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第十四章 第4节 《跨学科实践：制作简易热机模型》新课标核心素养教案（人教版2024）
教学目标
物理观念
深入理解热机的工作原理，构建能量转化与守恒的物理观念。
（1）清晰阐述热机将内能转化为机械能的过程。
（2）明确热机工作过程中各阶段能量的具体转化形式。
认识热机在生活和生产中的广泛应用，体会物理知识与实际应用的紧密联系。
（1）列举常见热机在不同领域的应用实例。
（2）理解热机对现代社会发展的重要推动作用。
科学思维
通过制作简易热机模型，培养逻辑思维和创新思维能力。
（1）能够根据热机原理，合理设计模型结构。
（2）在制作过程中，创造性地解决遇到的实际问题。
运用类比、推理等思维方法，分析热机工作过程与模型运行的相似性和差异。
（1）将热机工作的四个冲程与模型运行环节进行类比分析。
（2）依据模型运行情况，推理热机实际工作中的相关现象和问题。
科学探究
经历制作简易热机模型的全过程，提升实践操作能力和问题解决能力。
（1）熟练掌握制作模型所需工具和材料的使用方法。
（2）在制作中，善于发现问题并通过探究找到解决方案。
学会对模型进行调试和优化，培养科学探究的严谨态度和方法。
（1）制定合理的模型调试方案，逐步优化模型性能。
（2）在调试过程中，准确记录数据和现象，分析原因并改进。
科学态度与责任
培养严谨认真、勇于探索的科学态度，在制作过程中不怕困难，积极尝试。
（1）鼓励学生在遇到制作难题时，保持积极的探索精神。
（2）引导学生以严谨的态度对待模型制作的每一个环节。
增强环保意识和社会责任感，了解热机对环境的影响，思考可持续发展的途径。
（1）分析热机使用对环境造成的污染及资源消耗问题。
（2）激发学生对开发环保型热机的责任感和使命感。
教学重难点
教学重点
热机工作原理的理解与应用，能够将原理融入模型制作。
（1）透彻理解热机四个冲程的工作原理。
（2）在模型设计中准确体现热机原理。
掌握简易热机模型的制作方法和步骤，确保模型能够正常运行。
（1）熟悉制作模型所需的材料和工具。
（2）按照正确步骤完成模型制作并实现稳定运行。
教学难点
模型制作过程中，如何实现能量的有效转化，提高模型的运行效率。
（1）优化模型结构，减少能量损耗。
（2）选择合适材料，提升能量转化效率。
培养学生在跨学科实践中的综合应用能力，融合物理、工程、材料等多学科知识。
（1）引导学生将不同学科知识有机结合。
（2）在实践中灵活运用多学科知识解决实际问题。
教学方法
项目式学习法：以制作简易热机模型为项目任务，引导学生自主探究和实践。
小组合作学习法：组织学生分组协作，共同完成模型制作，培养团队合作能力。
启发式教学法：在学生制作过程中，适时提问启发，引导学生思考和解决问题。
教学道具素材
材料：易拉罐、橡皮筋、图钉、吸管、气球、硬纸板、胶水、剪刀等。
工具：锥子、钳子、美工刀等。
多媒体资料：热机工作原理的动画视频、简易热机模型制作的演示视频等。
教学过程
课程导入（5分钟）
展示图片与视频：通过多媒体展示各种热机在生活和生产中的应用场景，如汽车发动机、蒸汽机火车、飞机发动机等，播放热机工作的动态视频。
（1）引导学生观察热机工作时的现象，如活塞的运动、尾气的排放等。
（2）提问学生热机在这些场景中起到的作用，引发学生对热机的兴趣。
提出问题：我们能否自己制作一个简易的热机模型，来模拟热机的工作过程呢？以此引出本节课的主题——制作简易热机模型。
（1）鼓励学生大胆猜测制作模型可能面临的困难和挑战。
（2）简要介绍制作模型的意义，激发学生的动手欲望。
知识回顾与原理讲解（10分钟）
热机工作原理回顾：引导学生回顾热机的工作原理，提问学生热机工作的四个冲程分别是什么，每个冲程的能量转化是怎样的。
（1）请学生上台画出热机工作的四个冲程示意图，并进行讲解。
（2）利用动画视频再次展示热机工作过程，强化学生对原理的理解。
原理应用讲解：讲解如何将热机的工作原理应用到简易模型的制作中，例如如何通过简单的结构实现类似热机的能量转化过程。
（1）以常见的简易热机模型为例，分析其各部分结构与热机工作原理的对应关系。
（2）引导学生思考在模型制作中，怎样模拟热机的吸气、压缩、做功和排气冲程。
小组讨论与设计（10分钟）
分组：将学生分成若干小组，每组4 - 5人，确保小组内成员具备不同的优势和特长，便于协作。
（1）引导学生自主推选组长，明确组长职责。
（2）鼓励小组成员相互交流，了解彼此的优势和想法。
讨论设计方案：各小组围绕制作简易热机模型展开讨论，设计模型的结构和工作方式，记录讨论结果。
（1）提示学生从材料选择、动力来源、能量转化方式等方面进行思考。
（2）教师巡视各小组，倾听讨论内容，适时给予启发和引导，如提供一些创新的设计思路或解决常见问题的方法。
模型制作实践（20分钟）
材料与工具发放：为各小组发放制作模型所需的材料和工具，提醒学生正确使用工具，注意安全。
（1）详细介绍每种工具的使用方法和注意事项。
（2）示范一些关键工具的正确操作方式，如锥子打孔、美工刀切割等。
制作过程指导：学生开始动手制作简易热机模型，教师在教室里巡回指导，及时解答学生在制作过程中遇到的问题。
（1）帮助学生解决材料拼接、结构固定等实际操作问题。
（2）引导学生思考如何优化模型结构，提高能量转化效率，鼓励学生尝试不同的方法和创意。
展示与评价（10分钟）
小组展示：各小组依次展示制作完成的简易热机模型，并演示模型的运行过程，讲解模型的设计思路和工作原理。
（1）要求每个小组推选一名代表进行展示和讲解。
（2）提醒其他小组学生认真倾听和观察，做好评价准备。
评价环节：
学生评价：组织其他小组学生从模型的创新性、实用性、运行效果、原理体现等方面进行评价，提出优点和改进建议。
（1）引导学生从不同角度进行客观评价，注重评价的合理性和建设性。
（2）鼓励学生积极发言，分享自己的观点和看法。
教师评价：教师对各小组的模型制作进行总结评价，肯定学生的努力和创意，指出存在的问题和不足，给予针对性的改进意见。
（1）从模型制作的整体水平、学生的团队协作能力、知识应用能力等方面进行综合评价。
（2）对表现优秀的小组和个人给予表扬和鼓励，激发学生的学习积极性。
课堂小结（5分钟）
知识总结：回顾热机的工作原理以及在制作简易热机模型过程中对原理的应用。
（1）请学生再次阐述热机四个冲程的能量转化过程。
（2）强调模型制作如何体现热机工作原理的关键环节。
方法归纳：总结制作简易热机模型过程中运用的方法和技巧，以及在小组合作中积累的经验。
（1）回顾模型制作的步骤和要点，如材料选择、结构设计、工具使用等。
（2）引导学生分享在小组合作中遇到的问题及解决方法，强调团队协作的重要性。
课后作业
基础性作业：整理本节课的知识点，特别是热机工作原理和模型制作的关键步骤，形成书面总结。
拓展性作业：思考如何进一步改进自己小组制作的热机模型，提高其运行效率和稳定性，可查阅资料获取灵感，撰写一份改进方案。
达成性评价
通过观察学生在课堂讨论中的参与度和表现，评价学生对热机原理的理解程度以及创新思维能力。观察学生是否能够积极提出自己的想法，与小组成员进行有效交流，对热机原理的应用是否有独特的见解。
根据学生制作的简易热机模型的完成情况和运行效果，评价学生的实践操作能力和问题解决能力。评估模型是否能够正常运行，模型结构是否合理，能量转化是否有效，以及学生在制作过程中能否解决遇到的各种问题。
分析学生在展示与评价环节的表现，评价学生的表达能力和对知识的综合应用能力。观察学生在展示模型时能否清晰地讲解设计思路和工作原理，在评价其他小组模型时能否提出有价值的观点和建议。
教学反思
在教学过程中，要充分给予学生自主探究和实践的空间，让学生在动手操作中深入理解热机原理，提高综合能力。但部分学生可能在模型制作的动手能力和跨学科知识应用方面存在困难，教师需在巡视指导过程中更加关注这些学生，给予及时且有针对性的帮助。同时，在评价环节，可以进一步引导学生进行更深入的反思和交流，以促进学生更好地吸收和改进。在今后的教学中，可提前让学生预习相关知识，增加学生对热机原理和制作方法的熟悉程度，提高课堂效率。

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