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课题 第四节 跨学科实践：制作微型密度计 主编教师 复核教师
授课时数 1 课型 授新课 授课方法 多媒体 授课时间
学习目标 原理探究：理解常见密度计的工作原理，明确其刻度“上小下大”的原因。2. 工程制作：设计并制作一个能够粗略比较液体密度大小的简易密度计（如吸管密度计）。3. 应用评估：能使用自制的密度计对不同液体（如水、盐水、酒精等）进行测量和排序。
教学重点 密度计的工作原理（漂浮条件、阿基米德原理的综合应用）；简易密度计的设计与制作。
教学难点 1. 理解密度计刻度“上小下大”的成因，并将其与液体密度建立定性关系。2. 在制作中实现密度计的稳定漂浮与合理的“吃水”深度。
一、 设问·任务启【师生活动】1. 情境导入：教师出示两种未贴标签的透明液体（如水和浓盐水）和一支实验室用密度计。将密度计依次放入两种液体中，学生观察密度计浸入深度（露出液面部分长度）的明显不同。 提问：“为什么同一支密度计，在两种液体中浸入的深度不同？它能告诉我们关于液体的什么信息？”2. 明确任务： 展示任务卡：“工程挑战：利用提供的材料，小组合作，设计并制作一支能够区分液体密度大小的‘微型密度计’。你们的密度计要能通过浸入深度，直观显示‘哪杯液体密度大，哪杯密度小’。” 分发材料包：细吸管、橡皮泥（或小段焊锡丝）、记号笔、刻度尺、装有不同密度液体（水、不同浓度盐水、酒精等）的烧杯。 自然过渡：我们要制作密度计，首先必须成为密度计工作原理的“解码者”。它为什么能“感知”密度？刻度又是如何分布的？让我们从最基本的物理规律入手，揭开它的奥秘。二、 探理·原理明【师生活动】原型分析：教师展示密度计结构图（上部刻度杆，下部加重物）。分析其受力：静止漂浮时，所受浮力F浮等于自身重力G。由于重力G不变，所以在任何液体中漂浮时，F浮都相等。2. 原理推导： 根据阿基米德原理，F浮 = ρ液 g V排。 因为F浮恒定（=G），所以当ρ液变大时，V排必然变小；ρ液变小时，V排必然变大。 密度计排开液体的体积V排，体现在外部就是浸入液体的深度。因此：液体密度越大，密度计浸入越浅（露出部分越长）；液体密度越小，密度计浸入越深（露出部分越短）。3. 理解刻度特性：引导学生推理，由于ρ液与V排成反比，而V排与浸入深度有关，所以密度计的刻度是不均匀的，且“上小下大”。4. 设计迁移：引导学生思考，自制密度计如何实现“重力恒定”？用什么做“配重”？如何保证它能在液体中竖直漂浮？ 自然过渡：原理已然明晰，设计要点也已掌握。现在，让我们化身为“仪器制造师”，从图纸走向实物。请各小组根据原理，利用手中材料，开始创作你们的“微型密度计”！三、 巧手·密度成【师生活动】1. 设计与分工： 小组讨论，确定设计方案（如：用橡皮泥封堵吸管一端并调节配重质量，确保吸管能竖直漂浮于水中，且露出水面一小段）。 组内分工：配重调节员、测试员、记录员、刻度标定员等。2. 制作与初调（教师巡视指导）： 关键步骤1：配重与调平。在吸管底部装入适量橡皮泥，多次尝试放入水中，调整橡皮泥量，直到吸管能稳定、竖直地漂浮在水中。这是制作成败的关键。 关键步骤2：确定“基准刻度”。待密度计在水中竖直稳定后，在液面与吸管相交的位置，用记号笔标记一条刻度线。可将其定义为参考点（如对应水的密度）。 关键步骤3：结构优化。检查吸管底部密封性，确保液体不进入管内。3. 安全教育：强调使用工具（如剪刀修剪吸管）的安全。 自然过渡：我们的密度计“雏形”已经诞生！但它“准不准”？“灵不灵”？能否完成区分液体密度的使命？实践是检验真理的唯一标准。让我们进入“实测”环节，用任务来考验我们的作品。四、 实测·应用验【师生活动】1. 功能测试： 各小组将自制的密度计依次放入准备好的不同液体（如清水、淡盐水、浓盐水、酒精等）中。 观察并记录密度计在各液体中液面对应的位置（可与“基准刻度”比较深浅）。2. 性能评估与分析： 排序判断：根据浸入深度，将几种液体按密度大小进行排序。与已知的液体密度（如酒精密度小于水）进行对比，判断排序是否正确。 问题诊断：如果密度计不能稳定竖直漂浮，或在不同液体中浸入深度差异不明显，引导学生分析原因（如配重不当、重心不在底部中心、吸管粗细不合适等），并尝试改进。 简易标定：对于制作成功的小组，鼓励他们在密度计上标记出“浓盐水”、“酒精”等对应的位置，制作一个简易的定性刻度尺。3. 误差与改进讨论：引导学生思考，这个自制密度计有哪些误差来源？（如：吸管粗细不均、读数时视线误差、液体表面张力影响、配重轻微移位等）如何改进可以使其更精确？ 自然过渡：经历了原理探究、精心制作和严格测试，每个小组都收获了独特的“产品”和宝贵的经验。现在，让我们举办一场“微型密度计”新品发布会，分享我们的设计智慧，接受同行们的评议。五、 展评·收获园【师生活动】1. 成果展示会： 各小组从“设计思路”、“工作原理”、“制作亮点”、“测试结果”、“遇到的困难及解决方法”等方面，展示本组的密度计，并现场演示其区分液体密度的功能。 其他小组和教师可以就工作原理、制作细节、改进空间等进行提问和交流。2. 评价与总结： 知识整合：教师引导学生回顾，将密度计的工作原理与本章核心知识（漂浮条件F浮=G、阿基米德原理F浮=ρ液gV排）紧密联系，强调这是一次知识的综合应用。 工程思想升华：总结从“明确需求-理解原理-设计制作-测试优化”的完整项目流程，指出这正是解决实际工程问题的基本思路。1. 拓展作业：查阅资料，了解除了浮力式密度计，还有哪些测量密度的仪器（如比重计、密度瓶、数字式密度仪），它们的工作原理是什么？2. 创意作业：尝试用家中的材料（如筷子、小药瓶、细铁丝等），设计制作一个不同形态的简易密度计，并测试其效果。 设计意图个性化修改【设计意图】通过直观演示，快速聚焦密度计的功能核心——利用浸入深度反映液体密度。观察现象引发认知冲突，激发探究欲望。直接发布具有挑战性的制作任务，赋予学生“仪器设计师”的角色，明确本课的实践目标。【设计意图】本环节是连接理论与实践的桥梁。通过逐步推导，将核心物理规律（漂浮条件、阿基米德原理）转化为密度计工作的具体逻辑（ρ液 V排 浸入深度），使学生理解其本质。分析刻度特性，深化对原理的理解。最后将原理转化为设计要点（恒定G、竖直漂浮），为动手制作提供明确的理论指导。【设计意图】这是将理论转化为产品的核心实践环节。强调“设计先行”和“调试为主”的理念。配重调节是最大的技术难点，需要学生反复尝试，培养耐心和精细操作能力。标记“基准刻度”是建立测量参考的关键一步。教师的角色是顾问，提供个性化指导，鼓励不同方案（如使用不同粗细的吸管）。安全教育融入操作细节。【设计意图】本环节引入工程测试、评估与迭代的思想。测试是验证设计目标是否达成的必要步骤。通过排序任务，引导学生将观察现象转化为科学结论。分析失败原因和讨论误差来源，是深化理解、培养批判性思维和严谨科学态度的宝贵机会。鼓励“简易标定”，将活动从“定性”向“半定量”推进。改进讨论指向更高阶的工程思维。
板书设计： 教学反思本节跨学科实践课是“浮力”单元知识的综合应用与创造性输出。以“制作密度计”为载体，旨在实现知识内化、能力提升与素养发展。以真实仪器演示切入，直观呈现学习产品的最终功能，使学生对任务目标有清晰、形象的认知。提问直指核心观察点（浸入深度不同），有效聚焦。发布明确的工程挑战，快速赋予学生“创造者”角色，激发动力。过渡到原理探究时，以“解码者”为喻，强调理论指导实践的必要性，过渡自然且富有驱动性。
【教学设计总结】
本设计以“制作微型密度计”为项目任务，驱动学生综合应用漂浮条件与阿基米德原理。通过“明确需求-探究原理-设计制作-测试评估-展示交流”的完整流程，让学生亲历“知识产品化”的创造过程。注重在解决真实问题（如配重调节）中深化对原理的理解，在测试评估中培养批判性思维，充分体现了跨学科实践的综合性、实践性与创造性，有效促进了学生科学思维、探究能力及工程素养的协同发展。

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