综合实践活动之纸折船承重案例
2021-09-22李建科
李建科
学生使用一张A4纸制作纸船进行承重。通过让学生多次设计、实验，来发现规律，从而改进设计。学生会逐渐发现船只的承重能力除了与放置的重物的位置有关外，和船只的体积也有关，从而引入浮力计算方法。与单纯地讲解理论、原理相比，通过实验，能让学生有直观认识，进一步拓展学生实践动手设计能力，计算能力，有助于学生形成严谨的科学思维、巩固物理知识。
纸船承重是一项传统的青少年航海模型实践活动，东莞市自从2011年开始，由我单位牵头开展，形成了全市的品牌活动项目。学生用A4纸折叠成一艘模型船，将其放在水面加载一元硬币，以模型船沉没前承载的硬币数量定成绩。2011年，我们首次组织的全市比赛，就有196名选手参加了这个项目的角逐。活动中，有学生折叠出的模型船最高载重达到168枚硬币，排名第一。
l通过纸船承重的实践活动，让学生锻炼工程设计能力，深入理解数理知识——阿基米德原理。
2培养学生的团队合作精神。
3培养学生分析数据、总结规律的科学精神。
4培养学生善于观察、热爱生活的精神。
基础课程：3课时。
学生以小组为单位，通过多次实验，记录实验结果并改进实验方案，寻找如何使用有限的材料制作承重尽量大的小船。通过实验，发现与小船的载重能力有关的因素。通过拓展活动，学生可以对纸船的形状进行初步的定量设计并制作小船验证阿基米德原理。
70克A4纸、水容器、若干个一元钱硬币、硬纸壳、剪刀、回形针、胶水。
（一）任务
教师将学生分为几个小组，并出示本节课的任务。使用70克A4纸，在不裁剪的情况下制作小船，承载尽可能多的一元钱硬币。
（二）执行任务
1初次实验
首先发给各小组一张70克A4纸，要求各小组自由设计、制作一只小船，并进行实验。在各小组制作小船时，教师进行巡视，针对各小组的具体情况，引导各小组修改和完善设计。
提问：
（l）同学们打算制作什么形状的小船？
（2）怎么才能保证船在水里不左右倾斜？
（3）什么形状的船浮力更大？为什么？
第一次制作完成后，各组按照完成制作的顺序进行承重测试，并记录能够承受的硬币数量
2.寻找纸船形状和载重量的关系
（l）分享。请载重量较大的两组进行分享，小结发现的规律，并给载重量靠后的小组提修改建议。
（2）记录。让每个小组使用一个量杯，给纸船装满水，测量所盛水的体积（去掉因侧翻或塌陷造成载重量偏低的数据），并记录。
请各组讨论，从这一系列数据中能得到什么结论？有的学生会指出，纸船的容积大小跟纸船的载重量存在一定的关系，容积越大，载重量就越大。
3.重新考虑设计方案
通过上面的实验学生得到了初步的结论：如果想增大小船的载重量，最好的办法是增大小船的体积。
问题思考：
如何增大小船的体积？
发给每个小组一张边长为30厘米的白纸，请各小组按照图示的形状折叠纸船，然后展开测量各条折线之间的长度关系（见图）。
提问：
（l）船底的长和宽怎么计算？
（2）船舷的高度怎么计算？
（3）这些数据和纸的边长有什么关系？
（4）使用一张A4白纸，在不裁剪的情况下制作小船，如何计算小船的体积？
部分小组会很快提出，可以通过计算小船的长、宽、高的乘积得出纸船的体积，在纸船船舷高度一致的情况下，纸船的体积就是纸船的容积。
根据学生年级层次，学习或者复习浮力的有关知识。阿基米德原理指出，船受到的浮力等于船排开水的重力，船的体积越大，船受到的浮力就越大。各小组基于以上知识，思考、重新设计纸船只的制作方法。
4.完善设计并制作
进阶任务：以小组为单位，在限定一张A4纸张的情况下，设计容积最大的纸船方案。为了更直观表达，对比更直接，使用列表数据进行统计。
从列表中选取一个较大的体积进行制作。教师可以辅助学生，船舷高度作为横轴，船的体积作为纵轴，制作简单的坐标轴便于学生直观认识。
各小组设计、制作完成，并经教师检查后，进行载重实验，并将最终成绩记录下来。
5.测量、计算和总结
各组测量制作的纸船尺寸，计算纸船的体积、所受的最大浮力，计算载重的硬币重量等，填入下表。
可以很直观地看到船只所受最大浮力和最大载重量之间的关系。当实验结果较为精确时，硬币的重量应该接近船只所受的浮力，以此可以验证阿基米德原理。
总结：各小组向全班级汇报实验过程和结果，具体包括纸船的设计思路、小船载重能力评估、小组分工和合作等。其他小组可以提问。
问题思考：
（l）为什么相同形状的纸船载重量会不同？
（2）硬币在船上怎么放置比较合理？
（3）为何现实中船很难达到理论上的载重量？
l本次活动涉及用水的问题，事先需要准备好盛水容器以及学生可能出现的洒水问题，可以制定规则、任命组长等方式约束学生的行为，保持地板干净，保证安全。
2综合实践活动课程的最终目的也是育人，以后要在活动中进一步体现育人环节，如从制作纸船，延申到船只种类的学习，再到我国舰艇现状学习，最后到軍舰及国防教育。
