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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14课时 走马灯与汉代环保古灯——从一缕热气到一片灯影:热空气怎样让灯转起来
发布时间：2026-11-09 13:38:12 最近访问：2026-11-09 13:38:13
校本课程||《中华传统文化与初中物理跨学科实践》第14课时 走马灯与汉代环保古灯——从一缕热气到一片灯影:热空气怎样让灯转起来
一、课程基本信息
二、教学依据与设计理念
（一）设计依据
课程标准依据：5.2.1要求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要求能发现日常生活中与物理学有关的问题。走马灯与汉代三灯是两个互补的案例——一个把热空气的力量用起来（让灯转），一个把燃烧的烟炱管起来（让烟不散）。课程方案为本课明确列出“区分古代经验技术和现代热学理论”，这是本课也是全课程“不神化古人”立场的最后一站。（关于热传递、浮力的具体内容要求，条目编号请课前以正式课标文本核实。）课程总体设计依据：沿用统一教学范式“情境导入 → 原理剖析 → 史料研读 → 探究实践”。方案为本课定的核心知识是“热对流、热空气上升、走马灯叶轮受力、汉代古灯导烟除尘”，定的实施形式是“原理学习；小组完成走马灯设计构思”，制作放在第15课时。史料依据：走马灯部分用清·富察敦崇《燕京岁时记》“走马灯者，剪纸为轮，以烛嘘之，则车驰马骤，团团不休，烛灭则顿止矣”，辅以《西京杂记》青玉五枝灯、《武林旧事》“马骑人物，旋转如飞”；汉灯部分取材长信宫灯、错银铜牛灯、凤凰形铜灯（出土信息依材料口径，见备课提示）。素材为走马灯.doc（末附汉代环保古灯）与孔明灯.doc（辅助），两份均与文件名一致，无错位。（二）设计理念
先给怪事，再要解释。灯边无风、没有马达、烛灭顿止——三个事实一摆，学生先猜再学，才会带着自己的答案来对质。对流链一环扣一环，不能只说“热空气上升”。把它做成六环卡让学生排序，最后追问“烛灭为什么顿止”：掐掉第一环的气源，整条链当场作废。“会做”与“懂理”分开写。古人的叶片斜、轴磨光、给烟修路，是经验技术的胜利；“为什么”要等近代热学理论。两句话并肩写在黑板上，是全课程对待古代科技的最后一个坐标。（三）特别说明（教学内容定位）
本课全程定性，不做热学计算。“热对流”按初中口径表述为“热空气上升、周围冷空气补充”，只作板块名称。空气受热膨胀、密度变小只作定性方向判断（同体积、质量变小、密度变小），不代入计算。叶轮受力只描述为“一个力沿两个方向起作用”，不引入力的正交分解、不算角度。孔明灯只作“浮力大于重力则升空”的定性分析，不计算浮力大小，不放飞（消防禁放规定）。导烟除尘只讲“烟沿烟道走、沉进水里”的路径，不讲压强差机理。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. 能完整说出热空气上升的因果链：空气受热→体积膨胀→密度变小→上升→周围冷空气侧面补充→循环成风，并能指出大自然的热源是太阳、走马灯的热源是蜡烛；2. 能说出走马灯的六个组成部分（灯罩、叶轮、转轴、支撑、底座、光源）及叶轮与转轴的作用；3. 能说出孔明灯升空的条件是浮力大于重力，并说出“灯内空气受热溢出、总重力减小”是关键；4. 能说出长信宫灯、错银铜牛灯、凤凰形铜灯的共同设计：用导烟管把烟炱引入盛水或中空的腹腔。 |
科学思维 | 1. 能把走马灯简化为“热源—气流—叶轮—转轴”模型，并用模型解释“烛灭则顿止”；2. 能说出六环对流链的排序，并解释为什么“冷空气补充”这一环不能少；3. 能对叶轮转动作定性归因：斜叶片把上升气流的力变成推动轮叶转动的力，光有向上的托力顶不起灯罩；4. 能说出顶针法、悬吊法的共同目的是减小摩擦（回指第11课时）；5. 能并举“会做／懂理”并各举一个本课例证。 |
科学探究 | 1. 能带着“灯为什么会转”观察演示，如实说出“点燃转、熄灭停”；2. 能在构思单上画出结构简图、标注六个部分，就叶片朝向、转轴方式、光源位置三个问题作出有理由的选择；3. 能对照安全清单自查：不用明火、光源固定、叶轮不挡气流通道；“待解决”栏能写出一个真实问题（如LED不发热，气流从哪来）。 |
科学态度与责任 | 1. 通过《燕京岁时记》等史料感受走马灯近两千年的传承；2. 通过长信宫灯“取光藏烟”体会古人把环保诉求落到结构上的智慧，增强文化自信；3. 辩证看待古代科技：肯定经验与巧思，也明确古人未形成热学理论；4. 遵守安全规范：热源由教师管理、不触碰、剪刀安全使用、不用明火、不放飞孔明灯。 |
四、教学重点与难点
类别 | 内容 | 突破策略 |
教学重点 | 热空气上升的完整因果链，并用它解释走马灯“点燃则转、烛灭则顿止”；走马灯的关键设计——斜叶片让力变方向，顶针法、悬吊法减小摩擦。 | 走“演示—排序—掐断”三步：看演示、排六环卡、追问“烛灭为什么顿止”。折着看叶轮：指着叶片问“为什么是斜的”，指着转轴问“怎么转得轻松”。 |
教学难点 | 学生容易把转动归因于“热气往上冲把灯顶转”，说不出斜叶片这一关键环节；“热空气上升”说不清“受热膨胀、密度变小”这一步。 | 用叶轮类比搭桥：电风扇叶片是斜的才扇出风，平叶片只能干转；反问“把叶片粘平了会怎样”。用“空气房”讲密度：同样大小的屋子，住的人少了，密度就小了——变轻的是“同样大小的那团空气”。 |
五、教学准备
（一）教师演示与公共器材
课件：《燕京岁时记》条文与注音（嘘xū）、走马灯结构分解图、宋李嵩《观灯图》与明《上元灯彩图》局部、长信宫灯／错银铜牛灯／凤凰形铜灯图片（烟路用红箭头标出）、走马灯运转短视频（备用）。演示器材：走马灯教具一盏（可拆出叶轮与转轴）、纸质螺旋（纸蛇）两只系棉线、教师管理的暖光台灯（白炽灯泡）一盏、斜叶与直叶纸模叶轮各一片、六个组成部分名称磁贴。（二）小组器材（每组一套，本课为构思用，非制作用）
器材 | 数量 | 用途 |
A3 结构简图底稿（预印灯罩轮廓与六部分虚线框） | 每组1张 | 在其上画本组构思 |
纸模叶轮（斜叶、直叶各1） | 每组各1片 | 对比叶片倾角，下课时回收 |
彩色卡纸、细铁丝、棉线、圆头剪刀、胶带 | 每组1套 | 局部试折示意，不做整灯组装（留第15课时） |
LED小灯（纽扣电池式） | 每组1枚 | 体验冷光源、检查构思安全性 |
设计构思单、学习任务单 | 每组1份／每人1份 | 记录与作业，见附件 |
（三）安全与组织
热源纪律：演示热源一律由教师操作，学生距演示区不少于一米，不触碰电源与灯泡；本课不让学生接触明火，不制作、不携带、不放飞孔明灯。剪刀圆头，用完合拢归位；铁丝端头预先折钝。分4人小组，分工：构图员、决策记录员、材料员、汇报员；构思限时10分钟，用计时铃控制。构思单与纸模叶轮当堂回收、编号保管，第15课时发还。六、教学过程（40分钟）
总览：环节一情境导入（5分钟）→ 环节二 原理剖析（9分钟）→ 环节三 史料研读（8分钟）→ 环节四 探究实践（13分钟）→ 环节五 对比与提升（3分钟）→ 环节六 分层作业与预告（2分钟）。环节一 情境导入：灯边无风，它为什么会转（5分钟）
教师活动
1.承前定位：上一课时在水上收了尾——一道水痕称出一头大象。今天是最后一个板块：热。板书：板块七 热学（热对流）。1.演示开场，只给现象不讲道理：出示走马灯教具，教师接通热源（暖光台灯），灯罩上的人马剪纸转起来；关闭热源，转几圈，停了。追问三连：灯边有风吗？装着马达或电池吗？它是被什么推动的？收集并板书学生猜想（热气熏的／热气往上顶的／自己会转的），追问一句：刚才“一关就停”，哪个猜想站不住了？出示史料并齐读：清《燕京岁时记》——“剪纸为轮，以烛嘘之，则车驰马骤，团团不休，烛灭则顿止矣。”（正音：嘘xū）留一问：古人早把现象写尽了，可“以烛嘘之”里到底藏着一股什么风？板书课题：第14课时 走马灯与汉代环保古灯——一盏会自己转的灯。学生活动
设计意图
把怪事放最前面：无风、无马达、烛灭即停，剩下的唯一嫌疑人就是蜡烛加热出的空气。先猜后学，学生的答案才有对质的机会；齐读那句二十几个字的史料，也顺手埋下“观察到”与“解释清”不是一回事这条线。环节二 原理剖析：热空气怎么变成风（9分钟）
教师活动
让流动的空气看得见：纸蛇悬于暖光台灯上方旋转起来，移开即停。1.第一条道理：热空气为什么上升。画一间“空气房”——空气受热，体积膨胀，同样大小的空间里空气质量变少，密度变小，于是被周围较重的冷空气压着往上走。板书：空气受热→体积膨胀→密度变小→热空气上升。说准话：不是“热气自己会飞”，是“同样大小的那团空气变轻了”。2.第二条道理：光上升还成不了风。热空气升走后，周围较冷的空气从侧面补充，又被加热、又上升，循环往复才形成持续的风。对照一句：大自然的热源是太阳，走马灯的热源是蜡烛。请学生上台把六个名称磁贴贴到结构图对应位置；讲通路——烛焰加热灯内空气→热空气上升→经过顶部叶轮→叶轮转动→带动中轴与剪纸。追问关键问题：上升的气流是朝上的，叶轮是横着转的，朝上的力怎么变成转动？3.揭开“轮叶倾斜的秘密”：传看斜叶与直叶纸模。斜叶片像电风扇的叶片，上升气流的力被斜面分成两部分——一部分向上托（托力小于灯罩重力，顶不起灯罩），另一部分推动轮叶后退，众多轮叶的合力就让叶轮转起来。反问固化：把叶片粘平会怎样？（干受托力，转不起来。）转得轻松：烛焰热气本就弱，古人用顶针法（细针立在光滑面上，大宫灯用）与悬吊法（细丝吊起转轴，小灯用）减小摩擦。回指第11课时摩擦力。学生活动
1观察演示，完成任务单活动二填空（因果链、六个组成部分、斜叶片作用）。2.小组把六张对流卡排成顺序（活动三）：①周围冷空气从侧面补充 ②热空气上升，流过叶轮 ③循环往复形成持续的风 ④空气受热，体积膨胀 ⑤密度变小，热空气变“轻” ⑥推动倾斜的叶轮转动。请一组上台张贴。3.传看两片叶轮，说出差别，推想“平叶片会怎样”；用自己的话说一遍“烛灭为什么顿止”。设计意图
三处刻意：一是“空气房”把“密度变小”从背诵变成想得通的图景；二是“朝上的力怎么变成横着的转”这一问，是走马灯区别于“一缕烟”的关键，不点破，学生的解释永远停在“热气往上冲”；三是“烛灭顿止”回到链条上讲——掐掉第一环，后面五环当场作废。六卡排序沿用上一课时的做法：缺环要看得见，补链要成为学生自己的动作。环节三 史料研读：会转的灯与不熏屋的灯（8分钟）
教师活动
1.走马灯的家谱（3分钟）：秦汉——蟠螭灯（《西京杂记》青玉五枝灯，“灯燃鳞甲皆动”，被视为这类旋转灯的最早记载）；唐——“影灯”盛行，皇宫设“临光宴”；宋——“苏灯”最盛，《武林旧事》记“马骑人物，旋转如飞”；明——《上元灯彩图》绘元宵观灯；清——已是民间艺人的寻常手艺。一句话收束：从皇宫珍玩到寻常巷陌走了一千多年，转动的道理就是黑板上这六环。2.换一条线：不熏屋的灯（4分钟）。设问过渡：会转的灯让空气干活，汉代人还有更难的一桩——让烟听话。出示长信宫灯图片（1968年河北满城出土，被誉为“中华第一灯”），请学生找“宫女的手臂”特别在哪里——中空，是导烟管。板书画通路：烟炱→灯罩→宫女右臂→中空腔→底层水盘（沉入水中）。点出四字：取光藏烟。学生活动
2.在长信宫灯图上指出烟的通路，填任务单活动五的通路填空。设计意图
两条史料线各司其职：走马灯线给“传承千年的巧思”，汉灯线给“结构里的环保理念”。讲汉灯刻意不先亮“环保”二字，而先让学生在图上把烟的路找出来——路找通了，“取光藏烟”才是学生自己挣来的四个字。环节四 探究实践：看演示，再设计一盏自己的走马灯（13分钟）
教师活动
1.演示：纸蛇＋暖光台灯（热气流的力量看得见）；走马灯教具（点燃转、熄灭停）对照一遍。每项演示请学生当“解说员”2.布置构思任务（3分钟讲清）：第15课时每组要真的做一盏走马灯，今天先出图纸。每组领结构简图底稿、构思单、纸模叶轮，完成三件事：画——补全六个部分并标注；决策——三个问题给出选择与理由；安检——对照安全清单自查。3.三个决策问题与引导要点：（1）叶片往哪边斜？先想清“往哪边斜就往哪边转”，全组统一方向，纸模折一个中等角度即可；（2）转轴用顶针式还是悬吊式？大而重选顶针、小而轻选悬吊，说出理由；（3）光源放在哪、用什么？安全红线先行——一律LED冷光源，不使用蜡烛。顺势抛真问题：LED不发热，气流从哪来？把它原样写进构思单“待解决”栏，留给第15课时解决。4.巡视指导，预设指导语：“叶轮画在灯罩中腰”——热空气往哪走？叶轮应架在气流经过的顶部通道；“叶片画成直的”——传看直叶纸模，问它受上升气流后会怎样；“想用蜡烛”——守住红线，把受热源的活儿交给受控热源；“转轴不会装”——给顶针与悬挂钥匙串两个实物参照，各演示一次“转得轻松”与“转不动”。学生活动
1.观察演示，轮流当“解说员”，用六环因果链解说当前现象。2.小组分工，在底稿上补全并标注六个部分，完成构思单三个决策并写明理由。3.对照安全清单自查：不用明火、光源位置固定、叶轮不挡气流通道。设计意图
本课的探究实践是构思而不是制作（方案第14课时定的实施形式，制作在第15课时）。三个决策各对应一个物理点：叶片朝向对应“力变方向”，转轴选择对应“减小摩擦”，光源位置对应“气流通道＋安全”。最要紧的是第三问抛出的“LED不发热，气流从哪来”——不糊弄过去，让第15课时的制作带着真问题开工。环节五 对比与提升：会做与懂理（3分钟）
教师活动
1.收束两条线：板书左边是走马灯一千多年、汉灯两千多年的“会做”（经验技术）；右边是六环对流链与浮力比重的“为什么”（科学理论）。2.说清关系：古人反复试，试出“叶片要斜、轴要磨光、烟要给路”，没有理论也能把灯做到“团团不休”；但要说清为什么，要等近代热学理论。两句话并肩板书：会做——经验技术；懂理——科学理论。补一句公道话：没有“会做”攒下的万家灯彩，也不会有人回头去问它为什么转。3.情感收束：请学生补完——“这盏灯最让我佩服的，不是它很漂亮，而是＿＿＿。”学生活动
1.齐读板书两句，说一个本课里“有经验、缺理论”的例证。设计意图
把方案为本课点名的“区分古代经验技术和现代热学理论”落成板书上并肩的两句话，也是全课程“不神化古人”立场的收官——“会做”与“懂理”分开评价，既不因古人无理论而贬低其精巧，也不因器物精巧而虚构古人没有的理论。用“补半句话”收束，能直接听到学生的真实落点。环节六 分层作业与预告（2分钟）
教师活动
1.回收驱动任务：请一名学生用六环因果链解释“烛灭为什么顿止”；再请一名说出长信宫灯烟的通路。2.二次收束：今天新学的两条道理——热空气上升（受热膨胀、密度变小、上升、侧补、成风）与浮力大于重力则升空。全班齐说第一句。3.预告：下节课是全课程综合项目实践——每组从杆秤、桔槔、不倒翁、走马灯里选一个做出来，写一张原理说明卡；今天的构思单第15课时发放，想改方案的组可以先改。4.布置分层作业（见第八部分）；提醒构思单与纸模叶轮当堂回收，剪刃合拢、器材归位。学生活动
3.记录作业与下节课选型任务，回收构思单、清点归位。设计意图
课末两问直指本课两条主干（对流链、烟路），是最短的达成度检测；预告提前亮出第15课时的四个选型，让构思单带着“随时可以开工”的状态进入下一课时。七、板书设计
区域 | 内容 |
课题区 | 第14课时 走马灯与汉代环保古灯——一盏会自己转的灯 |
史料区（左上） | 《燕京岁时记》（清·富察敦崇）：“剪纸为轮，以烛嘘之，则车驰马骤，团团不休，烛灭则顿止矣。”千年线：汉蟠螭灯→唐影灯→宋苏灯→明灯彩→清入民间 |
模型区（中） | 空气受热→体积膨胀→密度变小→热空气上升→冷空气侧面补充→循环成风；大自然的热源：太阳；走马灯的热源：蜡烛；斜叶片＝把“向上的力”变成“转动的力”；减小摩擦：顶针法／悬吊法 |
结构区（右） | 走马灯六部分：灯罩、叶轮、转轴、支撑、底座、光源；孔明灯：F浮＞G灯 ⇒ 升空（灯内空气受热溢出、总重力减小——第13课时的浮力管到天上去了） |
烟路区（左下） | 取光藏烟（汉）：烟炱→灯罩→导烟管（宫女右臂／牛头烟道／凤颈套管）→中空腔＋水盘→沉水藏烟；三灯并列：长信宫灯、错银铜牛灯、凤凰形铜灯 |
对比区（中下） | 会做——经验技术（叶片斜、轴磨光、烟给路）；懂理——科学理论（热对流、密度与浮力，近代才建立）；经验与理论，科技的两只轮子 |
文化区（右副板书） | 走马灯传承一千多年，从皇宫珍玩到民间灯彩；长信宫灯“中华第一灯”；不神化古人：有巧思，无热学理论；安全：LED代明火、热源教师管、孔明灯不放飞 |
