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2025年山東省“數(shù)字化賦能教師專業(yè)發(fā)展”工程優(yōu)課 《功與能的工程之旅》子任務(wù)五：自制投石車展示會教學(xué)設(shè)計 一、教材分析 “自制投石機展示會” 是魯科版八年級下冊第十章“功與能”大單元“自制投石機展示會” 任務(wù)的核心環(huán)節(jié)，承接前四個任務(wù)（結(jié)構(gòu)功能探索、動力系統(tǒng)設(shè)計、投擲性能優(yōu)化、能量利用率提升）的實踐成果，是對全單元知識的系統(tǒng)梳理與綜合應(yīng)用。本章以“功與能的工程之旅”為主題，通過“穿越助曹”情境和“投石機競賽”大任務(wù)，將抽象的功、功率、機械效率等知識點融入工程實踐。匯報介紹作為連接“實踐操作” 與 “知識輸出”的橋梁，不僅能檢驗學(xué)生對知識點的掌握程度，更能通過“梳理 ——表達(dá)——反思”的過程，幫助學(xué)生構(gòu)建“理論指導(dǎo)實踐”的認(rèn)知邏輯，同時呼應(yīng)教材“科學(xué)?技術(shù)?社會”（STS）欄目，凸顯物理知識在工程匯報、成果展示等實際場景中的應(yīng)用價值，落實“從物理走向社會”的課程理念 。 二、學(xué)情分析 經(jīng)過前四個任務(wù)的學(xué)習(xí)與實踐，學(xué)生已掌握功、功率、機械效率、動能勢能、機械能轉(zhuǎn)化等核心知識點，能獨立完成相關(guān)計算（如功率計算、機械效率測算），并能分析投石機各環(huán)節(jié)的物理原理（如配重塊下落過程中重力勢能向動能的轉(zhuǎn)化）。通過小組合作完成投石機的設(shè)計、制作與調(diào)試，學(xué)生已具備一定的資料整理能力（如收集實驗數(shù)據(jù)、梳理優(yōu)化過程）、簡單的書面表達(dá)能力（如撰寫實驗報告），且在前期小任務(wù)匯報（如動力系統(tǒng)設(shè)計方案分享）中，積累了基礎(chǔ)的口頭表達(dá)經(jīng)驗，能初步向他人介紹實踐成果。 八年級學(xué)生以具象思維為主，對抽象知識的理解需依托具體實踐成果。匯報介紹通過結(jié)合投石機實物、測試數(shù)據(jù)、設(shè)計草圖、Sketchup軟件制作3D模型等具象載體，能幫助學(xué)生更好地梳理知識邏輯；同時，學(xué)生具有較強的自我展示欲，渴望通過匯報獲得對自身實踐能力、知識應(yīng)用能力的認(rèn)可 。學(xué)生不僅希望通過匯報清晰呈現(xiàn)投石機成果，更希望掌握 “如何將實踐過程與知識點緊密結(jié)合”“如何讓匯報邏輯清晰、重點突出” 等匯報技巧；此外，經(jīng)過長時間的小組合作，學(xué)生希望通過匯報環(huán)節(jié)展現(xiàn)小組的協(xié)作成果，同時學(xué)習(xí)其他小組的優(yōu)秀匯報思路，提升自身的成果表達(dá)能力 。 三、課時目標(biāo) 1.能系統(tǒng)梳理投石機設(shè)計、制作、優(yōu)化過程，準(zhǔn)確闡述各環(huán)節(jié)所應(yīng)用的功、功率、機械效率、動能勢能、機械能轉(zhuǎn)化等核心知識點，清晰說明 “實踐操作” 與 “知識點” 的對應(yīng)關(guān)系 。 2.能規(guī)范撰寫投石機匯報稿，包含 “設(shè)計理念（結(jié)合'穿越助曹’情境）、知識點應(yīng)用、實踐過程、性能數(shù)據(jù)（如投擲距離、能量利用率）、創(chuàng)新點與不足” 等核心內(nèi)容，確保邏輯清晰、重點突出 。 3.能運用口頭表達(dá)、展板（或 PPT）展示等方式，配合實物、數(shù)據(jù)圖表，清晰、有條理地向他人介紹投石機成果，做到語言流暢、重點明確、互動自然（如回應(yīng)聽眾提問）。 4.在匯報與交流環(huán)節(jié)，學(xué)會客觀看待自身匯報的優(yōu)勢與不足，虛心接受他人建議（如 “可以增加優(yōu)化前后的性能對比數(shù)據(jù)”），培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實、樂于改進(jìn)的科學(xué)態(tài)度。結(jié)合“穿越助曹” 情境，在匯報中展現(xiàn)對“工程問題解決”的思考，增強工程實踐意識與社會責(zé)任感 。 四、教具準(zhǔn)備 PPT課件、項目評價表，各小組自制投石機模型、小球若干、卷尺、標(biāo)記物、評分表、多媒體設(shè)備 五、評價設(shè)計 詳細(xì)評價表格見附件1。 六、教學(xué)過程 教學(xué) 環(huán)節(jié) | 教師活動 | 學(xué)生活動 | 設(shè)計意圖 | 情境導(dǎo)入，明確任務(wù) | 播放“古代戰(zhàn)場將領(lǐng)匯報兵器設(shè)計” 的影視片段，結(jié)合 “穿越助曹” 情境提問：“我們?yōu)?曹軍’設(shè)計的投石機即將接受檢驗，作為'工程小隊’，如何清晰、專業(yè)地向'曹軍將領(lǐng)’（即老師和同學(xué)）匯報投石機的設(shè)計、性能與優(yōu)勢？” 明確本節(jié)課任務(wù)：完成投石機匯報稿優(yōu)化、小組預(yù)演與班級匯報展示，強調(diào)匯報需突出“知識點應(yīng)用” 與 “實踐成果” 的結(jié)合 。 | 1. 觀看視頻，感受投石機的力量與魅力。
2. 回憶杠桿知識，回答教師提問。
3. 明確展示流程與評分標(biāo)準(zhǔn)。
4. 調(diào)整狀態(tài)，準(zhǔn)備展示。 | | 項目展示
| 一、小組輪流展示，實施發(fā)射測試 （一）第一組登臺演示：簡易木架配重式投石機。
邀請第一小組代表攜帶其作品上臺。該組采用木棍搭建主體框架，使用金屬塊作為配重，勺形彈射臂末端綁有橡皮筋以增強抓球能力。教師引導(dǎo)全班關(guān)注其支點設(shè)置是否合理、配重懸掛方式是否穩(wěn)固。
發(fā)布指令：“請開始第一次試射。”學(xué)生將小球放入彈射槽，釋放配重，小球飛出約6米遠(yuǎn)，偏離目標(biāo)區(qū)域。教師立即組織提問：“為什么沒有命中？可能是哪些因素導(dǎo)致的？”學(xué)生討論后提出“配重太輕”“發(fā)射角度太高”等假設(shè)。
允許該組進(jìn)行一次微調(diào)，如增加砝碼重量或調(diào)整支架傾斜角，再進(jìn)行第二、第三次發(fā)射。教師提醒記錄員及時測量并登記每次發(fā)射的距離與落點位置。
（二）第二組展示：折疊便攜式投石機。
第二組作品特點是可拆卸結(jié)構(gòu)，便于運輸。他們使用雪糕棒粘合而成，配重為裝滿沙子的小瓶。教師特別表揚其環(huán)保材料的選擇與模塊化設(shè)計理念。 
在發(fā)射過程中，首次嘗試因橡皮筋松脫導(dǎo)致失敗。教師引導(dǎo)學(xué)生冷靜處理突發(fā)狀況：“遇到問題不可怕，關(guān)鍵是如何解決。請快速檢查連接部位。”小組成員迅速更換橡皮筋，后續(xù)兩次發(fā)射分別達(dá)到5.8米和6.2米，命中邊緣區(qū)。
教師追問：“你們的設(shè)計有哪些優(yōu)勢？如果要提升射程，下一步打算怎么改？”促使學(xué)生深入思考設(shè)計迭代方向。
（三）第三組至第六組依次展示。
每組展示期間，教師穿插觀察與指導(dǎo)。例如，有小組采用雙臂聯(lián)動結(jié)構(gòu)試圖提高穩(wěn)定性，教師肯定其創(chuàng)新意識的同時，指出“結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，故障點越多”，建議簡化設(shè)計；另一組雖射程最遠(yuǎn)達(dá)7.5米，但三次落點分散，教師引導(dǎo)分析：“高射程背后可能存在控制不穩(wěn)定的問題，如何平衡力量與精度？”
全程鼓勵其他同學(xué)認(rèn)真觀摩，準(zhǔn)備提問環(huán)節(jié)。對于表現(xiàn)突出的細(xì)節(jié)，如某組自制刻度標(biāo)尺用于調(diào)節(jié)角度，教師當(dāng)場給予加分激勵，并拍照上傳至班級共享平臺。
| 1. 按順序上臺展示作品。
2. 完成三次發(fā)射操作并記錄數(shù)據(jù)。
3. 回答教師與同學(xué)的提問。
4. 根據(jù)反饋現(xiàn)場調(diào)整結(jié)構(gòu)。 | 通過真實情境下的項目展示，讓學(xué)生在實踐中深化對杠桿原理的理解；借助多輪發(fā)射測試，培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析與問題診斷能力；在公開場合表達(dá)設(shè)計思想，鍛煉語言組織與臨場應(yīng)變能力。 | 互動評議 | 一、集體評議，促進(jìn)反思 （一）組織互評環(huán)節(jié)，分享觀察發(fā)現(xiàn)。
所有小組展示完畢后，教師組織全班開展互動評議。提問：“哪一個作品給你留下了最深刻的印象？為什么？”鼓勵學(xué)生從多個維度發(fā)表看法，如“我覺得第三組的設(shè)計最有意思，因為它可以折疊，方便收納?！薄暗谖褰M雖然沒打中最中心，但他們每次都很接近，說明很穩(wěn)定?！?/span>
進(jìn)一步引導(dǎo)：“如果你是設(shè)計師，你會給哪個小組提一條改進(jìn)建議？”學(xué)生踴躍發(fā)言：“第一組可以把支點往前移一點，這樣力臂更長，應(yīng)該能拋得更遠(yuǎn)?！薄暗诙M可以用更結(jié)實的繩子代替橡皮筋，防止斷裂。”
教師適時歸納：“大家提的意見都非常有價值，這正是工程設(shè)計不斷優(yōu)化的過程?！?/span>
（二）教師總結(jié)點評，提煉核心經(jīng)驗。
教師結(jié)合評分表匯總各項得分，公布獲獎名單，并頒發(fā)自制榮譽證書。重點總結(jié)共性問題：
“多數(shù)小組都發(fā)現(xiàn)了配重與射程正相關(guān)，但忽略了重心偏移帶來的翻機風(fēng)險；有些作品追求美觀卻犧牲了強度；還有些在發(fā)射瞬間出現(xiàn)卡頓，說明運動部件潤滑不足。”
同時提煉成功經(jīng)驗：“優(yōu)秀的作品往往做到了三點：一是計算合理，比如按比例設(shè)定長短臂；二是選材得當(dāng)，輕質(zhì)堅固；三是預(yù)留調(diào)節(jié)空間，便于現(xiàn)場調(diào)試?！?/span>
最后強調(diào)：“科學(xué)不只是書本上的公式，更是手中能動起來的創(chuàng)造。每一次失敗，都是通往成功的臺階。” | | 通過同伴互評與教師引導(dǎo)，幫助學(xué)生跳出自我視角，客觀審視作品；在交流中吸收他人智慧，形成批判性思維；通過總結(jié)共性規(guī)律，將零散經(jīng)驗升華為可遷移的工程思維方法。 | 拓展延伸作業(yè) | 聯(lián)系生活，啟發(fā)新思 拓展應(yīng)用場景，激發(fā)持續(xù)探索。
教師展示幾張圖片：農(nóng)業(yè)無人機噴灑農(nóng)藥、起重機吊裝貨物、籃球投籃機器人。“同學(xué)們，這些現(xiàn)代設(shè)備中，有沒有投石機的影子？”引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中蘊含的相似原理——都是通過機械結(jié)構(gòu)放大人力或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程投放。
提出開放性問題：“如果我們把今天的投石機技術(shù)用在救災(zāi)物資投送、森林防火隔離帶上，該如何改進(jìn)設(shè)計？”鼓勵學(xué)生課后查閱資料，繪制新型投石裝置草圖。
預(yù)告后續(xù)課程，建立知識銜接。
“下學(xué)期我們將學(xué)習(xí)'能量轉(zhuǎn)化’專題，屆時大家可以重新審視今天的項目——配重下降時損失的重力勢能去哪兒了？空氣阻力如何影響軌跡？歡迎你們帶著這些問題繼續(xù)研究！”為未來學(xué)習(xí)埋下伏筆，保持探究熱情。 | | 打通課堂與生活的壁壘，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)原理的廣泛應(yīng)用價值；通過提出真實世界問題，激發(fā)深度思考與長期探究動機；實現(xiàn)跨學(xué)期知識銜接，構(gòu)建連貫的學(xué)習(xí)路徑。 | 課堂小結(jié) | 回顧歷程，升華情感 （一）梳理項目全過程，強化成長體驗。
教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧整個項目周期：“從查資料了解原理，到畫草圖建模型，再到備材料齊組裝，最后站在臺上完成實戰(zhàn)測試——這一路走來，你們不僅做出了會動的機器，更經(jīng)歷了完整的工程設(shè)計流程?！?/span>
強調(diào)：“在這個過程中，你們學(xué)會了合作、堅持、調(diào)試、反思。這些比分?jǐn)?shù)更重要的品質(zhì)，才是真正的'投石小能手’勛章。”
（二）表彰全體努力，傳遞正向價值。
“無論今天的成績?nèi)绾?，每一位參與的同學(xué)都值得掌聲。因為你們敢于動手、勇于挑戰(zhàn)?？茖W(xué)的大門，永遠(yuǎn)為行動者敞開?！币詼嘏捳Z結(jié)束課程，增強學(xué)生的成就感與歸屬感。 | | 通過系統(tǒng)回顧，幫助學(xué)生將碎片化經(jīng)驗整合為結(jié)構(gòu)化認(rèn)知；通過情感激勵，強化科學(xué)探究的內(nèi)在驅(qū)動力；營造尊重努力、包容失敗的課堂文化氛圍。 | 板書 設(shè)計 | 自制投石機展示會
——“投石小能手”誕生記
[核心原理]
杠桿原理：動力×動力臂 = 阻力×阻力臂
能量轉(zhuǎn)換：機械能相互轉(zhuǎn)化 [關(guān)鍵因素]
配重大小│ 支點位置 │ 臂長比例 │ 材料強度 │ 連接穩(wěn)固
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附件1 《自制投石機》展示課項目評價量表 姓名： 班級： 評價小組： | 素養(yǎng)維度 | 評價標(biāo)準(zhǔn) | 組內(nèi)評價 | 組間評價 | 教師評價 | 優(yōu)秀 | 良好 | 合格 | 物理知識應(yīng)用30 分 | 能準(zhǔn)確說明投石機涉及的物理原理（如杠桿、功、機械能及其轉(zhuǎn)化等） | 能完整、準(zhǔn)確說明 2 種及以上原理（10 分） | 說明 1 種原理且基本準(zhǔn)確（5 分） | 無法說明原理 （2分） | | | | 結(jié)構(gòu)設(shè)計符合物理原理，能解釋各部件（支架、發(fā)射臂、配重等）的作用 | 結(jié)構(gòu)設(shè)計完全符合原理，部件作用解釋清晰（10 分） | 設(shè)計基本符合原理，能解釋部分部件作用（5 分） | 設(shè)計不符合原理，幾乎無法解釋部件作用（2 分） | | | | 材料選擇與物理特性匹配（如承重部件選擇硬度高的材料） | 材料選擇完全匹配物理特性（10 分） | 材料選擇基本合理（5 分） | 材料選擇不合理（2 分） | | | | 動手實踐能力25 分 | 獨立完成投石機制作，無明顯組裝缺陷（如支架穩(wěn)固、部件連接牢固） | 作品無缺陷，組裝牢固（10 分） | 有輕微缺陷但不影響使用（5 分） | 缺陷明顯，無法正常使用（2 分） | | | | 制作過程中能解決突發(fā)問題（如部件松動、材料損壞等） | 能自主解決 2 個及以上問題（8 分） | 能解決 1 個問題（4 分） | 無法解決問題 （2 分） | | | | 制作流程規(guī)范，工具使用安全、正確 | 流程規(guī)范，工具使用安全正確（7 分） | 流程基本規(guī)范，工具使用無安全問題（3 分） | 流程混亂或存在安全隱患（2 分） | | | | 作品性能表現(xiàn)25 分 | 投石射程：在相同發(fā)力條件下，射程達(dá)到班級平均水平及以上 | 射程高于班級平均水平（10 分） | 達(dá)到平均水平 （5 分） | 低于平均水平 （2 分） | | | | 精準(zhǔn)度：能大致命中預(yù)設(shè)目標(biāo)區(qū)域（如 10 米外的指定圓圈） | 3 次發(fā)射 2 次及以上命中目標(biāo) （8 分） | 1 次命中（4 分） | 未命中（2 分） | | | | 穩(wěn)定性：連續(xù) 3 次發(fā)射，無明顯結(jié)構(gòu)變形或故障 | 3 次發(fā)射無故障 （7 分） | 1-2 次故障 （3 分） | 3 次均故障 （1 分） | | | | 創(chuàng)新與反思 20 分 | 設(shè)計有創(chuàng)新點（如可調(diào)節(jié)配重、折疊式支架、環(huán)保材料利用等） | 有 1 個及以上明確創(chuàng)新點（8 分） | 有創(chuàng)新想法但未實現(xiàn)（4 分） | 無創(chuàng)新（1 分） | | | | 能客觀分析作品優(yōu)缺點，提出改進(jìn)方向（如增加射程可優(yōu)化的部位） | 能全面分析優(yōu)缺點，改進(jìn)方向可行（6 分） | 能分析部分優(yōu)缺點（3 分） | 無法分析（1分） | | | | 展示時能清晰表達(dá)設(shè)計思路與制作感悟 | 表達(dá)清晰、邏輯連貫（6 分） | 表達(dá)基本清晰 （3 分） | 語言基本流暢，介紹不全面 （1分） | | | | 綜合評價 | | 優(yōu)秀□ 良好 □ 合格 □ | 備注：對照評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實際情況進(jìn)行打分。組內(nèi)評價占30%，組間評價占30%，教師評價40%。優(yōu)秀80~100分，良好60~80分，合格60以下。 |
在這里，聆聽一線草根教師的教育心聲！
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