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案例 11 伟大工程都江堰之排沙之谜
跨学科主题学习课程规划表
课题名称 伟大工程都江堰之排沙 年级 八年级
之谜
涉及学科 物理：密度知识、运动与相互作用主题中简单的力学知识等。
历史：战国时期的社会变革等。
地理：都江堰的地理位置、水系特征及文化遗产等。
工程技术：风选法、浮选法、重选法等。
意义价值 都江堰工程是我国古代的伟大工程之一，是集科技与工程、地理、历
史、政治等多方面智慧的结晶，体现了我国古代灿烂而先进的文化。
研究都江堰工程的奥秘，不仅有利于学生深入理解物理原理和发展解
决工程技术问题的能力，也有利于学生提升文化自信，涵养家国情怀。
本课题围绕密度概念及相关知识，充分关联历史、地理、工程技术等
多学科知识及课程资源，以任务为驱动，引导学生开展学习实践活动。
学生不但可以在活动中深刻理解密度知识，对物质的属性有进一步认
知，并将密度知识与相关力学知识进行关联，逐步建构起完整的初中
物理知识体系；还能培养综合运用不同学科视角对同一问题进行观察、
认知、理解的意识。通过两千多年前中国的伟大水利工程都江堰这一
主线，引导学生深切体会中华民族的灿烂文化和智慧，领略知识在人
类文明进程中的重要价值，激发学生学习热情，促进学生勤于思考、
敢于创新，积极把物理知识应用于产品设计、工程技术等实践活动中。
学习任务 初步了解物质的属性，深入理解密度概念，了解密度知识在生产、生
活及工程技术中的应用，初步形成从密度的视角去认识物质的物理观
念。进行学科内不同主题知识的融合，综合运用密度、力学知识对都
江堰的排沙之谜进行分析。观察生活，寻找尽可能多的与密度相关的
实际应用案例，开展设计竞赛。开阔视野，将物理知识与地理、历史、
工程技术等知识融合，综合分析都江堰的历史地位、现实价值及技术
应用。
学习目标 1.通过对密度这一物质属性的认知，将密度知识主动应用于分析和解
决简单的实际问题，逐渐养成从物质属性的视角去观察、认识、理解
物质世界的意识，初步形成物质观念。
2.在深入理解密度概念，运用密度知识、力学知识对实际问题进行分
析、解决、交流讨论等过程中，能将复杂情境模型化，提升对问题的
推理、论证和质疑创新的科学思维能力。
3.能在真实情境下，运用物理、工程技术等学科知识和技能设计并完
成混合物分离的实验探究活动，探索实际问题的解决方案并加以有效
实施。在已有的科学探究基础上，持续提升科学探究能力。
4.通过跨学科知识的融合，以及学习、操作、交流、讨论过程，认识
密度知识在生产、生活及工程技术中的大量应用，激发学习热情，开
阔认知视野，能从历史、地理、工程技术的角度去领略都江堰这一伟
大工程，关注科学技术对社会发展、自然环境及人类生活的影响，增
强社会责任感。
重点难点 重点：
1
1.深入理解密度知识，并将密度知识与部分初中力学知识关联起来，
应用于分析、解决实际问题，从物质属性的角度认知物质世界，形成
初步的物质观念。
2.通过对都江堰工程技术的分析，结合历史、地理等学科知识，提升
科学思维能力以及跨学科实践的意识和能力，激发学习热情和社会责
任感。
难点：
在学习并理解物理知识的前提下，主动将所学知识关联起来，综合分
析并创造性解决实际问题。
学情分析 出于长期养成的学习和思维习惯，学生对于物理知识的学习还习惯于
单纯的记忆和简单常规试题的反复演练。对于将知识与实际问题相联
系的跨学科实践的学习方式，还需要更多引导和培养，在推理与论证
能力、交流与解释能力、质疑与创新能力、动手操作能力等方面还需
有意识地加强培养。
学生对于密度知识，还停留在浅层的记忆水平，没能从密度是表征物
质属性的物理量、密度知识在解决生产生活中的实际问题等角度去认
识和理解。尤其是将密度知识与流体问题、浮力问题、压强问题等关
联起来进行综合运用的能力还需循序渐进、持之以恒地培养。
密度是初中物理中相对复杂的一个物理量，学生理解起来比较困难，
应用于传统解题计算则更加困难，学生往往因此产生畏难情绪甚至厌
学心理。采用跨学科实践学习方式有利于学生从繁复的“题海”训练
中摆脱出来，在新的学习方式中，激发起学习热情，促进核心素养的
形成和发展。
课程实施规划
学习主题任务 实践任务 课时
选题 任务 1：领略伟大而神奇的都江堰工程，讨论飞沙堰排沙的物 课时 1
（ 创 设 真 实 情 理原理。
境，明确实践课
题）
规划 任务 2：讨论“密度知识在工程中的应用”活动实施方案。
（ 确 定 任 务 方
案，明确实践步
骤）
实施 任务 3：讨论并理解密度是表征物质属性的物理量，密度知识 课时 2
（ 建 构 相 关 知 在生产生活中的应用。
识，经历实践过 任务 4：竞赛游戏“善用知识的工程师”，举行分离混合物现
程） 场比赛。
任务 5：认识、理解游戏背后的工程技术。
任务 6：课外开展实践活动，形成实践活动成果。 课时 3
总结 任务 7：展示、答辩、评价、交流成果。
（ 展 示 实 践 成
果，总结交流评
价）
2
跨学科主题学习课时教学设计表 第 1 课时
学习任务 任务 1：领略伟大而神奇的都江堰工程，讨论飞沙堰排沙的物理原理。
任务 2：讨论“密度知识在工程中的应用”活动实施方案。
学习目标 1.领略都江堰工程的历史背景、地理要义、社会价值和人文价值，感
受中华先贤在科技领域的聪明才智，理解科学技术和工程的最终目的
都是为了推进人类文明的不断进步，增强家国情怀和社会责任感。
2.聚焦都江堰工程的飞沙堰部分，根据视频、相关文本资料及地理知
识，绘制都江堰的平面图，结合密度及相关力学知识分小组讨论飞沙
堰的排沙原理，发展模型建构、科学推理和科学论证能力。
3.通过阅读文本资料，分析、解释其中的物理原理，并将个人观点与
小组结论做比对，对不同观点提出疑问并讨论，提升质疑创新的科学
思维。
重点难点 重点：
1.领略都江堰工程的重要价值，感受其伟大所在。
2.分析飞沙堰的排沙原理，运用该物理原理解释其他自然现象。
难点：
利用密度与力学知识综合分析、解释飞沙堰的排沙原理。
学情分析 学生在七年级历史和八年级地理的学习中已经涉及都江堰，对都江堰
已有初步印象或一定了解。学生在小学科学学习中对密度和浮力、压
力、重力等知识也有一定认识，但还不能深入理解，更不能对实际现
象进行综合分析。教师需要从历史、地理及物理学科的多重视角，对
都江堰工程的社会价值、历史价值、科学价值、地理环境等进行深度
介绍，培养学生综合分析、科学审视、辩证思考问题的意识和习惯，
从而领略都江堰工程的伟大。初中生的科学思维(尤其是模型建构、科
学推理、质疑创新方面)水平还较低，尚不能自如对复杂场景下的特定
现象进行解释。教师需要在实践活动中，充分利用都江堰工程的科学
价值，引导学生运用物理知识对其进行深层分析，在培养科学思维的
过程中，深刻体会都江堰工程的神奇。
教学过程
任务 1：领略伟大而神奇的都江堰工程，讨论飞沙堰排沙的物理原理。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.领略都江堰工程 1.观看视频，借助物 1.教学引入：以精练 1.能 运 用 物 理 知
的伟大和我国古代 理、历史、地理及小 而富有情感的语言 识、物理语言，有一
先贤的智慧，增强学 学科学知识，感悟都 简要介绍都江堰工 定逻辑和理论依据
生家国情怀和社会 江堰工程带来的内 程。播放都江堰工程 地陈述事实、表达观
责任感，丰富学生的 心震撼，思考工程的 介绍视频，提示学生 点。
人文素养。 巧妙构思和重要价 主要关注点。 2.领悟实际问题中
2.引导学生领悟解 值。 2.引导学生聚焦飞 知识的综合性，有初
决真实问题时，往往 2.聚焦飞沙堰的排 沙堰排沙设计进行 步的跨学科综合分
不仅需要学科内知 沙设计，分组讨论其 案例分析，根据学生 析 思 考 问 题 的 意
识，还需要对多学科 排沙原理；阅读教师 实际情况给予适当 识。
知 识 进 行 综 合 运 提供的文本材料(如 提示或指导。 3.能对别人的观点
3
用。 《 都 江 堰 历 史 浅 3.组织学生进行小 进行理性分析和判
3.通过小组讨论阅 说》)，对文章的有 组研究、分享交流。 断并做出客观的评
读相关文献资料，进 关分析和观点进行 提示交流要点，进行 价。
行观点比较，培养学 分析、讨论、比较。 适当点评。
生模型意识，以及科 3.小组交流。各组简 4.引出本跨学科实
学推理、批判质疑、 要介绍本组对飞沙 践活动的主题“密
解释交流等能力。 堰排沙原理分析的 度知识在工程中的
4.使学生明确本跨 理论依据、主要观点，应用”，明确活动的
学科实践活动的主 以及对文本材料中 总任务。
题及将要实施的活 不同观点的分析比
动总任务。 较。
4.明确本跨学科实
践活动主题、活动总
任务。
任务 2：讨论“密度知识在工程中的应用”活动实施方案。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
在参与实施方案的 1.小组讨论，选择具 1.提 供 “伟 大 的 都 能设计简单的跨学
讨论中，增强参与意 体研究课题。 江 堰 工 程 ”“密 度 科实践方案。
识和学习责任感。 2.根据所选题目分 的应用无处不在”两
组讨论小组实践活 个研究课题供学生
动方案，并做好任务 选择，并对活动目的、
分工，确保方案明晰、主题、成果要求等做
职责明确。 介绍。
2.指导学生进行方
案设计。根据学生实
际情况，对方案的实
施难度进行调整，确
保各小组能较为顺
利地实施。
4
跨学科主题学习课时教学设计表 第 2 课时
学习任务 1.讨论并理解密度是表征物质属性的物理量，密度知识在生产生活中
的应用。
2.竞赛游戏“善用知识的工程师”，举行分离混合物现场比赛。
3.认识、理解游戏背后的工程技术。
学习目标 1.通过对密度知识本身、密度知识在分析和解决生产生活实际问题中
的案例的深入讨论，对密度这一物理量在物质的表征意义、认识研究、
应用价值等方面，有进一步的认识和理解，深化对知识价值的认知。
2.面对真实问题，能主动运用物理、工程技术等学科知识和技能设计
并完成混合物分离的实验探究活动，探索实际问题的解决方案并加以
有效实施。
3.领会真实问题的学科综合性，增强解决真实问题的学科知识融合意
识。
重点难点 重点：
1.对密度知识进行深入研讨和理解，了解密度知识在解决生产生活实
际问题中的应用。
2.用物理、工程技术等知识解决混合物分离的真实问题。
难点：
运用密度及相关知识设计分离混合物的方法。
学情分析 通过第 1 课时，学生加深了对物质基本性质和基本物理量之间关系的
理解，能用密度等物理知识对相关自然现象做出基本正确的解释，但
仍然缺乏运用这些知识和物理思维方法解决实际问题的能力。教师通
过创设真实任务，激发学生以任务为驱动，积极参与到解决任务的游
戏活动中，促进学生主动运用理论知识解决实际问题。 学生对于游戏活动具有天然的热情，但是对于综合运用学科知识、技
术及动手操作，学生普遍较为陌生。他们可能会更多关注趣味性而忽
视了学理性，教师要注意平衡好活动的趣味性与学理性。 从学生的智力发展特点分析，中学生已经具备一定的逻辑思维能力，
亲身实践能更有效地帮助他们理解物理概念和真实世界的关联性。
教学过程
任务 3：讨论并理解密度是表征物质属性的物理量，密度知识在生产生活中的应用。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.引导学生从物质 1.课前分小组对密 1.对学习小组做指 1.在跨学科实践中
的表征意义、认识研 度知识进行自主学 导。 综合认知所涉及的
究、应用价值等方面，习、交流讨论，形成 2.组织各小组展示 知识，对密度知识有
对密度这一物理量 小组共识。 学习成果并对成果 较全面和深入的理
有进一步的认知。 2.各小组以演示文 进行点评、总结。 解。
2.领会密度知识对 稿或其他方式，展示 2.从密度的视角观
于解决生产、生活实 小组对密度知识的 察认识物质世界，逐
际 问 题 的 重 要 作 研讨成果，以及密度 渐完善物质观念。
用，深化对知识价值 知识在生产生活中
的认知。 的实际应用案例。
5
任务 4：竞赛游戏“善用知识的工程师”，举行分离混合物现场比赛。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.利用日常生活中 1.小组研究混合物 1.创设问题情境：现 1.能用物理及其他
容易获得的材料和 的组成特征，讨论分 有一堆各种材料组 学科知识，探索一些
工具，完成一个解决 离方案。 成 的 混 合 物 (如 纸 简单的工程与技术
真实问题的竞赛游 2.各小组分别展示 屑、沙粒、黄豆、铁 问题。
戏，激发学生参与实 本组对混合物的分 屑等)，假如你是一 2.能 基 于 真 实 问
践活动的热情。 离操作。由于受条件 位工程师，如何在最 题，提出简单的解决
2.在活动中领悟所 限制，未能现场展示 短的时间内把各种 方案，根据方案进行
学知识、技能对于解 分离方案的小组，可 物质分离开来？介 实践操作，并做出解
决 实 际 问 题 的 意 陈述设计思路。 绍混合物成分，并提 释。
义。体验相互合作、 3.各小组代表组成 供给各小组一份。组 3.进 一 步 理 解 “物
凝聚智慧成功解决 “评审团”，对各组 织学生分组讨论本 质的属性”，增强对
问题的乐趣。 方案和操作进行评 组的实施方案。 密度知识的认识和
3.认识到密度及其 价。将用时最短或方 2.主持竞赛游戏，观 实际运用。
他物理知识在解决 案最巧妙的小组评 察各小组操作，分析
生产生活实际问题 为“善用知识的工 各小组方案，把握好
中的重要价值。 程师”。 进度。
3.组织点评，对活动
质 量 进 行 整 体 总
结，把握好“情绪热
烈、学术浓厚”的课
堂氛围。
任务 5：认识、理解游戏背后的工程技术。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.强化解决真实问 1.聆 听 教 师 的 讲 1.通过视频资料，揭 1.对运用密度知识
题需要综合同一学 述。比较本组的分离 示每一种分离方法 解决实际问题的方
科的不同知识以及 方法与教师介绍的 (如风选法、浮选法、 法和技术，有进一步
不同学科的知识和 分离案例的差异，思 重选法、磁选法等) 了解。
技能的意识。 考各自的长处与不 背后对应的工程技 2.具有理性判断、客
2.通过对分离混合 足。 术。 观评价和自我反思
物方法的进一步介 2.领悟解决实际问 2.归纳：涉及运用密 的意识。
绍，增强学生对密度 题的综合性。 度知识的相关工程
知识在工程中的应 技术，往往都不是孤
用的进一步认知，也 立的一个知识点，而
为后续实践活动奠 是与其他物理知识
定基础。 乃至其他学科知识
相 关 联 的 综 合 应
用。
6
跨学科主题学习课时教学设计表 第 3 课时
学习任务 1.课外开展实践活动，形成实践活动成果。
2.展示、答辩、评价、交流成果。
学习目标 1.在实践活动中，培养相互协作、相互学习、善于交流等人格素养。
2.培养自主学习、收集、处理、应用信息、善于观察、善于总结等良
好学习习惯和学习能力。
3.能根据实践活动方案有目的，有计划地实施实践活动，增强真实问
题解决的综合性思维及综合运用所学知识解决实际问题的能力。
4.提高运用信息技术辅助学习、交流展示的能力。培养设计、动手制
作、撰写报告的能力。
5.通过查阅资料、走访其他学科教师、专家的跨学科学习，提高人文
素养。
重点难点 重点：
1.有序实施实践活动，获取证据，对收集的信息进行综合分析、论证
及处理，并形成物化成果。
2.展示、解答学习成果。
难点：
对实践活动进程、质量的把控。
学情分析 在前两课时的学习中，学生对密度知识及其应用有了较深入的理解，
尤其经历了对飞沙堰排沙原理的讨论和分离混合物的学理研究、实践
操作，学生对于密度与工程技术有了初步认知，综合运用知识解决实
际问题的意识基本形成。这些都为本课的自主实践活动提供了一定基
础。但由于本实践活动的综合性较强，多数初中生还不具备设计活动
方案、有效实施和完成活动任务的能力。教师需要对学生进行具体指
导，如合作学习、自主学习、收集处理信息、调查访谈、知识融合、
动手制作、撰写报告、应用信息技术等方面的指导。
教学过程
任务 6：课外开展实践活动，形成实践活动成果。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.转变学习方式和 1.根据小组实践活 1.审阅各小组的实 1.能根据实践活动
学习观念，养成良好 动方案，做好任务分 践方案，并对关键环 方案，有计划、有目
的自主学习习惯和 工，确保人人明晰各 节 提 出 要 求 和 提 的 地 实 施 实 践 活
学习能力，学会查阅 自职责、实施要点、 示。 动。
资料、收集信息、利 活动进程安排等。 2.根据各小组的实 2.能体会物理学对
用信息。 2.实施实践活动：查 际情况，做好活动指 人类生活、工程实践
2.培养学生相互协 阅资料、调查访谈、 导预案，尤其关注安 和 社 会 发 展 的 影
作、相互学习的团队 收集和整理相关信 全问题，做好安全预 响。
意识。在活动中进一 息等。 案。 3.能运用相关学科
步深化对学科知识 3.小 组 做 阶 段 研 3.密切关注并及时 知识，对实际问题进
的理解，增强综合运 讨，了解个人任务完 指导各组活动实施 行综合分析、解决。
用知识解决实际问 成情况，调整实施方 进展、质量、困难等。4.具 有 初 步 的 收 集
7
题的意识和能力。 案，完善阶段成果等。4.认 真 审 阅 各 组 实 整理、分析、利用信
3.让所学的知识得 4.完成研究报告、成 践活动成果，提出修 息的能力。
到“活化”，能综合 果展示演示文稿、实 改意见。
运用知识和技能，完 物 制 作 等 物 化 成
成主题活动，并形成 果。
物化成果。
任务 7：展示、答辩、评价、交流成果。
实践意图 学生活动 教师组织 学业要求
1.展示学习成果，体 1.小组代表展示活 1.主持成果展示(可 1.善于反思自我、鉴
验跨学科实践活动 动成果。 由 学 生 担 任 主 持 赏他人成果。
的特殊价值和不一 2.认真倾听、积极思 人)。 2.善于表达，合理进
样的学习乐趣，激发 考。 2.从以下方面对展 行交流、评价。
学生学习热情。 3.答辩：陈述小组对 示活动进行点评： 3.为我国古代科技
2.培养学生敢于表 其他小组代表的提 (1)都江堰工程所反 发明感到自豪，涵养
达、理性交流的素养，问做出解答。 映出来的中华民族 家国情怀，激发运用
增强自我反思、相互 4.自由发言，畅谈在 的伟大智慧。 知识服务人类的社
学习的意识。 整个实践活动中的 (2)密度知识的广泛 会责任感。
收获与心得。 应用。
5.收集、整理本次学 (3)物理与其他学科
习成果，制作合集。 在真实活动中的紧
密联系。
(4)跨学科实践活动
的价值。
8

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