跨学科实践 为“天宫课堂”设计一个小实验（教学设计）物理新教材沪粤版八年级下册

跨学科实践“为‘天宫课堂’设计一个小实验” 一、教学目标 （一）知识目标 1．学生能够理解微重力环境下物理现象的变化，如浮力消失、液体表面张力增强等。 2．学生能够掌握跨学科知识在太空实验中的应用，如生物、化学与物理的结合。 3．学生能够设计并实施简单的太空实验方案，培养实验设计和操作能力。 （二）能力目标 1．通过小组讨论和合作，学生能够学会团队协作和沟通，共同完成实验设计和实施。 2．通过对比分析地面和太空实验现象，学生能够学会科学探究的方法，培养分析和解决问题的能力。 3．通过设计和展示实验方案，学生能够提高创新思维和实践能力。 （三）素养目标 1．激发学生对太空科学探索的兴趣和热情，培养科学精神和探索精神。 2．增强学生对跨学科知识综合运用的认识，体会不同学科之间的联系。 3．通过模拟太空实验，培养学生的科学责任感和对科学的敬畏之心。 二、教学重难点 （一）教学重点 微重力环境下物理现象的变化及其原理。跨学科知识在太空实验中的应用。实验设计的基本思路和方法。 （二）教学难点 如何将跨学科知识有效地融合到太空实验设计中。如何在地面模拟微重力环境进行实验预演。如何引导学生进行科学探究和创新思维的培养。 三、教学方法 1．讲授法：教师通过讲解天宫课堂的相关知识和实验现象，引导学生理解微重力环境下的物理变化。 2．讨论法：组织学生进行小组讨论，共同探讨实验设计思路和跨学科知识的应用。 3．实验法：学生通过设计和实施地面模拟实验，验证物理现象和原理。 4．演示法：教师通过演示天宫课堂的实验视频，帮助学生直观感受太空实验现象。 四、教学过程 （一）导入新课（5分钟） 1播放视频：播放天宫课堂中王亚平太空授课的精彩片段，展示浮力消失、水球中的双像、液体表面张力等奇妙现象，激发学生的学习兴趣。 2提问导入：提问学生：“这些现象在地面上是怎样的？为什么在太空中会有如此大的变化？” 引导学生思考微重力环境对物理现象的影响，从而引入新课。 （二）新课讲授（20分钟） 1． 微重力环境下的物理现象 （1）浮力消失的奥秘 在微重力环境中，物体所受浮力几乎消失，与地面情况大相径庭。例如在地面会下沉的物体在太空可能不再下沉，这引导学生思考浮力产生的原理以及微重力对浮力的影响。 浮力的消失改变了物体在液体中的行为，如在太空中的水滴不会像在地面那样下沉或上浮，而是保持悬浮状态，这体现了重力对浮力的决定性作用。 （2）水球中的双像 太空中的水球相当于一个凸透镜，光线经过水球时发生折射，同时在水球的内外表面还会发生反射，从而形成双像，借此向学生介绍光的折射和反射定律，以及透镜成像的原理。 这种现象展示了光在不同介质界面的传播规律，以及在微重力环境下，液体表面张力如何影响光的传播路径，为学生提供了直观的光学现象观察机会。 （3）液体表面张力 微重力下，液体表面张力变得十分明显，水能自然形成近乎完美的球体并悬浮在空中，这展现了液体表面张力在无重力干扰时的神奇作用，让学生对表面张力的概念有更直观的认识。 表面张力使液体在微重力环境中形成稳定的球体，这种现象在地面难以观察到，为学生提供了独特的物理现象研究机会，帮助他们理解表面张力在不同环境下的表现。 2． 跨学科知识在太空实验中的应用 （1）生物与物理的结合 在太空环境下种植几种不同植物，观察和记录根系在微重力条件下的生长方向、生长速度等变化，与地面种植情况进行对比，探究微重力对植物根系生长规律的作用机制。 通过结合植物学知识分析其中的生物学原理，如植物激素在根系生长中的作用，以及微重力如何影响植物激素的分布和作用，从而更深入地理解植物生长的物理和生物学机制。 （2）化学与物理的结合 选取几种不同浓度、不同性质的化学溶液，在太空微重力环境下让它们互相混合，观察溶液扩散的速度和形态，对比地面正常重力条件下的扩散情况。 通过实验研究重力对溶液扩散的影响，结合物理中的分子运动和化学中的扩散原理，深入理解溶液扩散的物理和化学机制。 （3）工程与物理的结合 利用注射器将不同颜色的食用色素慢慢注入太空微重力环境中的水球里，观察彩色液滴如何在表面张力作用下逐渐融合，并最终形成一个彩色的大球体。 通过这个实验，学生可以更直观地感受液体表面张力在太空的独特表现以及其与重力环境下流体现象的差异，同时锻炼学生的实验设计和操作能力。 3． 实验设计的基本思路和方法 （1）确定实验主题 各小组成员积极交流想法，从之前所学的物理知识以及其他学科知识中寻找灵感，确定一个具有跨学科特点且能在太空环境下开展的实验主题，例如 “探究微重力对水钟计时准确性的影响”（结合物理的流体力学和时间测量知识）等，并明确实验要研究的核心物理问题以及涉及的其他学科关键要素。 在讨论过程中，鼓励学生大胆提出自己的想法，并通过小组讨论筛选出最具可行性和创新性的实验主题，培养学生的团队合作能力和创新思维。 （2）绘制实验原理示意图 根据确定的实验主题，用画图的方式呈现出实验的基本原理，清晰标注出实验过程中需要重点关注和测量的关键变量，如液体的流量、时间的长短、物体的运动速度等，以便在后续的实验操作和数据分析中有明确的方向和依据。 实验原理示意图可以帮助学生更直观地理解实验的设计思路和原理，为实验的实施提供清晰的指导，同时也有助于学生在实验过程中更好地观察和记录实验现象。 （3）地面模拟实验录制 由于受实际条件限制无法直接在太空开展实验，学生可借助一些简单的辅助工具在地面模拟微重力环境进行实验预演，比如用细丝吊起物体来近似模拟物体在太空中的悬浮状态，然后录制下整个地面模拟实验的过程，时长控制在 1 分钟左右，用于后续的分析和展示，同时也为后续可能的改进提供参考。 模拟微重力环境可以帮助学生更好地理解实验在太空中的表现，为实验的实施提供参考和借鉴，同时也能培养学生的创新思维和实践能力。 （三）课堂活动（15分钟） 1．小组讨论与实验设计 将学生分成若干小组，每组 4 - 5 人，要求各小组根据所学知识，结合生物、化学或工程知识，设计一个能在空间站开展的物理小实验，并填写实验设计卡，包括实验名称、实验目的、实验器材、实验步骤、预期现象等内容。 教师巡视各小组，给予适当的指导和建议，鼓励学生大胆创新，同时注意实验设计的可行性和安全性。 2．小组汇报与交流 各小组选派代表上台汇报本组的实验设计方案，其他小组可以提问和发表意见，教师对各小组的设计方案进行点评，肯定优点，指出不足，并提出改进意见。 通过小组汇报与交流，让学生学会表达自己的想法，同时培养他们的团队合作精神和科学探究能力。 （四）课堂小结（5分钟） 1．知识总结 引导学生回顾本节课所学的主要内容，包括微重力环境下的物理现象、跨学科知识在太空实验中的应用以及实验设计的基本思路和方法，帮助学生梳理知识体系，加深对所学知识的理解和记忆。 强调微重力环境对物理现象的影响以及跨学科知识在太空实验中的重要性，让学生认识到不同学科之间的联系和综合运用的价值。 2．能力提升 总结学生在课堂活动中的表现，肯定他们在实验设计、小组讨论、汇报交流等环节中所表现出的创新能力、实践能力、团队合作能力、科学思维能力等，鼓励学生在今后的学习和生活中继续努力，不断提高自己的综合素质和能力水平。 强调科学探究的重要性，鼓励学生在今后的学习中多观察、多思考、多实践，培养自己的科学素养和创新能力。 （五）布置作业（5分钟） 1．书面作业 要求学生根据课堂所学内容，撰写一篇关于 “天宫课堂” 初中物理跨学科实践教学的心得体会，字数不少于 500 字，内容包括对微重力环境下物理现象的理解、跨学科知识在太空实验中的应用以及自己在实验设计过程中的收获和体会等。 通过书面作业，让学生进一步巩固所学知识，加深对课堂内容的理解和思考，同时培养他们的写作能力和科学表达能力。 2．实践作业 要求学生在课后继续完善本组的实验设计方案，并在家中或学校实验室进行地面模拟实验，录制实验过程视频，并撰写实验报告，包括实验目的、实验器材、实验步骤、实验现象、数据分析、结论等内容。 通过实践作业，让学生在实践中进一步提高实验设计和操作能力，加深对所学知识的理解和应用，同时培养他们的科学探究精神和创新能力。 五、教学资源 1．视频资料：天宫课堂授课视频片段、国际空间站相关实验视频等。 2．实验器材：注射器、食用色素、磁铁、金属小球、弹性材料、植物种子、培养皿、水、量筒、秒表、细丝等。 3．多媒体设备：计算机、投影仪、音响设备等。 六、教学评价 1．课堂表现评价：观察学生在课堂讨论、小组合作、汇报交流等环节中的表现，评价学生的参与度、积极性、团队合作能力、科学思维能力等。 2．实验设计评价：根据学生的实验设计卡和实验报告，评价学生的实验设计思路、创新性、可行性、科学性等。 3．作业评价：批改学生的书面作业和实践作业，评价学生对所学知识的理解和应用能力、写作能力、科学探究能力等。 4．自我评价与反思：引导学生进行自我评价和反思，让学生总结自己在本节课中的收获和不足，提出改进措施和未来的学习方向，培养学生的自我评价能力和反思能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$