綜合實踐活動之紙折船承重案例

李建科

學生使用一張A4紙制作紙船進行承重。通過讓學生多次設計、實驗，來發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而改進設計。學生會逐漸發(fā)現(xiàn)船只的承重能力除了與放置的重物的位置有關外，和船只的體積也有關，從而引入浮力計算方法。與單純地講解理論、原理相比，通過實驗，能讓學生有直觀認識，進一步拓展學生實踐動手設計能力，計算能力，有助于學生形成嚴謹?shù)目茖W思維、鞏固物理知識。

紙船承重是一項傳統(tǒng)的青少年航海模型實踐活動，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目。學生用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目的角逐。活動中，有學生折疊出的模型船最高載重達到168枚硬幣，排名第一。

l通過紙船承重的實踐活動，讓學生鍛煉工程設計能力，深入理解數(shù)理知識——阿基米德原理。

2培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

3培養(yǎng)學生分析數(shù)據、總結規(guī)律的科學精神。

4培養(yǎng)學生善于觀察、熱愛生活的精神。

基礎課程：3課時。

學生以小組為單位，通過多次實驗，記錄實驗結果并改進實驗方案，尋找如何使用有限的材料制作承重盡量大的小船。通過實驗，發(fā)現(xiàn)與小船的載重能力有關的因素。通過拓展活動，學生可以對紙船的形狀進行初步的定量設計并制作小船驗證阿基米德原理。

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

教師將學生分為幾個小組，并出示本節(jié)課的任務。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

1初次實驗

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

提問：

（l）同學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系

（l）分享。請載重量較大的兩組進行分享，小結發(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（去掉因側翻或塌陷造成載重量偏低的數(shù)據），并記錄。

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

3.重新考慮設計方案

通過上面的實驗學生得到了初步的結論：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系（見圖）。

提問：

（l）船底的長和寬怎么計算？

（2）船舷的高度怎么計算？

（3）這些數(shù)據和紙的邊長有什么關系？

（4）使用一張A4白紙，在不裁剪的情況下制作小船，如何計算小船的體積？

部分小組會很快提出，可以通過計算小船的長、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。

根據學生年級層次，學習或者復習浮力的有關知識。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、重新設計紙船只的制作方法。

4.完善設計并制作

進階任務：以小組為單位，在限定一張A4紙張的情況下，設計容積最大的紙船方案。為了更直觀表達，對比更直接，使用列表數(shù)據進行統(tǒng)計。

從列表中選取一個較大的體積進行制作。教師可以輔助學生，船舷高度作為橫軸，船的體積作為縱軸，制作簡單的坐標軸便于學生直觀認識。

各小組設計、制作完成，并經教師檢查后，進行載重實驗，并將最終成績記錄下來。

5.測量、計算和總結

各組測量制作的紙船尺寸，計算紙船的體積、所受的最大浮力，計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系。當實驗結果較為精確時，硬幣的重量應該接近船只所受的浮力，以此可以驗證阿基米德原理。

總結：各小組向全班級匯報實驗過程和結果，具體包括紙船的設計思路、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)實中船很難達到理論上的載重量？

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

2綜合實踐活動課程的最終目的也是育人，以后要在活動中進一步體現(xiàn)育人環(huán)節(jié)，如從制作紙船，延申到船只種類的學習，再到我國艦艇現(xiàn)狀學習，最后到軍艦及國防教育。