酒精灯（加热过程），观察加热后金属柱间缝隙的变化并记录变化数据。

②熄灭酒精灯（冷却过程），观察冷却后金属柱间缝隙的变化并记录变化数据。

③点燃酒精灯（加热过程），观察加热后金属球直径的变化并记录变化数据。

④熄灭酒精灯（冷却过程），观察冷却后金属球直径的变化并记录变化数据。

（图6）探究形状是否会影响热胀冷缩的性质
步骤三：分析数据，得出结论
实验结束后，引导学生分析表一的数据，可以得出一般固体都有热胀冷缩的性质。

结合分析表一和表二的数据则可以总结归纳得出热胀冷缩是一般固体的固有性质，不会随形状的改变而改变。

（四）联系生活，学以致用
学习知识就是为了应用知识，为了体现这一点，我将以图片的形式引导学生联系生活，设置讨论并解释应用金属热胀冷缩的的例子，比如“电线工人为什么像这样拉电线呢？”。

既巩固了课堂知识，也充分体现了从课堂走向生活的新课程理念。

八、实验效果评价
本次实验教学，主要存在以下两个亮点：
（一）创新实验探究装置，提高教学效率
我对实验装置进行了一系列的改进与创新，学生在实验中实现了操作简单，实验现象明显，数据一目了然的实验效果，有效提高了实验教学的效率。

（二）创新实验教学内容，激活学生思维
本次实验教学根据学生的实际情况完善了整个科学探究的过程，一方面激活了孩子们探究的欲望，另一方面，培养了学生用数据来说明问题的科学思维。