教科版（2017秋）小学科学六年级上册第四单元《能量》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 教科版
年级 六年级上册
单元名称 第4单元《能量》
单元主题 能量探秘局——解锁转换的密码
课时安排 8课时
一、单元主题
“能量探秘局——解锁转换的密码”
围绕能量的形式、转换规律及守恒定律，引导学生通过实验探究与工程实践，理解能量在自然与生活中的核心作用。
二、单元大情景
“校园能源工程师挑战赛” 学生化身“能量工程师”，通过四项任务探索能量奥秘：
1.任务一：能量形式侦察兵（识别生活中的能量形式）
2.任务二：电磁密码破译组（探究电与磁的转换规律）
3.任务三：动力系统设计师（设计电动机模型）
4.任务四：能源溯源科考队（追溯能量源头与守恒）
最终目标：举办“校园能量科技博览会”，展示能量转换模型与研究报告。
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
学段目标 （5-6年级） ①描述动能、电能、磁能等形式；
②设计实验验证能量转换（如电能→磁能）；
③解释能量守恒定律在生活中的体现。
四、单元教材分析
本单元包括《各种形式的能量》《调查家中使用的能量》《电和磁》《电能和磁能》《电磁铁》《神奇的小电动机》《能量从哪里来》共7课。
《各种形式的能量》通过观察生活现象（如电灯发光、汽车行驶），引导学生识别动能、声能、光能、热能、电能、磁能等能量形式。并分析“运动的物体具有能量”，通过小球撞击实验验证动能的存在，建立能量与物体运动状态的关联。
《调查家中使用的能量》聚焦家庭能源使用调查，分析电能、燃气能等常见能源的经济成本与环境代价。制作家庭能源消耗统计表，对比不同电器功率与使用时长，提出节能方案（如改用LED灯）。
《电和磁》探究电与磁的关联：通过奥斯特实验（导线通电使指南针偏转），验证“电能生磁”。并尝试设计电路验证电流方向与磁极方向的关系，理解电流的磁效应是电磁转换的基础。
《电能和磁能》深化电能与磁能的相互转化：制作简易电磁铁（铁钉缠绕线圈），探究“通电生磁，断电消磁”现象。测试电磁铁磁力大小与电池数量的关系，引入“电能→磁能”的转换概念。
《电磁铁》主要内容为通过控制变量实验，验证磁力强弱与线圈匝数、电流强度的正比关系优化电磁铁性能。并设计设计电磁起重机模型，分析工程应用（如废铁分拣）中的能量转换效率。
《神奇的小电动机》旨在拆解电动机结构，揭示工作原理：电能→磁能→动能。并观察转子与定子的相互作用，理解换向器改变电流方向的作用，建立“电动机是电能转换器”的模型。
《能量从哪里来》分析太阳能通过食物链、水力发电等转化为其他形式能量，归纳能量守恒定律。绘制“太阳能→植物化学能→动物动能”的能量传递链，解释“永动机不可能实现”的科学本质。
三、课程逻辑关系与框架
本单元以“认知→探究→应用→溯源”为主线，形成阶梯式知识链：
1.基础认知（第1-2课）：
（1）建立能量形式的概念框架，关联生活实际（《各种形式的能量》）。
（2）通过家庭调查深化能源意识，为后续探究提供现实背景（《调查家中使用的能量》）。
2.核心探究（第3-6课）：
（1）揭示电与磁的内在联系（《电和磁》），为电磁转换奠基。
（2）实验验证电能与磁能的双向转化（《电能和磁能》《电磁铁》），突出工程设计思维。
（3）解构电动机，完成“电能→动能”的实践应用（《神奇的小电动机》）。
3.本质溯源（第7课）：
整合全单元知识，追溯能量源头并升华至能量守恒定律（《能量从哪里来》），形成闭环认知。
五、教学目标
科学观念 区分能量形式； 解释电磁转换原理； 3. 理解能量守恒定律
科学思维 通过对比实验归纳能量转换规律； 2. 用模型解释电动机工作原理
探究实践 设计电磁铁磁力实验； 2. 制作太阳能小车模型
态度责任 提出家庭节能方案； 2. 树立可持续发展观
六、学情分析
1.年龄特点：六年级学生抽象思维初具，但对“能量守恒”需结合实验理解。
2.认知基础：已知简单电路（五年级），缺乏对电磁转换的系统认知。
3.学习难点：理解电动机换向器作用；设计多变量控制实验（如磁力影响因素）。
七、活动设置
第1课 能量形式侦察兵 识别5种以上能量形式 拍摄生活场景（如自行车行驶），标注能量类型（信息技术+美术）
第2课 家庭能耗审计师 分析电器能耗数据 统计电费单，绘制饼状图（数学+社会调查）
第3课 电磁魔术师 验证“电能生磁” 奥斯特实验（导线+电池+指南针）
第4课 磁力优化工程师 探究电磁铁磁力影响因素 对比线圈匝数/电流强度实验（控制变量法）
第5课 动力系统设计师 制作简易电动机 用磁铁、线圈组装模型（工程+劳动）
第6课 能源溯源科考队 绘制能量传递链 制作“太阳能→风能→电能”海报（生物+地理）
八、教学方法
1.任务驱动法：以“电磁起重机设计”为任务，驱动《电磁铁》课实验优化。
2.可视化实验：用铁屑展示磁感线分布（《电和磁》）。
3.工程迭代法：电动机模型“设计-测试-改进”循环（《神奇的小电动机》）。
九、学习方法
1.实验记录四步法：猜想→观察→记录→结论（如电磁铁磁力实验）。
2.思维工具：双气泡图对比“电动机 vs 发电机”能量转换方向。
3.迁移应用：将电磁原理迁移至解决校园快递分拣问题（磁吸装置）。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
评价类型 内容 权重
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 能量转换模型功能测试 + 科技博览会答辩 40%
（二）分活动评价表
活动1：能量形式侦察兵（对应第1课《各种形式的能量》）
观察记录 识别3种能量形式（如动能、光能） 识别5种形式并举例说明 分类整理10种形式（含磁能、声能）
实验操作 完成小球撞击实验但记录不全 规范操作并记录3组数据 设计新实验验证能量转换（如摆锤实验）
科学解释 说出“运动的物体有能量” 用“动能=运动能量”解释现象 分析过山车高低点能量转换规律
活动2：家庭能耗审计师（对应第2课《调查家中使用的能量》）
数据调查 记录3种家电功率 统计5种家电日均耗电量 建立家庭月耗能数据库（含燃气/水）
分析能力 简单描述高耗电设备 计算空调与LED灯能耗比 用饼图分析家庭能源结构
方案设计 提出1条节能建议 制定《家庭节能公约》（含3条措施） 设计智能节电装置草图（如定时插座）
活动3：电磁魔术师（对应第3课《电和磁》）
实验规范 复现奥斯特实验（指南针偏转） 改变电流方向验证磁极反转 设计多角度导线布局方案
现象分析 描述“电生磁”现象 解释电流方向与磁极关系 类比解释电磁继电器原理
迁移应用 列举1种电磁应用（如门铃） 分析电磁起重机工作原理 设计“无接触开关”模型（安全演示）
活动4：磁力优化工程师（对应第4课《电能和磁能》）
模型制作 制作基础电磁铁（吸起5枚回形针） 优化线圈缠绕（吸起15枚） 创新设计（双线圈电磁铁吸起30枚）
变量控制 测试电池数量对磁力影响 对比线圈匝数/电流双因素 建立磁力公式模型（F∝N·I）
工程思维 发现1个问题（如线圈松动） 提出2项改进方案（胶带固定/加铁芯） 制作可调磁力电磁铁（带刻度旋钮）
活动5：动力系统设计师（对应第5课《电磁铁》）
结构理解 标注电磁铁基本部件 解释电磁铁与永磁体差异 分析电磁炮加速原理
功能测试 实现基础吸附功能 完成多物体分拣（铁/非铁） 设计自动分拣流水线模型
创新优化 增加1项功能（如开关） 优化磁力效率（省电30%） 申请“校园废铁回收装置”专利方案
活动6：电动机解密专家（对应第6课《神奇的小电动机》）
拆解分析 识别转子/定子/换向器 标注能量转换路径（电能→磁能→动能） 制作动态演示模型说明换向器作用
模型制作 组装简易电动机（可转动） 调试转速达200转/分 设计变速电动机（双档位控制）
问题解决 修复1类故障（如接触不良） 分析碳刷磨损对效率影响 提出无刷电机改进方案
活动7：能源溯源科考队（对应第7课《能量从哪里来》）
溯源分析 指出太阳能为终极能源 绘制“太阳能→风能→电能”传递链 建立全球能源流动概念模型
守恒验证 复现能量转换实验（如摩擦生热） 设计对比实验验证守恒（如摆锤高度损失=热能增加） 用热像仪量化能量散失数据
社会责任 列举2种可再生能源 撰写《校园光伏发电可行性报告》 组织“一度电的旅行”科普展览
十一、作业设计
第1课《各种形式的能量》
基础作业 拍摄5张生活照片（如电风扇、自行车），标注能量形式 ★：标注3张照片
★★：标注5张+正确分类
★★★：附加能量转换说明
提升作业 制作“能量形式转盘”（分动能/声能/光能等区域） ★：完成转盘制作
★★：标注3种能量转换案例
★★★：设计互动问答卡
拓展作业 撰写科幻微小说《没有能量的24小时》（300字） ★：描述3种生活瘫痪现象
★★：融入科学原理（如“汽车无法启动”）
★★★：提出能量替代方案（如人力发电）
第2课《调查家中使用的能量》
基础作业 记录3种家电的功率和使用时长 ★：记录数据无计算
★★：计算日耗电量（度）
★★★：对比峰谷电价差异
提升作业 绘制家庭“能源地图”（标注高耗电区域） ★：手绘示意图
★★：用比例尺标注空间分布
★★★：提出“节能改造路线图”
拓展作业 设计《家庭智能节能系统方案》（含预算） ★：列出2个节能设备
★★：说明工作原理（如红外感应关灯）
★★★：计算投资回收期
第3课《电和磁》
基础作业 复现奥斯特实验，画电路与磁针偏转图 ★：画出基础电路
★★：标注电流方向与磁针偏转关系
★★★：解释电磁继电器工作原理
提升作业 用电磁原理设计“硬币分拣器”草图 ★：标注电磁铁位置
★★：说明铁质/非铁质硬币分拣流程
★★★：制作原型并测试分拣效率
拓展作业 研究磁悬浮地球仪原理，制作科普PPT ★：图文描述原理
★★：对比永磁体与电磁悬浮差异
★★★：提出校园磁悬浮展台设计方案
第4课《电能和磁能》
基础作业 测试电池数量对电磁铁磁力影响（吸回形针数） ★：记录1组数据
★★：记录3组数据+折线图
★★★：建立磁力公式（F=K·V）
提升作业 优化电磁铁：用漆包线重绕线圈提升磁力 ★：完成线圈重绕
★★：磁力提升50%
★★★：计算能耗比（磁力/电量）
拓展作业 设计“电磁炮”模型（用电磁铁发射小球） ★：画出结构图
★★：实现10cm射程
★★★：用慢动作视频分析加速过程
第5课《电磁铁》
基础作业 列举电磁铁在生活中的3种应用 ★：列举正确
★★：说明工作原理
★★★：对比传统机械装置优势
提升作业 制作“电磁起重机”模型（吊起50g重物） ★：完成基础吊装
★★：增加转向功能
★★★：实现遥控操作
拓展作业 撰写《智能电磁门锁可行性报告》 ★：描述基础功能
★★：分析安全性能（防磁干扰）
★★★：设计电路原型图
第6课《神奇的小电动机》
基础作业 拆解废旧玩具电机，标注转子/定子/换向器 ★：拆解无损坏
★★：标注3个部件
★★★：制作部件功能说明卡
提升作业 用电机+电池+磁铁组装简易电动车 ★：直线前进5cm
★★：可转向行驶
★★★：装载200g货物完成运输
拓展作业 研究电动汽车电机，对比交流/直流差异 ★：列举1项差异
★★：分析能耗差异（Wh/km）
★★★：设计校园电动车共享方案
第7课《能量从哪里来》
基础作业 绘制“太阳能→人体动能”传递链（4环节） ★：画出3环节
★★：标注能量形式转换
★★★：量化传递效率
提升作业 制作“永动机不可能”科普海报 ★：列举2个失败案例
★★：用能量守恒原理解释
★★★：设计互动实验
拓展作业 策划“校园碳中和”行动方案 ★：提出3条减排措施
★★：计算班级年碳足迹（kg CO ）
★★★：设计“光伏+风力”互补发电站模型
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