【新教材】教科版8.5 跨学科实践：桥 教学设计

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8.5 跨学科实践：桥 教学设计
课题 8.5跨学科实践：桥 单元 第八章 力与运动 学科 物理 年级 8
教材内容分析 本内容围绕桥梁展开，涵盖桥梁结构、力学分析、设计制作等方面。通过知识讲解、实验探究和拓展活动，帮助学生理解桥梁相关知识，培养跨学科解决问题与实践操作能力。
2022新课标要求 5.2.2调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用。本部分内容旨在发展学生跨学科运用知识解决实际问题的能力、动手实践的操作能力，培养学生乐于实践、用于创新的精神。一方面，将科学技术融入物理课堂，能够加深学生对科学、技术与社会关系的理解，是体现科学本质的重要方面。另一方面，当今世界科技发展前沿，以及很多新兴学科、交叉学科形成，都是以物理学为基础，渗透了物理学的最新成果。
学习目标与核心素养 物理观念1.熟知各类桥梁结构特点，像梁桥、拱桥等，能精准识别其关键特征，构建清晰的桥梁结构认知模型。2.掌握桥梁承重力学原理，理解桥面形变、受力状况及支撑结构的作用，用此解释常见桥梁力学现象。3.明确三角形结构在桥梁中的稳定性优势及原理，体会物理知识在工程里的实用价值。科学探究1.针对桥梁结构和受力，提出有探究价值的问题，比如支撑结构形状对承重的影响等。2.依据问题设计合理实验，选对材料、定好步骤，像探究承重形变用海绵模拟桥面的实验设计。3.规范操作实验，认真观察、如实记录，如关注海绵块方格变化和结构形状改变。4.分析实验证据得出结论，像从实验现象总结桥梁受力和结构稳定性特点。5.反思实验过程和结论，与同学交流改进，培养严谨的科学探究态度。科学思维1.简化复杂桥梁，构建包含关键要素的物理模型，提升抽象和建模能力。2.依据桥梁知识和实验，合理推理不同桥梁受力及结构应用效果，锻炼逻辑思维。3.运用知识证据论证桥梁问题和设计方案，如论证纸桥设计的可行性。4.敢于质疑，创新思考，在纸桥设计中突破常规，培养创新思维。科学态度与责任1.学习实验秉持严谨、实事求是的态度，如实记录，积极解决问题，培养探索精神。2.认识物理在桥梁工程的意义，了解中国桥梁成就，增强民族自豪感。关注桥梁建设的社会问题，树立正确科学价值观，培养社会责任感。
学情分析 八年级学生已具备一定物理基础知识，但对物理知识在实际工程中的应用了解较少。学生动手实践兴趣高，但在跨学科知识整合和复杂问题解决方面能力有待提升。
重点 桥面承重时的形变和受力、支撑结构受力情况
难点 探究几何体的稳定性
材料准备 A4 纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码、硬币、表面平整的海绵块、橡皮筋、吸管、画有方格的海绵
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 播放港珠澳大桥主体工程通过国家竣工验收的新闻视频 观看视频，思考桥梁相关问题 激发学生学习兴趣，引出本节课主题
讲授新课 桥梁基础知识讲解：引导学生阅读教材 P36，提出 “桥梁设计的两大关键是什么”“桥梁可以根据哪些方面分类”“桥梁由哪几部分组成”“桥梁的整体设计原理是什么” 等问题，组织学生自主阅读思考，随后邀请学生分享答案，并结合教材内容进行补充与纠正。
实验探究一：桥梁承重时的形变和受力：拿出画有方格的海绵块和模拟负载物品，向学生详细讲解实验步骤，即把表面平整的海绵块当作模拟桥面，用手按压海绵块模拟桥面承重。在学生动手操作前，强调观察重点，包括海绵块的整体形变、上层和下层方格的变化。学生操作时，巡回指导，提醒规范操作并仔细观察。操作结束后，组织学生讨论并分享观察到的现象，引导学生分析得出桥梁上表面受压力、下表面受拉力的结论，讲解负载增加与桥梁弯曲形变程度的关系，以及超出允许形变范围桥梁可能坍塌的原因。
实验探究二：支撑结构受力情况：以梁桥为例，结合图片或简易模型，讲解梁桥是结构最简单的桥，在桥面下加桥墩能为桥面提供支撑力，介绍梁桥减小桥面弯曲形变的原理。通过受力分析示意图，解释所有桥面及负载的合力与支撑结构的合力平衡这一关系，依据二力平衡条件，说明无论何种桥梁结构都会产生向上的支撑力支撑桥面。
实验探究三：支撑结构受力情况（三角形和矩形结构稳定性探究）：发放橡皮筋、吸管等实验材料，示范将几根橡皮筋连接起来穿过吸管再收尾连接，分别搭成三角形和矩形结构的过程。告知学生利用悬挂重物对搭建结构施加向下的力，并强调观察结构形状变化。学生实验时，进行指导，确保实验安全和操作规范。实验结束后，组织学生交流实验现象，引导学生得出三角形结构具有很好的稳定性，在现代桥梁中应用广泛的结论，进一步解释三角形结构自重较轻且能承受更大压力和拉力的特点。 认真阅读教材，思考教师提出的问题，积极参与讨论，分享自己的答案，倾听他人观点并进行补充和修正。
按照教师讲解的步骤，动手操作实验，仔细观察海绵块的形变和方格变化，记录实验现象。参与小组讨论，分享观察结果，理解桥梁上、下表面的受力情况以及负载与形变的关系。
观察梁桥模型和受力分析示意图，理解梁桥结构和支撑力原理，思考二力平衡在桥梁中的体现，跟随教师思路理解不同桥梁结构支撑力的产生。
参照教师示范，动手搭建三角形和矩形结构，进行悬挂重物实验，观察并记录结构形状变化。参与班级交流，根据实验现象总结三角形结构的稳定性特点，理解其在桥梁建设中的优势。 培养学生自主学习和提取关键信息的能力，让学生初步了解桥梁的基本概念。
通过亲身体验和观察，将抽象的力学知识具象化，培养学生的观察力、实验操作能力和分析归纳能力，使其深入理解桥梁承重时的力学原理。
以常见的梁桥为例，结合理论知识，帮助学生理解桥梁支撑结构的受力关系，为后续理解复杂桥梁结构奠定基础。
让学生通过对比实验，直观感受三角形结构的稳定性，明白其在桥梁建设中的重要性，提高学生的实践能力和科学思维。
课堂练习 1.下列是常见桥梁的示意图，其中属于斜拉桥的是（ ）A B C D2.用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手竖直向下按压海绵块来模拟负载，如图所示。上、下层方格弹力的合力与 是一组平衡力，合力的方向是 。
课堂小结 引导学生回顾桥梁的结构、力学分析、设计制作等内容，强调重点和难点
板书 1. 桥梁结构：梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥。
2. 力学分析：
（1）桥面承重时的形变和受力。
（2）支撑结构受力情况。
3. 设计制作：材料、要求、测试。
课外拓展/课外阅读内容 1. 介绍中国桥梁之父茅以升的事迹。
2. 展示中国十大桥梁，鼓励学生课后了解更多桥梁知识。
特色资源分析和技术手段说明 通过运用新闻视频、实验器材以及其他丰富的教学资源来辅助教学过程，教师可以借助多媒体技术展示桥梁的图片、实验过程中的各种现象等，从而极大地增强教学内容的直观性和趣味性，使学生更容易理解和吸收知识。此外，多媒体技术的引入不仅限于视觉效果，还可以包括音频材料，如历史事件的录音、科学实验的现场声音等，这些都能够为学生提供一个全方位的学习体验。通过这样的方式，学生能够更加生动地感受到知识的形成过程，激发他们对学习的兴趣和好奇心，进而提高学习效率和效果。
教学反思 在进行教学活动时，教师需要深入思考和评估学生对所传授知识的掌握程度，同时也要关注学生在实验探究活动中的参与热情和所取得的成效。通过对这些方面的细致观察和分析，教师可以对当前所采用的教学方法的有效性进行评估。在此基础上，如果发现教学过程中存在任何问题或不足之处，教师应当及时提出相应的改进措施，以优化教学策略，提高教学质量和学生的学习效果。
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