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人教版小学四年级科学上册《第三单元 加热与冷却》大单
元整体教学设计
一、内容分析与整合
二、《义务教育课程标准（2022 年版）》分解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、学科实践与跨学科学习设计
十三、大单元作业设计
十四、“教-学-评”一致性课时设计
十五、大单元教学反思
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一、内容分析与整合
（一）教学内容分析
人教版小学科学四年级上册《第三单元 加热与冷却》是一个精心设计的教学单元，它引领学生们踏入
物质科学的奇妙世界，特别是聚焦于物质在不同温度条件下的性质变化。这一单元通过一系列富有启发性和
实践性的活动，不仅激发了学生们对科学的浓厚兴趣，还为他们构建了一个全面理解热胀冷缩现象的框架。
“ 水受热遇冷会怎样”这一活动，通过直观的加热和冷却实验，让学生们亲眼目睹水在不同温度下的形
态变化，从而初步认识到热胀冷缩的基本原理。这一过程不仅培养了学生们的观察力和动手能力，还让他们
在实践中体验到科学的魅力。
“ 固体也热胀冷缩吗”这一探究，进一步拓展了学生们对热胀冷缩现象的理解。通过对比不同固体物质
在加热和冷却后的体积变化，学生们能够发现热胀冷缩现象并非液体独有，而是广泛存在于自然界中的一种
普遍规律。这一发现不仅加深了他们对科学原理的认识，还培养了他们的归纳和推理能力。
“ 空气的热胀冷缩”活动，则将学生们的视野从液体和固体拓展到了气体领域。通过实验观察空气在加
热和冷却过程中的体积变化，学生们能够更加全面地理解热胀冷缩现象，并学会将这一原理应用于解释日常
生活中的一些自然现象。这一过程不仅增强了学生们的科学素养，还培养了他们的实际应用能力。
《第三单元 加热与冷却》通过一系列精心设计的活动，引导学生们逐步建立起对热胀冷缩现象的科学
认识。这些活动不仅富有启发性和实践性，还能够帮助学生们培养观察力、动手能力、归纳推理能力和实际
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应用能力等多方面的科学素养。
（二）单元内容分析
本单元《热胀冷缩》作为小学科学教育中的一个重要组成部分，其内容设计精妙，旨在通过一系列实践
活动，引导学生深入理解自然界中一个普遍而有趣的现象——热胀冷缩。整个单元被巧妙地划分为三个主要
部分，每个部分都紧密围绕着“热胀冷缩”这一核心概念展开，层层递进，帮助学生构建全面而深刻的知识
体系。
“ 水受热遇冷会怎样”这一部分，通过让学生观察水在受热和遇冷时的体积变化，初步感知热胀冷缩现
象。这一环节直观且易于操作，能够有效激发学生的学习兴趣，为后续学习奠定坚实基础。学生将在实践中
发现，当水受热时，体积会膨胀；而遇冷时，体积则会缩小。这一发现不仅让他们对热胀冷缩有了初步的认
识，也培养了他们的观察能力和科学探究精神。
紧“固体也热胀冷缩吗”这一部分，则通过更加深入的实验设计，引导学生探究不同固体材料（如金属、
玻璃等 ） 在温度变化时是 否 也存在热胀冷缩现象。这一环节不仅 巩 固了热胀冷缩的概念，还拓展了学生的知
识面，让他们了解到热胀冷缩现象并非水 所 独有，而是广泛存在于自然界中的 各 种物质 之 中。通过实验验 证 ，
学生将更加坚 信 科学原理的普遍性和 客 观性。
“ 空气的热胀冷缩”这一部分，则将探究对象 转向 了气体，通过一系列精心设计的实验，让学生理解气
体热胀冷缩的特 点 。空气作为 我 们日常生活中不 可或缺 的一部分，其热胀冷缩现象不仅 影响 着 天 气变化，还
与 我 们的生活 息息相关 。 因此 ，通过这一部分的学习，学生不仅能够 掌握 气体热胀冷缩的原理，还能够将 所
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学知识应用于实际生活中，解释如气 压 变化等现象 背 后的科学原理。这也培养了学生的应用能力和解 决问题
的能力。
本单元内容设计科学 合 理、 循序渐 进、深入 浅出 地引导学生探究热胀冷缩现象。通过一系列实践活动和
实验设计，学生不仅能够 掌握 热胀冷缩的原理和规律，还能够培养科学探究精神和应用能力。这将为他们 未
来 的学习和生活奠定坚实的基础。
（三）单元内容整合
本单元的内容整 合 精心设计，旨在引导学生 经历 一个从 具 体到 抽 象、从感性认识到理性认识的深刻学习
过程。 我 们从学生们 熟悉 且直观的水的热胀冷缩实验入手，这一生动的实践不仅激发了学生的学习兴趣，也
为后续的理 论 学习奠定了坚实的基础。
通过实验，学生们亲眼 见证 了水在温度变化下的体积变化，这一直观体验帮助他们 迅速 建立起热胀冷缩
的基本概念。 随 后，教学逐步 扩 展到固体和气体的热胀冷缩现象，引导学生理解这一现象在不同物质形态中
的普遍性和 差异 性。这种 由具 体到 抽 象的过 渡 ，有助于学生更全面地 把握 热胀冷缩的科学原理。
在 掌握 基本概念的基础上，本单元进一步强 调 了知识的应用与实践。 我 们通过分 析 热胀冷缩现象在自然
界和日常生活中的广泛应用，如温度计的 工 作原理、 桥梁伸 缩 缝 的设计等，让学生深刻体会到科学知识与实
际生活的紧密 联 系。这种理 论 与实践 相结合 的教学方 式 ，不仅加深了学生对热胀冷缩原理的理解，也培养了
他们的应用 意 识和 创新 能力。
本单元还特别 注 重对学生科学素养的培养。通过实验操作和 数据 分 析 等环节的设 置 ，学生们学会了如 何
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观察、 记录 实验现象，如 何运 用科学方 法 进 行 分 析 和 总结 。这些 技 能的 掌握 将为他们 未来 的科学学习和探究
奠定坚实的基础。
本单元的内容整 合既注 重知识的系 统 性和 逻辑 性， 又 强 调 实践与应用的重要性。通过这样的教学设计，
我 们旨在帮助学生在 轻松愉快 的 氛 围中 掌握 热胀冷缩的科学原理，同时培养他们的观察、分 析 、 总结 和应用
能力，为他们成 长 为 具 有科学素养的 未来公民 奠定坚实的基础。
二、《义务教育课程标准（ 2022 年版）》分解
根据 《 义务 教育科学 课 程 标准 （ 2022 年版 ） 》，本单元的教学目 标可以 分解为 以 下 几 个方面 ：
1. 科学观念 ： 学生能够理解物质在温度变化时会发生热胀冷缩现象， 包括 液体、固体和气体。
2. 科学 思维： 学生能够 运 用观察、实验、推理等科学方 法 ，探究热胀冷缩现象，并能对实验 结果 进 行合
理解释。
3. 探究实践 ： 学生能够设计并实 施简 单的热胀冷缩实验， 收集 并分 析数据 ， 得出结论 。
4. 态度 责任： 学生能够 保持 对科学探究的 好 奇心和热 情 ， 尊 重实验 数据 ， 具 有实 事求 是的科学态度。
三、学情分析
（一）已知内容分析
进入四年级的学生，在科学学习的 道路 上 已经迈出 了坚实的步 伐 。他们通过 前 三年的学习， 已经掌握 了
一定的科学基础知识，如物质的三态变化、 简 单的物理现象、基本的化学 反 应等。这些知识为他们进一步探
索 科学世界奠定了坚实的基础。他们在日常生活中也 或 多 或少 地 接触 过热胀冷缩的现象，比如 夏天 自 行车胎
容易 爆胎 、 冬天 水 管 容易 冻裂 等。这些生活 经 验让学生对热胀冷缩现象有了一定的感性认识，为他们深入学
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习这一现象 提供 了 良好 的起 点 。
（二）新知内容分析
本单元的 新 知内容主要围绕热胀冷缩现象展开，旨在引导学生深入理解这一现象的本质和规律。 具 体 包
括以 下 几 个方面 ：
1. 理解热胀冷缩现象的本质原 因 。学生将学习物质分 子间 的热 运 动与分 子间距离 的变化，了解温度如 何
影响 分 子 的 运 动 状 态，进而导 致 物质体积的变化。这是理解热胀冷缩现象的 关键 。
2. 掌握 不同物质热胀冷缩的特 点 和规律。学生将学习液体、固体、气体在温度变化时热胀冷缩的不同 表
现，了解不同物质热胀冷缩的 速率 和程度， 以及 这些 差异 在实际应用中的 意义 。
3. 将热胀冷缩现象与日常生活 联 系起 来 。学生将学习如 何运 用热胀冷缩原理 来 解释日常生活中的一些现
象，如温度计的 工 作原理、 铁轨 的 间隙 设 置 等。这将有助于学生增强科学知识的应用 意 识， 提高 解 决问题 的
能力。
（三）学生学习能力分析
四年级学生 正处 于 具 体形象 思维向抽 象 逻辑思维 过 渡 的 阶段 。他们开 始 能够 运 用 简 单的 逻辑 推理 来 解 决
问题 ，对于一些 抽 象的科学概念也开 始产 生浓厚的兴趣。然而，他们的 抽 象 思维 能力还不够成 熟 ， 因此 在理
解热胀冷缩现象的本质原 因 时 可 能存在一定的 困难 。他们 可 能 难以 将 微 观的分 子运 动与 宏 观的物质体积变化
联 系起 来 ， 需 要教 师 的引导和帮助。
学生的实验操作能力和 数据 分 析 能力也有 待提高 。 虽 然他们在 之前 的科学 课 程中 已经 进 行 过一些 简 单的
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实验操作， 但 对于如 何 系 统 地观察、 记录 和分 析 实验 数据 还 缺乏经 验。 因此 ，在本单元的学习中，教 师需 要
注 重培养学生的实验 技 能和 数据 分 析 能力，引导他们学会如 何 科学地观察和 记录 实验现象，如 何 从 数据 中 提
取 有用的 信息 并 得出结论 。
（四）学习障碍突破策略
针 对学生的学习 障碍 ，教 师可以采取以 下 策略 进 行突破：
1. 直观教学 ：利 用实物、 模型 、动 画 等直观教学手 段 ，帮助学生建立对热胀冷缩现象的感性认识。教 师
可以 展 示 不同物质在温度变化时的膨胀和 收 缩现象，让学生直观地感受到热胀冷缩的存在。教 师 还 可以利 用
动 画或模拟软 件 来 展 示 分 子间 的热 运 动和分 子间距离 的变化，帮助学生理解热胀冷缩的本质原 因 。
2. 实践操作 ： 组 织 学生进 行 小组实验，通过动手操作 来 观察、 记录 和分 析 热胀冷缩现象。教 师可以 设计
一些 简 单的实验，如用温度计 测量 不同温度下的水体积变化、观察气体在加热和冷却时的体积变化等。通过
实验操作，学生 可以 亲 身 体验热胀冷缩现象，加深对这一现象的理解和 记忆 。
3. 合 作学习 ：鼓励 学生进 行 小组 讨论 和 交流 ，分 享彼此 的观察 结果 和实验心 得 。通过 合 作学习，学生 可
以相互 启发、 相互补充 ， 共 同解 决问题 。教 师 还 可以 引导学生将热胀冷缩现象与日常生活 联 系起 来 ， 讨论 这
一现象在生活中的应用和实 例 。这将有助于学生更 好 地理解和应用 所 学知识。
4. 情境模拟：创 设 贴近 学生生活的 情境 ，引导学生将热胀冷缩现象与日常生活 联 系起 来 。教 师可以 设计
一些与日常生活密 切相关 的 情境问题 ，如为 什么夏天 自 行车胎 容易 爆胎 、为 什么冬天 水 管 容易 冻裂 等。通过
情境模拟 ，学生 可以 更加深入地理解热胀冷缩现象在生活中的实际应用和 意义 。
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5. 差异 化教学 ：针 对不同学生的学习能力和兴趣 差异 ，教 师可以采取差异 化教学 策略 。对于 抽 象 思维 能
力 较 强的学生，教 师可以 引导他们深入探 讨 热胀冷缩现象的本质原 因 和规律；对于实验操作能力 较 强的学生，
教 师可以提供 更多的实验 机 会让他们动手实践；对于对科学应用感兴趣的学生，教 师可以 引导他们 关注 热胀
冷缩现象在日常生活和 工业 生 产 中的应用实 例 。
6. 及 时 反馈 与 评价： 在教学过程中，教 师 应 及 时 给予 学生 反馈 和 评价 。对于学生在实验操作和 数据 分 析
方面的 表 现，教 师 应 给予具 体的 指 导和建 议 ；对于学生在理解和应用热胀冷缩原理方面的进步和成 就 ，教 师
应 给予充 分的 肯 定和 鼓励 。通过 及 时 反馈 与 评价 ，学生 可以 更加 清晰 地了解自 己 的学习 状况 和不 足之处 ，从
而有 针 对性地 改 进和 提高 。
针 对四年级学生的学习特 点 和 障碍 ，教 师可以采取 多种教学 策略来突破 学习 难点 、 提高 教学效 果 。通过
直观教学、实践操作、 合 作学习、 情境模拟 、 差异 化教学 以及及 时 反馈 与 评价 等手 段 ，教 师可以 帮助学生深
入理解热胀冷缩现象的本质和规律、 掌握相关 知识和 技 能、并将 所 学知识应用于实际生活中。这将有助于培
养学生的科学素养和实践能力、为他们 未来 的科学学习 打 下坚实的基础。
四、大主题或大概念设计
本单元的 大 主 题或大 概念为“热胀冷缩”， 即 通过一系列的实验和探究活动，引导学生深入理解物质在
温度变化时发生的热胀冷缩现象 及 其规律。将这一 大 概念与学生的日常生活 相联 系，培养学生的科学 思维 能
力和实践操作能力。
五、大单元目标叙写
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1. 知识与 技 能目 标
学生能够理解热胀冷缩现象的概念和本质原 因 。
学生能够 掌握 不同物质（液体、固体、气体 ） 热胀冷缩的特 点 和规律。
学生能够将热胀冷缩现象与日常生活 相联 系，解释 相关 现象。
2. 过程与方 法 目 标
学生能够 运 用观察、实验、推理等科学方 法 ，探究热胀冷缩现象。
学生能够设计并实 施简 单的热胀冷缩实验， 收集 并分 析数据 。
3. 情 感态度与 价值 观目 标
学生对科学探究 保持好 奇心和热 情 ，积 极参 与实验探究活动。
学生 尊 重实验 数据 ， 具 有实 事求 是的科学态度。
六、大单元教学重点
1. 理解热胀冷缩现象的概念和本质原 因 。
2. 掌握 不同物质热胀冷缩的特 点 和规律。
3. 培养学生的观察、实验、推理等科学 思维 能力。
七、大单元教学难点
1. 理解热胀冷缩现象的本质原 因 ， 即 物质分 子间 的热 运 动与分 子间距离 的变化。
2. 将热胀冷缩现象与日常生活 相联 系，解释 相关 现象。
八、大单元整体教学思路
在小学科学教学中，《第三单元 加热与冷却》是一个重要且 充满 趣 味 性的单元，它不仅 涵盖 了物质科
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学的基础概念，还紧密 联 系学生的实际生活，有助于培养学生的科学素养和探究能力。 根据 《 义务 教育科学
课 程 标准 （ 2022 年版 ） 》的要 求 ，本单元的教学应 注 重学生的实践操作和科学探究，通过一系列 丰 富多样
的活动，引导学生深入理解物体在加热与冷却过程中的变化规律， 以及 这些变化对日常生活的 影响 。 以 下是
大 单元整体教学 思路 的 详细阐述 。
一、单元概 述
本单元 以 “加热与冷却”为主 题 ，旨在通过一系列的科学实践活动，引导学生探究水、固体和空气在受
热和遇冷时的变化规律，理解热胀冷缩的原理，并能够将 所 学知识应用于实际生活中。单元内容分为三 大 部
分 ： “水受热遇冷会怎样”、“固体也热胀冷缩吗”和“空气的热胀冷缩”。通过这三个部分的学习，学生
将全面了解热胀冷缩现象，培养科学 思维 能力和实验探究能力。
二 、教学目 标
根据 《 义务 教育科学 课 程 标准 （ 2022 年版 ） 》的要 求 ， 结合 本单元的教学内容，设定 以 下教学目 标：
知识与 技 能 ：
学生能够理解热胀冷缩的原理，知 道 物体在受热时会膨胀，遇冷时会 收 缩。
学生能够识别并 描述 水、固体和空气在加热与冷却过程中的 具 体变化。
学生能够 运 用温度计等 工具测量 温度变化，并 记录 实验 数据 。
过程与方 法：
通过观察、实验、 讨论 等活动，培养学生的科学探究能力和 问题 解 决 能力。
引导学生学会设计 简 单的实验方 案 ，进 行 实验操作，并 记录 实验现象和 数据 。
