一、課程背景與設(shè)計(jì)思路演講人01課程背景與設(shè)計(jì)思路02實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)：從生活現(xiàn)象到科學(xué)原理的銜接03模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：從“想知道”到“能操作”的具象化04實(shí)驗(yàn)拓展與思維提升：從“模擬實(shí)驗(yàn)”到“真實(shí)世界”的遷移05實(shí)驗(yàn)反思與教學(xué)建議06總結(jié)：從“動(dòng)手做”到“用腦想”的科學(xué)素養(yǎng)升華目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)上冊(cè)潛艇沉浮原理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課件01課程背景與設(shè)計(jì)思路課程背景與設(shè)計(jì)思路作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：“最好的科學(xué)課，是讓孩子在動(dòng)手操作中觸摸原理，在觀察現(xiàn)象中建構(gòu)認(rèn)知?！蔽迥昙?jí)學(xué)生已具備基礎(chǔ)的物質(zhì)屬性認(rèn)知（如質(zhì)量、體積）和簡(jiǎn)單的力的概念（如重力），但對(duì)“浮力與重力的動(dòng)態(tài)平衡”這一抽象概念仍需具象化的實(shí)驗(yàn)支撐。潛艇作為“能潛水的船”，其沉浮原理恰好是“改變自身重量實(shí)現(xiàn)浮力與重力關(guān)系變化”的典型案例。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)—模擬探究—原理建?！?lián)系實(shí)際”為主線(xiàn)，通過(guò)低成本、易操作的模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生從“看到現(xiàn)象”到“理解本質(zhì)”，最終實(shí)現(xiàn)“解釋生活”的科學(xué)素養(yǎng)提升。02實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)：從生活現(xiàn)象到科學(xué)原理的銜接1前置知識(shí)回顧沉浮的直接原因：當(dāng)物體重力＞浮力時(shí)下沉；重力＝浮力時(shí)懸浮；重力＜浮力時(shí)上?。赏ㄟ^(guò)“不同重量的同體積木塊、鐵塊”對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）；03改變沉浮的常見(jiàn)方法：改變物體體積（如捏扁的牙膏皮下沉，展開(kāi)后漂?。┗蚋淖兾矬w重量（如空瓶漂浮，裝水后下沉）。04在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，需先喚醒學(xué)生已有的認(rèn)知基礎(chǔ)。五年級(jí)上冊(cè)《物體的沉浮》單元前幾課已學(xué)習(xí)：01浮力的基本概念：浸在液體中的物體會(huì)受到向上的浮力（可通過(guò)“用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體在空氣中與水中的重量差”實(shí)驗(yàn)感知）；022潛艇沉浮的核心原理0504020301潛艇與普通船只的最大區(qū)別在于“可主動(dòng)調(diào)節(jié)沉浮”。其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是壓載水艙：下潛時(shí)：向水艙注水→潛艇總重量增加→當(dāng)總重量＞同體積排開(kāi)水的重量（即浮力）時(shí)，潛艇下沉；上浮時(shí)：用高壓空氣排出水艙內(nèi)的水→潛艇總重量減少→當(dāng)總重量＜浮力時(shí)，潛艇上??；懸浮時(shí)：調(diào)節(jié)水艙注水量，使總重量＝浮力，潛艇可停留在任意深度。這一過(guò)程本質(zhì)是通過(guò)改變自身重力（而非改變體積）來(lái)實(shí)現(xiàn)沉浮狀態(tài)的變化，與“改變體積實(shí)現(xiàn)沉浮”（如魚(yú)鰾）形成對(duì)比，需在實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)區(qū)分。03模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：從“想知道”到“能操作”的具象化1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)知識(shí)目標(biāo)：通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，理解潛艇通過(guò)調(diào)節(jié)自身重量改變沉浮狀態(tài)的原理；能力目標(biāo)：掌握“控制變量法”設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)記錄、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；素養(yǎng)目標(biāo)：激發(fā)對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的探究興趣，培養(yǎng)“用科學(xué)解釋生活”的意識(shí)。2實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備（每組）考慮到小學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件與安全性，選擇低成本、易獲取的材料：|材料名稱(chēng)|作用說(shuō)明|安全提示||------------------|------------------------------|------------------------------||250mL透明塑料瓶（帶蓋）|模擬潛艇主體|需提前檢查瓶身無(wú)尖銳毛刺||10mL塑料針管（帶軟管）|模擬壓載水艙的注水/排水裝置|針管需選擇鈍頭，避免扎傷|2實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備（每組）01020304|回形針（約20枚）|增加潛艇重量（模擬設(shè)備自重）|用透明膠帶固定，防止脫落||水槽（裝清水）|提供液體環(huán)境|水深需超過(guò)20cm，便于觀察沉浮||電子秤（精度0.1g）|測(cè)量潛艇總重量變化|需提前校準(zhǔn)，避免誤差||實(shí)驗(yàn)記錄單|記錄重量、體積、沉浮狀態(tài)|設(shè)計(jì)表格，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)化觀察|3實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)（分階段操作，逐步揭示原理）階段一：初始狀態(tài)——明確“漂浮”的條件組裝“潛艇模型”：將回形針用透明膠帶均勻粘貼在塑料瓶底部（模擬潛艇設(shè)備自重），確保瓶子直立；1測(cè)量初始重量：用電子秤稱(chēng)出空瓶（含回形針）的總重量，記錄為G?；2觀察初始狀態(tài)：將空瓶輕放入水槽，觀察其沉浮狀態(tài)（應(yīng)為漂?。?；3分析現(xiàn)象：提問(wèn)引導(dǎo)：“此時(shí)瓶子為什么能漂浮？”（學(xué)生根據(jù)前置知識(shí)可答：浮力＞重力）。4階段二：模擬“下潛”——改變重量使重力＞浮力5注水操作：將針管軟管插入瓶?jī)?nèi)（瓶口需留縫隙，避免氣壓阻礙進(jìn)水），緩慢抽取5mL水注入瓶?jī)?nèi)；6測(cè)量重量變化：稱(chēng)出注水后的總重量G?=G?+5g（水的密度≈1g/mL）；73實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)（分階段操作，逐步揭示原理）階段一：初始狀態(tài)——明確“漂浮”的條件觀察狀態(tài)：將瓶子放入水槽，觀察是否下沉（若未下沉，繼續(xù)注水至10mL、15mL，直至下沉）；01原理追問(wèn)：“為什么注水后會(huì)下沉？”（學(xué)生逐步歸納：注水增加了總重量，當(dāng)重量超過(guò)浮力時(shí)下沉）。03排水操作：用針管從瓶?jī)?nèi)抽取5mL水（模擬高壓空氣排水）；05記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)：當(dāng)瓶子剛好下沉?xí)r，記錄注入的水量V?，此時(shí)總重量G?=G?+V?×1g/mL；02階段三：模擬“上浮”——減少重量使重力＜浮力04測(cè)量重量變化：稱(chēng)出排水后的總重量G?=G?-5g；063實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)（分階段操作，逐步揭示原理）階段一：初始狀態(tài)——明確“漂浮”的條件對(duì)比總結(jié)：“排水后為什么會(huì)上??？”（學(xué)生對(duì)比得出：排水減少了總重量，當(dāng)重量小于浮力時(shí)上浮）。觀察狀態(tài)：將瓶子放入水槽，觀察是否上?。ㄈ粑瓷细?，繼續(xù)排水至重量＜初始漂浮時(shí)的重量）；階段四：實(shí)現(xiàn)“懸浮”——精準(zhǔn)調(diào)節(jié)使重力＝浮力記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)：當(dāng)瓶子剛好上浮時(shí)，記錄排出的水量V?，此時(shí)總重量G?=G?-V?×1g/mL；微調(diào)操作：在瓶子下沉后（G＞F?。?，緩慢排水，每次排1mL，直至瓶子既不沉底也不上?。?實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)（分階段操作，逐步揭示原理）階段一：初始狀態(tài)——明確“漂浮”的條件1測(cè)量驗(yàn)證：稱(chēng)出此時(shí)總重量G?，同時(shí)用量筒測(cè)量瓶子排開(kāi)的水的體積V排（可通過(guò)水槽水位上升量計(jì)算）；2公式驗(yàn)證：計(jì)算浮力F浮=ρ水×V排×g（g取10N/kg），對(duì)比G?與F浮的數(shù)值（理論上應(yīng)近似相等）；3結(jié)論提煉：“懸浮的條件是什么？”（學(xué)生總結(jié)：物體重力等于浮力時(shí)，可停留在液體中任意深度）。4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析（示例表格）|操作步驟|注入/排出水量（mL）|潛艇總重量（g）|沉浮狀態(tài)|浮力與重力關(guān)系||----------------|---------------------|------------------|----------------|----------------||初始狀態(tài)|0|35.2|漂浮|浮力＞重力||第一次注水5mL|+5|40.2|仍漂浮|浮力＞重力||第二次注水5mL|+10|45.2|下沉至瓶底|浮力＜重力||第一次排水5mL|-5|40.2|上浮至漂浮|浮力＞重力|4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析（示例表格）|精準(zhǔn)調(diào)節(jié)排水|-3|37.2|懸浮（中間位置）|浮力＝重力|通過(guò)表格對(duì)比，學(xué)生能直觀看到“重量變化”與“沉浮狀態(tài)”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而理解潛艇通過(guò)“調(diào)節(jié)壓載水艙水量改變自身重量”的核心原理。04實(shí)驗(yàn)拓展與思維提升：從“模擬實(shí)驗(yàn)”到“真實(shí)世界”的遷移1對(duì)比實(shí)驗(yàn)：區(qū)分“改變重量”與“改變體積”的沉浮原理為避免學(xué)生混淆“潛艇沉浮”與“魚(yú)沉浮”的原理，可增設(shè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)材料：氣球（模擬魚(yú)鰾）、石子（模擬魚(yú)身）、水槽；操作步驟：將石子綁在氣球上，充氣時(shí)氣球體積增大（浮力增大），氣球上浮；放氣時(shí)體積減?。ǜ×p小），氣球下沉；對(duì)比總結(jié)：魚(yú)通過(guò)魚(yú)鰾改變自身體積（即改變排開(kāi)水的體積，從而改變浮力）實(shí)現(xiàn)沉浮；潛艇則通過(guò)壓載水艙改變自身重量（重力）實(shí)現(xiàn)沉浮。4.2生活中的應(yīng)用：從潛艇到潛水員、熱氣球通過(guò)圖片或視頻展示：潛水員：佩戴鉛塊增加重量（下潛），釋放部分空氣（浮力減?。┗驋伒翥U塊（減輕重量）上??；1對(duì)比實(shí)驗(yàn)：區(qū)分“改變重量”與“改變體積”的沉浮原理STEP1STEP2STEP3熱氣球：加熱空氣使體積膨脹（浮力增大）上浮，冷卻空氣或釋放氣體（重量增加）下沉；萬(wàn)噸輪船：通過(guò)中空結(jié)構(gòu)增大排開(kāi)水的體積（增大浮力），即使裝載重物也能漂浮。引導(dǎo)學(xué)生思考：“這些現(xiàn)象中，哪些是改變重量？哪些是改變體積？”深化對(duì)沉浮原理的理解。3科學(xué)史延伸：從“烏龜殼”到現(xiàn)代潛艇簡(jiǎn)單講述潛艇的發(fā)明史：0117世紀(jì)，荷蘭物理學(xué)家德雷貝爾受烏龜潛水啟發(fā)，制造了第一艘人力潛艇；0219世紀(jì)，美國(guó)“亨利號(hào)”潛艇首次用于實(shí)戰(zhàn)；03現(xiàn)代核動(dòng)力潛艇通過(guò)更精準(zhǔn)的壓載水艙控制，可下潛至數(shù)千米深海。04讓學(xué)生感受“科學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活”的本質(zhì)，激發(fā)科技探索興趣。0505實(shí)驗(yàn)反思與教學(xué)建議1學(xué)生常見(jiàn)問(wèn)題及解決策略問(wèn)題1：注水時(shí)瓶子傾斜，導(dǎo)致無(wú)法直立下沉。解決：提前用膠帶固定回形針在瓶底中心，保證重心穩(wěn)定；或用細(xì)鐵絲纏繞瓶身作為“龍骨”，增加直立性。問(wèn)題2：測(cè)量排開(kāi)水的體積時(shí)誤差大。解決：改用“溢水杯”（裝滿(mǎn)水的水槽，下沉?xí)r溢出的水用量筒接?。?，直接測(cè)量溢出水的體積即為排開(kāi)水的體積。問(wèn)題3：混淆“重量”與“密度”的關(guān)系。解決：通過(guò)“相同重量的鋁箔船（體積大）漂浮，鋁塊（體積?。┫鲁痢睂?duì)比實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)“沉浮由重量與浮力的關(guān)系決定，而非單一密度”。2教學(xué)改進(jìn)方向A分層設(shè)計(jì)：對(duì)能力較強(qiáng)的學(xué)生，可增加“計(jì)算不同深度的浮力變化”（液體壓強(qiáng)隨深度增加，潛艇體積略有壓縮，浮力微變）；B數(shù)字化工具：引入“力傳感器”實(shí)時(shí)測(cè)量浮力變化，用折線(xiàn)圖直觀展示重量與浮力的動(dòng)態(tài)關(guān)系；C跨學(xué)科融合：結(jié)合數(shù)學(xué)“體積計(jì)算”（圓柱體積公式計(jì)算塑料瓶排開(kāi)水的體積），強(qiáng)化學(xué)科關(guān)聯(lián)。06總結(jié)：從“動(dòng)手做”到“用腦想”的科學(xué)素養(yǎng)升華總結(jié)：從“動(dòng)手做”到“用腦想”的科學(xué)素養(yǎng)升華本節(jié)課通過(guò)“模擬潛艇沉浮”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅觀察到“注水下沉、排水上浮”的現(xiàn)象，更通過(guò)測(cè)