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第十四章 第4节 《跨学科实践：制作简易热机模型》
——教-学-评核心素养一体化教案
一、教学目标
（一）物理观念
深化对热机工作原理的理解，通过实际制作模型，将理论知识与实践相结合，强化内能转化为机械能的物理观念。
认识热机在生活和生产中的应用，了解热机工作过程中能量的转化和传递，形成能量利用的基本观念。
（二）科学思维
在设计和制作热机模型过程中，运用物理原理进行分析和推理，培养逻辑思维能力。
面对制作过程中的问题，通过创新思维和批判性思维，提出解决方案，优化模型设计。
（三）科学探究
经历制作简易热机模型的全过程，包括设计方案、选择材料、动手制作、调试改进等，培养科学探究能力。
在实践中观察热机模型的运行，收集数据，分析实验结果，得出结论，提升探究实践能力。
（四）科学态度与责任
培养严谨认真、实事求是的科学态度，在制作过程中注重细节，尊重实验事实和数据。
增强团队协作意识，认识到科学实践对于推动科技发展和社会进步的重要意义，培养对科学技术的责任感。
二、教学重难点
（一）教学重点
理解热机工作原理，并将其应用于简易热机模型的设计与制作。
掌握制作简易热机模型的基本方法和步骤。
（二）教学难点
设计出能够有效实现内能到机械能转化的热机模型结构，确保模型正常运行。
分析和解决制作过程中出现的技术问题，如能量损耗、部件配合等。
三、教学方法与教学道具素材
（一）教学方法
项目式学习法：以制作简易热机模型为项目任务，引导学生自主探究、合作学习，完成项目目标。
启发式教学法：在学生设计和制作过程中，通过提问、引导等方式，启发学生思考，帮助学生解决遇到的问题。
小组合作学习法：组织学生分组合作，共同完成热机模型的制作，培养学生的团队协作能力。
（二）教学道具素材
材料：易拉罐、吸管、橡皮筋、蜡烛、图钉、剪刀、胶水、铁丝等。
工具：酒精灯、镊子、护目镜、工作台等。
多媒体设备：用于展示热机工作原理动画、优秀热机模型案例等资料的投影仪、电脑等。
四、教学过程
（一）课程导入（5分钟）
情景导入：播放一段汽车发动机、蒸汽机等热机工作的视频，展现热机在现代生活和工业生产中的重要作用。视频结束后，提问学生：“热机能够将内能转化为机械能，为我们的生活带来诸多便利，大家想不想亲手制作一个简易热机模型，来感受热机的神奇之处呢？”
设计意图：通过精彩的视频展示，激发学生的学习兴趣和动手欲望，自然引出本次跨学科实践活动的主题——制作简易热机模型。
及时性评价：对积极回应的学生给予肯定，如“看到大家这么期待，相信你们在接下来的制作中一定会充满热情，做出优秀的作品”。
（二）知识回顾与原理讲解（10分钟）
知识回顾：引导学生回顾热机的工作原理，提问：“同学们，我们之前学习过热机，谁能说一说热机是通过哪些冲程来实现内能到机械能转化的呢？”请学生回答四冲程汽油机或柴油机的工作过程，包括吸气、压缩、做功和排气冲程，以及每个冲程中能量的转化情况。
原理讲解：结合学生的回答，利用多媒体展示热机工作原理的动画，再次详细讲解热机工作过程中内能如何转化为机械能，强调做功冲程是实现能量转化的关键环节。同时，说明本次制作简易热机模型所依据的基本原理与实际热机是相同的，只是在结构和材料上进行了简化。
设计意图：通过回顾和再次讲解热机工作原理，帮助学生巩固理论知识，为后续的模型设计与制作奠定基础，使学生明白实践操作背后的物理原理。
及时性评价：对准确回答热机工作原理的学生给予表扬，如“你对热机工作原理掌握得非常扎实，这将为你制作模型提供有力的理论支持”。
（三）小组讨论与方案设计（15分钟）
分组：将学生分成若干小组，每组4 - 5人，确保小组内成员各具优势，能够相互协作。
讨论任务：布置小组讨论任务，要求学生根据热机工作原理，结合现有的材料和工具，讨论并设计简易热机模型的制作方案。讨论内容包括模型的整体结构、各部件的选择与功能、能量转化的实现方式等。教师在各小组间巡视，适时参与讨论，引导学生思考，例如提问：“你们打算如何设计做功冲程的结构，以实现内能到机械能的有效转化呢？”
方案记录：每个小组推选一名记录员，将小组讨论的方案以草图和文字说明的形式记录下来。
设计意图：通过小组讨论，培养学生的合作交流能力和创新思维，让学生在讨论中碰撞出智慧的火花，设计出具有创意和可行性的制作方案。同时，教师的巡视指导可以及时纠正学生的错误思路，确保讨论方向的正确性。
及时性评价：对讨论积极、思路开阔的小组给予鼓励，如“这个小组讨论氛围热烈，提出了很多有创意的想法，继续保持”。
（四）制作与调试（20分钟）
材料分发：根据各小组设计的方案，为学生分发相应的材料和工具。
制作过程：学生按照小组讨论确定的方案开始动手制作简易热机模型。在制作过程中，教师提醒学生注意安全，如使用酒精灯、剪刀等工具时要小心操作。同时，密切关注各小组的制作进度，及时给予技术支持和指导。例如，当学生在连接部件遇到困难时，引导学生思考如何改进连接方式，以确保部件之间的紧密配合。
调试优化：模型初步制作完成后，学生进行调试，观察模型是否能够正常运行，实现内能到机械能的转化。如果模型运行出现问题，如无法启动、能量转化效率低等，小组成员共同分析原因，尝试调整和优化模型，如改变部件的位置、调整能量输入方式等。
设计意图：让学生亲自动手制作和调试模型，培养学生的实践操作能力和解决问题的能力。在这个过程中，学生将理论知识应用于实际，深化对热机工作原理的理解，同时学会在实践中不断优化设计。
及时性评价：对制作过程中操作规范、积极思考解决问题的小组进行表扬，如“这个小组制作过程非常认真，遇到问题能够积极思考并尝试解决，这种实践精神值得大家学习”。对能够通过调试优化使模型运行效果良好的小组给予高度评价，如“你们小组通过不断调试，成功优化了模型，使其能够高效运行，充分展现了你们的探究能力和创新精神”。
（五）展示与评价（10分钟）
小组展示：每个小组派一名代表上台展示并讲解本小组制作的简易热机模型，包括模型的设计思路、工作原理、制作过程以及在制作过程中遇到的问题和解决方法。同时，现场演示模型的运行，让其他同学直观感受模型的工作效果。
学生评价：其他小组的学生认真倾听和观察展示，从模型的创新性、科学性、实用性、美观性等方面进行评价，提出优点和不足之处，并给出改进建议。
教师评价：教师对每个小组的展示进行总结评价，首先肯定学生在制作过程中的努力和取得的成果，对模型的优点给予表扬，如独特的设计、巧妙的结构等。同时，针对模型存在的问题，提出专业性的改进意见，帮助学生进一步完善模型。最后，对整个实践活动进行总结，强调跨学科实践的重要性和意义。
设计意图：通过展示与评价环节，培养学生的表达能力和批判性思维，让学生在交流中相互学习，共同提高。教师的评价可以引导学生从更高的层面审视自己的作品，发现不足之处，明确改进方向。
及时性评价：对展示清晰、讲解准确的小组代表给予赞扬，如“你对小组作品的展示和讲解非常清晰，让大家很好地了解了你们的制作过程和设计思路”。对提出有价值评价和建议的学生给予肯定，如“你提出的评价和建议很专业，对其他小组改进模型有很大的帮助”。
（六）课堂小结（5分钟）
总结回顾：引导学生回顾本次跨学科实践活动的全过程，包括热机工作原理的回顾、小组讨论与方案设计、模型制作与调试以及展示与评价等环节。强调在实践过程中所运用的物理知识、科学探究方法以及团队协作的重要性。
拓展延伸：鼓励学生在课后继续改进自己的热机模型，尝试使用不同的材料和方法，提高模型的性能。同时，引导学生思考热机在现代科技发展中的新应用和新挑战，激发学生对科学技术的探索欲望。
设计意图：通过课堂小结，帮助学生梳理本次实践活动的重点内容，巩固所学知识和技能。拓展延伸部分则进一步激发学生的学习兴趣和创新意识，培养学生的自主学习能力。
五、教学反思
在本次跨学科实践教学中，以制作简易热机模型为载体，学生积极参与，动手能力和团队协作能力得到了锻炼。通过实践操作，大部分学生对热机工作原理有了更深刻的理解。然而，在教学过程中也发现了一些问题。部分学生在将理论知识转化为实际操作时存在困难，需要教师更加耐心地引导和示范。另外，在时间把控上，由于各小组制作进度不一，导致展示与评价环节时间略显紧张，部分小组未能充分展示自己的作品。在今后的教学中，应更加合理地安排时间，关注学生个体差异，确保每个学生都能在实践活动中有所收获。同时，可以进一步拓展实践活动的深度和广度，引导学生进行更深入的探究和创新。
六、教学评价
（一）及时性评价
在课程的各个环节，对学生的表现及时给予评价。如在小组讨论时，对提出创新想法的学生说“你的想法很独特，为小组讨论打开了新思路”；在制作过程中，对操作熟练的学生评价“你使用工具很熟练，制作效率很高”；在展示环节，对展示出色的小组表示“你们小组的展示非常精彩，让大家眼前一亮”。
（二）达成性评价
通过观察学生在小组讨论中的参与度和贡献，评价学生的合作交流能力，如是否积极发言、能否倾听他人意见并提出有价值的观点。
根据学生设计的制作方案和实际制作的模型，评价学生对热机工作原理的理解和应用能力，如方案是否合理、模型能否实现能量转化。
观察学生在制作和调试过程中解决问题的能力，评价学生的科学探究能力，如能否分析问题原因并提出有效的解决方案。
通过学生在展示与评价环节的表现，评价学生的表达能力和批判性思维，如展示是否清晰、评价和建议是否合理有深度。
（三）评价结果反馈与教学调整
若发现部分学生对热机工作原理理解不透彻，导致制作方案不合理，在后续教学中加强对热机原理的复习和巩固，通过更多实例和演示帮助学生理解。
如果学生在合作交流方面存在问题，如小组讨论不积极或缺乏团队协作精神，在今后的教学中增加团队建设活动，引导学生学会合作。
针对学生在解决问题能力方面的不足，提供更多具有挑战性的问题和案例，培养学生分析问题和解决问题的能力。同时，在教学过程中，给予学生更多自主探索和尝试的机会，鼓励学生在实践中积累经验。

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