青岛版（五四制2017秋）科学五年级下册第三单元《能量的转换》大单元整体教学设计

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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·五四版
年级 五年级下册
单元名称 第3单元《能量的转换》
单元主题 能量探秘局——解锁转换的密码
课时安排 4课时
一、单元主题
“能量探秘局——解锁转换的密码”
围绕能量形式、转换规律及工程应用，引导学生通过实验探究与模型制作，理解能量守恒定律，培养科学思维与创新意识。
二、单元大情景
“能量特工局”科研挑战赛
学生化身“能量特工”，完成三项任务：
1.任务一：电磁密码破解（《电磁铁（一）（二）》）——探究电能→磁能转换；
2.任务二：机械能追踪（《有趣的碰碰球》）——验证动能与势能转化；
3.任务三：能量链解密（《无处不在的能量》）——分析多形式能量转换链条。
最终目标：设计“能量转换装置”参加“校园科技博览会”。
三、课程标准分析
核心概念 4.能的转化与能量守恒
学习内容 4.1 能的形式、转移与转化（5~6年级）
学段目标 （5-6年级） ①描述动能、热能、电能等能量形式； ②设计实验验证能量转换规律； ③用模型解释能量守恒现象。
四、单元教材分析
本单元由《电磁铁（一）》《电磁铁（二）》《有趣的碰碰球》《无处不在的能量》4课组成。
（一）第9课《电磁铁（一）》
1.核心内容：
（1）探究电磁铁的基本结构（铁芯+线圈）及工作原理（通电生磁、断电消磁）。
（2）通过制作简易电磁铁（如铁钉缠绕导线），验证电能转化为磁能的过程。
2.关键实验：用电磁铁吸引大头针，观察磁性随电流通断的变化。
（二）第10课《电磁铁（二）》
核心内容：
1.研究电磁铁的磁极特性（南极/北极）及磁极可控性。
2.验证“同极相斥、异极相吸”规律，发现改变磁极的方法：
（1）改变线圈缠绕方向；
（2）改变电流方向（电池正负极调换）。
3.对比电磁铁与永磁体的区别（磁极是否可变）。
（三）第11课《有趣的碰碰球》
1.核心内容：
（1）通过牛顿摆实验（小球碰撞）观察动能与势能的相互转换。
（2）建立机械能守恒概念（如拉起的小球势能→撞击时动能→其他小球势能）。
2.解释生活现象：秋千摆动、弹珠碰撞中的能量传递规律。
（四）第12课《无处不在的能量》
1.核心内容：
（1）辨识多种能量形式（光能、声能、热能、电能等）及其相互转化。
（2）探究能量转换链条（如摩擦生热、电灯发光、太阳能发电）。
2.分析复杂案例：
（1）电视声像的能量来源（太阳能→风能/水能→电能→光能+声能）；
（2）人体能量转换（食物化学能→运动动能）。
四课以“能量转换”为核心，形成递进式知识链：
知识联系：
（1）基础认知（《电磁铁（一）（二）》）：聚焦单一能量转换形式（电能→磁能），建立“能量可转化”的初步概念。
（2）规律深化（《有趣的碰碰球》）：探究机械能内部转换（动能 势能），为多形式能量转化铺垫。
（3）系统整合（《无处不在的能量》）：拓展至跨领域能量转换（如化学能→热能），构建能量守恒观念。
2.纵向递进：
从“单一能量转换实验”（电磁铁）→“机械能守恒验证”（碰碰球）→“能量系统分析”（生活应用），体现认知深度递增。
3.横向整合：
所有课程均围绕“能量不会消失，只会转换形式”的核心观念，呼应《课程标准》核心概念“能的转化与能量守恒”。
4.能力进阶：
（1）实验技能：从基础电路制作→变量控制实验（如磁极方向）→能量转换模型设计。
（2）科学思维：归纳电磁铁特性→推理机械能规律→系统解释能量守恒。
通过本单元学习，学生将构建“能量转换”的系统认知框架，为理解更复杂的物理现象（如新能源技术）奠定基础。
五、教学目标
科学观念 理解能量转换形式（如电能→磁能）及守恒定律。
科学思维 通过对比实验归纳磁力影响因素（线圈匝数/电流大小）。
探究实践 设计牛顿摆实验验证机械能守恒，制作能量转换模型。
态度责任 分析能源浪费现象，提出“节能校园”方案。
六、学情分析
1.年龄特点：五年级学生具象思维为主，对实验兴趣浓厚，但抽象理解“能量守恒”需借助可视化模型。
2.认知基础：已知简单电路（四年级），但对“能量转换”缺乏系统认知。
3.学习难点：设计多变量控制实验（如磁力强弱的影响因素）。
七、活动设置
课时 活动主题 活动目标 达成方式
《电磁铁（一）》 “磁力诞生记” 制作电磁铁验证电能→磁能 科学+工程：铁钉缠绕线圈测试吸针数
《电磁铁（二）》 “磁极操控术” 探究磁极方向控制方法 数学：记录电流方向与磁极关系数据表
《有趣的碰碰球》 “能量守恒擂台” 验证动能与势能转化规律 体育：模拟小球碰撞接力游戏
《无处不在的能量》 “能量链侦探社” 分析家用电器能量转换链 信息技术：用PPT绘制太阳能充电宝能量流程图
八、教学方法
1.问题链驱动：
核心问题：如何让电磁铁吸起更重的回形针？→引导学生提出“增加线圈匝数”“增强电流”假设。
2.工程迭代法：
电磁铁模型设计→测试磁力→优化线圈密度→二次测试（记录改进效果）。
3.可视化实验：
用铁屑展示磁感线分布，直观呈现磁力变化。
九、学习方法
1.变量控制实践：
对比实验设计模板：
①研究问题：线圈匝数如何影响磁力？
②不变条件：电流大小、铁钉大小
③改变条件：线圈匝数（20圈/40圈/60圈）
④测量结果：吸起回形针数量
2.角色扮演法：
学生扮演“电子”“磁力线”，动态模拟能量转换过程。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
类型 内容 占比
过程性评价 实验记录单、模型设计图、小组协作 60%
终结性评价 “能量转换装置”功能测试报告 40%
（二）分活动评价表
活动1：《电磁铁（一）》——磁力诞生记
实验操作 完成电磁铁组装，通电后吸引1枚大头针 规范使用电池夹，记录3组不同电流下的吸针数 独立排查电路故障，优化线圈密度提升磁力
数据分析 记录1组线圈匝数与吸针数关系 绘制“线圈匝数-磁力”数据表 用公式“磁力∝电流×匝数”解释数据规律
科学解释 说出“电能→磁能”转化 解释电磁铁与永磁体区别 类比电动机工作原理（磁力驱动转动）
活动2：《电磁铁（二）》——磁极操控术
实验设计 验证电流方向改变对磁极的影响 设计双变量实验（电流方向+线圈绕向） 提出磁极控制的应用方案（如电磁起重机）
结论归纳 复述“同极相斥，异极相吸”现象 用箭头图标注磁感线方向 论证磁极可控性在科技中的价值
创新应用 列举1种磁极应用场景（如磁悬浮） 制作简易磁极指示器 设计“磁极转换开关”原型并测试
活动3：《有趣的碰碰球》——能量守恒擂台
实验操作 完成牛顿摆单球碰撞实验 对比不同高度释放的能量传递效果 设计多球连锁碰撞实验（5球以上）
规律总结 描述“动能→势能”转化现象 用数据证明碰撞前后能量守恒 解释过山车运行中的能量转换链条
迁移解释 列举1个生活中机械能守恒案例（秋千） 分析自行车下坡时能量转化（势能→动能） 用能量守恒原理论证“永动机”不可能
活动4：《无处不在的能量》——能量链侦探社
案例分析 描述电灯的能量转换（电能→光能） 分析太阳能路灯能量链 绘制人体能量转换全景图
系统思维 识别3种能量形式 用流程图展示风能发电的转换过程 设计“零碳家庭”能源方案（风光互补）
社会责任 说出1条节能建议 撰写校园“减少待机能耗”倡议书 策划社区能源科普展（含互动模型）
十一、分层作业设计
活动1：《电磁铁（一）》作业
基础作业 绘制电磁铁结构图并标注部件 标注1个部件（如线圈） 标注3个部件 说明各部件功能
提升作业 测试电池数量对磁力的影响 记录1组数据 对比3组数据 用公式“磁力∝电压”解释数据规律
拓展作业 设计“磁悬浮笔座”草图 画出概念图 标注能量转换节点（电→磁） 用磁极相斥原理论证可行性
活动2：《电磁铁（二）》作业
基础作业 记录改变电流方向后磁极的变化 描述“磁极反转”现象 用箭头图表示电流方向与磁极关系 解释指南针偏转原理
提升作业 制作简易磁极指示器（纸针+磁铁） 完成指示器组装 标注N/S极并验证准确性 设计双色磁极标签（红N/蓝S）
拓展作业 研究磁悬浮列车原理 简述“同性相斥”悬浮原理 对比电磁悬浮与永磁悬浮差异 提出改进悬浮稳定性的方案
活动3：《有趣的碰碰球》作业
基础作业 记录小球碰撞实验现象（文字/图） 描述“动能传递”现象 标注势能最高点与最低点 用能量守恒解释碰撞结果
提升作业 设计不同材质的碰碰球（钢/塑料） 完成1组材质对比实验 记录能量损耗差异（声音/热量） 论证材质选择对能量效率的影响
拓展作业 制作“牛顿摆能量守恒”微视频 拍摄实验过程 添加字幕解释关键帧 用慢镜头分析能量传递细节
活动4：《无处不在的能量》作业
基础作业 列出家用电器的能量输入/输出形式 列举1种电器（电灯：电→光） 列举3种电器并分类（如电扇：电→动能） 用百分比估算能量损耗
提升作业 绘制“太阳能充电宝”能量流程图 手绘基础转换链（光→电） 用PPT制作动态流程图 加入“能量效率”数据标注
拓展作业 撰写《未来能源城市》设计方案 描述1种新能源应用（光伏屋顶） 设计多能源互补系统（风+光） 计算减排效益（如年减碳10吨）
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