《我们来做“热气球”》教学片段与分析

《我们来做“热气球”》一课是三年级“空气”单元的内容。本课教学，学生在已经知道空气具有质量、能占据空间、可以被压缩的基础上，通过简单的热气球模拟实验，对热空气上升的现象形成初步认识，并在观察、研讨活动中有逻辑地解释热气球为什么能上升和下降，进而对空气的这种物理性质形成一个感性、直观的认知。

通过分析教材和学情，我们尝试对教材内容进行调整，并融合了技术与工程相关内容，同时，为解释“热气球为什么上升和下降”这个问题，创设了一个真实的情境，让学生在设计、制作“热气球”的过程中围绕科学概念进行探究学习。由此，我们确立了如下教学目标。

科学观念：通过设计、制作“热气球”，知道简单的设计问题存在限制条件，并有多种可能方案；知道技术作品包含科学概念；通过模拟热气球实验，知道空气受热会上升、空气变冷后会下降。

科学思维：通过设计、制作“热气球”，能用比较与分类的方式，说明自己选择合适的方案；通过模拟热气球实验，能用画图的方式解释空气受热上升。

探究实践：能在教师的指导下完成“热气球”的设计与制作，并能发现模型不足并改进；能模拟操作热气球，观察、描述“热气球”上升现象。

态度责任：乐于开展技术与工程方面的设计与建造，愿意分享自己的想法和倾听他人的观点，能如实记录实验现象，具有基于事实表达观点的意识。

片段一：出示课题，明确任务

师：（现场出示一个氦气球）氦气球为什么自动上升了呢？

生：因为氦气球很轻，所以会上升。

（教师播放热气球升空的视频。）

师：热气球不是氦气球，为什么也能上升呢？

生：我认为可能是热气球里的热空气比空气轻，才导致它上升的。

师：热空气真的能上升吗？你有证据吗？怎样才能获得证据？

生：可以上网查资料，也可以请教老师。

生：我认为最直接的办法就是自己做一个热气球来验证。

师：今天我们就通过做一个模拟的热气球来寻找证据，验证我们的推测。如何制作呢？

生：我认为应先了解真实热气球的结构。

生：我认为还要搞清楚真实热气球的材料特点。

分析：教师通过现场展示氦气球自动升空，激发学生的学习兴趣，引导他们类比氦气球和热气球升空的现象，推测热气球升空的原因，从而提出了本节课的探究问题，培养学生的类比推理思维。

片段二：分析实物，归纳特点

师：接下来请观察图片（出示热气球图片），说一说热气球的结构。

生：我发现上面像个大袋子，装了很多空气，鼓鼓的。

师：这个叫球囊。

生：中间还有一个喷火的装置。

生：下面还有一个框子。

师：这个叫吊篮。现在谁能归纳热气球的结构呢？

生：热气球由球囊、喷火装置、吊篮三个部分组成。

师：这3部分就是热气球的主要结构。下面请各小组拿出热气球阅读单，归纳热气球的特点。

（小组阅读讨论，教师巡视指导。）

生：阅读单中有提到“热气球比空气轻”，所以我认为热气球很轻。

生：我通过“它是密封的热气球”这句话推测热气球应该不透气。

生：阅读单中还描写到“球囊不是很厚”，我认为热气球的球囊很薄。

生：因为热气球可以载人，所以它应该要很结实。

师：谁来总结一下热气球的特点？

生：热气球应该具有轻、薄、结实、不透气的特点。

分析：这个环节是让学生明白本节课的任务是制作一个热气球模型来验证推测，即如果要解决问题，必须从实践中寻找证据，这有助于让他们养成科学探究的实证意识。学生通过了解真实的热气球，归纳热气球的结构和特点，发展了分析归纳能力和初步的建模能力。

片段三：选择材料，实验探究

师：现在我们归纳出了热气球的4个特点。那么做一个热气球模型应该选择什么样的材料呢？怎么选？

生：我认为一定不能选透气的材料，如果透气的话，“热气球”就不能升空了。

师：怎么判断是否透气？

生：可以通过吹气的方法判断材料透不透气。

师：还需要什么特点的材料呢？

生：要选很轻、尽可能薄一点的材料。

师：怎么来判断轻和薄呢？

生：可以通过用手掂一掂、捏一捏的方式来判断材料的轻、薄。

生：还要尽量选结实的材料，这样制作的时候不容易被弄破。可以通过用手拉一拉，判断材料是不是结实的。

师：现在我为每个小组准备了1个白色塑料薄膜袋、1张棉布、1个黑色垃圾袋，你会选择哪种材料并说出理由。

（教师出示3种材料，学生分小组讨论，达成共识。）

生：我们小组选的是白色塑料薄膜袋，因为通过掂一掂发现它比黑色垃圾袋和棉布要轻一些。

生：我们小组选的是黑色垃圾袋，感觉它捏起来比白色塑料薄膜袋要厚实一些。

师：为什么不选棉布呢？

生：我们隔着棉布吹气时发现，空气能穿透棉布。用它做“热气球”会漏气，这样就不能升空了。

师：如何选择制作“喷火装置”的材料呢？

生：我认为火不能太大，也不能太小，太大可能会把球囊烧破，太小可能无法升空。

生：我认为还要易于控制火力，这样就能够控制“热气球”的上升、下降。

师：（出示汽油、煤炭、木柴、蜡烛、火柴图片）这些材料你们会选哪种呢？

生：我认为汽油不安全，煤炭、火柴的火力很小，都不能选。

生：还有木材也不能选，比较重，不方便携带。

生：我认为这里最合适的就是蜡烛！它更安全、小巧，易控制，燃烧时间长。

师：现在确定了火源，请各小组点燃蜡烛，并思考蜡烛加热了哪里的空气？

生：蜡烛加热了四周的空气。

师：这说明热量向四周散失了。怎样才能聚集热空气呢？

生：我想设计一个上下面都有孔的罩子，把蜡烛罩起来。这样蜡烛加热时产生的热空气就通过上面的孔上升了，冷空气则从下面的孔补充进来，就会产生源源不断的热空气。

师：你们真厉害！请小组长领取一个纸筒，罩住蜡烛，感受纸筒四周和上方温度的变化。可以用手感受，要轻轻地、慢慢地触碰，防止烧伤手。

生：四周不热了。

生：我感觉上方更烫手了，原来罩子真的把热量都聚集到上方了。

师：接下来，你们准备怎么制作“热气球”呢？

生：我们小组准备先将塑料袋在空气中来回甩两次，让它充分打开。然后两个人负责拉开塑料口，一个人负责拉住塑料袋底部，将整个塑料袋倒扣在纸筒上。

生：还需要一个人用手摸“热气球”的顶部，感受温度的变化，观察“热气球”形状的变化，并发布释放“热气球”口令。

生：还要特别注意，“热气球”不能罩住纸筒下面的小孔，否则冷空气就不能进来了。

分析：学生基于已经熟悉的热气球特点，在有限的材料中从不同角度做出了合理的选择，训练了批判性思维。通过比较加纸筒前后蜡烛不同位置热量的变化，他们认识到纸筒的聚热作用，学习在工程制作中不断优化。

片段四：作品展示，改进评估

师：现在制作“热气球”的材料选好了，我们让“热气球”飞起来吧！看哪个小组的“热气球”能够升空并且飞得最高？

（小组合作操作，教师巡视指导，小组互评。）

师：我发现选择黑色垃圾袋的小组都没能升空？为什么？

生：可能是垃圾袋重了。

生：我分析也有可能是火力不够大，升力不够。

师：你们准备怎么改进呢？

生：我认为可以把黑色垃圾袋换成白色薄膜袋试试。

生：也可以换大蜡烛试试。

师：方法不错，你们可以选择其中一种方法进行改进。

（选择黑色垃圾袋的小组改进后再展示，更换成白色塑料薄膜袋的小组成功了，更换成大蜡烛的小组仍然失败。）

师：把小蜡烛更换成大蜡烛后，为什么黑色垃圾袋还不能升空？

生：我觉得是火力不够，可以多加几只大蜡烛。

师：这个方法可以试试。

（上面失败的小组改进后用了4只大蜡烛，但黑色垃圾袋也只是漂浮，并没有升空。）

师：为什么还是不能升空呢？

生：我觉得是因为黑色垃圾袋太重了，最好的办法还是更换成白色塑料薄膜袋，这样更容易成功。

（上面小组继续改进，更换成白色塑料薄膜袋后，“热气球”成功升空了。）

师：为什么选择白色塑料薄膜袋的有一组飞得不高呢？

生：我发现白色塑料薄膜袋没有充分打开，可以先吹气让它展开，空间大了装的热空气就多了。

生：也有可能是火力不大，可以换成1只大蜡烛。

生：我认为不能加大蜡烛，火力大了可能会烧坏袋子。

生：我认为还要检查袋子有没有破洞，有破洞会漏气的。

师：你们想得真周到。现在请你们小组尝试改进吧！

（该小组换装大蜡烛后“热气球”飞得更高了，教师提醒他们要防止袋子被烧破。）

分析：制作“热气球”的过程是工程设计与物化的过程。学生通过展示作品发现不足，及时查找原因并改进，再展示再评估，这个过程培养了他们的创造思维、工程优化思维等。

片段五：交流研讨，应用迁移

师：请大家解释“热气球”为什么能升空呢？

生：我在制作过程中发现，白色塑料薄膜袋由瘪变成圆鼓鼓的了，袋子表面的温度越来越高，最后热空气的升力把袋子推上去了。

生：我认为白色塑料薄膜袋很轻也是一个很重要的原因，如果太重了“热气球”是很难升空的。

师：确实是因为热空气的升力比袋子重量大时才能使“热气球”升空。“热气球”为什么又下降了呢？

生：我认为是没有蜡烛加热空气了。

生：可能是升空后热空气慢慢变冷了，升力不够了“热气球”才掉下来了。

师：是的，热空气变冷是“热气球”下降的原因。怎么能让“热气球”再次升空呢？

生：再次加热就可以了。

师：加热又会升空，冷却后再下降。你能总结热气球升空的过程吗？

生：加热—升空—冷却—下降。

分析：学生通过反思设计、制作中出现的问题，对“热气球”上升和下降原因作出解释，发展了科学思维，理解了实践检验的重要性。

师：其实古人在很早以前就发明了一种热气球——孔明灯。孔明灯又叫天灯，相传是由三国时的诸葛孔明所发明，在发现敌情后，升起孔明灯可以起到预警的作用。其实生活中有很多运用热气球升空原理的例子。请你们思考暖气片为什么更适宜安装在墙角下，而空调更适宜安装在墙的上端？

生：因为暖气片要加热空气，热空气会往上升，这样室内的温度会更均匀舒适，所以最好安装在墙角下。

生：我认为夏天空调制冷，而冷空气是往下沉的，热空气升上来，所以最好安装在墙的上端。

分析：教师通过介绍孔明灯，引导学生通过观察思考生活实例，运用所学科学知识解释其背后的原理，培养了他们的应用迁移能力。

教学分析

这节课的教学设计基于思维型科学探究教学的基本方法，创新融入技术与工程领域相关要素，突出培养学生的综合思维能力。本课教学思路为：出示课题，明确任务，界定了思维目标；分析实物，归纳特点，凸显了思维深度；基于特点选择材料，搭建了思维支架；作品展示，改进评估，提升了思维质量；交流研讨，应用迁移，发散了思维，开阔了视野。

教学过程呈螺旋上升，符合学生的认知规律。教师通过创设“氦气球能自动升空”的情境，把热气球也能升空与该情境进行类比，引发学生的认知冲突并开启头脑风暴，进而提出问题“热气球为什么也能自动升空”，促进他们通过不断分析、寻找证据来揭示热空气上升、冷空气下降的科学道理。

（作者单位：熊涛涛，湖北省荆州市荆州区太湖港小学；赵长磊，湖北省荆州市荆州区教育科学研究院）