李建科

學(xué)生使用一張A4紙制作紙船進(jìn)行承重。通過讓學(xué)生多次設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，來發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)。學(xué)生會逐漸發(fā)現(xiàn)船只的承重能力除了與放置的重物的位置有關(guān)外，和船只的體積也有關(guān)，從而引入浮力計(jì)算方法。與單純地講解理論、原理相比，通過實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生有直觀認(rèn)識，進(jìn)一步拓展學(xué)生實(shí)踐動手設(shè)計(jì)能力，計(jì)算能力，有助于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、鞏固物理知識。

紙船承重是一項(xiàng)傳統(tǒng)的青少年航海模型實(shí)踐活動，東莞市自從2011年開始，由我單位牽頭開展，形成了全市的品牌活動項(xiàng)目。學(xué)生用A4紙折疊成一艘模型船，將其放在水面加載一元硬幣，以模型船沉沒前承載的硬幣數(shù)量定成績。2011年，我們首次組織的全市比賽，就有196名選手參加了這個項(xiàng)目的角逐?；顒又校袑W(xué)生折疊出的模型船最高載重達(dá)到168枚硬幣，排名第一。

l通過紙船承重的實(shí)踐活動，讓學(xué)生鍛煉工程設(shè)計(jì)能力，深入理解數(shù)理知識——阿基米德原理。

2培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

3培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律的科學(xué)精神。

4培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、熱愛生活的精神。

基礎(chǔ)課程：3課時。

學(xué)生以小組為單位，通過多次實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，尋找如何使用有限的材料制作承重盡量大的小船。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與小船的載重能力有關(guān)的因素。通過拓展活動，學(xué)生可以對紙船的形狀進(jìn)行初步的定量設(shè)計(jì)并制作小船驗(yàn)證阿基米德原理。

70克A4紙、水容器、若干個一元錢硬幣、硬紙殼、剪刀、回形針、膠水。

（一）任務(wù)

教師將學(xué)生分為幾個小組，并出示本節(jié)課的任務(wù)。使用70克A4紙，在不裁剪的情況下制作小船，承載盡可能多的一元錢硬幣。

（二）執(zhí)行任務(wù)

1初次實(shí)驗(yàn)

首先發(fā)給各小組一張70克A4紙，要求各小組自由設(shè)計(jì)、制作一只小船，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在各小組制作小船時，教師進(jìn)行巡視，針對各小組的具體情況，引導(dǎo)各小組修改和完善設(shè)計(jì)。

提問：

（l）同學(xué)們打算制作什么形狀的小船？

（2）怎么才能保證船在水里不左右傾斜？

（3）什么形狀的船浮力更大？為什么？

第一次制作完成后，各組按照完成制作的順序進(jìn)行承重測試，并記錄能夠承受的硬幣數(shù)量

2.尋找紙船形狀和載重量的關(guān)系

（l）分享。請載重量較大的兩組進(jìn)行分享，小結(jié)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，并給載重量靠后的小組提修改建議。

（2）記錄。讓每個小組使用一個量杯，給紙船裝滿水，測量所盛水的體積（去掉因側(cè)翻或塌陷造成載重量偏低的數(shù)據(jù)），并記錄。

請各組討論，從這一系列數(shù)據(jù)中能得到什么結(jié)論？有的學(xué)生會指出，紙船的容積大小跟紙船的載重量存在一定的關(guān)系，容積越大，載重量就越大。

3.重新考慮設(shè)計(jì)方案

通過上面的實(shí)驗(yàn)學(xué)生得到了初步的結(jié)論：如果想增大小船的載重量，最好的辦法是增大小船的體積。

問題思考：

如何增大小船的體積？

發(fā)給每個小組一張邊長為30厘米的白紙，請各小組按照圖示的形狀折疊紙船，然后展開測量各條折線之間的長度關(guān)系（見圖）。

提問：

（l）船底的長和寬怎么計(jì)算？

（2）船舷的高度怎么計(jì)算？

（3）這些數(shù)據(jù)和紙的邊長有什么關(guān)系？

（4）使用一張A4白紙，在不裁剪的情況下制作小船，如何計(jì)算小船的體積？

部分小組會很快提出，可以通過計(jì)算小船的長、寬、高的乘積得出紙船的體積，在紙船船舷高度一致的情況下，紙船的體積就是紙船的容積。

根據(jù)學(xué)生年級層次，學(xué)習(xí)或者復(fù)習(xí)浮力的有關(guān)知識。阿基米德原理指出，船受到的浮力等于船排開水的重力，船的體積越大，船受到的浮力就越大。各小組基于以上知識，思考、重新設(shè)計(jì)紙船只的制作方法。

4.完善設(shè)計(jì)并制作

進(jìn)階任務(wù)：以小組為單位，在限定一張A4紙張的情況下，設(shè)計(jì)容積最大的紙船方案。為了更直觀表達(dá)，對比更直接，使用列表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

從列表中選取一個較大的體積進(jìn)行制作。教師可以輔助學(xué)生，船舷高度作為橫軸，船的體積作為縱軸，制作簡單的坐標(biāo)軸便于學(xué)生直觀認(rèn)識。

各小組設(shè)計(jì)、制作完成，并經(jīng)教師檢查后，進(jìn)行載重實(shí)驗(yàn)，并將最終成績記錄下來。

5.測量、計(jì)算和總結(jié)

各組測量制作的紙船尺寸，計(jì)算紙船的體積、所受的最大浮力，計(jì)算載重的硬幣重量等，填入下表。

可以很直觀地看到船只所受最大浮力和最大載重量之間的關(guān)系。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為精確時，硬幣的重量應(yīng)該接近船只所受的浮力，以此可以驗(yàn)證阿基米德原理。

總結(jié)：各小組向全班級匯報(bào)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，具體包括紙船的設(shè)計(jì)思路、小船載重能力評估、小組分工和合作等。其他小組可以提問。

問題思考：

（l）為什么相同形狀的紙船載重量會不同？

（2）硬幣在船上怎么放置比較合理？

（3）為何現(xiàn)實(shí)中船很難達(dá)到理論上的載重量？

l本次活動涉及用水的問題，事先需要準(zhǔn)備好盛水容器以及學(xué)生可能出現(xiàn)的灑水問題，可以制定規(guī)則、任命組長等方式約束學(xué)生的行為，保持地板干凈，保證安全。

2綜合實(shí)踐活動課程的最終目的也是育人，以后要在活動中進(jìn)一步體現(xiàn)育人環(huán)節(jié)，如從制作紙船，延申到船只種類的學(xué)習(xí)，再到我國艦艇現(xiàn)狀學(xué)習(xí)，最后到軍艦及國防教育。