第第頁人教版（2024）九年級全一冊物理14.4跨學(xué)科實(shí)踐：制作簡易熱機(jī)模型教案一、教材版本、課時、對應(yīng)課標(biāo)教材版本：新人教版九年級物理全一冊（第十四章第4節(jié)）課時：1課時（45分鐘）對應(yīng)課標(biāo)：經(jīng)歷制作簡易熱機(jī)模型的實(shí)踐過程，理解熱機(jī)的工作原理，體會內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化；綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、技術(shù)等多學(xué)科知識，設(shè)計并制作熱機(jī)模型，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力和跨學(xué)科解決問題的能力；了解熱機(jī)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，認(rèn)識科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的影響（新課標(biāo)“跨學(xué)科實(shí)踐”主題相關(guān)要求）二、教學(xué)目標(biāo)物理觀念：學(xué)生能進(jìn)一步深化理解熱機(jī)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的工作原理，明確熱機(jī)工作過程中的能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移情況；能從物理原理角度分析自制熱機(jī)模型的工作過程?？茖W(xué)思維：運(yùn)用分析、推理等方法，將熱機(jī)理論知識應(yīng)用于模型制作實(shí)踐，解決制作過程中遇到的問題；通過對不同熱機(jī)模型設(shè)計方案的對比和優(yōu)化，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和批判性思維?？茖W(xué)探究：經(jīng)歷從設(shè)計、制作到調(diào)試簡易熱機(jī)模型的完整探究過程，學(xué)會根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的材料和工具，制定可行的制作方案；在實(shí)踐中觀察模型運(yùn)行現(xiàn)象，收集和分析數(shù)據(jù)，評估模型性能，改進(jìn)模型設(shè)計，提升科學(xué)探究能力和實(shí)踐操作能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，在小組合作制作模型過程中，學(xué)會溝通協(xié)作，勇于面對困難和挑戰(zhàn)，積極尋找解決問題的方法；體會物理知識與其他學(xué)科知識的緊密聯(lián)系，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的推動作用，增強(qiáng)將科學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際的意識和社會責(zé)任感。三、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：理解熱機(jī)工作原理并應(yīng)用于簡易熱機(jī)模型的設(shè)計與制作；學(xué)會選擇合適材料和工具，制定制作方案；通過實(shí)踐操作，成功制作出能運(yùn)行的簡易熱機(jī)模型。難點(diǎn)：在制作過程中，從跨學(xué)科角度分析和解決模型運(yùn)行不穩(wěn)定、效率低下等問題；優(yōu)化熱機(jī)模型設(shè)計，提高模型的性能和能量轉(zhuǎn)化效率。四、教學(xué)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材：空易拉罐、去掉筆芯和尾塞的中性筆、小風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、酒精燈、鐵架臺、蠟燭、熱熔膠、熱熔槍、小剪刀、美工刀、20cm×20cm的薄木板（或硬塑板）、帶輪小車、鐵絲、細(xì)線、水、氣球、橡皮筋、塑料吸管、注射器、金屬片、玻璃珠等多種可用于創(chuàng)意制作的材料。數(shù)字化工具：多媒體課件（包含熱機(jī)工作原理動畫、各類熱機(jī)模型制作案例視頻、跨學(xué)科知識講解資料等）、AI輔助設(shè)計軟件（可用于模擬熱機(jī)模型運(yùn)行、分析能量轉(zhuǎn)化，為學(xué)生提供設(shè)計建議）、在線學(xué)習(xí)交流平臺（用于學(xué)生分享制作思路、討論問題、提交作品展示等）?？鐚W(xué)科材料：化學(xué)學(xué)科中關(guān)于燃料燃燒化學(xué)反應(yīng)、不同燃料熱值的資料；技術(shù)學(xué)科中關(guān)于材料特性、工具使用技巧、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的資料；數(shù)學(xué)學(xué)科中關(guān)于模型尺寸計算、比例關(guān)系確定的方法。五、教學(xué)方法情境教學(xué)法、講授法、討論法、項目式學(xué)習(xí)法（PBL）、實(shí)驗(yàn)探究法、跨學(xué)科融合教學(xué)法、數(shù)字化工具輔助教學(xué)法、評價法（含自評、互評、師評）六、教學(xué)過程主題及活動時間教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖一、情境導(dǎo)入（5分鐘）1.播放視頻：工業(yè)生產(chǎn)中大型蒸汽機(jī)帶動機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)、汽車發(fā)動機(jī)轟鳴驅(qū)動汽車行駛、飛機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)推動飛機(jī)翱翔的場景。2.提問：這些強(qiáng)大動力的來源是什么？熱機(jī)在其中是如何工作的？我們能否自己制作一個簡單的熱機(jī)模型來探究其奧秘？3.展示一些學(xué)生制作的優(yōu)秀簡易熱機(jī)模型圖片，激發(fā)學(xué)生的制作興趣。1.觀看視頻，思考問題，結(jié)合已學(xué)熱機(jī)知識，小組討論熱機(jī)工作原理及動力產(chǎn)生方式。2.觀察模型圖片，對制作熱機(jī)模型充滿期待，積極發(fā)表自己對模型制作的初步想法。從震撼的熱機(jī)應(yīng)用場景引入，激發(fā)學(xué)生興趣和好奇心，通過問題引導(dǎo)學(xué)生回顧熱機(jī)知識，為模型制作做鋪墊，優(yōu)秀作品展示進(jìn)一步點(diǎn)燃學(xué)生的創(chuàng)作熱情。二、知識回顧與跨學(xué)科知識引入（8分鐘）1.引導(dǎo)學(xué)生回顧熱機(jī)的定義、工作原理（內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能），利用多媒體動畫再次展示四沖程汽油機(jī)、蒸汽機(jī)等熱機(jī)的工作過程。2.介紹化學(xué)學(xué)科中燃料燃燒的知識，如常見燃料（酒精、蠟燭等）的成分及燃燒化學(xué)反應(yīng)式，不同燃料的熱值差異對熱機(jī)性能的影響。3.講解技術(shù)學(xué)科中材料選擇和工具使用的要點(diǎn)，展示不同材料（金屬、塑料、橡膠等）的特性，介紹熱熔膠槍、剪刀、美工刀等工具的正確使用方法和安全注意事項。4.引入數(shù)學(xué)知識，如在確定模型尺寸時，如何運(yùn)用比例關(guān)系保證模型各部分協(xié)調(diào)，通過簡單計算確定所需材料的長度、面積等。5.提問：結(jié)合這些跨學(xué)科知識，思考在制作熱機(jī)模型時，我們需要考慮哪些關(guān)鍵因素？1.回顧熱機(jī)知識，觀看動畫，加深理解。2.聆聽跨學(xué)科知識講解，記錄關(guān)鍵信息，思考其與熱機(jī)模型制作的聯(lián)系。3.小組討論，結(jié)合跨學(xué)科知識，分析得出制作熱機(jī)模型需考慮燃料選擇、材料特性、工具使用、模型尺寸等因素。系統(tǒng)回顧熱機(jī)知識，引入跨學(xué)科知識，讓學(xué)生建立知識聯(lián)系，從多學(xué)科角度思考模型制作關(guān)鍵因素，培養(yǎng)綜合思維能力。三、項目分析與設(shè)計方案討論（10分鐘）1.展示常見的外燃機(jī)（蒸汽機(jī)）和內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)）工作原理圖，對比兩者特點(diǎn)，說明本次實(shí)踐制作外燃機(jī)模型相對更安全且材料易獲取。2.組織學(xué)生分組討論制作外燃機(jī)模型的設(shè)計方案，利用AI輔助設(shè)計軟件，讓學(xué)生輸入一些基本參數(shù)（如動力需求、模型尺寸限制等），軟件生成一些初步設(shè)計草圖供學(xué)生參考。3.提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：-用什么作為熱源？如何選擇合適的燃料？-怎樣設(shè)計氣缸和活塞結(jié)構(gòu)，保證其密封性和順暢運(yùn)動？-如何將內(nèi)能有效轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動模型運(yùn)轉(zhuǎn)？4.各小組代表發(fā)言，分享設(shè)計思路，教師點(diǎn)評并給予建議，共同完善設(shè)計方案。1.觀察熱機(jī)工作原理圖，理解外燃機(jī)特點(diǎn)。2.小組借助AI軟件，討論設(shè)計方案，思考教師提出的問題，繪制簡單設(shè)計草圖，記錄材料清單和制作步驟。3.小組代表發(fā)言，展示設(shè)計方案，聽取其他小組意見，完善方案。通過對比確定制作類型，借助AI軟件和問題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生設(shè)計思維，在討論和交流中完善設(shè)計方案，培養(yǎng)學(xué)生解決問題和創(chuàng)新設(shè)計能力。四、模型制作實(shí)踐（15分鐘）1.學(xué)生分組，根據(jù)完善后的設(shè)計方案，領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)器材和工具，開始制作簡易熱機(jī)模型。2.教師巡視各小組制作過程，觀察學(xué)生操作是否規(guī)范，及時給予技術(shù)指導(dǎo)和安全提醒，如熱熔膠使用時防止?fàn)C傷、刀具使用注意安全等。3.鼓勵學(xué)生在制作過程中積極嘗試，遇到問題時運(yùn)用跨學(xué)科知識和小組智慧共同解決，如燃料燃燒不充分，從化學(xué)角度調(diào)整燃料與空氣比例；模型部件連接不牢固，從技術(shù)角度選擇合適連接方式和材料。1.小組分工協(xié)作，按照設(shè)計方案和制作步驟，小心操作工具，組裝熱機(jī)模型，如制作氣缸、安裝活塞、連接動力輸出裝置等。2.在制作中遇到問題，如活塞運(yùn)動卡頓、燃料點(diǎn)燃困難等，及時向教師請教，或小組討論，運(yùn)用跨學(xué)科知識嘗試解決。讓學(xué)生在實(shí)踐操作中鍛煉動手能力，將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為實(shí)物，在解決問題過程中深化跨學(xué)科知識應(yīng)用，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作和解決實(shí)際問題能力。五、模型調(diào)試與展示評價（5分鐘）1.各小組完成模型制作后，進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，觀察模型運(yùn)轉(zhuǎn)情況，記錄運(yùn)行時間、動力大小等數(shù)據(jù)。2.組織小組間相互展示模型，每個小組派代表介紹模型設(shè)計思路、工作原理、制作亮點(diǎn)及運(yùn)行效果。3.利用在線學(xué)習(xí)交流平臺，學(xué)生進(jìn)行互評，從模型創(chuàng)新性、實(shí)用性、美觀性、熱機(jī)原理體現(xiàn)等方面進(jìn)行評價打分，教師總結(jié)評價，肯定學(xué)生的努力和成果，指出存在問題和改進(jìn)方向。1.調(diào)試模型，觀察運(yùn)行現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)，若模型運(yùn)行不理想，再次檢查和調(diào)整。2.展示模型，介紹相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)真聽取其他小組評價意見。3.在交流平臺參與互評，學(xué)習(xí)他人優(yōu)點(diǎn)，反思自身不足。通過調(diào)試檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托阅?，展示評價促進(jìn)學(xué)生交流學(xué)習(xí)，從多維度評價培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和審美能力，提升綜合素養(yǎng)。六、課堂總結(jié)與拓展（2分鐘）1.引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課制作簡易熱機(jī)模型的過程，總結(jié)熱機(jī)工作原理在模型中的體現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科知識在實(shí)踐中的重要作用。2.布置課后拓展任務(wù)：查閱資料，了解新型熱機(jī)（如斯特林發(fā)動機(jī)、氫燃料電池發(fā)動機(jī)）的工作原理，思考如何將其原理應(yīng)用于進(jìn)一步優(yōu)化自己的熱機(jī)模型，或者設(shè)計一款更高效、環(huán)保的熱機(jī)模型，在下節(jié)課分享。1.跟隨教師總結(jié)，梳理知識和制作過程，體會跨學(xué)科實(shí)踐意義。2.記錄拓展任務(wù)，明確方向，課后積極查閱資料，開展拓展思考和設(shè)計。鞏固課堂知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，拓展任務(wù)激發(fā)學(xué)生持續(xù)探究熱情，關(guān)注科技前沿，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。六、教學(xué)評價過程性評價：觀察學(xué)生在課堂討論、方案設(shè)計、模型制作、調(diào)試運(yùn)行等環(huán)節(jié)的參與度、表現(xiàn)情況，包括團(tuán)隊協(xié)作能力、問題解決能力、操作規(guī)范程度等，及時給予鼓勵和指導(dǎo)，通過在線學(xué)習(xí)交流平臺記錄學(xué)生參與討論的次數(shù)、發(fā)言質(zhì)量等數(shù)據(jù)，作為過程性評價的依據(jù)。作品評價：對學(xué)生制作的簡易熱機(jī)模型從多個維度進(jìn)行評價，如模型是否能正常運(yùn)行、運(yùn)行效果（動力大小、持續(xù)時間等）、設(shè)計創(chuàng)新性、對熱機(jī)原理的體現(xiàn)程度、制作工藝精細(xì)度、跨學(xué)科知識應(yīng)用合理性等，制定詳細(xì)的評價量表，學(xué)生自評、互評和教師評價相結(jié)合，綜合評定作品成績。拓展任務(wù)評價：認(rèn)真批改學(xué)生課后完成的拓展任務(wù)報告，評價學(xué)生對新型熱機(jī)原理的理解程度、將其應(yīng)用于模型優(yōu)化或新設(shè)計的可行性和創(chuàng)新性，以及書面表達(dá)能力等，了解學(xué)生的知識拓展和創(chuàng)新思維能力發(fā)展情況。七、教學(xué)反思在本節(jié)課教學(xué)中，學(xué)生對模型制作表現(xiàn)出濃厚興趣，積極參與實(shí)踐，但部分小組在設(shè)計方案時，對跨學(xué)科知識融合不夠深入，導(dǎo)致模型出現(xiàn)一些問題，如能量轉(zhuǎn)化效率低。后續(xù)教學(xué)可增加跨學(xué)科知識應(yīng)用案例分析，加強(qiáng)引導(dǎo)。在模型制作過程中，個別小組分工不夠明確，影響制作進(jìn)度，需進(jìn)一步優(yōu)化小組協(xié)作機(jī)制。評價環(huán)節(jié)中，學(xué)生互評有時不夠客觀，需要教師加強(qiáng)評價指導(dǎo)，讓評價更具科學(xué)性和有效性，以更好地促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。八、該教學(xué)設(shè)計中用到的教學(xué)方法如下：1.情境教學(xué)法：通過播放工業(yè)生產(chǎn)中各類熱機(jī)應(yīng)用的視頻，創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有吸引力的教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生對熱機(jī)的興趣和思考，導(dǎo)入課程主題。2.講授法：教師在知識回顧與跨學(xué)科知識引入環(huán)節(jié)，系統(tǒng)講解熱機(jī)的定義、工作原理，以及化學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科相關(guān)知識，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系。3.討論法：在項目分析與設(shè)計方案討論、模型制作遇到問題等環(huán)節(jié)，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，交流想法、分享思路，共同解決問題，促進(jìn)思維碰撞。4.項目式學(xué)習(xí)法（PBL）：以制作簡易熱機(jī)模型為項目核心，學(xué)生圍繞這一項目，經(jīng)歷設(shè)計、制作、調(diào)試、展示等完整過程，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識。5.實(shí)驗(yàn)探究法：學(xué)生親自動手制作簡易熱機(jī)模型，在制作和調(diào)試過程中進(jìn)行探究，觀察現(xiàn)象、分析問題、總結(jié)規(guī)律，深化對熱機(jī)工作原理的理解。6.跨