14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 教学设计 2026-2027学年人教版九年级全一册物理

该初中物理教学设计聚焦“跨学科实践：制作简易热机模型”，通过汽车发动机运转短视频导入，提问燃料热量转化为动力的过程，承接学生已学的四冲程汽油机理论，以模型制作将抽象冲程具象化。 此设计突出跨学科融合，整合物理能量转化、劳动手工制作、数学尺寸测量和美术美化，引导学生经历“设计-组装-调试-改进”完整科学探究流程，小组合作排查模型漏气等故障。评价采用过程性与成果评价结合，培养科学探究能力与环保责任，助力教师落实新课标跨学科要求，提升学生动手与问题解决能力。

阳信县第四实验中学正贯当下毅赢未来 阳信县第四实验中学“365学本式成长课堂模式”教学设计 科目 物理 年级 九年级 课题 跨学科实践：制作简易热机模型 课型 新授课 设计者 课时 使用时间 课标要求 1.了解热机的工作原理，知道内能可以转化为机械能，区分四冲程内燃机四个冲程的能量转化。 2.能结合工程实践，利用身边材料设计、制作简易热机模型，落实跨学科融合（物理+劳动+美术+数学）。 3.经历完整科学探究流程，提升动手操作、小组合作、问题解决能力，树立节约能源、低碳环保的科学责任。 教材内容分析 本节课位于九年级热机单元末尾，属于跨学科实践活动，是对内燃机理论知识的实操落地。 1.知识承接：学生已学习四冲程汽油机结构、冲程工作过程、内能与机械能转化，本节课通过模型制作把抽象冲程具象化。 2.跨学科价值：融合物理热学、劳动手工制作、数学尺寸测量、美术外观美化，落实新课标跨学科实践要求。 3.育人功能：通过动手制作，让学生直观感受热机能量损耗，理解热机效率，为后续能源可持续发展学习铺垫。 学习者 特征分析 1.知识基础：九年级学生已掌握内能、做功改变内能、四冲程内燃机理论知识，但对机械结构、能量转化动态过程缺乏直观体验。 2.能力特点：具备基础小组合作、简单手工操作能力，但工具使用、结构设计、故障排查能力薄弱；动手兴趣强，但耐心不足。 3.认知难点：难以区分“模型模拟做功”与真实内燃机工作差异，容易忽略气密性、燃料用量等细节对模型运转的影响。 4.情感特点：喜欢动手实践类课堂，乐于展示自制作品，适合以任务驱动、小组竞赛形式开展学习。 教学目标 物理观念 1.通过模型制作，巩固热机工作原理：燃料燃烧释放内能，内能推动机械做功，实现内能→机械能转化。 2.能说出简易热机模型中对应汽油机进气、做功、排气的模拟结构，区分能量转化过程。 科学思维 1.能根据提供材料，推理设计模型结构，分析气密性、燃料多少、装置高度对模型转动效果的影响。 2.能对比简易模型与真实内燃机的异同，辩证分析简易模型的优缺点，建立理想化模型思维。 科学探究 1.完整经历“设计方案→选材组装→调试实验→故障排查→优化改进”的探究流程。 2.小组合作完成简易热机模型制作，记录实验现象，自主排查模型不转动、漏气等故障。 科学态度与责任 1.养成规范使用工具、安全操作明火、节约材料的劳动习惯。 2.认识热机能源消耗与环境污染，树立节能、低碳、改进热机效率的环保意识；体会机械制造的工程价值。 教学重点 1.简易热机模型的结构设计与组装，理解模型内能转化机械能的工作过程。 2.小组合作完成制作、调试，结合模型复述热机工作原理。 教学难点 1.模型气密性控制、平衡结构调试，自主排查装置不运转的故障。 2.跨学科融合：结合数学测量、手工加工优化模型，理解真实热机效率低的原因。 学习评价设计 1.过程性评价（60分） ●自主预习（15分）：完成预习导学案，准确梳理热机知识点； ●小组合作（25分）：分工明确、主动动手、积极讨论、互帮互助； ●课堂展示（20分）：清晰讲解模型结构、工作原理，大胆展示作品。 2.成果评价（40分） ●模型成品（20分）：结构完整、可正常转动、做工规整； ●实验报告（20分）：完整记录制作步骤、故障问题、改进方案。 评价方式 小组互评+教师点评+自我反思，当堂发放星级评价表，课后计入物理成长档案。 教学资源 1.实验器材：空易拉罐、塑料瓶盖、细铁丝、硬纸板、试管、橡胶塞、蜡烛/酒精棉、小叶轮、支架、剪刀、美工刀、刻度尺、胶带、热熔胶； 2.多媒体资源：四冲程内燃机动画、简易热机制作示范视频； 3.学习材料：预习导学案、制作任务单、故障排查清单、实验记录单。 教学过程设计 备注 （二次备课） 创设情景，导入新课 1.情景展示：播放汽车发动机、小型蒸汽轮机运转短视频，提问：汽车依靠什么动力行驶？燃料的热量如何变成车轮的动力？ 2.设疑激趣：我们只在课本上见过内燃机，能不能用身边废旧材料做出一台能转的简易热机？引出本节课课题《制作简易热机模型》。 3.板书课题，出示本节课学习目标。 学习活动（1） 问题导学，自主预习（1） 发放预习任务单，学生独立完成3个预习问题： ①热机的能量转化过程是？ ②四冲程汽油机中哪个冲程实现内能转化机械能？ ③简易热机模型需要实现“加热→气体膨胀→推动叶轮转动”，需要哪些核心结构？ 小组讨论，合作探究（1） 小组内交流预习疑点，统一答案，梳理制作模型需要的核心部件：加热容器、密封腔体、出气口、叶轮、支架。 小组展示，解难释疑（1） 随机抽取小组展示预习答案，教师针对易错点点拨：气体膨胀做功是热机核心，气密性是模型能否转动关键。 学习活动（2） 问题导学，自主预习（2） 自主阅读材料清单，思考：现有易拉罐、试管、铁丝、叶轮三种方案，各自优缺点是什么？自主画出简易设计草图，标注尺寸（融合数学测量）。 小组讨论，合作探究（2） 小组确定统一制作方案，分工：材料裁剪员、组装调试员、记录员、发言人；讨论材料裁剪、打孔、密封的操作要点，标注安全注意事项（明火、美工刀使用）。 小组展示，解难释疑（2） 各小组展示设计草图，师生共同优化方案： ①试管方案：气密性好，蒸汽推力大，但易碎； ②易拉罐方案：材料安全，易加工，但密封难度高； 学习活动（3） 1.小组领取材料，按照设计草图分工组装简易热机模型； 2.组装完成后用蜡烛/酒精棉加热，观察叶轮是否转动，记录现象； 3.自主故障排查（结合故障清单）： 叶轮不转：漏气、出气口不对准叶片、支架不平衡、加热温度不足； 转动缓慢：出气口过小、叶轮过重、密封过严内部压力无法释放； 4.小组自主优化改造：调整出气口大小、加固密封、减轻叶轮重量。 点拨构建，评研提升 1.小组作品轮流上台展示，发言人讲解：模型结构、工作过程、能量转化、制作中遇到的故障与改进方法； 2.教师整体点拨构建知识框架： 3.燃料燃烧→内能（气体膨胀）→对外做功→机械能（叶轮转动）跨学科拓展：对比简易模型与真实汽车发动机，说明工业热机通过精密结构提升效率，同时引导学生思考如何减少燃料浪费、降低尾气污染。 作业布置 1.基础作业：完善实验记录单，画出自己制作的热机模型，标注能量转化过程； 2.提升作业：回家利用矿泉水瓶、瓶盖等废旧材料优化模型，尝试改进气密性，拍摄运转小视频； 3.实践拓展：查阅资料，了解新能源热机（氢燃料发动机），下节课分享。 板书设计 一、热机原理 燃料化学能→内能（气体膨胀）→机械能（做功） 二、模型核心结构 加热腔体+密封腔+喷气口+叶轮支架 三、常见故障与改进 1.不转动：漏气、喷气口偏移、温度低 2.转动慢：叶片过重、出气口过小 四、跨学科思考 物理（能量转化）+劳动（手工制作）+数学（尺寸设计）+环保（热机效率） 教学反思与 后记 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $