基于STEMA的課堂教學案例
——“令人驚嘆的倒流壺”

王俊玲 白建偉

(1.蘭州市第十六中學，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州市第十一中學，甘肅 蘭州 730000)

一、藝術(Art)情景導入，演示倒流壺

師：中國人的茶文化有兩千多年的歷史。作為“一帶一路”戰略中很重要的文化軟實力，茶文化作為其中的一環被介紹到世界各地，受到很多人的喜愛。喝茶離不開茶壺，今天，老師也帶了一只精美的器物(出示倒流壺)，與一般茶壺從壺頂注水不同，此壺雖然有“蓋”，但壺蓋與壺身設計制作為一體，根本無法打開。那怎么往里注水呢？看！壺底有一個梅花孔，將水順著梅花孔注入壺內，水并沒有從壺嘴流出來。將壺身正過來以后，水也并沒有從壺底的梅花孔泄露出來，將壺身輕輕傾斜，水反而能從壺嘴正常的流出。真是一只“魔壺”啊！(邊講邊演示，在學生驚疑的注視下，將倒流壺中的水倒入功夫杯中)。

生：水從壺底注入，怎么倒過來后水流不出來呢？太不可思議了！

師：其實，老師今天帶來的是一件國家一級文物，現藏于陜西省歷史博物館的五代耀州窯青釉刻花提梁倒流壺，當然，是仿品了(笑)。同學們一定想知道這樣神奇的一只茶壺，有什么樣的歷史故事吧？那就讓我們一起走進今天的《國寶檔案》。

(視頻播放《國寶檔案之青釉刻花提梁倒流壺》)

師：據史料記載，倒流壺在我國的唐宋時期就已出現。隨著時間的推移，還被做成具有多個內膽的，即可以從一只壺內倒出不同液體的形式。當然，這就要求陶瓷工匠必須掌握先進技術。根據考古分析，在唐代，耀州窯的燒窯溫度就已經達到了1310℃。

二、科學(Science)

師：為什么明明底部有孔，水卻流不出來，在這只神秘的壺中到底藏有什么樣“暗道機關”呢?

人們用現代科技手段，對魔壺進行了X光“透視”。(出示倒流壺剖面圖)可以看到，壺里面有兩個導管，以此可以判斷出，魔壺實際上是一只倒流壺。倒流壺是一種可以把液體從壺底注入，并從壺嘴正常倒出的壺。

原來，倒流壺運用了物理原理，即“連通器液面等高”的原理做成的。什么是連通器呢？

我們說：上部開口、底部連通的容器叫做連通器。

(展示實物U型管)

連通器的特點是：當連通器中只有一種液體，且液體不流動時，各容器中的液面總保持相平。

(圖片展示并在U型管中倒入清水，以不同方向放置U型管)

師：倒流壺應用了連通器液面等高的原理，那么，這個原理在生活中還有哪些應用呢？(學生交流討論)

生：鍋爐水位計、水塔、回水管。(同時教師出示圖片)

師：大家說的很好，這些都是生活中常見的，那你知道最大的連通器是什么嗎？(學生交流討論)

師：是的，是船閘。船閘又是怎樣應用連通器原理的呢？請兩位同學在講臺上演示。

生：(兩人配合演示手動船閘模型。講述船閘的構造，介紹船閘的組成部分。引導學生將船閘工作過程進行拆分，并對其逐步進行分析、解釋。)

(一)船從上游到下游

1.打開上游閥門，使上游和閘室形成連通器，閘室內水位上升；

2.閘室內水位與上游水位等高時，開啟上游閘門，關閉上游閥門，船駛入閘室內，關閉上游閘門；

3.打開下游閥門，使下游和閘室形成連通器，閘室內水位下降；

4.閘室內水位與下游水位等高時，開啟下游閘門，關閉下游閥門，船駛出閘室，通過船閘。

(二)船從下游到上游

1.打開下游閥門，使下游和閘室形成連通器，閘室內水位下降；

2.閘室內水位與下游水位等高時，開啟下游閘門，關閉下游閥門，船駛入閘室內，關閉下游閘門；

3.打開上游閥門，使上游和閘室形成連通器，閘室內水位上升；

4.閘室內水位與上游水位等高時，開啟上游閘門，關閉上游閥門，船駛出閘室，通過船閘。

師：解釋的非常清楚，下面，就請同學們觀看《三峽船閘》記錄短片。(播放《三峽船閘》視頻)

師：可見很多年前，我們的老祖先們就已經了解和會運用這個液面等高的原理了。(笑)

設計意圖：看到令人迷惑不解的現象，隨之想要進行進一步的探索，從而揭示謎底，符合青少年心理發展的規律，設置懸念，集中學生的注意力，抓好時機，通過激發學生的學習動機，使學生產生主動建構知識的興趣。觀看記錄短片，意在培養學生的愛國主義情感。

三、數學(Mathematics)

生：為什么連通器各部分的液面是相平的？

師：要解決這個問題，我們就必須借助數學工具和物理方法，我們引出一個假想模型：假想液片。

對假想液片進行受力分析，并進行推導

F1 = F2

p1 S = p2 S

ρg h1 S =ρg h2 S

h1 = h2

由此可以從理論上得出，當連通器中只有一種液體，且液體不流動時，各容器中的液面總保持相平。

設計意圖：數學是物理學習的基礎，離開數學，物理無法進行論證和研究。學生必須學會用數學工具研究物理。因此，應用假想液片法，解釋連通器的原理。從理論上加深對原理的理解，激發學生對解釋身邊物理學現象的欲望。

四、技術(Technology)

師：看到古人做出的精美的倒流壺，同學們有沒有想要自己制作一個倒流壺的意愿呢？今天，我們就應用陶泥來制作一個屬于你自己的倒流壺吧！

這是為同學們準備好的各色陶泥、制陶工具、烤箱、粗吸管等材料，請同學們根據陶泥老師的要求按步驟制作吧！

主要步驟：

1.取一塊黃色粘土，搓揉成圓球，在頂部捏個圓形扁平的壺蓋兒，捏出長壺嘴，壺嘴高度與壺蓋兒齊平；

2.在壺嘴末端與壺蓋中心按壓出淺淺的凹孔，在水壺兩側偏上靠近壺蓋處添加兩塊圓兒片，圓片與壺嘴成一條線，在兩片圓片上各捏三個鉚釘；

3.搓出長條形的把手將把手安裝上茶壺；

4.將粗吸管周圍纏繞上一層薄泥胚，慢慢抽出吸管，制成中空的陶泥管子；

5.茶壺底部掏空，輕輕安好陶泥空管；

6.給茶壺做上你喜歡的裝飾；

7.將茶壺放入烤箱，高火十分鐘后取出，屬于你的倒流壺做好了！

師：倒流壺的現代叫法有好幾種，實際上它叫什么名字并不重要，重要的是倒流壺在利用了一個科學原理制成后，同時還說明了一個生活哲理。這就是：倒既正，正是倒，倒的終點為正，正的終點為倒。這樣一個看起來匪夷所思的道理，其實就是告訴眾人：做任何事情都是不要超越限度。

設計意圖：在剛剛學完倒流壺的科學原理后，能親手制作一只倒流壺是學生非常期待的。做軟陶手工既能鍛煉學生的動手動腦能力、協調能力，團隊協作能力，也可提高學生對事物色彩的認識和搭配能力，培養其耐心、細心的性格，學生在制作中體會自己動手的樂趣，體驗成就感。軟陶制作其中又蘊含了從觀察到思維、從認識到操作、從想象到創造等多種教育契機。最后的人生啟迪將科學課堂上升到哲學高度，意欲告訴學生，自然世界，“道”無處不在。