课外读物课时教学实录

“物理与国宝欹器”教学设计

河北辛集中学

李春亚

一、内容分析

本节课利用物理知识分析欹器的工作原理，探寻为何其出现“虚则欹,中则正,满则覆”的状态，在分析过程中涉及到人教版必修一第三章第一节《重力

基本相互作用》中重心知识点，也锻炼了学生在新情境中，运用重心知识点，结合物体平衡知识并进行应用的能力。本节课的新意在于，将欹器作为演示仪器，既可向学生演示其中包含的现代科学原理，又可向学生进行物理学史的教育，展示中华民族的古代文明，还同时寓儒家思想于其中。展示了物理与国学知识的结合之美。

二、学情分析：

在学习本节内容之前，学生已经掌握了重心概念以及影响重心位置的因素。并具备一定的物体平衡与非平衡的知识判断，但是其中涉及的物体稳定平衡与非稳定平衡的知识，教师需要结合实例进行引导，教授判断方法。

三、教学目标：

（一）知识和能力

1.掌握了重心概念以及影响重心位置的因素

2.具备一定的物体平衡与非平衡的知识判断

3.物体稳定平衡与非稳定平衡的判断

（二）过程与方法

教师通过演示实验，指导学生观察现象，分析原因。

通过观看视频，指导学生总结欹器中蕴含的哲理，并进行表述。

分组制作欹器。既锻炼了学生的动手能力和知识的应用能力，还“旧物利用”，体现了节约能源又环保的导向。

（三）情感、态度、价值观

1．通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养学生之间的团队合作精神。

2．让学生在分析、探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学生学习物理的情感。

3.把欹器引入物理教学，使德育教育与智育教育达到完美结合。

四、教学重点：欹器工作的力学原理以及其中蕴含的人生哲理。

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五、教学难点：欹器工作的力学原理

六、教学方法：演示法、实验分析法、归纳法

七、教学用具：

多媒体课件、多媒体电脑、投影仪、自制欹器，量水杯

八、教学过程：

（引入新课）（教师图片展示上海世博会欹器）。我们这节课的主题是“物理与国宝欹器”，再问：有没有同学知道大思想家孔子与欹器的小故事？

学生回答之后，（播放《孔子观欹的故事》）

（教师）到底欹器会不会出现以上所说的状态呢？就让我们实验来一探究竟！

（教师演示实验）我把废旧饮料瓶截去了底面，在瓶身上用一根直铁丝穿过。接下来，将铁丝作为转轴，放置于铁架台上等高的两个支架上。然后，我缓缓向瓶中注入水。请大家仔细观察随水量的增加，瓶子的状态会发生什么变化。

演示后，教师找一名学生，说明刚刚看到的现象。

（学生）观察到一开始空瓶时，瓶子是倾斜的，注入少量的水，瓶身直立了起来，接着注水，瓶子反倒又开始倾斜，最后，水全部倒出。

（分析原理）（教师）根据研究人员的研究，欹器可能的形式有三种：1.悬浮于水中的悬浮式2.放在桌面上的触地式3.悬挂式，我们刚刚演示的就是“悬挂式”。那为什么，欹器会呈现“虚则欹,中则正,满则覆”的状态呢？可能与什么因素有关系呢？

教师找学生来发表自己的看法。

学生：可能是与重心位置有关。

（教师）为什么会和重心位置有关？

学生：因为注水量的变化。

教师投影：重心位置和什么因素有关？

学生回答：重心的位置既跟物体的形状有关，还跟物体内质量的分布有关。

投影练习题：练习：如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一小孔，当水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会(

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A．一直下降 B．一直上升 C．先升高后降低 D．先降低后升高

让学生分析过程中重心高度的变化，并且总结所用方法：极限分析法

（教师）下面我们重新看一下实验的过程。（播放录像）

我截取了其中三个重要时刻：

请同学们分析瓶身与竖直方向倾角为何会出现先变小后变大. （教师）用工具扳手来做例子，说明稳定平衡与非稳定平衡的判断。

重心位置在转轴下方的平衡为稳定平衡

重心位置在转轴上方的平衡为非稳定平衡

稳定平衡

非稳定平衡

接下来展示问题：

问题1：空瓶时，重心大致在哪？

问题2：转轴在重心稍微偏哪方？

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问题3：加入少量的水，重心比空瓶时变高还是变低了？

问题4：加入较多的水，直至倾倒前，重心高度又如何变化？

接下来让学生分组讨论。之后找学生回答。

教师补充总结：空瓶时，由于瓶身和瓶盖轴对称又是材质分别均匀，所以重心大致在中轴线下方某点；观察到空瓶时，瓶身发生了顺时针倾斜，所以转轴大致在重心左方；加入少量的水，瓶身慢慢接近直立稳定，说明此时随着整体质量分布变化，重心接近到转轴的正下方，处于了稳定平衡；而水量较多后，瓶身又发生了较大角度的顺时针倾斜，说明重心随后到了转轴的上方，处于了不稳定平衡，直至最后全部水洒出。

接下来，让我们利用废旧的饮料瓶，亲自动手，制作欹器。

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（学生实验）

由学生分组设计实验方案，利用废旧饮料瓶或一次性纸杯做杯体，利用笔杆或废旧笔芯做转轴，支架采用书架等等学习用具，

学生实验：自制欹器

实验目的

实验原理

实验器材

实验步骤

分组制作欹器。注意：1、怎样寻找重心？

2、转轴大致在哪？

（教师）大家自己制作欹器，体会了古代劳动人民的艰辛，还锻炼了学生的动手能力和知识的应用能力，还“旧物利用”体现节约能源又环保的方面。展示优秀组的作品并分享经验。

（教师）欹器中蕴含的人生哲理。播放孔子“满招损，谦受益”的感慨视频

欹器也是最早的座右铭。 再就是光绪帝父亲说过的一段由欹器而发出的人生感悟：人生如此器，未发达时苦苦支撑，艰难度日，有了成就，日子好过了，就要知足，事情不要做得太满，满了就要颠覆。

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翻斗

欹器的应用：雨量计，并展示翻斗式雨量计核心部位的工作原理。

类似于欹器。每一次翻斗倾倒，都使开关接通电路，向记录器输送一个脉冲信号，记录器记录下来，如此往复即可将降雨过程测量下来。这样就将时间和雨量信息准确对应了起来。

稳定性的应用：轮船、飞机航行过程中，往往处于变化多端的环境中，怎样在变化多端的环境中保持这些庞然大物的稳定性，也是必须要考虑到的问题。虽然这是很复杂的力学问题，但是，通过这节课的知识，我们知道了要想使他们尽量处于稳定平衡，重心位置就要低一些，所以，飞机和轮船上的重型仪器，一般在下方。货物一般会置于机身下方。

最后，让学生总结本节课所学知识，并且结合自己是学生的实际情况，用语言来表达对自己的触动。

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（教师）总结：从本节课的学习中，我们利用物理知识分析了国宝欹器的原理外，还亲手制作了欹器，继而又拓展到雨量计、飞机、轮船等问题，这样，就体现了物理来源于生活，又服务于生活的特点！可以说，拥有一欹，受益终身! 教学反思

一、课题选择的说明：学生进入高中物理的学习后，往往会感觉题目繁多，难度较大，所以误以为物理仅仅是繁琐的理论分析和复杂的数学运算，体会不到物理学科的魅力，学习物理的动力欠佳近日。有媒体报道，在实行新高考改革的上海，2017年选择物理科目的考生仅占总数的30％；浙江的近30万考生中，选考物理的也只有8万人。物理学科被考生“嫌弃”，这表明，到了高中阶段，作为自然科学的基础学科和带头学科的物理却遭遇冷待遇，这让很多物理学界人士“心塞”。笔者认为：物理教育的缺失也会带来许多恶果，对国家来说，物理人才出现断层将导致工业发展后继乏力；而在个体层面，没有物理知识做基础，进入大学阶段进一步研究将遇到阻力。虽然物理学与传统文化有着显而易见的区别，又有着千丝万缕的联系，两者都对自然现象和人类生活实践选行思考和分析，也会对社会的进步和发展产生积极作用。作为人类文明的重要组成部分，中华传统文化源远流长、博大精深。古人不仅在文学创作上华章迭出、精彩纷呈，对自然现象的记录与认识也是卷帙浩繁、哲思泉涌。所以，笔者在高一物理课堂教学中探索进行了《物理与国宝欹器》课外知识的教学，现通过展示教学流程，体现如何将物理与传统文化融合。

二、收获:通过本节课的教学探索，利用物理知识分析欹器的工作原理，探寻为何其出现“虚则欹,中则正,满则覆”的状态，在分析过程中涉及到人教版必修一第三章第一节《重力

基本相互作用》中重心知识点，也锻炼了学生在新情境中，运用重心知识点，结合物体平衡知识并进行应用的能力。本节课的新意在于，将欹器作为演示仪器，既可向学生演示其中包含的现代科学原理比如雨量计，飞机轮船的稳定性问题等，又可向学生进行物理学史的教育，展示中华民族的古代文明，还同时寓儒家思想于其中。自己制作欹器，体会了古代劳动人民的艰辛，还锻炼了学生的动手能力和知识的应用能力，还“旧物利用”体现节约能源又环保的方面。展示了物理与国学知识的结合之美。学生表示对物理又多了一份热爱。

最后，笔者认为，科技创新呼唤文理兼通的高素质人才。从人的左右脑平衡开发的角度来讲，科学需要左脑来开展理性思维和逻辑思维，文化需要右脑来进行感性思维和形象思维，逻辑思维有利于保证思维的正确性，形象思维有利于激发思维的原创能力。左右脑的相互沟通意味着把逻辑思维和形象思维更好地融合起来，这有助于唤醒创造的潜能。因此，开展融合传统文化与物理学

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的科普教育，有助于培养人的学习能力、语言表达能力和分析解决问题的能力，并帮助人们在认识上跨越人文科学与自然科学的知识鸿沟，开阔视野，实现全面发展。

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