义务教育物理课程标准（2022年版）强调，为进一步深化课程改革，推动育人方式变革，着力发展学生核心素养，结合物理课程的实践性、应用性的特点，提出“以主题为线索，构建课程结构”课程理念。大单元教学设计非常符合这一理念，它克服知识过于碎片化、孤立化，注重知识的整体性、真实性，有利于提高学生的分析解决问题能力和类比迁移能力的同时，促进物理学科学习中的大概念、大主题的逐步形成。促进物理学科的核心素养推进和落实。本篇通过对《简单机械》以“机械的使用促进人类生产生活方式的变革，提高机械效率是节能时代推动机械发展的重要使命”为主题引领，以“起重机上的简单机械”为线索进行大单元设计的探究，从物理课程的真实性，应用性的特点出发，注重知识结构的整体性。为广大教师将新课标理念转化为具体可行的课堂操作提出自己的认识。

一、单元整体设计

1.单元概述。《简单机械》涉及到前面所学的力和功，具有一定的综合性。先结合生活中使用工具的经验正确理解杠杆、滑轮等简单机械的使用特点；然后从实际出发，探究杠杆、滑轮，在生活生产中使用的目的；最后从做功的角度分析，建立机械效率的概念，通过实验探究总结出提高机械效率的办法。全面建构以“机械的使用促进人类生产生活方式的变革，提高机械效率是节能时代推动机械发展的重要使命”的物理理念。

2.课标要求。（1）知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。（2）知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。（3）能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。

3.单元目标。（1）通过使用生活中工具、认识简单机械；会描述杠杆和滑轮的结构特点，建构物理模型思维，形成正确杠杆和滑轮物理概念；学会将概念运用到实际生活生产中识别杠杆和滑轮，并画出结构图。（2）通过实验，从力、距离、方向三个方面探究杠杆和滑轮特点；理解使用滑轮组的意义并学会组装滑轮组；结合实验数据分析建立机械效率的认识；学会测量滑轮组机械效率，归纳出提高机械效率的方法。解释起重机吊臂中应用的杠杆和滑轮原理。（3）对生活中的其他简单机械提出探究问题，分析横斜面中的力、功和机械效率问题。尝试解决生产、生活中的实际应用问题。

4.评价预设。

5.单元情境。机械就是能帮人们降低工作难度的工具装置，像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为简单机械。而复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成。通常把这些比较复杂的机械叫做机器。人类社会的发展史就是一部人类制造使用机器的历史。古有投石机、桔槔等劳动实践智慧的结晶；现代机械更是功能强大，人类已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。

我们这一单元学习最简单的机械。

7.学时建议。

二、主题线索引领开展课时教学活动设计

1.主题一 ——机械的使用促进人类生产生活方式的变革。

（1）学习目标。

①通过使用生活中工具、认识生产的简单机械，描述杠杆和滑轮的结构特点，建构物理模型思维，形成正确杠杆和滑轮物理概念；通过阅读课本、模仿、课堂练习，学会画出杠杆的五要素结构图。

②实验探究杠杆的平衡条件，对生活中的杠杆进行分类。

③通过实验探究定滑轮和动滑轮力或距离方面的特征，解释其实质；学会利用定滑轮和动滑轮特点，按照需求设计并连接滑轮组，建构简单机械模型。

④识别起重机吊臂中所用杠杆和滑轮，绘制出结构图，分析起重机吊臂中所用杠杆和滑轮使用原因。找出生活中简单机械的应用实例。

（2）学习活动一 —— 认识杠杆、滑轮。

①认识杠杆。选择图2合适的器材模仿用棒撬动重物、拔钉子、钓鱼竿钓鱼，思考使用中工具的共性，并用自己的语言进行描述。

②构建正确杠杆概念。通过阅读课本学会杠杆定义，模仿图画出杠杆的结构图和杠杆五要素，在上面图2中标注好杠杆的五要素。举出生活生产中杠杆的实例，构建正确杠杆概念。

③认识定滑轮和动滑轮。边缘有凹槽，能绕轴转动的小轮叫滑轮。在生活中，滑轮也是一种简单机械，下面是生活中常见到的两个滑轮的应用：旗杆顶部滑轮和起重机上的滑轮，你知道为什么使用滑轮吗？

只用一个滑轮、细绳，用多种组装方法将钩码竖直提高，图3是滑轮的两种用法，仔细观察比较：在提升钩码时有什么不同？怎么区分？形成定滑轮、动滑轮的概念。

（3）学习活动二 —— 探究杠杆的平衡条件，从机械使用促进人类生产生活方式的变革主题出发认识杠杆分类。

小时候玩跷跷板都有相同的经验，如果对面小朋友太重的话，跷跷板很难保持平衡，这时候，你该怎么做才可以让跷跷板保持水平平衡呢？由此可以得出，杠杆的平衡受什么因素的影响呢？

①提出问题：杠杆平衡时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？

猜想与假设：_________________________________

②制定计划与设计实验。

实验前为什么要求杠杆在水平位置平衡?

分组用不同的方法进行实验。

实验过程中悬挂钩码，为什么仍然要让杠杆在水平位置平衡？

③进行实验与收集证据：（要求在下面的空白处设计表格）

④分析论证：

A.分析数据可以得出什么结论？

B.利用杠杆的平衡条件，对杠杆进行分类，从省力、省距离改变力的方向三个维度，总结不同类型杠杆的使用特点。

C.找出生活、生产中对应的杠杆实例，从机械使用如何促进人类生产生活方式的变革主题出发，进一步讨论交流。

（4）学习活动三——实验探究定、动滑轮的特点，从机械使用促进人类生产生活方式的变革主题出发认识滑轮。

①分别按照图6中甲、乙和甲丙所示的操作练习使用定滑轮和动滑轮，探究其使用特点：                             

②进行实验与收集证据。

③分析论证：           

A.分析实验数据，从省力、省距离改变力的方向三个维度，总结定滑轮、动滑轮的使用特点？

B.找出生活、生产中滑轮实例，从机械使用如何促进人类生产生活方式的变革主题出发，进一步讨论交流。

（5）学习活动四 ——实验探究滑轮组的特点，从机械使用促进人类生产生活方式的变革主题出发认识滑轮组。

①设计实验。

定滑轮与动滑轮的组合叫滑轮组，利用一个定滑轮和一个动滑轮，可以怎样绕绳子呢？请你用直线代替绳，画出下面滑轮组的绕线方式，数一数吊着动滑轮的绳子有几股？思考拉力和物体重力之间、物体提升高度和绳子自由端移动距离之间存在什么关系？

②进行实验

按照①选择一种方式组装滑轮组并按步骤进行如下操作：  

A.用弹簧测力计测出钩码所受的重力G；

B.按图示将一个动滑轮和一个定滑轮组装好滑轮组；用组装好的滑轮组把钩码匀速提升，读出测力计的示数F、重物移动的距离h、测力计移动的距离s，及时将测量数据填入下表；

C.改变钩码的数量，重复上面的步骤，及时记录数据。

③收集数据。

④分析论证。

A.比较G、F的大小关系、移动距离h、s的关系和方向改变情况，总结出滑轮组的特点。

B.如果不考虑绳重和绳与滑轮间摩擦力的情况下，请推导出拉力F和物重G、动滑轮重G动之间的关系表达式。

C.找出生活、生产中滑轮组实例，从机械使用如何促进人类生产生活方式的变革主题出发，进一步讨论交流。

⑤评估交流：滑轮组既可以省力，又可以改变方向。那它可以省功吗？  

（6）学习活动五。

①从机械使用促进人类生产生活方式的变革主题出发认识重机吊臂中所用杠杆和滑轮滑轮组。

识别图7起重机吊臂中所用杠杆和滑轮，并分解出并绘制出结构图，找出生活中简单机械的应用其它实例。

②晾衣架上的简单机械。如图8所示为一种手摇升降晾衣架示意图，在一次升降使用过程中衣架和杆保持水平，动滑轮与杆总质量是1 kg，现晾衣架上晾有4 kg的衣服，对其中的机械进行分析并求解摇柄端绳子的拉力。

2.主题二 —— 提高机械效率是节能时代推动机械发展的重要使命。

（1）学习目标。

①构建机械效率的概念。

②设计测量滑轮组的机械效率的实验方案，分析实验数据得出提高机械效率的影响因素。

③分析测量起重机的机械效率的方法，尝试提出提高起重机的机械效率可行性方案；尝试解决生产、生活中的实际应用问题。

（2）学习活动一 ——机械效率的概念。

阅读课本，以起重机提升重物为例进行分析与交流：

①什么是有用功？什么是额外功？什么是总功？

②在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功所占的比例越少越好，在物理学中，机械效率是如何定义的？符号是什么？写出公式并思考有没有机械效率为100%的机械？为什么？

（3）学习活动二  ——探究滑轮组的机械效率。

①设计实验。机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一。有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。物理中，用机械效率来表示机械对总功的利用率。那么滑轮组的机械效率跟什么因素有关呢？

实验 探究一定一动组成轮组的机械效率

实理：_________________________     

实验器材：_____________________

②进行实验。分组进行实验：第一组测量将2N钩码提升0.5m高度时塑料滑轮组的机械效率；第二组测量将2N钩码提升1.0m高度时塑料滑轮组的机械效率；第三组测量将4N钩码提升1.0m高度时塑料滑轮组的机械效率；第四组测量将4N钩码提升1.0m高度时金属滑轮组的机械效率。

③收集证据。

④分析论证。

A.影响滑轮组机械效率的因素是什么？

B.如何提高滑轮组的机械效率？

（4）学习活动三。

①从做功出发提出提高起重机的机械效率可行性方案。分析测量起重机的机械效率的方法，小组讨论尝试提出提高起重机的机械效率可行性方案。

②从节能出发机械效率提出提高煤气灶的机械效率可行性方案。分析认识煤气灶的有用能和总耗能各是什么，机械效率的表达式，小组讨论尝试提出生活使用中提高煤气灶的能量利用率的方法。

③从做功和能的角度认识热机的效率。分析认识热机的有用功和总耗能各是什么，效率的表达式，小组讨论尝试提出生活使用中提高热机效率的方法。

物理教学的使命是促进学生核心素养的养成和发展，引导学生学会学习、学会合作，为学生的终身发展奠定基础。主题“简单机械服务人们生活、促进生活生产方式变革”引领学生的物理思维，并将为科技发展作贡献的思政教育润物细无声的植入学生心田。用起重机贯穿整个大单元设计，使学生在学习中经历：真实情境中建构机械模型、科学探究中进行论证、再回到真实情景展开迁移应用的结构完整的学习过程。《简单机械》的大单元教学设计已经在普通中学（太原市56中、太原市15中、万柏林四中）和薄弱学校（万柏林十中、万柏林十一中）分别进行推广和实践，在反馈测评中收到很大的肯定。因此在适合的内容中进行“主题引领的大单元设计”是一个使用范围广、操作性强的一种单元设计思路。体现大单元设计“科学探究是物理的根、科学思维是物理的魂”的学科特色，践行“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。有助于物理教师教育理念、教学方式、评价方式、学生学习方式的转变，凸显物理课程的育人价值。