全国初中物理教师赛课一等奖八年级全一册沪科版《质量与密度实践制作水油沙漏》教学设计

跨学科实践“制作水油沙漏”（教学设计）一、引言在快速发展的科技时代，跨学科实践已成为培养学生创新能力、解决问题能力的重要途径。本次跨学科实践活动——“制作水油沙漏”，旨在通过融合物理学、化学、工程学等多个学科的知识，让学生在动手实践中探索科学奥秘，培养综合素养。水油沙漏作为一种独特的计时工具，不仅蕴含着丰富的科学原理，还承载着人类对时间认知的智慧。通过制作水油沙漏，学生将深入了解水和油的不相溶性、密度差异等物理现象，同时体验沙漏作为古代计时工具的独特魅力。本次实践活动的设计，注重理论与实践的结合，鼓励学生在动手制作的过程中观察、记录、分析实验数据，从而深入理解水油沙漏的工作原理。此外，通过小组合作、展示交流等环节，学生将进一步提升团队协作能力、沟通能力和创新思维。我们期待通过这次跨学科实践活动，能够激发学生对科学的兴趣，培养他们的探索精神和创新意识，为未来的学习和生活奠定坚实的基础。同时，我们也希望学生能够在这个过程中收获快乐、增长见识，成为具有跨学科素养的新时代人才。二、教学目标1．物理观念与科学思维（1）物理观念：学生通过实践活动，能够深入理解水和油的不相溶性以及密度差异等物理现象，形成对物质性质的基本认识。学生能够认识到沙漏作为古代计时工具的原理，理解物理知识在实际生活中的应用。（2）科学思维：培养学生运用物理知识分析实际问题的能力，通过观察和实验，理解水油沙漏的工作原理。引导学生运用批判性思维，对实验数据和现象进行客观分析，形成科学结论。‌2．科学探究与实验能力（1）科学探究：学生能够自主设计实验方案，探究水油沙漏中水、油流动速度与吸管长度的关系。培养学生提出问题、猜想假设、制定计划、进行实验、分析论证、评估交流等科学探究能力。（2）实验能力：通过动手制作水油沙漏，提高学生的动手能力和实验操作技能。引导学生学会使用实验器材，准确记录实验数据，分析实验结果。3．跨学科融合与创新思维（1）跨学科融合：学生在制作水油沙漏的过程中，能够融合物理学、化学、工程学等多个学科的知识，理解跨学科知识的联系和应用。培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力，增强跨学科融合意识。（2）创新思维：鼓励学生发挥想象力和创造力，设计不同形状、功能的水油沙漏，培养学生的创新思维和设计能力。引导学生对实验现象和结果进行深入思考，提出改进方案或新的想法。4．科学态度与责任担当（1）科学态度：培养学生严谨的科学态度和实验精神，尊重实验数据和事实。引导学生学会合作与分享，积极参与小组活动，共同解决问题。（2）责任担当：在制作水油沙漏的过程中，培养学生的环保意识和责任感，注意节约材料和保护环境。引导学生关注科学技术在社会发展和生活中的应用，增强社会责任感和使命感。三、教学重难点重点：理解水油沙漏的原理，掌握制作水油沙漏的方法。难点：通过实验数据，分析吸管长度对实验效果的具体影响。四、教学准备材料准备：有盖子的塑料瓶子、防水胶、剪刀、吸管、着色的水、植物油等。知识准备：提前查阅资料，了解沙漏的发明史、原理及应用。四、教学过程1．导入新课提问：日常生活中常见的计时工具有哪些？引导学生思考并回答，如智能手表、石英钟等。进一步提问：在社会发展历程中，较为原始的计时手段是什么？引入沙漏作为古代计时工具的话题。2．讲授新知沙漏的发明史：介绍沙漏的发明史，如亚历山大于三世纪发明沙漏，以及沙漏在海上航行、教堂、工业和烹饪中的广泛应用。展示相关图片或视频资料，增强学生对沙漏的感性认识。水油沙漏的原理：从物理学的视角解释水油沙漏的原理，即水和油的不相溶性以及它们的密度差异导致水会下沉到油下方。通过实验演示，让学生直观感受水油不相溶的现象。3．动手实践制作水油沙漏：分发材料，指导学生按照步骤制作水油沙漏。准备瓶盖：将两个瓶子的瓶盖拧下来，背对背粘合在一起。打孔：在粘合后的瓶盖两侧各打一个小孔，插入吸管并密封缝隙。准备液体：在一个瓶子中装满着色的水，在另一个瓶子中装满油。组装：将带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上，确保不漏水或漏油。观察：将装有油的瓶子置于底层放置，观察水油流动情况。记录数据与分析：指导学生记录吸管不同长度下水和油的流动速度以及达到平衡所需的时间。引导学生分析数据，探讨吸管长度对实验效果的影响。4．展示交流小组展示作品，分享制作经验和发现的问题。引导学生对作品进行评价，提出改进意见。讨论如何提高水油沙漏的计时准确性和美观度。5．知识拓展介绍其他古代计时工具，如圭表、日晷等，并解释其原理。鼓励学生课下尝试制作其他类型的计时工具，如太阳钟等。6．总结与反思学生总结本次制作水油沙漏的收获和体会。教师总结本次教学活动的成果，强调跨学科实践的重要性，鼓励学生将所学知识应用于实际生活中。五、作业布置鼓励学生进一步探索水油沙漏的应用，如设计不同形状或功能的水油沙漏，或将其应用于实际生活中的计时、装饰等场景。同时，引导学生思考如何利用所学知识解决实际问题，培养创新思维和解决问题的能力。六、教学评价1．过程评价观察学生在分组讨论和全班展示中的表现，评价其参与度、合作能力和表达能力。根据学生在实践操作中的表现，评价其动手能力和问题解决能力。2．结果评价根据学生的制作水油沙漏，评价其知识掌握程度和应用能力。七、教学反思亮点：（1）跨学科融合：本次活动成功地将物理学、化学、工程学等多学科知识融合在一起，让学生在实践中体验跨学科学习的魅力。通过制作水油沙漏，学生不仅掌握了相关的物理知识，还了解了化学物质的性质和工程设计的原理。（2）动手实践能力提升：学生在动手制作水油沙漏的过程中，锻炼了动手能力，提高了实验技能。学生学会了如何使用工具和材料，如何按照步骤完成制作，并记录了实验过程中的数据和观察到的现象。（3）数据分析与讨论：学生能够根据实验数据，分析吸管长度对实验效果的影响，并讨论了水油沙漏的计时准确性。通过数据分析，学生学会了如何运用数学知识解决实际问题，培养了逻辑思维和批判性思考能力。（4）小组展示与团队合作：学生在小组展示中，能够条理清晰地介绍本组的作品、实验过程及数据分析结果。通过团队合作，学生学会了如何与他人沟通协作，共同解决问题，培养了团队精神和合作意识。不足：（1）活动准备：在活动开始前，应提前准备好所需的材料和工具，并确保材料的质量。对于部分较难获取的材料，可以提前告知学生，以便他们做好充分的准备。（2）活动指导：在学生制作水油沙漏的过程中，教师应给予更多的指导和帮助，特别是对于一些操作难度较大的步骤。教师可以提前制作一份详细的操作指南，以便学生在制作过程中参考。（3）数据分析深度：学生在数据分析方面还有待加强，部分学生的分析不够深入，仅停留在表面现象的描述上。教师应引导学生深入挖掘数据背后的物理原理，提高数据分析的深度和广度。（4）小组展示效果：部分学生在小组展示中表达不够清晰，条理不够分明，影响了展示效果。教师可以提前组织学生进行模拟展示，帮助他们提高表达能力和自信心。八、未来的教学建议（1）优化活动设计：根据学生的实际情况和反馈，对活动设计进行优化和改进，使其更加符合学生的认知水平和兴趣特点。增加一些趣味性和挑战性的环节，激发学生的学习兴趣和积极性。（2）加强活动指导：在活动过程中，教师应加强对学生的指导和帮助，确保学生能够顺利完成制作任务。教师可以提供一些拓展性的问题和任务，引导学生进行深入思考和探索。（3）强化数据分析与讨论：教师应引导学生深入挖掘数据背后的物理原理，提高数据分析的深度和广度。组织学生进行小组讨论和交流，分享彼此的分析结果和见解，促进彼此之间的学习和借鉴。（4）提升展示效果：教师应提前组织学生进行模拟展示，帮助他们提高表达能力和自信心。鼓励学生采用多种形式进行展示，如PPT、视频等，以增加展示的趣味性和吸引力。通过以上教学反思和改进措施，我们希望能够进一步优化初中物理跨学科实践活动“制作水油沙漏”的教学设计，提升学生的学习效果和实践能力。《实践制作水油沙漏》教案-2024-2025学年沪科版（2024）物理八年级全一册教学项目详情内容一、教材分析《制作水油沙漏》是实践活动基于沪科版（2024）物理八年级全一册中液体密度、浮力以及物体浮沉条件等知识而设计。它是对课堂理论知识的延伸与拓展，旨在让学生通过亲手制作水油沙漏，深入理解水与油的密度差异、不相溶性以及这些性质如何影响物体在混合液体中的运动，进而巩固对浮力和浮沉条件的理解。教材通过这样的实践活动，将抽象的物理概念具象化，增强学生对物理现象的感性认识，培养学生的动手能力、创新思维以及解决实际问题的能力，使学生在实践中体会物理与生活的紧密联系，激发学生对物理学科的学习兴趣和探索欲望。二、核心素养目标1.物理观念：深入理解水和油的密度特性、不相溶性，明确物体在不同密度液体中的浮沉状态取决于浮力与重力的关系，能运用这些物理观念解释水油沙漏中液滴的运动现象以及生活中相关的液体分层和物体浮沉现象。

2.科学思维：在制作水油沙漏的过程中，引导学生思考如何选择合适的材料、设计合理的结构以实现预期的液滴下落效果，分析实验过程中出现的问题并尝试提出解决方案，培养逻辑思维、批判性思维与创新思维，学会从物理原理出发探究实践活动中的科学问题。

3.科学探究：学生能够自主设计并实施制作水油沙漏的方案，熟练掌握如容器选择、液体调配、管道安装等制作技能，学会观察、记录、分析实验现象与数据，提高科学探究能力与实践操作水平，培养学生严谨的科学态度和勇于尝试的精神。

4.科学态度与责任：培养学生勇于实践、不怕失败的科学态度，在团队合作制作中增强协作精神与责任感，使学生认识到物理知识在创造有趣物品及生活中的应用价值，激发学生运用物理知识服务社会、丰富生活的热情与担当。三、教学重难点教学重点：

（1）.掌握水油沙漏的制作原理，即基于水和油的密度差异、不相溶性以及液体流动和物体浮沉规律。

（2）.学会制作水油沙漏的基本步骤和关键技术，包括容器的密封处理、输液管的安装与调试、水油比例的调配等。

2.教学难点：

（1）.理解水油沙漏中液滴形成和下落的微观机制，以及如何精确控制液滴的大小、下落速度和稳定性。

（2）.启发学生创新思维，设计出新颖独特的水油沙漏制作方案，并能准确地解释其中的物理原理，尤其是在涉及复杂结构或添加其他装饰元素时。四、教学策略采用任务驱动教学法，布置制作水油沙漏的任务，激发学生的学习动力与探索欲。以实验探究为主线，让学生在不断尝试制作的过程中学习。运用小组合作学习策略，促进学生间的交流协作与思维碰撞。借助多媒体资源展示不同类型水油沙漏及相关物理原理动画，辅助学生理解。同时，采用启发式教学，在学生制作过程中适时提出问题，引导学生思考与探究，深化对物理知识的理解与应用。五、教学准备1.实验器材：透明塑料瓶（或玻璃容器）两个（一大一小，大的作为外容器，小的作为内容器）、输液管（带调节阀）、水、食用油（如橄榄油、玉米油等）、色素（可选，用于染色以便观察）、漏斗、剪刀、胶枪、胶棒、秒表、天平、量筒等。

2.教学用具：多媒体课件、投影仪、记录表格、笔等。六、教学过程（一）、导入新课

展示一些精美的水油沙漏成品图片或视频，让学生观察其中水和油的分层现象以及液滴缓慢下落的奇妙景象，提问学生：“你们知道这些神奇的水油沙漏是如何制作的吗？它背后又蕴含着哪些有趣的物理知识呢？”引导学生思考并表达对制作水油沙漏的兴趣与期待，从而引出本节课的实践主题——制作水油沙漏。

设计意图：通过展示水油沙漏的迷人效果，充分激发学生的好奇心与创作热情，使学生迅速进入学习情境，为后续积极参与实践活动奠定良好的心理基础，同时也自然地引出本节课的教学内容。

（二）、知识回顾与原理讲解

1.回顾液体密度与不相溶性知识

（1）提问学生：“我们之前学习过液体的密度，谁能说一说水和常见食用油的密度大小关系？”引导学生回顾水的密度大于油的密度，且水和油不相溶的知识。

（2）在黑板上简单画出水和油分层的示意图，标注出密度大小和分层情况，强化学生对液体密度差异和不相溶性的记忆。

设计意图：通过提问与回顾，巩固学生已学的液体密度和不相溶性基础知识，为后续制作水油沙漏的实践活动提供理论依据，使学生在实践中有清晰的知识框架可依，同时通过示意图的绘制加深学生对液体分层现象的直观理解。

2.讲解物体浮沉条件在水油沙漏中的应用

（1）结合液体分层示意图，详细讲解由于水的密度大于油的密度，当一个小液滴（如水滴）在油中时，它所受到的浮力小于重力，会下沉；而当一个小油滴在水中时，它所受到的浮力大于重力，会上浮。这就是水油沙漏中液滴运动的基本原理。

（2）以简单的动画演示水滴在油中下沉和油滴在水中上浮的过程，展示液滴受到的浮力和重力的作用情况，帮助学生理解物体浮沉条件在水油沙漏中的具体体现。

设计意图：深入剖析物体浮沉条件在水油沙漏中的关键作用，使学生理解水油沙漏中液滴运动的物理本质，为学生在实践中制作水油沙漏提供原理支持，帮助学生在制作过程中更好地把握液体和液滴的行为规律，提高实践的科学性与成功率。

（三）、实践活动：水油沙漏制作

1.分组与任务布置

（1）将学生分成若干小组，每组4-6人，并为每组发放实验器材清单及记录表格。

（2）布置任务：要求各小组按照所学原理，利用提供的器材制作一个水油沙漏，并记录制作过程中的每一个步骤、遇到的问题及解决方法，观察水油沙漏的工作效果，如液滴的大小、下落速度、稳定性等，并进行记录和分析。

设计意图：分组合作有利于学生相互交流、协作探究，培养学生的团队合作精神。明确的任务布置使学生在实践中有清晰的目标与方向，记录表格的使用有助于培养学生的科学探究习惯，提高学生对制作过程与结果的观察、分析与总结能力。

2.小组实践与探究

（1）小组1：基础水油沙漏制作

-实验步骤：首先，用天平称取适量的水和食用油，分别倒入两个量筒中测量体积，以便控制水油比例（例如，可先尝试水与油体积比为1:2）。然后，用漏斗将水缓慢倒入大的透明塑料瓶（外容器）中，接着将食用油缓慢倒入，注意不要搅拌，使水和油自然分层。将输液管一端插入小塑料瓶（内容器）底部，另一端穿过大塑料瓶的瓶盖并伸到大塑料瓶的底部附近，用胶枪将输液管与瓶盖密封固定，确保不漏液。最后，将小塑料瓶装满水（或油），并将其放入大塑料瓶中，盖紧瓶盖。

-现象观察：观察到水油分层明显，调节输液管调节阀，使小液滴（如水滴）从输液管缓慢滴入油层中，看到水滴在油中下沉，形成类似沙漏的效果。记录下水滴的大小、下落速度（可通过秒表测量一定数量水滴下落时间来计算平均速度）以及整个过程的稳定性（如是否有液滴粘连、输液管堵塞等情况）。

-问题与解决：在制作过程中，发现输液管容易弯曲导致液滴下落不顺畅，通过用胶带将输液管固定在瓶壁上解决；开始时液滴大小不均匀，通过调整输液管插入小瓶的深度和调节阀的开度来改善。

（2）小组2：添加色素的水油沙漏制作

-实验步骤：与小组1类似，先测量水和油的体积并倒入大塑料瓶分层。不同的是，在水和油中分别加入不同颜色的色素（如蓝色色素加入水中，红色色素加入油中），以便更清晰地观察液滴运动。输液管安装和内容器处理同小组1。

-现象观察：观察到蓝色水滴在红色油层中下沉，颜色对比鲜明，下落过程更加直观。记录液滴相关数据和现象，发现色素对液滴的密度和表面张力有一定影响，导致下落速度略有变化。

-问题与解决：由于色素的加入，液滴表面张力改变，有时会出现液滴破裂或粘连现象。通过调整色素浓度和搅拌程度，使液滴表面张力相对稳定，解决了该问题。

（3）小组3：改进结构的水油沙漏制作

-实验步骤：在小组1的基础上，对输液管结构进行改进。将输液管末端连接一个小型滴管头，通过挤压滴管头来控制液滴的形成和下落，而不是单纯依靠调节阀。在大塑料瓶内安装一个简易的支架，将输液管固定在支架上，使其更加稳定。水油比例和分层操作不变。

-现象观察：这种结构下，液滴的大小和下落速度控制更加精准，稳定性也更好。观察到液滴均匀下落，水油分层清晰且长时间保持稳定。记录相关数据和观察结果，发现改进后的结构能有效提高水油沙漏的性能。

-问题与解决：制作滴管头与输液管的连接时，密封不太好，有轻微漏液现象。采用多层密封胶和小夹子固定的方式解决了漏液问题。

（4）小组4：多层液体水油沙漏制作

-实验步骤：除了水和油，再准备一种密度介于水和油之间的液体（如酒精）。先将水倒入大塑料瓶底部，然后用漏斗缓慢倒入酒精，最后倒入油，形成三层液体分层。输液管安装在中间酒精层的容器中，使液滴可以在水、酒精和油三种液体中依次下落。

-现象观察：观察到液滴在不同液体层中的运动速度和状态不同，在水中下沉较快，进入酒精层后速度减慢，进入油层后又有不同的表现。记录液滴在各层液体中的运动数据和现象，分析不同密度液体对液滴浮沉的影响。

-问题与解决：由于液体分层较多，容易出现混合现象。通过缓慢倒入液体、减少晃动以及在各层液体界面处添加一些隔离材料（如薄塑料片）的方法，减少了液体混合，提高了分层效果。

设计意图：让学生通过自主探究和小组合作，尝试多种水油沙漏的制作方法，亲身体验不同制作方法背后的物理原理在实际中的应用，培养学生的实验操作能力、观察能力、分析问题与解决问题的能力，激发学生的创新思维，使学生在实践中深入理解水和油的密度差异、不相溶性以及物体浮沉条件等物理知识。

3.小组汇报与交流

（1）各小组选派代表向全班汇报本小组水油沙漏的制作方法、实验过程、现象观察、成功经验与遇到的问题以及对物理原理的分析。

（2）在汇报过程中，其他小组的学生可以提问、发表意见或提出建议，促进学生之间的思想交流与知识共享。教师在一旁适时引导、点评，对学生的正确观点给予肯定，对存在的问题或疑惑进行解答与启发，进一步加深学生对物理原理的理解与掌握。

设计意图：小组汇报与交流环节为学生提供了展示自己成果与思考的平台，培养学生的表达能力与自信心。学生之间的互动交流可以拓宽学生的思维视野，从不同角度理解水油沙漏制作方法与物理原理，教师的引导与点评有助于规范学生的科学思维与表达，及时解决学生在实践过程中遇到的共性问题，提高教学效果。

（四）、创新设计与拓展应用

1.创新设计挑战

（1）提出挑战：在了解了上述多种水油沙漏的制作方法后，要求各小组结合所学知识，创新设计一种独特的水油沙漏制作方案，可以对现有方法进行改进或组合，也可以利用其他未提及的器材或环境因素。例如，设计一个可以自动循环的水油沙漏，或者一个能根据温度变化改变液滴下落速度的水油沙漏等。

（2）各小组进行头脑风暴，讨论创新设计方案，教师巡视各小组，参与讨论并提供必要的启发与引导，如提示学生考虑利用热胀冷缩原理、电磁控制等技术来实现创新功能。

设计意图：通过创新设计挑战，激发学生的创新思维与创造力，培养学生的综合运用知识能力和勇于探索未知的科学精神，使学生在已有知识和实践经验的基础上，进一步拓展思维边界，尝试创造出更具创意和科学性的水油沙漏制作方案。

2.方案展示与评价

（1）各小组展示自己的创新设计方案，包括设计思路、预期效果、所涉及的物理原理以及可能遇到的问题与解决方案。

（2）组织全班学生进行评价，可以从创意性、科学性、可行性等方面对各小组的方案进行打分和讨论，教师在评价过程中总结各小组方案的优点与不足，对表现优秀的小组给予表扬和奖励，对存在问题较多的小组提出改进建议和鼓励。

设计意图：方案展示与评价环节让学生学会欣赏他人的创意与成果，同时从他人的评价中获取反馈信息，进一步完善自己的设计方案，提高学生的审美能力、评价能力和自我反思能力，在班级内形成良好的创新氛围和合作竞争环境。

3.拓展应用探讨

（1）引导学生思考水油沙漏现象及制作原理在生活中的其他应用，如某些化妆品的分层设计、化工生产中的液体分离工艺等。

（2）组织学生进行小组讨论，分享自己所知道的相关应用案例，并探讨如何利用所学知识进一步拓展这些应用或开发新的应用领域。教师在讨论过程中提供一些相关的拓展资料或案例，如一些艺术装置利用水油分层和液滴运动创造出独特的视觉效果，启发学生的思维。

设计意图：拓展应用探讨环节使学生将所学知识与生活实际紧密联系起来，认识到物理知识在生活和科技中的广泛应用价值，培养学生的知识迁移能力和社会责任感，激发学生将物理知识应用于实际生活、推动社会进步的热情与决心。

（五）、课堂小结

1.引导学生回顾本节课的主要内容，包括各种水油沙漏的制作方法及其物理原理，如水和油的密度差异、不相溶性、物体浮沉条件等，以及在创新设计过程中所运用的物理知识和思维方法。

2.强调实践探究过程中所培养的科学素养，如观察能力、实验操作能力、分析问题与解决问题的能力、创新思维能力、团队合作能力等，鼓励学生在今后的学习和生活中继续保持对物理科学的兴趣和探索精神，积极运用物理知识解决实际问题，创造更多美好的事物。

设计意图：课堂小结有助于学生梳理本节课的知识体系和实践经验，加深对物理知识和科学素养培养的认识与理解，使学生明确自己在本节课中的学习收获与成长，为今后的学习和发展提供有益的指导与激励。

（六）、布置作业

1.书面作业：要求学生撰写一份详细的实验报告，包括实验目的、实验器材、实验步骤、实验现象、物理原理分析、创新设计思路（如果有）以及本次实践活动的心得体会，通过撰写报告进一步巩固学生对水油沙漏制作原理及相关知识的理解与掌握，提高学生的书面表达能力和科学探究总结能力。

2.实践作业：让学生在家中利用简易材料（如塑料瓶、吸管、水、油等）再次尝试制作水油沙漏，并拍摄照片或视频记录过程和结果，与家人分享制作的乐趣和其中的物理原理，同时鼓励学生将自己的作品发布到社交平台上，与更多人交流分享，进一步激发学生对物理实践活动的兴趣和热情，促进物理知识的传播与普及。

设计意图：书面作业通过撰写实验报告，促使学生对整个实践活动进行全面、深入的总结与反思，强化知识记忆与理解，提升科学探究与书面表达能力。实践作业则将课堂学习延伸到家庭生活中，让学生在实际操作中巩固知识，培养学生的家庭科学教育意识和社会传播意