第九章 浮力 跨学科实践课：“船”承四海：从“郑和宝船”探索船舶设计奥秘 教学设计 （表格式）沪科版（2024）八年级全一册

跨学科实践课：“船”承四海：从“郑和宝船”探索船舶设计奥秘 课时 1 课时 学习目标：1物理观念.通过模型制作，了解浮力在船舶设计中的应用，加深对阿基米德原理的理解，知道中国古代船舶技术中材料的发展历程。2科学探究.利用模拟实验，体验水密隔舱减少浮力损失，感受中国古代科技的智慧，增强文化自信。3科学态度与责任.通过实验，能够运用浮力、重心的知识分析船舶的设计特点，对比古今船舶技术，理解现代工程对传统智慧的继承与创新（如碳纤维与桐油、压载水舱与压载石）。 评价任务：1. 能运用阿基米德原理解释船舶做成空心的原理，从密度角度理解为何选择木料作为船体的原因。2. 能从社会背景、材料来源等多角度说明古代多用木材造船的原因。3. 能运用数学方法解释水密隔舱设计有效抗沉的原理。4. 能从二力平衡、重心与稳定程度的角度解释压舱石和压载水的作用，并正确放置舱内物品。 学习重难点：1.通过模型制作，了解浮力在船舶设计中的应用，加深对阿基米德原理的理解，知道中国古代船舶技术中材料的发展历程。2.利用模拟实验，体验水密隔舱减少浮力损失，感受中国古代科技的智慧，增强文化自信。 学习过程 问题（任务）、学习活动、嵌入评价（评价量规）：问题：从“郑和宝船 ”探索船舶设计奥秘视频导入：播放郑和下西洋的视频，了解其对世界航海史的意义。 教师：600 多年前，郑和船队七次下西洋，最远抵达非洲东海岸。宝船载重千吨却能破浪前行，它的设计藏着哪些超越时代的“黑科技 ”？今天我们将穿越古今，解码船舶的三大“绝技 ”。任务一：浮力材料 ——— 从“刳木为舟 ”到复合板材活动 1 ：学生模型展示与原理分析学生展示自制小船（材料：塑料瓶、铝罐、防水纸）并在静水中试行，说明其设计船的材料与驱动力。总结设计共性：说明 “ 空心结构” 与 “低密度材料” 的应用。教师总结：空心结构 →增大 V 排 →提升浮力；平均密度＜水的密度 →漂浮。活动 2 ：宝船材料的跨学科分析提出问题：明代郑和的宝船采用什么材料制成？以下是郑和宝船各部分结构的木材密度表，请根据表中木材的密度和硬度说明，判断那种木材适合做船壳和船底？选择这种木材的优点是什么？ 木材种类 密度（g/cm3） 硬度特征 主要应用部位 特征与历史依据 杉木 0.35-0.5 1 级（软） 船壳主体 质轻耐水，易加工→ “水上轻骑兵” 松木 0.45-0.55 2 级 船肋、横梁、辅助桅杆 刚性抗弯，耐压性佳 樟木 0.50-0.60 3 级 货舱、隔舱 芳香驱虫，榫卯遇水膨胀自锁 → 贵 族船舱“ 天然守护者” 柚木 0.6-0.7 4 级 甲板、上层建筑船底外壳、舵叶、关键耐蚀件 天然耐腐，抗海虫侵 蚀 → 破 浪 “ 先锋” 铁力木 0.9-1.10 5 级（极硬） 船底、龙骨、舵叶 硬如铸铁，抗 30m水深压强（300KPa） → 抗暗礁“船底铠甲 ”（郑和宝船专用） 物理视角：对比木材密度表（见表），引导学生分析材料特性与船体部位的匹配逻辑：历史视角：展示明代史料，说明宝船选用杉木（船壳）、铁力木（龙骨）等木材的原因。技术延伸：播放 “桐油防水工艺” 视频，关联化学防腐原理（油脂封闭木材纤维，防止渗水）。活动 3 ：古代船舶发展史及材料选择1. 新石器时代：祖先广泛使用独木舟和筏，筏是水上运载工具的雏形，由百越人发明。 舟 筏2. 秦汉时期：造船业发展出现第一个高峰。秦始皇时曾组织能运输 50 万石粮食的大船队，其攻打楚国时的舰队使用了楼船等多种战船。汉朝水师强大，中央政府能出动 2000 多艘楼船、20 万水军。楼船是汉朝重要船型，其建造和发展标志着造船技术高超。 汉代木板船船身及结构 古木帆船模型3. 唐宋时期：进入古代造船的成熟时期，达到第二个高峰。这一时期船体不断增大且结构更合理，唐朝内河船长 20 余丈、载人六七百者屡见不鲜，宋 ... ...