教學(xué)設(shè)計(jì)案例名稱(chēng)跨學(xué)科實(shí)踐：制作微型密度計(jì)（教學(xué)設(shè)計(jì)）-2024-2025學(xué)年人教版物理八年級(jí)下冊(cè)提供者-教材分析（1）本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是跨學(xué)科實(shí)踐：制作微型密度計(jì)。這一實(shí)踐項(xiàng)目不僅整合了之前學(xué)習(xí)的物理概念和規(guī)律，如浮力、阿基米德原理等，而且要求學(xué)生將這些理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的解決中。（2）本節(jié)課主要介紹了如何設(shè)計(jì)和制作一個(gè)微型密度計(jì)，包括理解密度計(jì)的基本工作原理、如何根據(jù)阿基米德原理和二力平衡條件設(shè)計(jì)密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。學(xué)生還將探討如何通過(guò)調(diào)整微型密度計(jì)的質(zhì)量和標(biāo)度桿直徑來(lái)精確測(cè)量小瓶中酒精的密度。（3）通過(guò)學(xué)習(xí)本節(jié)課，學(xué)生能夠在實(shí)踐中深化對(duì)物理原理的理解，培養(yǎng)動(dòng)手能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。同時(shí)，學(xué)生還能學(xué)會(huì)如何面對(duì)挑戰(zhàn)和困難時(shí)不斷嘗試和創(chuàng)新，以及如何在團(tuán)隊(duì)中有效合作，這對(duì)于他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和生活都將是非常寶貴的技能。教學(xué)目標(biāo)（1）物理觀(guān)念：通過(guò)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)常用密度計(jì)測(cè)量的局限性，提出制作微型密度計(jì)的任務(wù)，理解密度計(jì)的工作原理及其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。（2）科學(xué)思維：應(yīng)用阿基米德原理及二力平衡的條件分析密度計(jì)的工作原理，設(shè)計(jì)微型密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和有關(guān)參數(shù)，培養(yǎng)演繹推理、科學(xué)論證及創(chuàng)造性思維。（3）科學(xué)探究：通過(guò)微型密度計(jì)的制作和調(diào)試，培養(yǎng)實(shí)踐操作能力，經(jīng)歷挫折與改進(jìn)，提升科學(xué)探究能力。（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在微型密度計(jì)的制作過(guò)程中，培養(yǎng)謙虛謹(jǐn)慎、鍥而不舍的科學(xué)品質(zhì)，通過(guò)小組合作提升溝通能力和合作意識(shí)。教學(xué)重難點(diǎn)（1）理解并應(yīng)用阿基米德原理和二力平衡條件，設(shè)計(jì)符合要求的微型密度計(jì)結(jié)構(gòu)，包括質(zhì)量、標(biāo)度桿直徑和浮子體積的精確計(jì)算。（2）通過(guò)實(shí)踐操作，調(diào)試微型密度計(jì)的漂浮狀態(tài)，確保其在不同密度的液體中能夠穩(wěn)定且準(zhǔn)確地測(cè)量，培養(yǎng)科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、案例分析法、討論法、計(jì)算法教學(xué)環(huán)境及資源準(zhǔn)備（1）多媒體設(shè)備：投影儀、電腦、屏幕。用于展示相關(guān)的視頻和PPT，如《物體在液體中的三種狀態(tài)》、《探能承載重物的橡皮泥船》、《密度計(jì)》、《潛水艇》等，幫助學(xué)生更好地理解微型密度計(jì)的工作原理和制作過(guò)程。（2）實(shí)驗(yàn)器材：盛水水槽、燒杯、清水、鹽水、濃鹽水、雞蛋、橡皮泥、潛水艇模型等。這些器材不僅用于演示物體在液體中的浮沉現(xiàn)象，還用于引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)常用密度計(jì)測(cè)量的局限性，從而激發(fā)他們制作微型密度計(jì)的興趣。（3）制作材料：塑料吸管、蠟、銅絲、小泡沫塑料球、實(shí)心塑料桿、彩色膠布等。這些材料用于學(xué)生親手制作微型密度計(jì)，通過(guò)實(shí)踐操作加深對(duì)阿基米德原理及二力平衡條件的理解，并掌握密度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作技能。教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課教師活動(dòng)：先展示一個(gè)常見(jiàn)的密度計(jì)，并簡(jiǎn)單介紹它的工作原理和主要用途。然后提出一個(gè)實(shí)際問(wèn)題：“如果我們要測(cè)量一個(gè)小瓶酒精的密度，現(xiàn)有的大體積密度計(jì)是否適用？”（學(xué)生開(kāi)始思考并嘗試回答問(wèn)題）教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到常規(guī)密度計(jì)因?yàn)轶w積較大，可能無(wú)法放入小瓶子中進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)而引出本節(jié)課的主題——如何制作微型密度計(jì)。（學(xué)生明確本節(jié)課的任務(wù)，對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)有一個(gè)初步了解）二、項(xiàng)目分析教師活動(dòng)：通過(guò)PPT展示消毒酒精的密度約為0.87×10^3kg/m^3，并詳細(xì)解釋如何使用密度計(jì)來(lái)測(cè)量酒精的密度。（學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講，理解密度計(jì)在生活中的重要性）教師活動(dòng)：接著拋出一個(gè)問(wèn)題：“為了成功制作一個(gè)微型密度計(jì)，我們需要完成哪些具體任務(wù)？”（學(xué)生思考并試圖給出答案）教師活動(dòng)：根據(jù)學(xué)生的回答進(jìn)行總結(jié)，明確項(xiàng)目的關(guān)鍵任務(wù)：制作出來(lái)的密度計(jì)必須能夠放入容量為100mL的小瓶中；此密度計(jì)需要準(zhǔn)確檢測(cè)酒精的密度是否處于合格范圍（0.86×10^3~0.88×10^3kg/m^3）。三、項(xiàng)目實(shí)施1.設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)思路教師活動(dòng)：向?qū)W生展示一個(gè)簡(jiǎn)易版的密度計(jì)模型（用塑料吸管下端封口并纏上銅絲制成），同時(shí)提出幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題以啟發(fā)思考：①如何確保測(cè)試過(guò)程中酒精不溢出？②密度計(jì)自身的重量應(yīng)設(shè)計(jì)成多少？③要實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，哪個(gè)參數(shù)至關(guān)重要？④標(biāo)尺管的最佳直徑是多少？⑤如果標(biāo)尺管的質(zhì)量不足1克怎么辦？⑥怎樣保證配重后的標(biāo)尺仍能漂??？⑦浮標(biāo)的合適體積是多少？（學(xué)生們分小組討論這些問(wèn)題，并分享各自的看法）【師生共同探討】①防止酒精溢出的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合適的質(zhì)量，即通過(guò)調(diào)整密度計(jì)的總質(zhì)量來(lái)控制其排開(kāi)液體的體積。此外，標(biāo)尺管的直徑也會(huì)影響液面高度的變化幅度，因此也需要合理設(shè)定。（學(xué)生理解并記錄下關(guān)鍵信息）②估算所需的密度計(jì)質(zhì)量對(duì)于容納100mL液體的小容器來(lái)說(shuō)，若該微型密度計(jì)只排開(kāi)1到2mL酒精，則不會(huì)導(dǎo)致溢流現(xiàn)象發(fā)生。計(jì)算每毫升酒精對(duì)應(yīng)的重量：基于此，我們可以確定設(shè)計(jì)目標(biāo)為讓密度計(jì)總重約為1克左右。（學(xué)生動(dòng)手計(jì)算驗(yàn)證結(jié)果）③確定標(biāo)尺管的合理直徑要使不同密度之間的差異在標(biāo)尺上有明顯區(qū)分，至少需要保持一定長(zhǎng)度的標(biāo)度區(qū)間。假設(shè)這一段距離不應(yīng)短于4毫米。當(dāng)酒精密度為0.86g/cm3時(shí)，排開(kāi)水體積為：若酒精密度變?yōu)?.88g/cm3，則有：兩者之間體積差為：根據(jù)公式，可以求得橫截面積進(jìn)一步推算得出直徑約為3毫米。（學(xué)生跟隨老師的講解，一步步推理并檢驗(yàn)最終結(jié)論）④構(gòu)思整體結(jié)構(gòu)為了確保微型密度計(jì)能夠在酒精中垂直懸浮，不僅需要考慮下方的加權(quán)配置，還需在上方添加浮力元件。這樣整個(gè)裝置由三部分組成：標(biāo)尺桿、浮子及底部重物。學(xué)生嘗試?yán)L制草圖并標(biāo)注各部件位置⑤浮子的理想尺寸考慮到浮子的作用是提供額外的浮力，我們可以通過(guò)計(jì)算來(lái)估計(jì)其理想的體積大小。假設(shè)酒精密度取值為0.86g/cm3已知條件：解得半徑約等于0.6厘米，相應(yīng)的直徑接近1.2厘米。（學(xué)生參與計(jì)算過(guò)程，確認(rèn)浮子的大致形態(tài)）【總結(jié)】關(guān)鍵點(diǎn)回顧：避免溢出關(guān)注的是“質(zhì)量”；密度計(jì)的理想重量是“1克左右”；提高精度依賴(lài)于“直徑選擇”；理想直徑為“3毫米左右”；低于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量可通過(guò)增加“配重”解決；維持平衡依靠“附加浮子”，且該浮子體積需達(dá)到“0.88立方厘米”。2.制作（1）材料選擇①作為浮子，可以選擇小泡沫球或密封處理過(guò)的空心塑料管；②對(duì)于標(biāo)尺桿，推薦使用直徑約為3毫米的細(xì)長(zhǎng)塑料棒；③至于配重部分，建議用細(xì)銅線(xiàn)或較粗的金屬絲包裹在塑料棒底端，通過(guò)調(diào)整材料長(zhǎng)短來(lái)調(diào)節(jié)整體質(zhì)量。（學(xué)生分成小組討論，并選擇最適合自己的材料）（2）實(shí)際操作接下來(lái)，我們將按照以下步驟指導(dǎo)學(xué)生制作：①準(zhǔn)備器材：選取一根直徑約3毫米的實(shí)心塑料條作為主體支撐架，在其中部套入一枚與之匹配的小圓環(huán)；②安裝浮件：將挑選好的浮體固定在塑料條頂端，確保兩者緊密相連；③添加穩(wěn)重：在塑料條另一端纏繞適量的金屬絲，直到滿(mǎn)足預(yù)定的總體質(zhì)量要求為止；④最后，檢查成品的各項(xiàng)參數(shù)是否符合