資源簡介

初中物理八下《灌溉水車》項目學習教學設計
《灌溉水車》
項目學習教學設計
基本信息
學科 物理 設計者 八年級物理組 指導者
實施年級 八年級 版次 人教版 學校
課程標準模塊 功和機械能
使用教材 人教版
項目名稱 灌溉水車
課時安排 4
一、項目背景
我國地大物博，且是一個農業大國，民為國基，谷為民命。糧食事關國運民生，糧食安全是國家安全的重要基礎。黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央把糧食安全作為治國理政的頭等大事，提出了“確保谷物基本自給、口糧絕對安全”的新糧食安全觀，確立了以我為主、立足國內、確保產能、適度進口、科技支撐的國家糧食安全戰略，走出了一條中國特色糧食安全之路。中國堅持立足國內保障糧食基本自給的方針，實行最嚴格的耕地保護制度，實施“藏糧于地、藏糧于技”戰略，持續推進農業供給側結構性改革和體制機制創新，糧食生產能力不斷增強，糧食流通現代化水平明顯提升，糧食供給結構不斷優化，糧食產業經濟穩步發展，更高層次、更高質量、更有效率、更可持續的糧食安全保障體系逐步建立，國家糧食安全保障更加有力，中國特色糧食安全之路越走越穩健、越走越寬廣。
在我國南方的一些山區，地表崎嶇不平，河流眾多，在面對旱季時，農作物的灌溉就非常重要了，我國古代人民的智慧就體現出來了------水車就非常巧妙的解決了這一難題，就是在我們現在電器使用已經很普遍的情況下，水車依舊是不錯的選擇。
二、項目中承載的核心知識及其知識結構（教學內容）
能量是《課標》中科學內容的三大主題之一，這充分說明了能量在初中物理課程中的重要地位。本章通過功、功率的教學 為學生認識能作了鋪墊。由于只要求初中學生初步認識能量概念，所以教科書并未追求能量概念的嚴密性，而是在功的知識的基礎上，直接從功和能的關系引入能量的概念一物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量。教科書通過列舉生產、生活中一些物體具有能量的實例，引出了動能和勢能的概念。在此基礎上，實驗探究物體的動能跟速度、質量的關系，根據生產和生活中的現象說明勢能大小的決定因素。認識機械能是常見的能量形式之一，了解機幾械能的轉化和守恒，為后續學習內能以及能量轉化和守恒定律打基礎。
本章的章首圖展示的過山車運動驚險刺激，章首語中中提出的物理問題引導出這一章的主題--功和機械能。滿載游客的過山車是依靠機械裝置置的推力上升到最高端的，此時它的勢能達到最大值。當過山車從最高端下來時，它的勢能不斷地減少，勢能轉化成了動能，所以過山車像一匹脫韁的野馬，從軌道的最高端飛駛而下!過山車上下翻騰，動能、勢能相互轉化，速度不斷變化。

三、項目本體分析
本項目包含著水車把水從低處運到高處做了多少功，做功的快慢，以及在這一過程中能量的轉化情況。
四、項目學習目標（用條目形式呈現）
【教學目標】
1.在知識與技能方面：①讓學生知道功的概念、做功的兩個必要因素，理解功的計算公式；②通過實例結合已學的物理規律理解功率的定義，由定義得出公式，能用功率的計算公式進行簡單地計算；③了解動能、勢能的概念，結合生活中的實例掌握動能和勢能的區別和聯系，了解影響動能和勢能的因素；④理解機械能的概念，理解各種機械能之間的相互轉化，能用機械能之間的相互轉化解釋日常生活中的一些現象；⑤了解天然的機械能——水能、風能以及人類對它們的開發利用.
2.在過程與方法方面：通過觀察和實驗了解功、功率的物理意義；通過參與探究影響動能和勢能大小的影響因素，學習擬定簡單的科學探究計劃和實驗方案；通過觀察和實驗認識動能和勢能和轉化過程.
3.在情感、態度與價值觀方面：在實驗中培養學生具有對科學的求知欲，樂于探索自然現象和日常生活中的物理學道理，有將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識.
【教學重點】
做功的兩個必要因素，功和功率的概念，動能、勢能大小的影響因素，機械能的概念，動能和勢能之間的相互轉化.
【教學難點】
功、功率、速度三者之間的區別和聯系；功、功率、速度的綜合計算和運用；水能和風能的常見利用方式.
五、項目作品規劃（作品內容、形式、完成的時間安排）
實物作品、設計方案、項目報告、研究論文等
六、項目活動整體規劃
以流程圖的方式呈現，包含驅動問題、核心知識、能力素養發展及課時安排
驅動問題（參考） 核心知識 核心素養 計劃課時
導引課 水車導引課 做功的條件 物理觀念 1
探究課 水車做功多少及快慢 做功的多少及做功的快慢 科學探究 1
水車上能量的轉化 動能和勢能以及機械能的轉化 科學探究 1
展示課 水車展示課 機械能之間的轉化展示 科學態度 1
七、具體課時設計
1.項目導引課
實施過程 活動內容、形式 及其組織 活動意圖 （知識、素養） 教師的準備 (活動形式的設計、素材的準備、對學生要說的活動要求)
課前活動 收集有關水車的相關知識 培養學生收集資料的能力，以及團隊合作能力 網絡上收集
課上活動 展示背景，以及讓學生分享收集到的有關水車的相關知識 敢于表達，培養其表達能力
驅動性問題一、水車在什么情況下對水做功了 同學們請舉例說明在你的周圍可以發現哪些力做功的例子？比一比，看誰對生活觀察得最仔細. 學生可以舉很多的例子：如起重機吊起重物、火箭升空、馬拉車前進等等.（教師對正確的例子予以肯定，對錯誤的例子引導改正） 師接下來請大家看老師這里的幾個例題(用多媒體展示)，請你們分析下列示例中力是否做功了. 例題1（1）舉重運動員在把杠鈴舉高的過程中是否對杠鈴做功.舉在高處停留5秒的過程中是否做功？ （2）小球在光滑水平地面做勻速直線運動，小球在豎直方向上受什么力的作用？是否做功？在水平方向上是否受力？是否做功？ （3）起重機使貨物在水平方向上勻速移動一段距離，拉力對貨物做功了嗎？ 生思考、回答、交流、討論. 驅動性問題二、水車在什么情況下對水不做功了 師引導學生根據以上事例分析、總結在什么情況下力不做功（用多媒體展示）. 答案:（1）舉重運動員在把杠鈴舉高的過程中對杠鈴做了功，但舉在空中停留5秒的過程中卻沒有做功，在空中停留的過程中因為舉力方向是豎直向上的，沒有移動距離； （2）因為小球盡管在豎直方向上受到重力、支持力的作用，但沒有在豎直方向上移動距離,因此在豎直方向上沒有做功；而在水平方向上盡管移動了距離，但沒有受到力的作用，因此在水平方向上沒有做功.所以整個過程中都沒有做功. （3）拉力對貨物沒有做功.因為鋼絲繩對貨物的拉力的方向是豎直向上的，而貨物移動的距離是在水平方向上，二者方向不一致. 學生要善于從生活中發現有趣的物理現象 分析總結
課下任務 （包括作業） 準備制作水車的相關材料
2.項目探究課1
實施過程 活動內容、形式 及其組織 活動意圖 （知識、素養） 教師的準備 (活動形式的設計、素材的準備、對學生要說的活動要求)
課前活動 學生準備器材
課上活動 驅動性問題一： 功的計算以及應用 活動一：用彈簧測力計水平拉動木塊（或小車）在長木板上勻速移動，并提醒學生觀察后思考不同情況下做功的大小. 第一次：用較小的力F1拉動木塊移動一段距離s1 (用刻度尺可以量出)； 第二次：用較大的力F2拉動木塊移動一段距離s1 （與第一次距離相等）； 第三次：用與第二次相同大小的力F2拉動木塊移動較遠的距離s2. 引出功的公式 活動二：教師用多媒體展示教材P64的例題，并組織學生分析、討論、計算；展示計算過程. 驅動性問題二： 功率的定義式和功率大小的比較 活動一：以講故事的形式導出）上個周末，我到小明家家訪，小明家正在裝修新房子，小明非常高興，幫助爸爸搬磚.小明干得非常火熱,于是提出要和他爸爸比賽看誰搬磚快.樓下地面放有兩堆相同的磚塊（40塊，每塊重約50N），小明一次最多搬起4塊，爸爸一次可以搬起8塊，結果爸爸用了20分鐘，小明用了30分鐘才搬完了.同學們想一想，小明和爸爸做功相同嗎？誰贏了？為什么呢？如果20min內小明搬了30塊磚到樓上，他爸爸搬了40塊磚到樓上，那誰做功快呢？為什么？通過兩個問題引出做工快慢的兩個因素。10min小明搬完20塊磚到樓上，6min爸爸搬完18塊磚到樓上，誰做功快呢？通過該提問題，對比速度，引導學生總結出功率的定義式。 活動二：功率的單位 學生通過閱讀教材自己總結功率的單位以及物理意義。同學們，你想了解我們身邊的一些運動物體的功率多大嗎？請大家閱讀教材P66第2自然段,并說說你的看法.學生思考、討論，并發表看法.教師也可以參與討論，并舉一些大家熟悉的例子，引導學生課后通過上網搜集一些相關資料. 驅動性問題三：功率的計算 用多媒體展示教材P66例題. 培養學生的觀察能力和分析問題的能力 培養學生知識遷移能力 培養學生閱讀總結能力 指導學生進行實驗 引導學生與速度對比 引導學生閱讀搜集資料 引導學生完成計算
課下任務 （包括作業）
項目探究課2
課前活動 查閱資料了解能量，準備實驗器材
課上活動 任務三：動能與勢能及機械能的轉化 驅動問題一：探究動能與勢能的影響因素 活動一：認識能量 師 一個物體能夠對外做功表示這個物體具有能量，簡稱能，能量的單位與功的單位相同，也是焦耳（J）.下面請大家說說生活中都有哪些種類的能量？ 生1：生活中常見的能量有電能、太陽能、風能、水能、熱能等. 生2：我所知道的還有化學能、核能. 師 很好，生活中能量無處不在，人們就是利用能量來做功的，下面我們一起來分析生活中一些常見事例中的能量.（教師用多媒體展示動能、勢能的事例） 事例：①洶涌的洪水沖擊泥石流前行； ②樹枝上的蘋果； ③擰緊發條的玩具車； ④提起在高處的打樁機重錘； ⑤被射箭運動員用力拉彎的弓； ⑥行駛的汽車. 活動二：探究動能大小的影響因素 小實驗：演示實驗一，學生仔細觀察實驗. 步驟一：教師使小鋼球從某一高度由靜止開始滾下.（注意木塊被推的距離） 步驟二：教師換一個質量大的鋼球，從同一位置由靜止開始滾下，到達水平面上時和剛才的小鋼球具有同樣的速度，再觀察木塊被推動的距離.（很顯然，第二次木塊被推的距離比第一次遠得多.說明大鋼球做的功多，也就是大鋼球具有的動能大.） 教師提問：這個實驗說明了什么？ 生：這個實驗說明了物體的動能大小跟它的質量有關.速度相同時，質量越大，動能越大. 教師用同一個鋼球演示實驗二，學生仔細觀察實驗. 步驟一：教師讓鋼球從比較低的位置由靜止開始滾下.(注意木塊被推的距離) 步驟二：教師讓鋼球從比較高的位置滾下來，到達水平面上時具有更大的速度，木塊被推得更遠. 教師提問：這個實驗說明了什么？ 生：這個實驗說明了物體的動能大小跟它的速度有關.同一個物體速度越大，動能越大.教師鼓勵學生的回答，并進行總結和板書. 板書：動能的大小與物體的速度、質量有關.質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大. 師 好，下面請大家閱讀教材P68頁的《想想議議》,想想為什么？ 生：因為大型客車、載貨汽車的質量要比小型轎車質量大，因此，若速度相同時，大型客車、載貨汽車具有的動能大，一旦出現交通事故，做功多，破壞程度大些.所以，為了安全起見，必須將大型客車、載貨汽車的速度限制得低些. 活動三：探究勢能大小影響因素 師 重力勢能的大小與什么因素有關呢？請大家設計實驗探究. 活動一：學生分組進行實驗探究，教師巡視指導. 提示：可以借用鋼球對物體做功，做功越多，表明鋼球的重力勢能越大.有的同學想到用鋼球下落砸擊沙面陷入的深度來體現.學生還可以利用身邊文具進行實驗.（例如，有學生想到利用舉高的橡皮下落時破壞物體的程度大小來體現）. 活動二：小組交流討論 教師要求各小組派一位代表，敘述自己探究的結果，進行全班交流. 活動三：學生查閱資料得出彈性勢能的特點 師 下面我們再來探究彈性勢能的大小與什么因素有關呢？請大家設計實驗探究. 學生分析：當我們拉伸橡皮筋發生形變彈出石子時，發現形變越大，石子射出距離越大，由此可見，彈性勢能的大小與彈性形變大小有關，彈性形變越大，彈性勢能越大. 驅動問題二：探究能量的轉化 活動1.探究滾擺中動能和勢能的變化 教師出示滾擺（參照教材P71頁《想想做做》的圖11.4-2甲），并簡單介紹滾擺的構造及實驗的操作方法.實驗前教師應事先在擺輪的側面某處涂上紅色標志，并提醒學生觀察紅色標志，可以判斷擺輪轉動的快慢，同時觀察滾擺的高度如何變化,分析動能、重力勢能如何變化. 活動二生討論并回答 生：開始釋放滾擺時，滾擺在最高點靜止，此時滾擺只有重力勢能，沒有動能.滾擺下降時其高度降低，重力勢能減少；滾擺旋轉著下降，而且越轉越快，其動能越來越大.滾擺到最低點時，轉動最快，動能最大；其高度最低，重力勢能最小.在滾擺下降的過程中，其重力勢能逐漸轉化為動能. 活動三：探究機械能的特點 教師請一個學生參與進行教材P72頁《想想做做》實驗.強調他頭千萬不要移動，保持鎮定（活躍氣氛，其他同學替他捏把汗）.請其他學生注意觀察，并認真分析、思考. 實驗后，學生回答，教師點評：由于鐵鎖在擺動過程中要克服阻力做功，機械能不斷減小，因此，上升的高度越來越小，不會碰到鼻子. 師 要是沒有阻力的話，那么鐵鎖再次擺回的高度與原先的高度相同嗎？ 生：相同. 師 為什么？ 生：機械能總量沒有變化. 驅動問題三：查閱資料舉例說出其它形式能量間的轉化 活動一：教師播放“水力發電廠”和“風力發電廠”的照片或視頻，簡單介紹我國和本地水能、風能開發的成就，引導學生思考水力發電機和風力發電機工作的時候，能量是如何轉化的. 教學提示：關于自然界中機械能“風能”和“水能”的利用，這部分教學內容建議利用閱讀和討論相結合的教學方式進行，要求學生從動能與勢能及其相互轉化的知識入手：①了解自然界中常被人們利用的機械能的種類；②了解人們是怎樣利用這些風能和水能的，利用的價值和前景如何；③分析水輪機和風車的工作原理和水電站堤壩的作用，討論中應引導學生把重點放在能的轉化上而不必去研究水輪機和水電站等的結構細節.有條件的學校，可以組織學生參觀一個小水電站. 教師總結：水力發電機工作時是將水的勢能（或機械能）轉化為電能；風力發電機工作時是將空氣的動能（或機械能）轉化為電能.目前節約能源、開發能源是人類面臨的重大課題，而風能和水能是自然界中最常見的環保能源.這兩種能源都有著廣闊的發展前景. 活動二：學生分組討論，舉例說出其它能量轉化關系 通過演示實驗，讓學生掌握動能與勢能大小的影響因素 通過演示實驗，讓學生掌握動能與勢能大小的影響因素 通過單擺演示使學生認識能量轉化特點 通過多媒體演示使學生認識其它能量轉化特點 實驗器材：小球，木板，斜面，刻度尺，木塊 實驗器材：小球，細沙，刻度尺
3.成果展示課
實施過程 活動內容、形式 及其組織 活動意圖 （知識、素養） 教師的準備 (活動形式的設計、素材的準備、對學生要說的活動要求)
課前活動 利用實驗器材自制水車 培養學生的想象設計能力及動手應用的能力以及模型構建的科學思維
課上活動 活動一：展示并介紹水車的設計思路及功能 教師組織學生輪流介紹本組的作品。介紹清楚水車的設計理念，展示自制水車。體現水車的實用性、靈活性學生記錄。 活動二：對自制水車進行評價依據下面表格對各組的作品進行評價 活動三：提出改進措施 學生提出改進建議和理念 活動四：小組進行改進升級并展示 小組成員一起改進升級作品。 展示改進后的作品。 培養學生合作、交流、評估、反思的能力及嚴謹認真、實事求是、持之以恒的品質 簡單清晰的介紹清楚本組作品的功能，其他組認真聽并做好記錄，思考有何優劣。 各組客觀公正的給各個作品做出評價，并能提出改進建議。 被評組做好記錄，思考改進方案。 小組交流改進措施，并進行展示
課下任務 （包括作業） 完善作品設計報告 培養學生反思的能力，持之以恒的品質。
八、項目評價方案
包含對項目成果和項目學習過程的評價，重要的評價量規等
1.課上核心活動評價
序號 評價內容 評價任務 （核心活動） 評價標準 （學生活動表現水平） 評價與 反饋方式
2.項目作品及展示的評價
評價內容（核心知識理解與應用、解決問題的思路方法、價值觀念的發展）
評價標準（表現等級）
3、課時作業的設計，包含以下要素：
課上活動的總結反思
課上核心知識及解決問題思路方法的鞏固與應用
為下一節課的準備活動（例如：設計方案、查找資料等）

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