第十一章 简单机械和功《跨学科实践 调查机械并制作机械模型》课时教案---2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

该教案聚焦简单机械的结构、原理及模型制作，通过古代绞车视频与图片创设情境，连接杠杆、滑轮等已学知识，以“设计制作简易机械”任务驱动，引导学生从识别原理到动手实践，构建知识应用脉络。 此教案跨学科融合历史与工程，以情境探究、合作探究落实核心素养，如科学探究中分组调查制作机械模型，科学态度与责任中体会古人智慧增强文化认同。任务驱动式教学（设计-制作-测试-改进）提升实践能力，助力教师高效开展实践课，学生深化知识理解与创新思维。

第十一章 简单机械和功《跨学科实践 调查机械并制作机械模型》课时教案 学科 初中物理 年级册别 九年级上册 共1课时 教材 苏科版《物理》九年级上册 授课类型 跨学科实践课 第1课时 教材分析 教材分析 本课是九年级上册“第十一章 简单机械和功”后的综合性实践活动，旨在引导学生从真实生活情境出发，综合运用杠杆、滑轮、功与机械效率等知识，开展调查与建模项目。内容以中国古代绞车和欧洲中世纪吊车为切入点，强调机械在人类文明发展中的作用，体现物理与历史、工程、技术的融合。通过任务驱动式学习，培养学生科学探究能力、动手实践能力和创新思维，是落实“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”核心素养的重要载体。 学情分析 九年级学生已掌握杠杆平衡条件、滑轮组特点及功的基本概念，具备一定的实验操作和数据分析能力。他们对机械充满好奇，但缺乏系统性设计经验，对“结构—功能—原理”的关联理解较浅。部分学生存在畏难情绪，认为动手制作耗时费力。教学中需通过情境创设激发兴趣，设置阶梯式任务降低难度，并提供丰富的材料支持与过程指导，鼓励合作交流，提升自信心与成就感。 课时教学目标 物理观念 1. 能够识别常见机械（如绞车、吊车）的核心部件及其力学原理，建立“机械是利用力学原理实现功能的装置”的基本认知。 2. 能用杠杆平衡条件解释简单机械的工作机制，理解滑轮组中省力与距离之间的权衡关系。 科学思维 1. 能够通过观察实物或图像，提取机械的关键结构特征，形成初步的设计思维框架。 2. 能基于实验数据和已有知识，比较不同机械设计方案的优劣，进行合理推理与判断。 科学探究 1. 能围绕“如何设计一个能提升重物的简易机械模型”提出具体可行的研究问题，并制定简单的探究计划。 2. 能在小组协作中完成材料选择、结构搭建、测试改进等环节，记录关键参数并分析结果。 科学态度与责任 1. 在实践中体会古人智慧，增强民族自豪感与文化认同感，树立尊重劳动成果的价值观。 2. 在团队合作中学会倾听、协商与分工，养成严谨细致、勇于尝试的科学态度。 教学重点、难点 重点 1. 识别并分析一种典型机械（如绞车）的结构组成与工作原理。 2. 根据任务要求，合理选择材料并设计可运行的机械模型原型。 难点 1. 理解机械设计中“省力”与“移动距离长”之间的矛盾关系，实现优化平衡。 2. 在模拟实验中准确评估机械模型的性能，提出切实可行的改进建议。 教学方法与准备 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法 教具准备 多媒体课件、古代绞车与吊车图片、PVC管、木棒、细绳、小滑轮、铁钩、橡皮筋、纸板、剪刀、胶带、小重物（如砝码）、记录表 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：穿越千年的机械之光 【5分钟】 一、创设历史情境，引出核心议题 （一）、播放视频片段：古代建筑工地施工场景 1. 教师播放一段约1分钟的动画视频，展示古代中国修建长城时使用绞车吊运石块的场景，配以古风音乐与旁白解说：“在没有起重机的时代，人们依靠智慧与力量，用一根根木轴、一条条绳索，将沉重的巨石缓缓吊起，支撑起一座座雄伟的城池。” 2. 视频结束后提问：“同学们，你们知道这是什么装置吗？它靠什么原理把石头抬上去？” 3. 引导学生思考并回答：可能是“绞车”“卷扬机”“滑轮”等名称，教师顺势板书“绞车”二字，并追问：“它的核心部件是什么？” 4. 教师展示教材图11-43（中国古代绞车）的高清图片，引导学生观察其主要构成：一个固定在支架上的大圆盘（转轮）、一根竖直安装的主轴、缠绕在主轴上的绳索、以及下方悬挂的吊篮或挂钩。 5. 提出驱动性问题：“如果让你用身边的材料做一个能‘吊起’小重物的简易绞车，你会怎么设计？需要哪些零件？它们之间如何配合才能让机械正常工作？” 6. 教师强调：“这不仅是一个手工任务，更是一次科学探索——我们要像古人一样，用物理知识去解决实际问题。” 7. 板书课题：“跨学科实践：调查机械并制作机械模型”，并用彩色粉笔圈出关键词“调查”“制作”“模型”。 二、任务发布：成为小小机械工程师 （一）、明确项目目标与要求 1. 教师出示项目任务卡，投影展示如下内容： - 任务一：选择一种机械（如绞车、吊车、投石机），查阅资料了解其结构、功能与工作原理。 - 任务二：利用提供的材料，设计并制作一个能稳定提升重物的机械模型。 - 任务三：在模拟实验中测试模型性能，记录提升高度、所需拉力、绳子移动距离等数据。 - 任务四：撰写一篇短文介绍你的机械，并在班级展示模型与方案。 2. 教师逐一讲解每项任务的具体操作步骤，特别强调安全注意事项：如使用剪刀时注意手指方向，避免绳索打结影响测试精度。 3. 分组说明：全班分为6个小组，每组4人，指定组长负责组织讨论与材料领取，确保每个成员都有角色（如设计师、记录员、操作员、汇报员）。 4. 教师发放《机械模型设计与测试记录表》，详细说明填写要求：包括“机械名称”“主要部件”“工作原理简述”“测试数据”“改进建议”等栏目。 5. 强调评价标准：创意性、功能性、科学性、团队合作表现。 1. 观看视频，感受古代工匠智慧。 2. 思考并回答教师提问，说出可能的机械名称。 3. 观察教材插图，识别绞车的主要组成部分。 4. 倾听任务说明，明确项目目标与分工安排。 5. 领取小组材料包与记录表，准备进入下一阶段。 评价任务 观察专注：☆☆☆ 问题回应：☆☆☆ 任务理解：☆☆☆ 设计意图 通过真实的历史情境引入，唤醒学生的文化记忆与好奇心，激发学习动机；借助视频与图文结合的方式，直观呈现机械运作过程，帮助学生建立“机械=结构+功能+原理”的整体认知框架；通过发布清晰的任务清单与分组机制，为后续的自主探究与合作实践奠定基础，体现“做中学”的教育理念。 自主探究：探秘机械的秘密 【15分钟】 一、分组调查：走进机械的世界 （一）、小组内分工查找资料 1. 教师引导各小组根据任务卡选择研究对象：A组研究“中国古代绞车”（对应图11-43），B组研究“欧洲中世纪吊车”（对应图11-44），C组研究“投石机”（图11-46），D组研究“起重机”（图11-47）。 2. 每组分配一台平板电脑或使用教室电子白板，访问学校资源库中的专题网页，获取图文资料： - 中国古代绞车：介绍其由转轮、主轴、绳索、支架构成，利用人力转动转轮，使绳索缠绕在轴上，从而提升重物。 - 欧洲中世纪吊车：描述其采用齿轮传动与滑轮组合，通过脚踏或手摇驱动，实现更大吨位的吊装。 - 投石机：解析其作为大型抛射装置，利用弹性势能（如扭力绳）或重力势能（如重锤）发射石块。 - 起重机：指出其核心为滑轮组与液压系统，具有高效、精准、安全的特点。 3. 教师巡视指导，提醒学生关注三点： - 机械的“结构”：有哪些关键部件？如何连接？ - 机械的“功能”：用来做什么？解决了什么问题？ - 机械的“工作原理”：是否涉及杠杆、滑轮、功与能量转换？ 4. 指导学生在记录表中填写“结构图示”栏，可用铅笔绘制简图，标注各部件名称。 5. 教师提供“关键词提示卡”：如“杠杆原理”“滑轮组”“省力”“改变方向”“能量转化”等，供学生参考。 6. 鼓励学生对比不同机械的异同点，例如：“绞车和吊车都用于提升重物，但前者靠人力旋转，后者用齿轮传动，效率更高。” 7. 教师适时介入，补充说明：“虽然形式不同，但本质上都是利用简单机械来放大人的力量，减少劳动强度。” 二、思维碰撞：提炼共性规律 （一）、小组代表汇报发现 1. 每组派一名代表上台，用投影仪展示本组绘制的结构简图，并口头陈述： - 我们研究的是______，它的主要部件有______。 - 它的功能是______，常用于______。 - 它的工作原理是______，其中应用了______的知识。 2. 教师引导其他小组提问与补充，如：“你们说绞车用了滑轮，但图中没看到滑轮，是怎么回事？” 3. 教师总结归纳： - 所有机械都包含“输入端”（施力处）和“输出端”（受力处）； - 都利用了“杠杆”或“滑轮”等简单机械原理； - 都实现了“以小力胜大力”的效果，体现了人类对自然规律的驾驭能力。 4. 引出核心概念：“这些机械之所以能‘省力’，是因为它们改变了力的作用方式，使得我们用较小的力就能完成较大的功。” 5. 教师板书：“省力 ≠ 不做功，而是改变力与距离的关系。” 1. 小组内分工查阅资料，收集信息。 2. 绘制机械结构简图，标注关键部件。 3. 讨论并整理机械的功能与工作原理。 4. 代表上台汇报研究成果，接受提问。 5. 听取教师总结，理解机械的本质特征。 评价任务 资料整合：☆☆☆ 结构表达：☆☆☆ 思维互动：☆☆☆ 设计意图 通过分组调查，让学生在真实问题驱动下主动获取信息，培养信息筛选与整合能力；借助绘图与口头表达，发展可视化思维与语言表达能力；通过集体汇报与教师点拨，促进知识内化，建立“机械=结构+功能+原理”的系统认知，为后续建模实践提供理论支撑，充分体现“学科融合”与“探究学习”的价值。 设计实践：我是小小工程师 【15分钟】 一、方案设计：绘制你的机械蓝图 （一）、小组讨论确定设计方案 1. 教师提出挑战：“现在，请你们把刚才学到的知识变成行动——设计一个能提升重物的机械模型。” 2. 教师提供“设计指南”模板，引导学生思考： - 你想做哪种机械？（建议优先选择绞车或滑轮组） - 你需要哪些材料？（教师列出清单：PVC管、木棒、滑轮、绳子、铁钩、胶带等） - 你的机械要达到什么目标？（如：能提起100g以上的重物，提升高度≥20cm） - 你打算如何连接各个部件？请画出草图。 3. 教师巡视，给予个性化指导： - 对于想做绞车的小组：提醒“主轴必须固定，转轮要能自由旋转”； - 对于想做滑轮组的小组：建议“使用两个定滑轮和一个动滑轮，形成‘一动一定’组合”； - 对于想创新的小组：鼓励加入“刹车装置”或“限位器”以提高安全性。 4. 教师强调：“设计不是凭空想象，而是基于物理规律的理性创造。” 5. 每组将最终方案绘制成一张“设计图纸”，要求标注尺寸、材料名称与组装顺序。 6. 教师展示一张优秀范例，示范如何规范作图。 二、动手制作：从图纸到实物 （一）、按图施工，组装机械模型 1. 教师发放材料包，每组配备足够的PVC管、木棒、滑轮、绳子、铁钩、胶带等。 2. 学生根据设计图纸开始组装： - 用PVC管作为支架，垂直固定两根立柱； - 在顶部安装一个定滑轮，用胶带固定； - 在底部挂一个动滑轮，连接一个小桶或铁钩； - 将绳子一端系在动滑轮上，另一端穿过定滑轮，再用手拉； - 若做绞车，则将绳子缠绕在一根木棒上，木棒两端固定在支架上，形成转轮。 3. 教师巡回指导，重点关注： - 绳子是否顺畅无卡顿？ - 滑轮是否灵活转动？ - 各连接点是否牢固？ - 是否存在安全隐患（如绳结过紧导致断裂）？ 4. 鼓励学生边做边调试，发现问题及时修改。 5. 教师适时介入，示范如何用胶带加固接口，如何调整滑轮位置消除偏移。 1. 小组讨论，确定机械类型与设计方案。 2. 绘制设计图纸，标注材料与结构。 3. 领取材料，按照图纸开始组装。 4. 在组装过程中不断调试，修正错误。 5. 完成初代模型后，进行初步测试。 评价任务 设计创新：☆☆☆ 制作精细：☆☆☆ 团队协作：☆☆☆ 设计意图 通过“设计—制作”闭环流程，将抽象的物理知识转化为具体的工程实践，培养学生的动手能力与工程思维；在真实操作中体验“省力”与“距离增加”的矛盾，深化对功与机械效率的理解；通过小组合作，锻炼沟通协调与问题解决能力，真正实现“知行合一”的育人目标。 测试改进：让模型更完美 【5分钟】 一、模拟实验：测试模型性能 （一）、进行提升测试并记录数据 1. 教师指导各组进行标准化测试： - 将100g砝码放入模型底部的小桶中； - 用手匀速拉动绳子，直至重物上升至20cm高度； - 记录拉力大小（用弹簧测力计测量）、绳子自由端移动距离、所用时间。 2. 教师强调：“测试要重复三次，取平均值，保证数据可靠。” 3. 每组将数据填入《记录表》中，计算有用功（W有用 = mgh）与总功（W总 = F×s），并估算机械效率（η = W有用 / W总 × 100%）。 4. 教师巡视，帮助学生正确读数与计算。 5. 教师提出问题：“为什么有些模型拉起来很轻松，但绳子要拉很长？这说明了什么？” 6. 引导学生得出结论：“省力的机械往往需要移动更长的距离，这就是‘功的原理’的体现。” 二、优化升级：提出改进建议 （一）、小组反思与改进 1. 教师组织各组分享测试结果，表扬优秀作品，也指出共性问题： - 滑轮卡滞、绳子打结、结构不稳等。 2. 教师引导学生思考：“如果让你重新设计，你会在哪方面改进？” 3. 学生提出改进建议，如： - 使用更光滑的滑轮轴承； - 增加支架刚性，防止晃动； - 改用轻质材料减轻自重； - 加装限位装置防止过载。 4. 教师总结：“每一次失败都是通向成功的台阶，真正的工程师就是在不断试错中成长的。” 1. 进行提升测试，记录拉力、距离、时间。 2. 计算有用功、总功与机械效率。 3. 分析测试结果，找出问题所在。 4. 小组讨论，提出优化方案。 评价任务 数据准确：☆☆☆ 分析深入：☆☆☆ 改进有效：☆☆☆ 设计意图 通过模拟实验，让学生在真实情境中验证物理规律，提升数据处理与科学分析能力；通过反思与改进环节，培养学生批判性思维与持续优化意识；整个过程紧扣“功的原理”与“机械效率”核心概念，实现从“会做”到“懂理”的跃迁，彰显物理学科的实践价值。 总结升华：致敬智慧之光 【5分钟】 一、成果展示与情感共鸣 （一）、邀请小组代表展示模型 1. 教师邀请两组代表上台，展示他们的机械模型，并演示其工作过程。 2. 每组派一名学生进行一分钟的简短汇报，内容包括： - 机械名称与设计灵感来源； - 关键结构与工作原理； - 测试结果与改进思路。 3. 教师点评并颁发“最佳创意奖”“最佳工艺奖”“最具潜力奖”等荣誉证书（虚拟），激励学生。 4. 教师播放一段现代起重机工作的延时摄影视频，与古代绞车形成对比，感叹科技的进步。 5. 提出升华性问题：“从古至今，机械的变化告诉我们什么道理？” 6. 学生回答：“人类一直在追求更高效、更安全的方法。”“科学技术是第一生产力。” 7. 教师总结：“我们今天做的不只是一个模型，更是对先民智慧的一次致敬。希望你们未来也能成为推动社会进步的工程师！” 二、布置延伸任务 （一）、完成短文写作与准备展示 1. 教师布置课后任务： - 以“我眼中的机械”为题，写一篇不少于300字的短文，介绍你所设计的机械，包括结构、功能、原理与感悟。 - 整理模型与记录表，准备下节课的班级展示。 2. 教师强调：“这不是作业，而是一份属于你自己的科学日记。” 1. 观看其他小组展示，学习他人优点。 2. 倾听教师总结，感受科技发展与人文精神。 3. 记录课后任务，准备撰写短文与展示材料。 评价任务 展示自信：☆☆☆ 表达流畅：☆☆☆ 情感投入：☆☆☆ 设计意图 通过成果展示与情感升华，强化学生的成就感与归属感；通过短文写作，促进深度反思与语言表达能力发展；将课堂学习延伸至课外，形成“探究—实践—表达—反思”的完整学习闭环，全面落实核心素养目标。 作业设计 一、短文写作：我眼中的机械 请以“我眼中的机械”为题，写一篇不少于300字的短文。内容应包括以下几点： 1. 你设计的机械是什么？（如：简易绞车、滑轮组提升器） 2. 它的结构由哪些部分组成？请简要描述各部件的作用。 3. 它是如何工作的？运用了哪些物理原理？（如杠杆、滑轮、功的原理） 4. 在制作过程中遇到了哪些困难？你是如何解决的？ 5. 通过这次实践，你对“机械”有了哪些新的认识？你最敬佩古代工匠的什么品质？ 二、拓展探究：比较两种滑轮组 根据教材图11-49，回答下列问题： 1. 图(a)和图(b)的滑轮组有什么相同点？有什么不同点？ 2. 假设提升相同的重物，哪个滑轮组更省力？为什么？ 3. 哪个滑轮组的绳子自由端移动距离更长？这说明了什么物理规律？ 4. 如果你是工程师，你会选择哪一个？为什么？请从“省力”“结构复杂度”“空间占用”等方面进行分析。 三、家庭小实验：测量家用工具的机械效率 选择家中一件简单机械工具（如开瓶器、剪刀、螺丝刀），尝试测量其机械效率： 1. 用弹簧测力计测量使用时所需的拉力F； 2. 测量动力作用点移动的距离s和阻力作用点移动的距离h； 3. 计算有用功W有用 = Gh（G为物体重量），总功W总 = Fs； 4. 计算机械效率η = W有用 / W总 × 100%； 5. 记录结果，并思考：为什么这个工具的效率不是100%？有哪些能量损失？ 【答案解析】 一、短文写作 1. 本题为开放性题目，只要能围绕机械结构、工作原理、实践经历、个人感悟展开即可，言之有理即可得分。 2. 示例要点： - 机械名称：简易绞车 - 结构：支架、主轴、转轮、绳索、吊钩 - 原理：通过人力转动转轮，使绳索缠绕在主轴上，从而提升重物，利用了杠杆原理与功的原理。 - 困难：初始时绳子容易打结，后用胶带固定绳头解决；支架不够稳固，用更多胶带加固。 - 认识：机械是人类智慧的结晶，古人虽无先进工具，却能巧妙利用自然规律。 二、拓展探究 1. 相同点：都能提升重物，都由滑轮和绳子组成。 不同点：(a)为“一动一定”滑轮组，承担物重的绳子段数为2；(b)为“两动一定”滑轮组，承担物重的绳子段数为3。 2. 图(b)更省力，因为承担物重的绳子段数更多，分担了更大的力。 3. 图(b)的绳子自由端移动距离更长，说明“省力必费距离”的功的原理。 4. 选择建议：若空间充足且追求省力，选(b)；若结构简洁、便于操作，选(a)。 三、家庭小实验 1. 实验数据因人而异，但需体现测量与计算过程。 2. 效率低于100%的原因：摩擦损耗、工具自身重量、空气阻力等。 板书设计 跨学科实践：调查机械并制作机械模型 ↓ 【核心线索】：从“古代绞车”到“现代机械” 一、认识机械 → 结构：支架、转轮/滑轮、绳索、吊钩 → 功能：提升重物、搬运物料 → 原理：杠杆、滑轮、功的原理 二、设计与制作 → 任务：设计→绘图→组装→测试 → 关键：省力 vs. 费距离 三、测试与改进 → 数据：F、s、h、t → 计算：W有用、W总、η → 反思：结构稳定性、摩擦控制、效率提升 四、升华：致敬智慧 → 人类文明 = 科技 + 智慧 + 勇气 → 物理不止于公式，更在于改变世界的力量 教学反思 成功之处 1. 成功构建了“情境—任务—探究—实践—展示”的完整学习链条，学生参与度高，课堂氛围活跃。 2. 通过真实历史情境与现代科技对比，有效激发了学生的文化认同感与科学使命感。 3. 小组合作机制运行良好，每位学生均有明确角色，体现了“人人参与”的教学理念。 不足之处 1. 部分小组在设计阶段过于依赖教师示范，自主创新能力有待加强。 2. 测试环节时间略显紧张，个别小组未能完成三次重复实验，影响数据准确性。 3. 对“机械效率”概念的讲解仍显抽象，部分学生理解不够深入，需在后续课程中加强巩固。 学科网（北京）股份有限公司 $