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校本课程||《中华传统文化与初中物理跨学科实践》第10课时 桔槔、踏碓与水碓——农具里的省力杠杆
发布时间：2026-09-16 21:20:03 最近访问：2026-09-16 21:20:02
校本课程||《中华传统文化与初中物理跨学科实践》第10课时 桔槔、踏碓与水碓——农具里的省力杠杆
一、课程基本信息
项目 | 内容 | 项目 | 内容 |
课程名称 | 中华传统文化与初中物理跨学科实践 | 课时序号 | 第10课时（总第10／16课时） |
所属板块 | 板块五：简单机械（杠杆的应用） | 课型 | 新授课＋动手实践课（识图建模与简易模型制作） |
课时长度 | 40分钟 | 适用年级 | 八年级（课后服务／选修课） |
主讲教师 | 物理教师 | 协同教师 | 语文／历史教师（《庄子》史料疏通，可选） |
课标依据 | 《义务教育物理课程标准（2022年版2025年修订）》2.2.6（知道简单机械，通过实验探究并了解杠杆的平衡条件）4.2.5（探究杠杆的平衡条件·学生必做实验）5.2.1（了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用）5.1.1（能发现日常生活中与物理学有关的问题） | 上承下接 | 上承：第9课时自制简易杆秤（杠杆平衡条件的应用与实操）下接：第11课时古代农耕机具：辘轳、曲辕犁、耧车（轮轴与摩擦） |
二、教学依据与设计理念
（一）设计依据
l课程标准依据：条目2.2.6要求学生“知道简单机械”，并通过实验探究了解杠杆的平衡条件；4.2.5把“探究杠杆的平衡条件”列为探究类学生必做实验；5.2.1要求了解我国古代的技术应用案例。本课不再重复探究平衡条件本身，而是把上节课已经得到的结论迁移到三件真实的古代农具上，完成“从工具到模型、再从模型回到工具”的往返。l课程总体设计依据：本课程沿用统一教学范式“情境导入 → 原理剖析 → 史料研读 → 探究实践”。板块五的第8、9课时已完成“杠杆五要素 → 平衡条件 → 杆秤原理与制作”的闭环；本课时进入“杠杆的应用”的第二个切口——农耕工具，让学生在《庄子》史料与田间器具中继续识别杠杆、比较力臂、动手搭模型。据此，本课按“史料情境—识图建模—动手验证—对比提升”的顺序组织。l史料依据：《庄子·天地》中“凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔”一段为本课核心史料；踏碓、水碓部分参考《王祯农书·碓》“舂器，用石、杵臼之一变也”、东汉桓谭《新论》“役水而舂，其利乃且百倍”、唐代白居易《寻郭道士不遇》“云碓无人水自舂”。《天工开物》中的桔槔图与宋应星关于粮食加工发明的评述用于课末文化升华。（二）设计理念
- 让“省力”从史料里长出来，而不是从公式里推出来。先读《庄子》的“后重前轻”，再画力臂、数格子，由学生自己发现“支点偏向重物一侧”正是省力的秘密；史料与物理互为印证，谁也不是谁的装饰。
- 一节课里把杠杆“用两次”。桔槔是典型的省力杠杆（省力、费距离），踏碓是借体重省力的脚踏杠杆，水碓把杠杆装进了水轮——三种用法让学生看到同一条原理的不同面相，避免把“杠杆”窄化为“杆秤”。
- 从“省力”走到“能量”。水碓部分不满足于识别杠杆，还要把“水流→水轮→拨板→碓杆→碓头”的能量转化链条亲手排出来，为第11课时的轮轴、第12课时的传动埋一条线。
- 模型要“像”，不要“贵”。一根木条、几根细线、几枚钩码、一个纸杯，就能搭出一台能转、能省的桔槔。降低器材门槛，让每个学生都动手。
- 文化要落在可查证的事实上。诸暨桔槔井灌工程入选世界灌溉工程遗产名录、《天工开物》宋应星的话，都是可查证的具体事实，不用空洞口号代替。
三、教学目标（核心素养导向）
素养维度 | 本课目标（可观察、可评价） |
物理观念 | 1. 能说出桔槔的组成（立木“桔”、横杆“槔”、配重、水桶）及其与杠杆五要素的对应关系；2. 能说出桔槔是省力杠杆，并解释“一根横杆为什么能帮人把水提上来”；3. 能从踏碓、水碓的结构图中识别出杠杆，知道水碓是借水力舂米的工具，水碓工作过程中碓头的势能与动能发生相互转化。 |
科学思维 | 1. 能把桔槔、踏碓、水碓抽象为杠杆模型，正确标出支点、动力作用点、阻力作用点，并比较两侧力臂的长短；2. 能通过对比三种工具归纳出“省力杠杆省力但费距离”“改变动力来源可以改变劳动强度”；3. 能辩证分析桔槔的局限（一桶一桶地提、只适合浅井与缓流），理解它被辘轳、龙骨水车等更先进机械取代的必然性。 |
科学探究 | 1. 能按“读图识结构→画杠杆模型→搭模型验证”的顺序完成探究；2. 能用木条、细线、钩码、纸杯搭出一台能自由转动的桔槔模型，并通过改变配重位置比较用力大小，检验自己的猜想；3. 能如实记录模型调试中出现的问题（支点滑动、横杆失衡、用力反而更大等）并提出至少一种改进办法。 |
科学态度与责任 | 1. 通过《庄子》史料与诸暨桔槔井灌工程入选世界灌溉工程遗产名录的事实，体会中国古代农耕科技的世界意义，增强文化自信；2. 体会古人因地制宜、借自然之力的工程智慧（水碓借水力舂米、连机水碓一水轮带动多碓）；3. 辩证看待古代技术：肯定古人运用杠杆的巧妙，也说明古人并未形成系统的定量理论，不神化古人；4. 遵守模型制作课的安全规范，落实钩码、剪刀等器材的使用要求。 |
四、教学重点与难点
类别 | 内容 | 突破策略 |
教学重点 | 桔槔的省力杠杆模型：支点靠近配重一侧，动力臂大于阻力臂，因此省力；并把这一模型迁移到踏碓、水碓上。 | 走“三步走”：一读结构图（认部件）、二画力臂（数格子）、三搭模型（手上比一比）。用杠杆尺上可数的“格子”把力臂从抽象概念变成可比长短的直观量。 |
教学难点 | 难点一：为什么“省力”靠的是力臂长短，而不是配重的轻重；难点二：水碓中“水流→水轮→拨板→碓杆翘起→碓头落下”这一能量转化与传递的链条。 | 难点一用问题链制造认知冲突——“配重再重一些会怎样？”让学生亲手试一试，用数据与体验纠正“越重越省力”的直觉；难点二用水碓示意图加水碓工作视频，把能量链条拆成五张“卡片”，让小组动手排序。 |
易错点 | ①把桔槔的支点画在横杆正中；②把水桶一侧当作阻力、把配重一侧当作动力；③认为踏碓、水碓不是杠杆。 | ①③用实物与图中“可数的格子”当场比对；②回到“谁是我们想要克服的力”这一判断标准，请学生上台重标一遍并说明理由。 |
五、教学准备
（一）教师演示与公共器材
l多媒体课件：《天工开物》桔槔图、桔槔结构示意图、《庄子·天地》原文与白话译文、踏碓结构图、水碓结构图与水碓工作短视频（约30秒）、诸暨桔槔井灌工程新闻图片。l教师演示桔槔模型一具：铁架台（或自制木架）＋可转动横杆＋细线挂配重＋小塑料桶，现场演示“压桶—提水”。l杠杆尺（两侧带等距小孔）、钩码（50 g）、铁架台：用于把“力臂”变成可数的格子，每4—6人一套。l能量转化卡片一套（五张：水流冲击／水轮转动／拨板压碓杆梢／碓头抬起／碓头落下砸向石臼），磁贴或双面胶若干。（二）小组器材（每组一套，共约12组）
器材 | 规格与数量 | 用途 | 备注 |
木条或竹筷 | 长约30 cm，每组1根 | 桔槔的横杆（“槔”） | 提前去毛刺；不要用金属杆，避免滑落伤人 |
粗吸管或木棍 | 长10～15 cm，每组1根 | 立木（“桔”）、支点柱 | 可用橡皮泥固定在桌面或粘在底板上 |
细棉线／麻绳 | 每段20 cm，每组3～4段 | 悬吊横杆、挂配重与水桶 | 打活结，方便调节位置 |
钩码（或拧成组的螺母） | 50 g规格2～4枚 | 配重 | 轻拿轻放，防坠落砸手 |
纸杯 | 每组1个 | “水桶” | 杯口穿三孔吊线，保持水平 |
橡皮泥 | 每组一小块 | 固定支点、微调配重 | 量要小，避免弄脏桌面 |
剪刀 | 每组1把 | 剪线 | 课前重申安全规范 |
直尺、记号笔 | 各1 | 量力臂、做记号 | 可在横杆上画等距刻度线 |
桔槔原理卡（空白卡片）＋任务单 | 每组各1份 | 记录与课后作业 | 见附件 |
（三）安全与组织
l剪刀使用课前教育：传递时刀尖朝下握合，用毕归位（本课程安全底线）。l钩码轻拿轻放，严禁对准他人、严禁挥舞；横杆与支点务必绑牢，防滑落砸手。l本课不安排任何明火与木工切割操作，木条提前统一加工；如发现端面毛刺，举手由教师处理。l分4人小组，建议分工：搭架员、调试员、记录员、汇报员，角色可在一节课内互换一次。六、教学过程（40分钟）
总览：环节一情境导入：井边的一场争论（4分钟）→ 环节二 识图建模：把桔槔变成杠杆（7分钟）→ 环节三 探究实践：搭一台“桔槔”（12分钟）→ 环节四 从踏碓到水碓：力气、脚力与水力的接力（9分钟）→ 环节五 对比归纳与文化升华（4分钟）→ 环节六 分层作业与预告（4分钟）。环节一 情境导入：井边的一场争论（4分钟）
1.出示《庄子·天地》原文片段：“凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔。”请一名学生朗读，教师再给出白话译文：把木头做成一种机械，后面重、前面轻，提水就像从井里抽水一样，快得像开水沸腾时涌出的水，它的名字叫“槔”。2.抛出问题链：①子贡向汉阴丈人推荐的这件“机”是什么？②“后重前轻”说的是它的什么特点？③老丈人为什么“忿然作色”地拒绝了？3.揭示答案并留下悬念：这件“机”就是桔槔，两千多年前的汲水工具，也是我们这节课的主角。老丈人那句“有机械者必有机事”表达的是古人对技术的一种态度，我们课后再讨论。4.板书课题：第10课时 桔槔、踏碓与水碓——农具里的省力杠杆。2.猜一猜“后重前轻”在描述什么（一端重、一端轻），推测这样设计怎么帮人省力。3.说出自己见过或用过的取水方式（自来水、水泵、压水井、辘轳），初步比较“力气从哪来”。从真实史料切入，让“省力”这一物理需求从古籍里自然生长出来。“后重前轻”四个字，本身就是古人对杠杆两臂长短的朴素表达，先留在学生脑子里，下一环节再把它翻译成力臂的语言。老丈人的态度作为悬念保留，也为课末的“辩证看待古代技术”留一个接口。环节二 识图建模：把桔槔变成杠杆（7分钟）
1.出示《天工开物》中的桔槔图与结构示意图，拆解命名：“桔”是竖立在水边高高的木桩（立木），“槔”是架在木桩上能够灵活转动的横杆。2.提问：横杆能绕着哪个点转动？这个点在杠杆里叫什么？（支点O）3.追问：横杆两端分别承受着什么力？请学生判断——哪一端是我们想克服的力（水桶与水受到的重力，阻力F₂），哪一端是我们加的力（人向下拉桶，动力F₁）；再补充说明配重（大石块）的作用。4.抛出关键问题：桔槔的支点在横杆的什么位置？正中间吗？请学生在示意图上标一标、量一量。教师引导发现：支点并不在横杆中间，而是靠近重物的一侧，因此重物一侧力臂短、水桶一侧力臂长。5.小结并板书：动力臂L₁＞阻力臂L₂，桔槔是一个省力杠杆。请学生用杠杆尺数一数格子，把两根力臂的长短关系标在图上。6.回到史料：“后重前轻”——重物虽重，可它离支点近；水桶虽轻，可它离支点远。所以人能轻松把桶压下去，而配重能把装满水的桶提上来、让人省力。1.观察结构图，指认“桔”与“槔”，在任务单上填出各部件名称。2.请1～2名学生上台，在示意图上标出支点O、动力点A、阻力点B，并用手比一比两侧力臂的长短。3.同桌两人用一只手臂模拟桔槔：手肘当支点，前臂当横杆，手掌下压当“提水”，体会“支点靠近肘部时更省力”。4.填写任务单“桔槔杠杆模型”栏：标出O、F₁、F₂，写出L₁与L₂的长短关系，并用一句话说明为什么省力。把“力臂”这个抽象量转化为图上可量的格子与手上可比的胳膊，避免教师直接把结论交给学生。用史料原句回扣物理结论，让学生看到古人“说得出”和现代物理“算得出”之间的差别，这一差别本身正是跨学科的价值。环节三 探究实践：搭一台“桔槔”（12分钟）
1.布置任务：每组用木条（或竹筷）作横杆、细线悬吊、钩码作配重、纸杯作水桶，搭一台桔槔模型。要求横杆能自由转动，配重位置可以左右移动。2.把探究问题链写在黑板上，请各组逐项尝试并记录：① 把配重挂在靠近支点的位置，再挂在远离支点的位置，压“水桶”时用力哪个更小？② 先猜一猜：如果配重再重一些，提水会更轻松吗？——动手试一试再回来改答案。③ 如果两组都把“水桶”挂在同一端，把配重也挂在这一端，还能省力吗？为什么？¡支点滑动、横杆老是掉下来——提示把立木与横杆的连接处绑牢，或先用橡皮泥把支点固定住；¡怎么调都找不到平衡——提示先让空杯时横杆大致水平，再挂配重；¡用了力气反而更大——提示检查配重是不是挂到了支点的同一侧。2.组织2～3组上台展示并汇报：举起本组模型现场演示一次提水过程，把横杆上的“格子图”画到黑板上，说明配重位置与用力大小的关系。3.小结并点明代价：省力杠杆省了力，却费了距离——配重一端只下降一点点，水桶一端就要走过更长的一段路，这就是“省力必费距离”。1.组内分工：搭架员负责组装，调试员负责移动配重，记录员负责在任务单上记录，汇报员负责上台说明。2.按问题链逐项动手尝试，用“很轻松／比较轻松／很费力”三级描述记录用力大小（本课不作定量计算）。3.在任务单上画出本组桔槔模型简图，标出O、F₁、F₂并注明两侧力臂的长短。4.上台汇报时说出一个发现和一个问题（如“配重挂得越远越省力”“支点老是滑动”）。模型制作让“力臂”从图纸走到手指之间。用三级描述替代定量计算，既守住不超纲的底线，也保证探究的完整性。第二个问题（配重再重一些会怎样）是特意设置的认知冲突：在真实体验中，学生会发现“更重的配重反而不好调”，从而真正理解省力的关键在力臂而不在力的大小，这一层理解比记住一句结论珍贵得多。环节四 从踏碓到水碓：力气、脚力与水力的接力（9分钟）
1.出示石臼与杵的照片，提问：“稻谷要脱壳，古人先用什么办法？”（石臼加杵，靠人工捶打，这一劳作叫舂米）追问：“一个人一天能舂多少米？”学生不难得出“费力、效率低”的结论。2.出示踏碓结构图：一根木杆架在支点上，一端装着圆锥形石碓头，另一端供人脚踏。请学生指出支点、动力点、阻力点，并追问：“用脚踩比用手把碓头举起来轻松吗？为什么？”引导发现——除了力臂更长，更关键的是用整条腿的体重代替了手臂的力量，这是“借体重省力”。3.出示水碓结构图与约30秒的水碓工作视频：立式水轮上装有许多板叶，转轴上的拨板用来拨动碓杆的梢；碓杆一端是碓头，下面石臼里放着待加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动。4.组织小组活动：把五张能量转化卡片（水流冲击／水轮转动／拨板压碓杆梢／碓头被抬起／碓头落下砸向石臼）按正确顺序排好，贴在任务单的箭头上，并标注每一步对应的是“势能增大”还是“势能转化为动能”。5.请小组代表按链条讲述一遍，教师板书完整链条：水流的机械能 → 水轮转动 → 拨板压碓杆梢 → 碓杆绕支点转动、碓头抬高（势能增大）→ 拨板脱开、碓头落下（势能转化为动能）→ 砸击石臼、舂米。6.抛出进阶问题：水碓的碓杆是省力杠杆还是费力杠杆？动力来自哪里？引导学生发现：动力来自水轮的拨动而非人力，人从“出力的”变成了“看水的”，这才是水碓最了不起的地方。7.补充史料与拓展：东汉桓谭《新论》说“役水而舂，其利乃且百倍”；魏末晋初杜预发明连机水碓，一个水轮带动几个甚至十几个碓杆；唐代白居易写下“云碓无人水自舂”。再联系现代——与水轮很像的水轮机是发电机发电的主要动力，而“横轴—拨板—梢”这种改变运动形式的组合，演变为发动机中最重要的部件曲轴。2.小组合作完成能量转化卡片的排序，并在任务单上写出完整链条。3.说出连机水碓“一个水轮带动多个碓杆”相比单个水碓的优势（同样的水力，干更多的活）。4.在任务单上记下一条自己最感兴趣的史料并简注理由。把“简单机械”从“省力”扩展到“能量的转化与传递”，这是本课的一个新台阶，也为第11课时的轮轴与第12课时的传动做铺垫。用卡片排序代替教师讲述，让能量链条成为学生自己搭起来的逻辑。史料与诗句让技术史有温度，现代应用的对照则让学生看到古代智慧的延续，避免把古代技术讲成“过去的东西”。环节五 对比归纳与文化升华（4分钟）
1.带领学生完成板书上的对比归纳（口头梳理，不强求笔记）：桔槔是人力＋配重，省力杠杆，省力但费距离，局限在于一次只能提一桶、只适合浅井与水流不急的河道；踏碓用脚踏，以体重与腿力代替臂力，效率提高；水碓借水力，把杠杆装进机械，一个水轮可带动多个碓杆，人力进一步解放。2.抛出核心问题：“从桔槔到水碓，变的是什么？没变的是什么？”引导学生齐答——变的是动力来源（人力→脚力→水力），不变的是杠杆这条基本原理。3.文化升华：2015年10月12日，在国际灌排委员会法国蒙彼利埃年度会议上，浙江诸暨桔槔井灌工程成功入选世界灌溉工程遗产名录。两千多年前的一根木杆，今天仍被世界记住。《天工开物》作者宋应星也说过，有关粮食作物加工方法的发明创造，是中国先民超凡才智的结晶，也是对世界的伟大贡献。4.理性收束：古人对杠杆的运用非常巧妙，但并没有形成系统的定量理论；我们今天做的事，是用学过的杠杆平衡条件去解释古人的创造，而不是给古人套上现代公式。2.用一句话说出本课最打动自己的一个古代设计，并说明理由。把文化自信落在一个具体、可查证的事实上（世界灌溉工程遗产名录），而不是空喊口号。“变的是动力、不变的是杠杆”这句话，既是本课的知识总结，也是整门课程“古代经验—现代理论”这条主线的一次显影。环节六 分层作业与预告（4分钟）
1.回收驱动任务：请一名学生用一句话解释“桔槔为什么能让人省力”。（要点：支点靠近配重一侧，动力臂大于阻力臂）2.预告：下节课我们要走向辘轳、曲辕犁和耧车，看看古人怎样把杠杆变成“轮轴”，又怎样在犁和耧车上跟摩擦力打交道。3.布置分层作业（见第八部分），提醒器材归位、钩码清点、剪刀按规范收回。课末用一个“一句话解释”回扣本课核心，检测目标达成度；预告下一课时的方向，保持课程线索连续。“变的是动力来源”这一结论也自然通向下一课时的轮轴与传动。七、板书设计
区域 | 内容 |
课题区 | 第10课时 桔槔、踏碓与水碓——农具里的省力杠杆 |
史料区（左上） | “凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔。”——《庄子·天地》 |
模型区（中） | 桔槔 → 杠杆模型：立木“桔”＝支点O；配重端＝阻力的作用点（力臂短）；水桶端＝动力的作用点（力臂长）→ L₁＞L₂ → 省力杠杆（省力·费距离）踏碓 → 脚踏端＝动力，借体重省力水碓 → 水力拨板＝动力；碓头端＝阻力 |
能量区（中下） | 水流的机械能 → 水轮转动 → 拨板压碓杆梢 → 碓头抬起（势能增大）→ 碓头落下（势能→动能）→ 舂米 |
对比区（右） | 动力来源：人力 → 脚力 → 水力 不变：都是杠杆 变：劳动力被一步步解放 |
文化区（右副板书） | “役水而舂，其利乃且百倍。”——桓谭《新论》“云碓无人水自舂。”——白居易 诸暨桔槔井灌工程（2015年入选世界灌溉工程遗产名录） |
