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面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《机关王》 面向核心素养培 养的国家课程项目式学习 基本信息表 项目名称 机关王 授课教师 朱培华 学校名称 北师大南山附属学校 项目设计教师 初中物理组 主课程学科 物理 关联学科 信息技术、语文、美术、科创 授课年级 八年级 教材版本 人教版物理八年级下 教学单元或知 识点 第十一章：功和能 第十二章：简单机械 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《机关王》 课时安排 14课时 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《机关王》 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 驱 动 性 问 题 或 任 务 设计要求：由教师依据所教学科内容，选择一个（或多个）单元或知识点（与社会性议题、当 前热点问题、应用领域和身边所要解决的问题密切相关），设计情景化的、富有挑战性的、有意义 的、可行的、开放的、驱动性问题或任务。 “机关王”的概念源自于1942 年美国漫画家鲁布·戈德堡的漫画《Rube Goldberg ’ s Inventions 》这种有趣的设计方法，在此之后，成为外国大学机械系或是训练创意、思考的课 程，甚至成为美国全国性的比赛。近年来，随着对创新素养的需要和重视，我国也刮起了机关王 的旋风，兴起了各种机关王比赛，越来越多的机关王爱好者参与其中。 接下来的一段时间，我们通过一起对机关王设计方法的研究和学习，了解和机关王相关的 物理知识，并且在学期末，同学们根据自己的学习和想象制作出一个属于你自己的创意机关王， 实现小发明家的梦想。 项 目 式 学 习 目 标 设计要求：一般围绕学科知识、学科能力和核心素养三个方面制定学习目标。 学科知识： 1. 知道动能、势能和机械能，了解动能和势能的相互转化 2. 知道各种形式的能量之间都可以转化。 3. 知道机械功和功率，能说明机械功和功率的含义。 4. 了解简单机械，知道我们生活中有哪些简单机械的应用。 5. 知道杠杆的平衡条件，滑轮组的应用。 6. 能设计制作出一个至少包含三种能量转化和两种简单机械的机关王去实现一个简单任务。 7. 了解机械品质的优良由它的效率来衡量 学科素养： 1. 讨论机关王模型制作方案（实验设计能力和沟通表达能力）； 2. 小组尽量利用进行机关王模型制作（动手能力和协作能力） 3. 记录一份活动手册，详细记录小组分工，模型制作过程遇到的问题（书面表达能力）； 4. 做一个 PPT交流展示设计原理、制作过程、制作成本和反思总结。（信息技术和表达能力） 核心素养： 1.制作一个 PPT(信息素养) 2.能够与小组同学协作完成模型制作，赢得比赛。（沟通与合作） 3. 编写一个故事贯穿整个机关王设计的闯关情境。（语言素养，艺术素养） 4.尽量使用环保材料，废物利用，节省成本。（环境素养，财商素养） 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《起 重机中的物理》 项 目 式 学 习 活 动 及 评 价 设 计 设计要求：请根据驱动性问题或任务，设计若干个学习活动，描述不同的学习活动内容，确定学习活动目标（请保持活动目标和项目学习总 目标的对应关系），阐述学生活动及教师提供的学习支架，以及每一个学习活动需要的工具和资源以及形成的活动作品，设计每个学习活动的 评价方式并计划课时。 活动序列 学生活动 教师活动/学习支架 工具及资源 活动作品 第一课时： 初识“机关 王” 1、小组分工。 2、初步探索，了解“机关 王”项目，讨论并填写 学习任务单——物理与 “机关王”。 3、了解驱动性任务：小组 自行设计并制作一个 “机关王” 1、介绍“机关王”项目的背景和发 展，了解机关王是有趣且有用的。 2、展示优秀“机关王”作品，引发 学生的学习兴趣。 3、引导学生寻找各实例中学过的的 物理学原理，发现实例中所用的 生活中的材料，感受物理知识在 “机关王”中的广泛应用，体会 个人设计创作中的奇思妙想。 4、布置期末开放性作业：自行设计 并制作机关王。激发学生的学习动 机。 1、优秀“机关王”作品视 频 2、学习任务单：物理与 “机关王” 填写学习任务单——物 理与“机关王”， 将学 习心得记录在活动手册 中。 第二课时： “机关王”的 驱动原理 1：能 与能量的相互 转化 1、列举自然界中的多种能 量形式 2、用实例说明各种能量形 式间的相互转化 3、分析“机关王”中的能 量转化 4、小组合作完成风车转动 的驱动设计 1、教师引导学生寻找“机关王”中物 体运动的原因： （1） 自然界中存在多种能量形式 （2） 各种能量形式可以相互转化 （3） 消耗能量、利用能量或者获 得能量的过程就是能量转化 和转移的过程。 2、指导学生设计一个让风车转动的驱 动方法，看哪组最有创意 1、生活中存在能量转化的 示例图片 2、两个经典机关王视频 完成风车转动的驱动设 计，将学习心得记录在 活动手册中。 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《起 重机中的物理》 第三课时： “机关王”中 的驱动原理 2： 功——能量转 化的量度 1、能说出功的含义，判断 力是否对物体做功。 2、学习功的大小的计算表 达式，并对具体机关王 实例进行简单的功和能 的计算。 1、讲解功的概念。知道力学中做功的 含义，了解做功包含的两个必要 因素。 2、引导学生从生活实例中得出能量 转化是通过做功来实现的。知道力 对物体做了多少功，就有多少能 量发生了转化。 3、明确计算功的大小的表达式，并 能进行简单计算。 演示文稿和视频 将学习心得记录在活动 手册中。 第四课时： “机关王”中 的驱动原理2： 功率 1、理解功率的概念意义和 公式。 2、利用公式进行简单计算 3、小组讨论如何测量某关 卡中物体上升时的功率 4、结合某一机关王中的关卡，讲解 功率的概念和物理意义。 5、带学生总结出功率的公示和单位。 并进行简单计算 6、引导利用功率的概念设计测量机 关王某关卡的功率大小 演示文稿和视频 将学习心得记录在活动 手册中。 第五课时： “机关王”中 常见的能量形 式：动能和势 能 1、了解动能和势能的概念 2、探究动能和势能的大小 与哪些因素有关 1、讲解动能势能的概念，并解释机 关王和生活中的相关现象。 2、引导学生探究动能和势能的大小 跟哪些因素有关 斜面、小球、木块、小桌、沙 子、水槽、砝码 将学习心得记录在活动 手册中。 第六课时： “过山车”关 卡制作：机械 能及其转化 1、知道机械能的概念 2、了解动能和势能间可以 相互转化。 3、小组讨论设计制作过山 车模型 4、讲解动能和势能统称为机械能 5、通过过山车的实例了解董事能之 间可以相互转化 6、分析生活中的现象了解动能、重力 势能、弹性势能之间都可以相互转 化 7、引导学生自己制作过山车关卡 单摆、滚摆，过山车视频 制作过山车模型，将学 习心得记录在活动手册 中。 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《起 重机中的物理》 第七课时： 中期展示和指 导：基本关卡 设计与制作 1、小组讨论本期作品的基 本架构，给出设计图和 思路 2、讨论分享材料和制作问 题 3、给出明确的期末“机关王”制作 要求和评分标准 4、指导各小组完成基本能量转化关 卡的设计 5、引导学生讨论分享在制作模型过 程中的材料选择和常出现的问题 机关王设计工作单 机关王设计工作单 第八课时： “机关王”中 的机械原理1： 杠杆 1、学生了解，认识杠杆， 知道它的工作原理以及 它们在我们生活中的应 用和作用。 2、探究出三种不同种类的 杠杆，能够对他们进行 简单的分类。 3、小组讨论并完成学案中 的机关王杠杆关卡的分 析判断。 1、举例生活中常见到的杠杆，总结 它们的共同特征得出杠杆的概念。 2、介绍杠杆的五要素。 3、带学生探究出杠杆的平衡条件。 4、对不同的杠杆进行分类。 5、在一组机关王中找出哪些关卡利 用了杠杆，分析它们的作用并说 出它们分别是哪一类杠杆。 一些生活中经常接触到的 杠杆：钳子，筷子，剪刀 等 通过学习，让学生找出 给出机关王中的杠杆， 并做出分类，将学习心 得记录在活动手册中。 第九课时： “机关王”中 的机械原理2： 滑轮和滑轮组 1、认识滑轮和滑轮组，知 道它的工作原理以及它 们在我们生活中的应用 和作用。 2、探究出滑轮的种类以及 不同的绕线方法。 3、小组讨论比较滑轮和杠 杆的作用 1、讲解关于滑轮部分的知识进行， 介绍定滑轮，动滑轮两种滑轮。 2、引导学生比较滑轮和杠杆在机关 王关卡中的作用，分析它们的异 同，从而了解滑轮是一种变形的 杠杆。 3、讲解滑轮组相关问题，引导学生 探究滑轮组不同绕线方法的区别 定滑轮，动滑轮，滑轮组 通过学习，让学生对滑 轮的知识点进行总结， 将学习心得记录在活动 手册中。 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《起 重机中的物理》 第十课时： “机关王”中 的机械原理 3： 斜面和轮轴 1、认识斜面和滑轮，了解 它们的作用和原理。 2、小组讨论，如何利用简 单机械设计关卡 1、根据生活中斜面的实例，分析斜面 的作用 2、介绍轮轴，寻找生活中的轮轴，并 分析轮轴的工作原理 3、引导学生利用所学习的简单机械知 识设计关卡 斜面、弹簧测力计 让学生对滑轮的知识点 进行总结，将学习心得 记录在活动手册中。填写 利用简单机械关卡设计 单 第十一课时： 制作节能的 “机关王”： 机械效率 1、学生通过自己学习了解 不同间的机械的机械效率。 2、了解机械效率与哪些因 素有关 3、讨论机关王制作中的提 高机械效率的方法 1、让学生探究机械效率与哪些因素 有关 2、让学生了解节能的本质就是少做 额外功，提高机械效率。 3、引导学生讨论在机关王制作的过 程中提高机械效率的方法 定滑轮，动滑轮，滑轮组、 铁架台、测力计、细绳 通过学习，让学生对机 械效率知识点进行总结 将学习心得记录在活动 手册中。 第十二课时： “机关王”设 计与制作方法 指导 1、小组画设计图 2、小组展示并提出修正意 见 1、给出设计的任务、让学生明确设计 要求、展示要求 2、给出评价标准 机关王设计任务单 通过对“机关王”模型 的设计，让学生完成对 前面所学知识的整合 第十三课时： “机关王”展 示与分享 1、汇报展示本组的作品 2、记录其他小组作品的亮 点，并进行点评或提问 3、进行组内评价 1、从教师的角度对每组孩子的成果 进行专业性指导与分析 2、根据活动的完成程度以及每个孩 子的参与度，对每小组，每位同 学给出相应的评价。 学生作品和演示文稿 让学生根据自己的制作 方案制作出模型，分组 拿模型进行比赛 结题的课件以及活动记 录册的完成。 第十四课时： 拓展延伸 1、对所掌握的知识进行总 结 2、并根据老师的补充进行 拓展和延伸 3、完成评价性检测题目和 问卷。 1、对简单机械的知识点进行总结， 拓展延伸。 2、给予学生评价性检测和问卷。 评价性检测题目和问卷 评价性检测题目和问卷 “机关王”制作要求： 面向核心素养培养的国家课程项目式学习设计 设计案例：《起 重机中的物理》 1、模型底座大小不超过 80cm*60cm，能稳定放置在桌面上展示。 2、每个设计需要编写一个故事背景，根据故事对模型做一定程度的美化 3、设计至少包含三种能量转化和两种简单机械，用机关王完成最终亮出故事主题的任务 4、制作材料尽量废物利用，体现环保节能的意识。禁止用易燃易爆有毒有气味的材料。尽量节约成本。 5、除模型外，每组还需提供一个演示文稿，其上有设计图以及设计原理、制作过程的图片和文字记录。 6、、组队：每队不能超过 5人 评分标准： 评分项目 评分标准 得分 科学原理 35分 能量转化，每种形式 5分，最高 20分 两种简单机械，每种 5分，共计15分 绿色环保 20分 1.太阳能、水力、风力等绿色能源的使用10分 2.废物利用，环保材料的使用，经济实用10分 创意性10分 1. 独创性：某关卡是他人没有的设计。5分 2. 艺术性：关卡设计的美观性、艺术元素的融合，如美术、音乐等。5分 顺畅度5分 模型测评顺畅 5分 作品文件完整性 20分 1.关卡流程图各关卡运行路线设计图5 分 2.原理说明10 分。 3.制作过程影像记录5分 沟通协作 5分 小组内分工合理，协作意识强 5分 语言表达5分 汇报时表达清晰完整