水火箭发射距离实验探究-说课

合肥六中刘一童2022.062022.05水火箭发射距离实验探究实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价一、实验教学制定实验创新点实验教学制定（一）理论依据课程标准学科大概念从生活中发现问题转换为活动主题：为什么水火箭的发射高度不高？核心素养串联章节小概念,与真实世界中的各类系统相关联通用技术为载体多学科融合“系统”大单元教学单元整体项目抓手培育学科核心素养建构学科知识体系依据实验教学制定（二）教材支撑技术与设计2结构及其设计流程及其设计系统及其设计系统及其特性系统分析与设计系统设计的优化与实现控制及其设计分析概述经历实验教学制定（三）学情分析系统及其设计系统及其特性系统分析与设计系统设计的优化与实现·加强动手实践·开展实验探究·加深对“系统”这一

大概念的理解与迁移实验教学制定（四）教学准备课前分组：四人组成一个实验探究小组课堂环境：机房（室内）、操场（室外）学习资源：实验设计的规范性文档、动量守恒的运用案例实验材料：已组装完成的水火箭、每组1台电脑、打气筒、自制教具（发射架、定滑轮、细线）实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价二、实验教学组织实验创新点实验教学制定（一）实验教学原理

实验教学制定（二）实验教学目标运用系统分析方法，初步分析影响水火箭发射高度的因素，在实验验证后提出改造方案并初步实现

（通用技术——工程思维、创新设计、物化能力）将设想因素与发射高度进行对应，设计探究方案验证；收集实验数据，建立函数关系（物理——科学责任与态度、实验探究数学——数学抽象、数据分析）运用数字化工具（Python/Excel等）生成“XX因素与发射高度的关系”图像，并获得实验结论（信息技术——数字化学习与创新）实验教学制定（三）实验教学重难点重点难点使用系统分析方法，思考影响水火箭发射距离的因素，并正确设计实验方案利用python生成函数图像，得出“水火箭发射距离与各种因素关系”的实验结论运用规范的实验步骤探究影响水火箭发射距离的因素，并得到准确的实验数据利用python生成函数图像，得出“水火箭发射距离与各种因素关系”的实验结论实验教学制定（四）实验方法设定1.模型法：在学习本章“系统”相关内容时，为了更好地理解“系统”相关知识点，进行系统分析，使用水火箭模型进行实践探究2.控制变量法：在探究瓶内压强与水火箭发射高度的因素时，控制动力舱内水的体积、瓶身形状等其他因素不变，多次改变打气筒按压次数，得到相关数据；其余探究内容也都应遵循控制变量法；3.转换法：为方便测量水火箭发射高度，将高度转化为细线的位移长度。实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价三、实验教学内容实验创新点实验教学内容以学科核心素养为引领,在大单元的背景下,基于6E教学法,以大概念为抓手,组织实验教学学科核心素养实验数据获取分析实验评价（Jigsaw模式）学科大概念实验方案设计优化学科大概念学科大概念学科大概念大单元教学6E教学法实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价四、实验教学过程实验创新点实验教学过程第一阶段：实验方案的设计与优化学生疑问：为什么每组发射高度不同教师引导：怎样才能让水火箭的发射高度更高1.问题提出与情境引入（Engage）学生活动：分析水火箭子系统功能教师引导：梳理影响水火箭发射高度的因素，指明探究方向2.结构分析与原理探究（Explore）设计实验方案并与他人交流意见确定小组分工3.设计方案与优化实验（Explain）实验教学过程第二阶段：实验数据的获取与分析发射水火箭，使用定滑轮+细线测量发射高度更改自变量获取多组实验数据4.实验探究与数据获取（Engineer）剔除无用数据使用python绘制函数曲线根据函数曲线总结实验结论5.分析数据与结论草拟（Enrich）6.经验分享与结论发布（Evaluate）Jigsaw教学模式发布实验结论，解决课前困惑

采用细长箭体、减小水火箭净重、提高瓶内压缩空气的初始压力、瓶内装水体积在2/5左右的情况下，火箭升空高度最大实验教学过程第三阶段：实验结论的得出与评价任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2①所有学生均在原属小组组内四名学生承担不同任务开展第一轮讨论②组建专家小组承担同一任务的同学划到一组开展第二轮讨论③回到原属小组所有同学回到原属小组开展第三轮讨论Jigsaw教学模式示意管腔容积500ml、管内充水200ml

箭体净重93g管腔内注入空气压力越大，高度越高小组A小组B小组C小组D任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2任务1任务3任务4任务2小组A小组B小组C小组D实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价五、实验创新点实验创新点实验创新点（1）使用自制教具测量水火箭的发射高度借用参照物（楼宇、旗杆等）目测的方法无法得到精准数据，不适用于本实验的精准数据分析可安装到水火箭上的微型高度传感器造价高昂，不适用于中小学教学实验自制教具——发射台+定滑轮+线（粗线，防止打结），在节约成本的前提下，通过测量固定在水火箭上的线的位移长度，获取最为准确的数据。实验创新点（2）使用数字化手段呈现实验效果学生有使用python进行数据可视化的理论基础和操作流程编写简短的python代码，即可快速拟合瓶内压强、瓶内水量等因素与水火箭发射高度的关系曲线图，将实验结果形象直观地呈现到师生面前实验创新点（3）使用Jigsaw模式分享实验经验学生在专家小组中可以围绕某一实验具体流程开展讨论，如“如何控制滑轮摩擦、风速等无关因素对水火箭发射高度的影响”等具体负责部分，从而细化实验的某一设计环节，甚至可以在讨论中发现新的探究点，开启后续的探究学习最终回到原属小组向互相阐述本实验某一部分的专家小组探讨成果，实现了经验的最大化传播和最深层次探讨，有助于对实验设计方法与实验原理的深度理解实验教学制定实验教学内容实验教学组织实验教学过程反思与效果评价六、反思与效果评价实验创新点反思与效果评价（一）实验反思与展望为进一步激发学生的探索兴趣，给学生以水火箭升空高度的目标，可在实验开展前计算理论情况下水火箭能够上升的最大高度。由于计算过程涉及高中后程知识，可在社团课中为学生详细讲解。（1）计算压缩空气膨胀后的体积，换算出被喷出的水的体积。（2）计算压缩空气推动水喷射所做的功，并过能量守恒定律，计算水的喷射速度。（3）运用动量守恒定律计算水火箭的前进速度。每一个微小单位的水喷射都为水火箭提供前进速度，把全过程的每一个微小的前进速度相加就是水喷射完毕时水火箭获得的抛物线运动的初始速度。（4）通过能量守恒定律，计算水火箭垂直向上的抛物线运动高度。注：计算过程忽略空气阻力。反思与