《跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》教学设计
一、教材分析
1.本节地位
本实践课为人教版八年级物理下册第九章《压强》的拓展内容，属于跨学科实践板块。?
知识关联：结合液体压强、大气压强及气体压强与体积的关系，理解抽水机的工作原理。
学科融合：整合物理、工程技术（STEM）及劳动教育，培养综合实践能力。
课标要求：通过设计与制作活动，体验工程思维，解决实际问题。
2.实践价值
通过动手制作，深化对气压差、阀门控制等物理原理的理解。
培养工程思维（设计—制作—测试—改进）、团队协作及问题解决能力。
二、学情分析
1.知识基础
已学习液体压强、大气压强及气体压强与体积的关系，但对实际应用缺乏直观体验。
对简单机械（如活塞）有初步认知，但未接触过流体控制装置。
2.能力特点
动手能力参差不齐，部分学生对工具使用（如钻孔、密封）缺乏经验。
对工程实践兴趣浓厚，但设计思维和系统性解决问题的能力需引导。
3.学习难点
理解活塞运动与气压变化的关系。
制作中确保装置的气密性及阀门协调性。
三、教学目标
1.知识与技能
理解活塞式抽水机的工作原理（气压差驱动水流）。
能利用常见材料设计并制作简易抽水机模型，实现抽水功能。
2.过程与方法
经历“问题分析—设计—制作—测试—改进”的工程实践流程。
通过实验观察气压变化对水流的影响，学习科学探究方法。
3.情感态度与价值观
体会物理知识在解决实际问题中的价值，激发创新意识。
培养团队协作精神及面对失败、持续改进的科学态度。
四、教学重难点
重点：
抽水机的工作原理（活塞运动与气压差的关系）。
制作中的气密性设计与阀门控制。
难点：?
调试装置使进出水阀门协调工作。
用物理原理解释抽水过程中的现象。
五、教学准备
1.材料工具
材料：塑料瓶（2个）、橡胶软管、单向阀门（或自制橡皮膜阀门）、热熔胶枪、剪刀、吸管、密封胶带、水盆。
辅助工具：钻孔器、尺子、马克笔。
2.多媒体资源
活塞式抽水机工作原理动画、实物结构分解图。
制作方法示范视频。
六、教学过程
1.问题导入
情境创设：?
展示农田灌溉或家庭抽水的场景，提出问题：“如何从低处的水塘中抽水到高处？”
头脑风暴：?
学生讨论抽水方法，引出活塞式抽水机的简易模型制作任务。
2.原理学习与设计
（1）原理讲解
动画演示活塞式抽水机工作过程：
活塞上提：出水阀门关闭，进水阀门打开，水进入泵体。
活塞下压：进水阀门关闭，出水阀门打开，水被压出。
关键点：气压差驱动水流，单向阀门控制水流方向。
（2）分组设计
提供材料清单，小组讨论设计方案并绘制草图，明确：
活塞与泵体的连接方式。
进水阀与出水阀的位置及材料选择（如橡皮膜、吸管挡片）。
3.制作与调试
（1）制作步骤示范
教师示范关键操作：
①在塑料瓶底部钻孔，安装进水阀（用吸管和橡皮膜自制单向阀）。
②将注射器活塞作为泵体，与另一塑料瓶连接作为储水罐。
③用橡胶管连接各部分，确保接口密封（热熔胶固定）。
（2）分组实践
学生按设计图制作，教师巡回指导，提示：
气密性检查：活塞运动时观察是否漏气。
阀门测试：按压活塞时进水阀关闭、出水阀打开。
（3）功能测试与改进
将装置放入水盆，操作活塞抽水，记录问题：
若不出水：检查阀门方向、气密性或活塞阻力。
若水流断续：调整阀门灵敏度或管道倾斜角度。
4.成果展示与总结
小组汇报：
每组展示作品并演示抽水效果，解释改进过程（如如何解决漏水问题）。
原理总结：?
结合学生实验现象，归纳抽水机的物理原理：
活塞运动改变泵内气压，形成气压差驱动水流。
单向阀门确保水流方向固定。
跨学科延伸：?
联系农业灌溉、家庭水泵等实际应用，讨论工程设计需平衡成本、效率与可靠性。
5.作业与拓展
基础作业：撰写实践报告，包括设计图、制作步骤、问题与改进方法。
实践作业：优化抽水机模型，尝试提高抽水高度或流量。
拓展探究（选做）：研究离心式水泵与活塞式水泵的优缺点。
七、教学评价
1.过程性评价
设计图的合理性与创新性。
团队分工协作效率。
2.成果性评价
抽水机功能实现情况（抽水高度、连续性）。
实验报告的逻辑性与反思深度。
八、教学反思
成功点：?
学生通过动手实践深入理解气压差的应用，部分小组创新使用饮料瓶盖改进阀门。
跨学科设计激发工程兴趣，部分学生提出结合太阳能驱动活塞的设想。
改进点：?
提供更多阀门材料选项（如3D打印件），提升装置可靠性。
增加气压传感器测量泵内气压变化，增强数据支撑。
设计特色：
真问题驱动：从实际需求出发，体现“做中学”理念。
低成本创新：利用生活废弃物制作，渗透环保意识。
失败即学习：鼓励在调试中发现问题，培养坚韧品质。