《浮沉潜水艇》教学设计

《浮沉潜水艇》教学设计

李轶

广东省深圳市福田区实验教育集团侨香学校 518000

一、教材分析

1、教学内容：

①继续巩固利用阿基米德原理来计算浮力大小

②结合二力平衡的条件、物体浮沉条件，解释物体的上浮和下沉运动

2、教学重点：

①理解物体的浮沉条件

②能够解释物体上浮、下沉的原因

③用浮沉条件来解释潜水艇的基本工作原理

3、教学难点：

①将SYEM教育理念中科学、技术、工程和数学四个维度，有效渗入教学过程，突出体现STEM在物理教学中的跨学科、趣味性、多维性理念。

科学（S）：阿基米德原理、沉浮条件、弹簧测力计测量物体浮力

技术（T）：潜水艇内水量的控制、艇身密封方法、进水和出水的路径、气球内置与外置的区别

工程（E）：潜水艇外壳形状的特点、外壳材料的选择、载重的选取

数学（M）：潜水艇浮力与重力的关系变化、估算真实材料与空洞部分的体积比例等

②使学生感受到多角度知识板块的交叉合作，对认识复杂事物具有重要意义

③学生掌握潜水艇设计中的简单计算

二、学情分析

1、兴趣特点：

八年级学生思维较活跃、想象丰富，具有较强求知欲和探究欲，尤其对物理实验表现出浓厚兴趣。

2、知识基础：

本节作为第十章浮力教学的最后一节，在前面章节的理论知识基础上，对浮力的生活应用加以深化。

3、认识特点：

①八年级学生在智力、思维、认知等方面不够全面，需要借助具体实验材料、从形象思维逐步转入抽

象思维，进而提高综合思维能力。

②八年级学生在理解和解决实际问题方面，需要教师的细化引导、逻辑解释来帮助完成学习过程。

三、教学目标

1、知识目标

①掌握浮力大小计算(阿基米德原理的运用)

②理解物理浮沉条件

③理解自制潜水艇时，涉及科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学

（Mathematics）等学科知识的综合运用

④利用浮沉条件简单解释生活实例

2、能力目标：

①使学生能够在自主实验中，体验工程设计和技术应用的过程；

②促进学生对浮力知识内容和应用，产生更深层次的理解；

③发挥STEM教育在浮力教学中的学科整合优势，为学生综合素养的培养，埋下伏笔。

3、德育目标

①关注学生实验操作中的团队协作性。

②通过介绍我国深海技术的发展阶段与成果，帮助学生建立对国家和民族的荣誉感与自豪感

③体会科学知识的整合对生产生活的重要作用，激发学生多维度思考的科学精神

四、教学方法

1、学生实验

2、教师演示实验

五、教学资源（实验器材）

1、教师教学资源：多媒体课件、视频、学案、自制教具

2、学生实验器材：

一 次性塑料滴管（2ml、5ml、10ml）、平底螺丝（2cm、4cm、5cm）、红墨水、玻璃小药瓶、弹簧测力

计、量筒、细线、含盖塑料密封水瓶（500ml、1000ml）、橡皮筋、小气球、塑料细软管、玻璃试管、

橡皮塞、一次性塑料注射器（20ml、50ml）、橡胶软管、细铁丝、带盖透明小塑料瓶（大、小规格）、一次性带弯管吸管、曲别针、卡通船舶贴纸

六、教学过程

1、导入

①播放鱼类在海洋中自主上下游动视频，请同学结合生物知识解释鱼鳔的作用

②从科学（Science）角度介绍仿生技术，引出人类制造的船舶、潜艇的基本工作原理

③演示老师制作的教具，简易潜水艇（“浮沉子”）的上浮和下沉过程，激发学生实验热情

2、学生实验1

挑选器材，每个小组自制一个小潜水艇

①引导学生挑选器材，提示学生需要说明挑选依据（学案上记录）

②各小组先讨论器材选取、分工，再动手制作，并随时记录遇到的技术（Technology）、工程（Engineering）类问题、解决思路及执行情况（学案上记录）

③各小组学生代表展示作品，分享实验过程中的收获，上台展示和解释学案上的记录文字

④教师从技术（Technology）和工程（Engineering）角度解释、点评学生遇到的问题及解决方案

3、学生活动2

数学（Mathematics）角度解决实际问题

教师设疑举例，某位同学设计的小潜水艇的各参数数据，请同学们通过计算说明：

①这只小潜水艇为何无法实现上浮？

②解决办法？

4、学生实验3

借鉴其他小组经验，各小组利用现有桌面的器材，继续制作多个不同结构的小潜水艇

①限时间、比种类作为评判条件，教师单独回答个别同学的疑问 ，给予思路帮助

②教师给予有需要的学生，实际操作层面的技术（Technology）协助

例如：利用高温热熔胶枪，帮助学生密封塑料细软管和小瓶盖的连接处；

用手持式小型电钻给小瓶盖钻孔等（教师完成、学生见习）

③各小组集体展示作品，大家一起选出获胜小组，给予掌声鼓励

《自制潜水艇》学案

第 组 姓名

一、学生实验

挑选桌面器材，每个小组自制一个小潜水艇，填写下表内容

器材：一次性塑料滴管（2ml、5ml、10ml）、小塑料瓶（50ml、100ml）、含盖塑料密封水瓶（1000ml）、钩码（10g、50g）、平口螺丝（1cm、2cm、5cm）、一次性塑料注射器（20ml、100ml、200ml）、一次性带弯管吸管、玻璃小药瓶、玻璃大试管、橡皮塞（含玻璃弯管）、软铅丝、塑料细软管、小钢球、曲别针、彩色小气球、细线、橡皮筋、弹簧测力计、量筒、红墨水、卡通船舶贴纸等

“潜水艇”模型----“浮沉子”
选用的器材
操作的过程
遇到的问题
解决的方法

二、学生板书

荷兰有位爱科学的小伙，他也动手仿造了一艘潜水艇，但是该潜水艇下水之后，却无法实现潜水艇的上浮，最后由朋友们帮助他浮出水面，并请打捞公司打捞出这艘潜水艇。该潜水艇参数如下表，请同学们通过估算说明：

潜水艇总质量(Kg)	艇身体积(m3)	艇外水仓体积(m3)	驾驶员质量(Kg)
1500	1.2	0.1	80

计算过程：

从以上数据可估算：G_总= N； F_浮最大= N

①这艘人造潜水艇为何无法实现上浮？

②解决办法？

三、学生实验

挑选桌面器材，每个小组自制更多小潜水艇，填写下表内容

“潜水艇”模型
1	选用的器材
	操作的过程
2	选用的器材
	操作的过程
3	选用的器材
	操作的过程

器材：一次性塑料滴管（2ml、5ml、10ml）、小塑料瓶（50ml、100ml）、含盖塑料密封水瓶（1000ml）、钩码（10g、50g）、平口螺丝（1cm、2cm、5cm）、一次性塑料注射器（20ml、100ml、200ml）、一次性带弯管吸管、玻璃小药瓶、玻璃大试管、橡皮塞（含玻璃弯管）、软铅丝、塑料细软管、小钢球、曲别针、彩色小气球、细线、橡皮筋、弹簧测力计、量筒、红墨水、卡通船舶贴纸等

课题：浮力教学案例中STEM理论的教学应用——浮沉潜水艇

教学时长：40分钟

教学对象：八年级学生

执教者：福田实验教育集团侨香学校 李轶