12.4跨学科实践：自行车教学设计
课题
12.4跨学科实践：自行车
单元
第十二章机械能
学科
物理
年级
8
教材内容分析
本节课程是一门跨学科的实践课程，旨在通过深入探讨自行车的结构组成及其工作原理，将物理学科中的简单机械理论、力学原理以及材料学知识有机地结合起来。通过这样的教学方式，我们不仅能够培养学生细致的观察力和动手实践能力，还能够锻炼他们将不同学科知识进行整合的能力。此外，本课程还特别强调将物理知识与日常生活紧密结合的理念，帮助学生理解物理学科在现实世界中的应用价值，从而激发他们对科学探索的热情和兴趣。
2022新课标要求
经历跨学科实践活动，综合运用多学科知识解决实际问题，体会科学、技术、社会的联系。
教学中以自行车为载体，引导学生从物理视角分析车把的轮轴原理、刹车的杠杆应用及轮胎摩擦力等知识，同时结合材料学认知车架铝合金的轻量化与轮胎橡胶的弹性，渗透工程学中车架三角形结构的稳定性设计。通过拆装刹车系统、调试轮组等实践任务，学生需整合多学科知识解决制动灵敏度调整、辐条受力分析等实际问题，在“观察结构—分析原理—实践调试”的过程中，理解科学原理如何转化为技术应用，并通过对比不同车型设计（如山地车与公路车），体会技术发展与社会需求、使用场景的关联，强化科学知识在现实中的应用价值，培养跨学科思维与社会责任感。
学习
目标与核心素养
物理观念：
1.识别自行车中的杠杆、轮轴、斜面等简单机械；
2.理解轮胎花纹、车架设计等中的力学原理。
科学思维：
通过结构分析，建立“功能—结构—原理”的物理模型。
科学探究：
经历自行车拆装与调试过程，提升动手能力与问题解决能力。
科学态度与责任：
感受跨学科知识的应用价值，激发创新与实践兴趣。
学情分析
学生们虽然对自行车的结构有一定程度的了解，但是他们对于自行车背后的物理原理缺乏深入和系统的认识。为了帮助他们更好地理解这些原理，我们需要设计一系列的实践操作活动和问题引导环节。通过这些活动，学生们可以将他们在日常生活中积累的经验转化为科学知识。这样的过程不仅能够加深他们对自行车结构和物理原理的理解，还能够培养他们的跨学科思维能力，使他们能够将不同领域的知识融会贯通。
重点
1.自行车关键部件的简单机械识别与原理分析；
2.拆装实践中理解结构与功能的关系。
难点
跨学科知识的综合应用（如力学、材料学、人体工程学的结合）。
材料准备
多媒体课件、自行车实物（或拆解模型）、工具套装（螺丝刀、扳手等）、记录表格
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
展示不同类型自行车图片（山地车、公路车、折叠车），提问：
“为什么自行车能成为最普及的人力机械？它蕴含了哪些科学原理？”
观察图片，结合生活经验列举自行车的功能特点（如省力、便捷、灵活）。
从生活场景切入，激发学生对自行车结构与原理的探究兴趣，明确跨学科实践的主题。
讲授新课
一、自行车结构系统认知
1.展示自行车实物，用不同颜色标签标注五大功能系统：
支撑系统（车架）、轮组系统（车轮、车轴、辐条）、传动系统（脚踏、链条、齿轮）、操控系统（车把、刹车把手）、舒适系统（车座、避震前叉）
2.引导观察车架三角形结构，提问：“为何车架管材多为空心铝合金？”（对比实心钢材，讲解轻量化与强度的平衡原理）
3.分发轮胎样品，组织触摸观察：
外胎凹凸花纹的深度、内胎橡胶的弹性特点
二、物理原理与机械应用分析
1.简单机械原理讲解
车把与轮轴：演示车把转动如何带动前叉转向，类比方向盘原理，说明轮轴省力机制（半径差放大操控力）
刹车系统与杠杆：操作手刹，分解“握把施力→刹车线传动→刹车片挤压轮圈”的杠杆路径，强调支点位置对力臂的影响
齿轮传动与斜面：转动脚踏，观察大小齿轮转速差异，讲解齿轮齿形的斜面原理（通过啮合传递力矩）
2.力学现象深度解析-提问互动：“骑行时，后轮摩擦力方向为何向前？”（结合牛顿第三定律，分析车轮与地面的相互作用）“车座弹簧如何减少颠簸感？”（用弹性势能转化解释减震原理）
三、实践拆解与原理验证
1.分组实践任务
A组：刹车系统拆解与调试工具：螺丝刀、扳手步骤：①松开刹车夹器固定螺丝②观察刹车片磨损程度③调节刹车线张力螺母④测试制动距离变化
B组：轮组结构分析任务：测量辐条张力，比较不同位置辐条的受力差异，探讨圆形车轮减少滚动摩擦的原理
2.引导性提问-“如何通过调整刹车线提升制动灵敏度？”-“山地车宽胎与公路车细胎的设计依据是什么？”（摩擦力与地形适应性）
跟随标注指认各系统位置，记录关键部件名称
对比金