《跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》教学设计

《跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》教学设计一、教学内容本次跨学科实践教学聚焦于制作简易活塞式抽水机，融合物理学科大气压强知识与工程实践技能，引导学生通过设计、制作、测试等环节，深入理解活塞式抽水机工作原理，提升动手能力与问题解决能力。二、教学目标学生能够准确阐述活塞式抽水机的工作原理，熟练关联大气压强等物理知识。学生可以合理挑选制作材料，规范使用工具完成简易活塞式抽水机的制作。学生在制作与测试过程中，能够敏锐发现问题，并运用跨学科知识有效解决问题。学生切实增强团队协作意识，提升沟通交流与组织协调能力。三、教学重难点1.重点透彻理解活塞式抽水机基于大气压强的工作原理。有序完成简易活塞式抽水机的制作流程，保证各部件连接稳固、密封良好。2.难点综合运用跨学科知识解决制作中材料选择、结构优化等实际难题。深度培养学生在实践中发现、分析和创造性解决问题的能力。四、教学方法1.问题导向法抛出关于活塞式抽水机原理与制作的系列问题，引领学生思考探索，激发学生好奇心与求知欲。2.小组协作法组织学生分组合作制作，推动学生间的交流互助，培育团队协作能力。3.实践操作法学生通过实际动手制作，亲身体验知识应用与技能实践，深化对知识的理解与掌握。五、教学准备1.材料准备足量的塑料圆筒、橡胶活塞、单向阀门（或自制阀门材料，如薄金属片、弹簧等）、塑料水管、橡胶管、密封胶、剪刀、钻孔工具、砂纸等。2.资料准备收集活塞式抽水机工作原理的动画、图片，以及不同类型抽水机的资料，制作教学课件。3.场地准备布置宽敞、明亮且安全的实践教室，配备桌椅，确保学生有充裕空间开展制作活动。六、教学过程（一）趣味导入（5分钟）1.播放视频播放一段农民运用活塞式抽水机灌溉农田的视频，呈现抽水机轻松抽取地下水的场景。2.提问启思同学们，视频里的抽水机神奇地把水从地下抽到地面，大家想不想知道它是如何运作的？今天，我们就一同动手制作一个简易活塞式抽水机，揭开其中的奥秘。（二）知识讲解（10分钟）1.原理剖析借助动画演示，细致讲解活塞式抽水机的工作原理。当活塞向上提升，抽水机筒内气压降低，小于外界大气压强，在大气压强作用下，水推开进水阀门进入抽水机筒；当活塞下压，筒内水压力增大，关闭进水阀门，推开排水阀门，水从出水口流出。结合物理知识，着重强调大气压强差是抽水的动力来源。2.跨学科知识拓展从材料科学角度介绍制作材料特性，如塑料圆筒的强度与轻便性、橡胶活塞的密封性；从工程设计角度讲解结构设计要点，如各部件连接方式对抽水机性能的影响。（三）小组设计（10分钟）1.合理分组依据学生能力与性格差异，将学生分成若干小组，每组4-5人，明确组长、材料员、记录员等职责。2.设计讨论各小组围绕活塞式抽水机工作原理与现有材料，探讨制作方案。思考材料选择、部件连接、密封处理等问题，记录员负责记录讨论要点与设计思路。3.方案展示每组选派一名代表展示设计方案，包括结构草图、材料清单、制作步骤与预期问题及解决策略。其他小组提问并提出建议，教师点评指导，助力各小组完善方案。（四）制作实践（20分钟）1.材料分发各小组依据设计方案，领取制作材料与工具。2.制作实施学生依照设计方案开展制作，教师巡回指导，及时提供技术支持与安全提示。提醒学生规范使用工具，注重操作安全。鼓励学生创新思维，灵活调整方案解决实际问题，如尝试不同密封方法增强密封性。3.问题解决针对学生制作中出现的共性问题，如阀门安装不灵活、水管连接不紧密等，组织全体学生讨论，共同探寻解决方案，引导学生从跨学科知识角度分析问题成因。（五）测试优化（10分钟）1.抽水机测试各小组完成制作后，将简易活塞式抽水机置于水中测试。观察抽水效果，记录抽水高度、速度等数据。若抽水机无法正常工作，小组成员共同分析原因，如是否存在漏气、阀门堵塞等问题。2.优化改进依据测试结果，各小组对抽水机进行优化。例如，若抽水高度不足，检查活塞密封性或调整阀门开启角度；若抽水速度慢，考虑增大水管直径或改善活塞运动灵活性。鼓励多次测试改进，提升抽水机性能。（六）总结评价（5分钟）1.小组汇报每组选派代表汇报制作过程、测试结果与优化思路。分享制作中的收获、困难与解决办法。2.评价总结教师从设计合理性、制作工艺、问题解决能力、团队协作等方面对各小组表现进行评价。表扬优秀小组，肯定各小组优点，指出不足并提出改进建议。总结活塞式抽水机工作原理与制作要点，强调跨学科实践的重要性，鼓励学生在今后学习生活中积极运用知识解决实际问题。七、教学延伸1.鼓