五下第三單元《時間的測量》

PAGEPAGE19時間的測量一、單元概述自人類具有“時間”這一概念以來，世世代代的人們經年累月不斷地尋求著準確測量時間的方法。古人經過長時間的觀測和閱歷積累，發(fā)覺太陽在天空規(guī)章地轉變著位置，月亮在天空的移動也有肯定的周期。擁有了這樣的認識，古代人類將天文現(xiàn)象與自己的生活進行了密切的聯(lián)系。依據(jù)天文現(xiàn)象固有的周期性，形成了歷法和時間的概念--一年分為360天加5天，每天24小時，午前、午后各12小時，這就是我們能夠追溯到的時間劃分。那么，一天內的時間進程如何把握呢?古人想到了把豎直放置的表和水平放置的豐組合為豐表，依據(jù)表在豐上的投影來推斷時間。他們還通過不斷地研究制作出了計算時間的機械，這就是我們現(xiàn)在已經知道的沙漏和水時計。隨著社會的進展，社會分工越來越細，慢慢地人們感到精確計算時間是必要的。17世紀以后，鐘表工藝史發(fā)生了劃時代的進步。依據(jù)伽利略發(fā)覺的單擺的等時性，惠更斯制造了第一個擺鐘，使時鐘的誤差從每天15分鐘削減到5分鐘。后來他又第一個制造出了靠發(fā)條驅動的機械表，并由此導致了18世紀高精度航海鐘的發(fā)覺，解決了困擾人類近兩個世紀的經度測定問題，大大推動了航海事業(yè)的進展。不僅如此，機械鐘的消失還促進了當時整個機械工業(yè)的進展，使鐘表和羅盤、槍炮、印刷術一起構成的技術革命成為產生近代科學的動力之一?；仡櫩茖W進展史，我們可以清楚地看到，時鐘的改進歷史是與整個人類文明史同步的。本單元要讓學生使用一些測量時間的重要設備做試驗，從太陽鐘、水鐘到機械擒縱器……在“制造”(制作)計時工具的實踐過程中，了解人類計時儀器的進展史，認識技術對人類社會進展的作用。教學內容大致是這樣安排的。第1課“時間在消逝”，主要讓學生對某一個時間段進行估量和感受。第2}5課“太陽鐘”“用水測量時間”“我的水鐘”和“機械擺鐘”，分別引導學生討論和思考日暑、水鐘和擺鐘的構造和原理。第6}8課“擺的研究”“做一個鐘擺”和“制作一個一分鐘計時器”則指導學生對擺鐘的制造原理和設計進行了更為深人的研究和探究。“時間”是一種看不見、摸不著的事物，時間運動的軌跡，是依據(jù)其他物體的有規(guī)律運動的軌跡來記錄的。所以，本單元學習“時間測量”的過程，從某種意義上說，也是對“事物有規(guī)律運動”的認識活動過程。二、單元教學目標科學概念.“時間”有時是指某一時刻，有時則表示一個時間間隔(即時長)。在不同的情況下，我們對相同時間(時長)的主觀感受會不一樣，但時間是以不變的速度在延長的。.時間可以通過對太陽運動周期的觀察和投射形成的影子來測量，一些有規(guī)律運動的裝置也曾被用來計量時間。.長期以來，人們始終在尋求精確的計時方法，隨著科學和技術的進展，人們制作的計時工具越來越精確。.計時工具準確性的提高要靠設計、材料等的改進。過程與方法.觀察和記錄有關太陽運動變化周期的信息。.學習辨別和把握試驗中的可變因素。.預報和測試怎樣轉變一個可變因素從而影響試驗結果。.解釋結果及總結可變因素是如何轉變、影響試驗結果的。.學習用圖表、表格等來記錄、整理、交流信息。.設計、制作和改進“太陽鐘”“水鐘”“擺鐘”等簡易計時器。.閱讀和研究科學資料以獵取更多的信息。情感態(tài)度價值觀.進展探究時間以及計時工具的興趣。.認識重復試驗證明結果的重要性。.觀賞前人在測量時間和解釋自然現(xiàn)象方面所做的貢獻。.初步意識到事物是運動變化的，事物的運動變化是有肯定規(guī)律的。.初步體驗到科學、技術與人們生活的密切關系。三、分課時教學建議第1課時間在消逝(一)背景和目標本課是單元的起始課，是學生們研究時間的測量的開始。對于學生來說“時間”是一個非常熟悉又不熟悉的事物。他們每時每刻都在時間的消逝中生活和學習，幾點上課?幾點下課?幾點放學?學生們是太了解不過了。但是時間又看不見摸不著，怎么能夠對“時間”進行研究呢?這個問題對于五班級的學生來說是有肯定挑戰(zhàn)性的。通過本課的學習，我們要讓學生意識到時間是可以被感受、估量和計量的。學生將通過感受1分鐘、to分鐘來感知時間的長短，并且意識到我們的實際行為很簡潔使自己估量時間時發(fā)生偏差，因此需要準確地、客觀地計量時間?？茖W概念“時間”有時是指某一時刻，有時則表示一個時間間隔(即時長)。借助自然界有規(guī)律運動的事物或現(xiàn)象，我們可以估量時間。過程與方法.運用各種方法感受一分鐘的長短。.依據(jù)估量一分鐘時長的閱歷，比較合理地估量10分鐘持續(xù)的時間。情感態(tài)度價值觀.意識到只憑主觀感受，有時是不正確的。.我們要珍惜時間。(二)教學預備1.教室里掛一面時鐘，以及一段片長1}5分鐘的學生非常喜愛的動畫片。2.為每個小組預備一個秒表，一份估量時間的記錄表。(三)教科書說明內容共兩頁，分三個部分。第一部分:現(xiàn)在幾點了“現(xiàn)在幾點鐘?”一聽到這個問題，大家都會下意識地去看看自己的手表或掛在墻上的鐘?？墒?，假如不看時鐘或手表，我們能知道現(xiàn)在大約幾點鐘嗎?教科書一開始就向學生提出了一個不大不小的難題。教科書中的插圖是一群學生在操場上觀察太陽的變化，提示學生可依據(jù)太陽在天空中的位置對現(xiàn)在的時間進行估量。除了依據(jù)太陽可以估量時間，還可以依據(jù)什么估量時間?估量活動后再對比手表，我們依據(jù)自己的方法估量得是否正確。這為以后的活動作了一個鋪墊，并產生了必要的聯(lián)系。第二部分:一分鐘有多長前面部分的活動是讓學生對一天中某一個時間點(時刻)進行估量，這部分的內容主要是讓學生對某一個時間段(時間)進行估量和感受。教科書首先讓學生感受的是“一分鐘有多長”。一分鐘多長?一分鐘等于60秒，那么，每秒又是多長呢?1963年13屆國際計量大會規(guī)定:艷一133基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1秒。依據(jù)這樣的規(guī)定，1分鐘就是艷一133基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷輻射震蕩551557906200周所持續(xù)的時間。對于學生們來說，怎樣去認識一分鐘的時間間隔呢?可能只能告訴他們一分鐘就是鐘表里的秒針轉動一圈所需要的時間。這一點或許三班級的學生也早已會說，但是，一分鐘到底有多長，學生可能沒有真正的去留意過、感受過。教科書這部分要讓學生去體驗一分鐘的長短，并引導他們用各種方法來估量一分鐘的時長。如，老師可告訴學生我們每個人每分鐘心跳的次數(shù)大約是80次;假如按1秒鐘打一下節(jié)拍的速度，即每1分鐘就是60節(jié)拍……提示學生可以這些方式來感受一分鐘的長度。學生會發(fā)覺一分鐘原來這么“長”，對一分鐘有了直觀的認識。緊接著讓學生對“10分鐘又有多長”“一小時有多長”進行描述。有了一分鐘的感受，相信學生會運用更多的方法對“一個小時”進行描述。第三部分:過去多長時間了“過去多長時間了”是在前兩個活動的基礎上，讓學生依據(jù)自己的閱歷對“上課多長時間了，離下課還有多少時間”進行合理的估量。估量往往是不太準確的，要么太長，要么太短。緣由就是課堂上過于投人或者沒有興趣，影響了他們的估量。老師可在下個環(huán)節(jié)中提出這么兩個問題:“什么時候感覺時間過得特別快?什么時候感覺時間過得特別慢?”這是對剛才的估量查找歸因。那這節(jié)課真的比原來長了(或者比原來短了)許多嗎?于是引出了“時間有快慢嗎”的討論話題。這個問題就讓學生自己去爭論，相信絕大多數(shù)的同學會認為時間消逝的速度是不變的。(四)教學建議1.估量時間。老師在這個環(huán)節(jié)可以與學生開展趣味嬉戲，請學生把手插口袋里不準看手表。提問:現(xiàn)在幾點了?讓學生估量現(xiàn)在是幾點了，充分調動原有閱歷來估量現(xiàn)在的時間。學生或許會看看太陽在天空的位置，也有許多學生會依據(jù)上學的時間或者每節(jié)課的時間進行推想。老師要鼓舞學生去估量，進展學生估量與推想的能力。2.體驗一分鐘時間有多長。本課是學生研究時間的第一課，老師們要給予學生充分的體驗時間，讓學生去體驗一分鐘時間的長短。比如請學生閉眼靜靜地度過一分鐘，還可以組織學生估量自己一分鐘可以做哪些事情?自己一分鐘心跳、一分鐘跳繩、一分鐘寫字的個數(shù)等。在估量一分鐘有多長的基礎上，老師組織學生推想10分鐘有多長。假如課堂時間比較充?？梢越M織學生去體驗，假如時間不允許，老師要鼓舞學生說出他們的推想理由或者想法。3.該課的設計中要體現(xiàn)趣味性。該課的教學肯定要讓學生在輕松愉悅的狀態(tài)下學習。在第三環(huán)節(jié)老師可以突然提出:這節(jié)課過去多少時間了?回答這樣的突如其來的問題，學生有可能會消失三種情況:一是對過去的時間估量過短;二是對過去的時間估量過長;三是在建立前兩個活動的基礎上，不急于做回答。緣由就是課堂上過于投人或者沒有興趣，影響了他們的推想。通過這樣的設計可以引導學生討論:時間的長短與人的感覺之間的關系，以準時間是否有的時候快，而有的時候慢。第2課太陽鐘(一)背景和目標在第一課學生通過各種方法感受了時間，本課是深人研究時間測量的第一課。他們將開始對計時工具進行研究，學習內容涉及到時間測量工具的進展史。古代人沒有時鐘，他們是怎樣來計時的?在學生們的意識中利用太陽計時可能是比較熟悉的一種古人計時方法。但他們并不完全清楚其中的原理。在這節(jié)課中，學生將經歷一個觀察太陽影子變化的過程，通過觀察太陽光影的變化來討論古人是怎么利用太陽來計時的。本課設計了三個活動，第一個是用太陽來計日。認識‘舊”是怎么來的，一日的12小時是怎么產生的。第二個活動是用光影來計時。利用太陽光影子的方向與長短來確定時間。第三個活動是討論與思考，包括太陽鐘計時的原理和實際使用中存在的問題。科學概念.陽光下物體影子的方向、長短會慢慢地發(fā)生變化?！f暑”與“豐表”是依據(jù)日影長度制成的計時器。過程與方法.觀察太陽光影在肯定時間內長短與方向的變化。.制作簡易的豐表或者日暑進行計時。.討論太陽光影是怎么被用來記錄一天的時間的。情感態(tài)度價值觀.對古人研究時間的成果產生敬佩之情。.感受人類對時間測量的探究過程。.體驗研究的樂趣。(二)教學預備收集關于豐表與日暑的介紹資料與圖片。每個小組一根立竿、一把尺子、一個手表。每個小組制作日暑需要的暑針、暑面各一個。(三)教科書說明內容共兩頁，分三部分。第一部分:用太陽來計時現(xiàn)在幾點鐘了?我們可以看鐘表?？墒枪糯藳]有鐘表怎么辦?教科書就這樣開始安排這節(jié)課的學習活動。學生依據(jù)自己的原有認知會很快地做出回答:古人利用太陽。學生們還會想到古人還用“流水”“香灶”等計時。教科書上四幅太陽日出到日落的圖片記錄了一天的時間。這就是最早的時間單位“天”的來歷。有了最初的計時單位后，慢慢地需要對一天的時間進行劃分。那古人又是怎么劃分一天的呢?教科書供應了一段資料，古埃及人是怎么確定白天與黑夜各12小時的。老師在這個環(huán)節(jié)中可以向學生講解的稍微具體一些，或者可以引導學生自己去搜索相關的資料去了解更加具體的關于時間單位的來歷。這部分教科書也是時間進展史學習材料，使學生對計時單位的了解由原來的比較寬泛，到逐步精確。第二部分:用光影來計時在了解了古人一天的時間后，那古人是怎么記錄一天中各個小時呢?教科書上一個卡通古人在觀察和度量立竿的影子長度，這就引出了光影計時方法。老師在教學中要試著讓學生去解釋其中的原理。老師組織學生去太陽下觀察影子的變化，假如在上午學生會發(fā)覺影子會慢慢變短，假如在下午學生會發(fā)覺影子會慢‘漫變長。同時，學生也會發(fā)覺隨著時間的消逝太陽光的影子方向也在變化。學生通過這樣的觀察他們會解釋古人用光影是怎么來計時的。教科書右上方圖片中的計時工具是‘舊暑”，這與光影計時方法有肯定的區(qū)別。中間圖片表示的是古人用的“豐表”，豐表是利用太陽光影子長短變化來記錄時間的。而日暑是利用太陽由東向西移動時，投向暑面的暑針影子慢慢地由西向東移動來計時的。這兩種計時方法有區(qū)別，但是原理是一樣的，都是利用了太陽光影子的變化來計時的。第三部分:討論與思考在討論豐表與日暑的制作原理時，學生會提到太陽鐘是利用了太陽東升西落而造成影子的運動來制作的?！疤栫姟笔遣皇且环N完善的計時方法呢?在“討論與思考”的后續(xù)活動中，組織學生對太陽鐘進行分析，它在實際使用中會有哪些問題，為下節(jié)課的研究做好鋪墊，使學生在學完這課后能進一步思考，古人陰天怎么辦?到了晚上怎么辦?等問題。這節(jié)課的三個活動是相互聯(lián)系的一個整體，每個活動都有自身的價值，同時也對下個活動產生肯定的影響，所以老師在處理教科書時不要將其孤立地分開。(四)教學建議1.資料搜集因為這課的第一部分主要內容是計時單位的進展。課前應組織學生去搜集一些相關的計時單位的資料。老師可以確定資料收集的主題，比如說，“一天是怎么來的?”"24小時是怎么確定的?”等等有關于這節(jié)課的內容都可以讓學生去收集。在課堂上老師充分發(fā)揮學生的主動性，讓學生在小組與全班開展討論。這對學生理解計時單位的精確進展是非常有好處的。2.用光影計時老師組織學生去觀察竹竿在太陽光影的變化規(guī)律。通過觀察使學生發(fā)覺竹竿影子會隨著時間的推移變短(下午變長)，影子并且還有規(guī)律的由西向東移動。在觀察的過程中老師可以組織學生用畫圖的方式記錄觀察到的現(xiàn)象，這樣便于學生在課堂上開展討論以及發(fā)覺問題。學生觀察后老師組織學生討論古人是怎么利用太陽光影來計時。通過討論老師出示豐表與日暑兩種計時工具，請學生解釋他們是怎么計時的?3.制作豐表或者日暑在探究過程中，假如時間充足老師可以組織學生制作豐表或者日暑，然后用自己制作完成的“太陽鐘”進行計時。這樣不僅使學生對太陽鐘有更深的理解，還激發(fā)學生探究時間的樂觀性。第3課用水測量時間(一)背景和目標在研究豐表與日暑后，學生會發(fā)覺太陽光影之所以能夠被用來計時，是因為太陽光影是有規(guī)律地運動著的。他們開始意識到能夠用作計時工具的事物必需是有規(guī)律運動著的。可是太陽鐘只能白天使用，晚上怎么計時呢?這一課將組織學生去探究如何用流水來計時，研究古人計時用的水鐘，以及不同的計時方法。教科書將介紹學生認識兩種水鐘，一種是泄水型水鐘，另一種是受水型水鐘。在這一課中，學生將觀察滴漏，推想并測量在瓶子中積聚10毫升和50毫升水分別需要的時間。通過本課的學習要使學生初步了解和認識利用滴漏計時的原理。科學概念.在肯定的裝置里，水能保持以穩(wěn)定的速度往下流，人類依據(jù)這一特點制作水鐘用來計時。過程和方法.記錄100毫升水緩慢地流完需要多少時間。.依據(jù)100毫升水流完需要的時間，推想10,50,300毫升的水流完需要的時間。.初步理解流水為什么能夠用來計時，以及存在的問題。情感態(tài)度價值觀.認識到細心觀察的重要性。.進展研究計時工具的興趣。(二)教學預備1.每人課前搜集各種水鐘的資料與圖片。2.每個小組一個能容納300毫升水的塑料瓶子，每個小組一個100毫升量筒，簽字筆一支，鐵釘一個，一個透亮?????水杯。(三)教科書說明內容共兩頁，分兩個部分。第一部分:古代的水鐘古人計時的方法許多，學生通過閱讀和交流，可能已經知道古人曾經用水鐘來計量時間。在這個環(huán)節(jié)里，教科書畫了三幅水鐘的圖，說明了兩種類型的古代水鐘，以幫忙學生了解古人是怎樣利用流水來計時的。教科書第54頁左下圖的是古代的“漏壺”。它是一種泄水型水鐘，是觀測容器內的水漏泄削減情況來計量時間。右邊是受水型水鐘，是觀測容器(底部無孔)內流人水增加情況來計量時間。教科書介紹這兩種古代的水鐘，主要是幫忙學生理解古人是怎樣利用流水的滴漏來計時的?？梢宰寣W生解釋這些水鐘是怎樣利用滴漏來計時的。這樣就可以引出下面環(huán)節(jié)，使學生對滴漏進行觀察和研究。第二部分:滴漏試驗教科書首先讓學生估量并觀察從300毫升水中緩慢流出100毫升水需要多少時間一“把一個透亮?????塑料飲料瓶去掉底部，倒過來盛水，在瓶蓋上扎一個小孔，讓水可以從小孔中緩慢流出。在瓶子中裝300毫升水，觀察并記錄從瓶中漏出100毫升水需要的時間?！边@項活動中的透亮?????塑料飲料瓶，應盡可能選擇細長的圓筒形瓶子，瓶蓋上扎的小孔以直徑2毫米左右為宜，讓水成線狀細流緩緩流出。而且這個活動盼望學生能重復觀察23次(留意每次觀測都必需在瓶子中裝同樣多的水一300毫升水)。通過試驗學生們會發(fā)覺，假如孔的大小不轉變，同樣流完100毫升水所需的時間是相同的(約1分鐘左右)。緊接著第二個活動是用同樣的瓶子裝水，觀察從300毫升水中，漏出10毫升、50毫升水分別需多少時間。這個活動，同樣盼望重復多次。假如忽略觀測的各種誤差，從300毫升水中流出10毫升水的時間，大致相當于流完100毫升水的時間的非常之一;流掉50毫升水的時間也差不多是流完100毫升水時間的一半。至此，學生不難發(fā)覺，利用流水是可以幫忙我們“模糊”計時的。當然，事實上水在下流過程中不是勻速的，流掉前50毫升水的時間與流完后50毫升水的時間并不完全等時。這樣的現(xiàn)象，對于觀察認真的學生或許也能發(fā)覺。我們也盼望學生能關注到這樣的現(xiàn)象，所以，教科書安排了第三個活動一推想并觀察流完杯中全部的300毫升水需多少時間。通過觀測，很顯然流完全部的300毫升水的時間要大大超出僅流掉前100毫升水時間的3倍。而且，用肉眼也能很清楚地觀察到，當瓶中的水越來越多時，水流越來越小，最終甚至會斷斷續(xù)續(xù)成滴狀。杯底孔的大小沒有變，水的流速怎么會不斷變化的呢?學問面廣的同學，可能會說到是由于水位高低(水壓)引起的。老師不妨向學生做出這樣的解釋:由于水位高低的變化，引起了水流速度的變化。水位高時，水流較急，水位越低，水流就越緩，慢慢地從流變成滴，甚至不再往下漏。到此，孩子可能就會提出問題了一水流的速度是在不斷地變化的，那用水怎么計時啊?這時，老師可引導學生去關注古人有沒有發(fā)覺這一現(xiàn)象?他們是怎樣讓水保持固定的速度往下流的?帶著這樣的問題，孩子們自然會再次關注古代的水鐘，他們會找相應的資料去了解古人是如何解決這一問題的。課堂上，也可讓孩子們再認真觀察教科書第54頁右邊的水鐘圖，分析各構件的作用，理解古人的設計原理(盛水漏斗中的錐體是用來把握流水孔的大小的，盛水漏斗邊上的泄水孔是用來保持水位高低的)。通過這次的觀察，相信會讓孩子們對古人的聰慧才智，再一次發(fā)出由衷的贊揚。在孩子們贊揚古人用巧妙的方法保持水位不變的同時，老師還要進一步引導他們觀察古人制作的水鐘里的水不是連成線狀往下流的，而是一滴一滴往下滴的。這又是為什么?教科書盼望孩子們對古人的這種設計作思考和解釋。課堂上，老師不妨讓學生做一道計算題:水每分鐘流掉100毫升，1小時流掉多少升?一天流掉多少升?假如水鐘一天換一次水，這些水需要多大的儲水裝置……通過這樣的計算與思考，想必孩子們是很簡潔對古人的這種設計做出解釋的。這一活動，或許也能引發(fā)出新的教學意義一對他們自己平常的不經意沒有關緊水龍頭的行為做出反思。教科書中的第二項活動一“要是水一滴滴往下漏會怎樣?”正是在前面思考的基礎上，進行的實踐操作活動。通過這項活動，讓學生驗證了同樣多的水，由于流速不一樣，它所能計量的時間是不一樣的，從節(jié)省資源的角度，以及使用便利的角度考慮，都應選擇用“滴漏”的方法來計量時間。另外，用滴漏的方法，也能盡可能地減水因水位變化而對水下漏速度的影響。在上述思考和實踐的基礎上，我們可以讓學生在課外去設計制作一個每分鐘滴約60滴水的滴漏，相信孩子們會興趣盎然、躍躍欲試。這項活動可為下一節(jié)課制作一個水鐘做好預備。(四)教學建議1.要突出重點探究活動。在進行本課的教學中，老師要把握好“古代水鐘”和“滴漏試驗”兩個活動主次。教科書第一個活動是通過讓學生認識古人的水鐘，從而促進他們理解流水能作為計時工具的原理，同時也促進學生對計時器進展史的認識。這部分一個重要的意義就是為第二部分的研究做好鋪墊，是探究滴漏試驗的引子。在教學中，老師要把大部分時間安排給“滴漏試驗”這個活動，給學生充分的觀察、記錄、研討時間。2.滴漏試驗中流水速度的把握。研究“滴漏100毫升水需要多少時間”的活動中，老師要留意流水的速度把握。學生在瓶蓋上打的洞假如比較小，漏完100毫升水需要較長的時間。老師要指導學生先打一小孔，再逐步擴大，不要一下就打很大的孔。打孔對于學生來說還是有肯定困難的，老師要具體說明打孔的方法，以免占用過多的時間影響學生的觀察與記錄。老師也可以在課前把孔打好。3.滴漏試驗。教科書中設計的“滴漏試驗”是有深刻內涵的。教科書讓學生開展的兩次滴漏試驗中，滴漏100毫升的試驗是泄水型的，而觀察向量筒中滴人10毫升水與50毫升水是受水型的。這個活動的滴漏原理與教科書的第一部分介紹古代的幾種水鐘，及后面一課“我的水鐘”都是相同的。通過這一探究活動，學生在制作水鐘的過程中，就可能會設計出不同類型的水鐘。第4課我的水鐘(一)背景和目標通過第2}-3課的教學，學生已經認識了兩種水鐘的構造，經歷了滴漏試驗的研究，學生對滴漏能作為計時工具有了新的理解，有了制作水鐘的欲望和基礎。這一節(jié)課，他們將要運用已把握的學問設計一個水鐘，親自動手制作一個水鐘，并用圖畫的形式對自己設計的水鐘進行描述。還要在試驗中檢驗自己的水鐘是否計時準確，以及對水鐘的設計進行改進。在這節(jié)課中，學生將要經歷設計方案一試驗制作一修正方案的科學活動過程，這個過程也是一個促進學生思維進展的過程?？茖W概念.通過肯定的裝置，流水能夠用來計時，因為滴漏能夠保持水在肯定的時間內以穩(wěn)定的速度往下流。.我們可以把握滴漏的速度，從而使水鐘計時更加準確。過程與方法.設計制作水鐘的方案。.利用剪刀、塑料瓶等簡潔工具和材料制作一個簡易的水鐘。.在實際運用過程中對自己的方案進行改進。.經歷思考方案一制定計劃一實施方案一檢驗成果一查找緣由一改進試驗的探究過程。情感態(tài)度價值觀.感受科學制作帶來的樂趣。.體會到在科學研究中分工、合作，和諧的開展探究是重要的。.體驗到完成一個科學制作需要不斷重復試驗，在試驗中逐步完善。(二)教學預備為每個小組預備一把美工刀、兩個塑料瓶、一個時鐘(或者手表)、一支記號筆和尺子。老師自己預備一個醫(yī)院輸液用的管子。(三)教科書說明內容共兩頁，分三部分。第一部分:設計水鐘經歷了關于“用水測量時間”的研究，學生已經有了制作水鐘的欲望和理論基礎。在制作之前我們應當設計一個制作的計劃，想好我們要制作的水鐘的類型、式樣、材料、操作步驟等事項。教科書要求學生畫出設計方案圖，在插圖的右邊作了提示與思考，引領學生思考在制作設計方案的時候，需要思考的一些必要問題。第一，選擇什么材料制作;第二，怎么利用這些材料來制作水鐘;第三，如何標出刻度。這些問題看起來很簡潔，假如不認真去思考，在實際操作中就會暴露出來。學生通過圖畫及文字描述來表述自己的思維。只有經歷這個活動學生才能有預備、有日的地制訂計劃。可行的計劃是制作水鐘的前提。教科書有一幅插圖“一個滴漏邊上畫了一個時鐘”，這是提示學生在標刻度的時候要對比時鐘。學生依據(jù)每分鐘流出水的體積畫出刻度?？赡苡幸恍W生在測量出一分鐘滴漏的水的體積在瓶上的高度后，就會把它作為標準來分出更多的刻度(2^-10之間的刻度)，這是不科學的，假如使用的瓶子樣子是不規(guī)章的，那這樣的做法很簡潔造成誤差。第二部分:用水鐘計時“用水鐘計時”在這個活動中，制作計劃已經成為現(xiàn)實的成果，還要在實踐中檢驗。將做好的水鐘與鐘表對比，你的水鐘計時準確嗎?當水鐘消失誤差時，緣由出在哪里呢?依據(jù)誤差查找影響水鐘計時準確的因素。教科書插圖中兩個學生對話，提示學生從容器的樣子、滴水的速度兩方面去查找緣由。第一，假如容器的樣子不規(guī)章簡潔造成刻度的標識錯誤;第二，因為開始時容器里裝了比較多的水，水的重量產生的壓力比較大，開始滴漏速度會快一些。隨著容器中的水位逐步下降，水的壓力也越來越小，這樣就影響了滴水的速度。學生分析了可能存在緣由后，試圖對自己制作的水鐘進行改造。教科書用插圖的形式提示學生可以用這些方法來改進自己的水鐘。插圖顯示了醫(yī)院里靜脈滴注的調節(jié)器，這是提示學生設計的滴漏要像靜脈滴注一樣均勻下滴，最好是能把握滴漏的速度。這幅插圖有利于引導學生將計時器的研究方向從水鐘過度到下一課的機械擺鐘。本節(jié)課讓學生經歷了一個思考方案一制定計劃一實施方案一檢驗成果一查找緣由一改進成果的科學探究活動。每個活動都要讓學生充分探究，讓他們理解一項研究成果的取得，要經得起實踐的檢驗，需要不斷思考和改進，逐步完善。(四)教學建議1.設計水鐘。從三班級學習到五班級，學生會用圖畫記錄觀察內容，畫圖對于學生并不生疏。但是假如用畫圖與文字結合的形式設計一個科學作品，學生們的經歷還是很少的。本課是組織學生開展這方面訓練比較好的機會?！霸O計水鐘”是一個思維層次比較高的環(huán)節(jié)，老師在教學中要把文章做足，盡可能地調動學生的原有認知。引導學生就水鐘類型、把握流水速度、刻度三方面開展討論，在此基礎上建構一個水鐘的模型。用畫圖的方式設計水鐘時，老師要明確要求學生給“圖”寫上文字注解。這是了解學生思維進展比較好的方法。2.制作水鐘。這部分的內容是反映“設計水鐘”環(huán)節(jié)學生思維活動是否全面、微小。在教學預備時，每種用具老師都要具體操作。比如不能用水彩筆或者水筆代替簽字筆，如何選擇合適的孔徑以把握水滴的速度等等。3.用水鐘來計時。這是一個組織學生反思的環(huán)節(jié)。老師不能代替學生進行反思。要組織學生開展充分的研討，并且讓他們自己提出改進措施。假如學生提出改進措施有困難，老師可以引導學生觀察教科書中的“自制水鐘插圖”，請學生比較分析自己設計制作的水鐘與書本上制作的水鐘有什么區(qū)別。組織這樣的討論可以促使學生思考產生誤差的緣由，幫忙他們對自己的水鐘提出改進措施。第5課機械擺鐘(一)背景和目標隨著社會的進展，人類對時間精確度的要求也提高了。學生探究過的日暑、水鐘、沙漏等一些簡易的計時工具，已不適應社會進展的需要。擺鐘的創(chuàng)造大大地提高了時鐘的精確度。在本課的學習中，學生將觀察擺鐘的擺，發(fā)覺擺鐘的擺每分鐘搖擺的次數(shù)是相同的。本節(jié)課所研究的擺是“單擺”。所謂單擺是指在細線的下面拴一個小球重物，且細線的質量與小球相比可以忽略，球的直徑與線長相比也可以忽略的擺。單擺的搖擺具有等時性，即在擺長肯定、擺角較小的情況下，擺來回搖擺一次所需要的時間總是一樣的。對擺的等時性的研究學生會非常感興趣，在本課的學習與研究中，老師要著重解決學生操作方面的一些問題，讓學生的測量盡量地精確一些。這將有利于他們更加深人地開展研究。科學概念.同一個單擺每搖擺一次所需的時間是相同的。依據(jù)單擺的等時性，人們制成了擺鐘，使時間的計量誤差更小。過程與方法.重復觀察和測量擺鐘每分鐘的搖擺次數(shù)。.動手制作一個單擺。.觀察和測量在相同時間內擺搖擺的次數(shù)。.情感態(tài)度價值觀理解重復試驗的意義。進展對計時工具研究的興趣。(二)教學預備1.教室前放置一個大擺鐘，假如條件允許的話每個小組預備一個擺鐘。2.每個小組手表(秒表)一只。3.每個小組擺錘一個(螺帽)、擺繩一根(棉線)、支架一個。4.記錄表兩張。(三)教科書說明內容共兩頁，分兩部分。第一部分:觀察擺鐘擺鐘為什么會比其他的計時工具都精確呢?這對學生來說是一個比較具有吸引力的問題。帶著這樣的懷疑去觀察擺鐘的構造，會達到較好的教學效果。教科書就是這樣開始這節(jié)課的教學的。老師可以告訴學生，擺鐘的計時精確度與擺的長度有直接關系。建立在這個基礎上，教科書提出“用秒表測一測，擺鐘中的擺每分鐘搖擺幾次?”對擺進行測量以后，有可能全班會得出一致的結論，也有可能結論不一致。這時插圖中的一個男孩提出:再測一次，這是教科書所期望的。老師要抓住時機，引導學生思考重復測量的重要意義。經過重復測量，學生會發(fā)覺各種擺鐘的擺每分鐘都是搖擺60次。無論擺幅大(不能大于90度)一些還是擺幅小一些，擺來回搖擺一次所用的時間總是相等的，這就是擺的等時性。第二部分:觀察我們的擺是不是全部的擺每分鐘搖擺的次數(shù)都一樣呢?學生的探究欲望開始被激發(fā)。教科書指導學生利用一條細繩和一個小重物，制作一個簡潔的擺。教科書雖然沒有指出擺的各個部分的名稱，但是在教學中要使用統(tǒng)一的名稱，如擺錘和擺繩等。接下來，學生要用測量鐘擺的方法，連續(xù)測量自己制作的擺10秒鐘內搖擺的次數(shù)。多次測量后，學生們會發(fā)覺兩個現(xiàn)象。一個是，就一個擺來說，在每個10秒鐘內，搖擺的次數(shù)是一樣的。另一個是，就不同的擺來說，在10秒鐘內搖擺的次數(shù)可能并不相同。這就向學生們提出了問題。擺的幅度越來越小了，但是搖擺次數(shù)還是一樣，這是為什么呢?教科書插圖中一個小組的學生在對話，一位學生提出要再測量一次，這是再一次提示學生就這個現(xiàn)象進行重復試驗。(四)教學建議1.介紹機械擺鐘像日暑、水鐘等一些簡易的計時工具，可以讓我們知道或許的時間，不能非常精確地記錄幾分幾秒的時間。可是隨著社會的進展，人們總盼望有更精確的時鐘。擺鐘的消失大大提高了時間的精確度。老師在這部分應向學生介紹機械擺鐘消失對計時工作的影響。2.觀察擺鐘的擺在研究之前老師組織學生觀察擺鐘，然后組織討論:擺鐘是怎樣來計量時間的?鼓舞學生大膽的提出自己的猜想。這對激發(fā)學生的研究興趣與樂觀性是很有幫忙的?？赡軙袑W生提出擺鐘的擺一秒鐘擺一次。接著老師引導學生去測量擺鐘的擺每分鐘搖擺的次數(shù)。第一次測量后，學生進行相互對比可能會發(fā)覺結果不一樣。這時老師就要引導學生解決操作中的一些問題，如擺怎么算是搖擺一次;手表計時是否準確等。在這個過程中不僅要學生認真觀察，還強調了重復試驗的重要性。3.觀察我們自己的擺這是一個非常好玩的活動，學生親自做一個擺并且進行測量。課堂中老師要采集多個小組的測量數(shù)據(jù)。組織學生進行討論，讓他們自己發(fā)覺更多有價值的信息。學生們通過分析會發(fā)覺每10秒擺搖擺次數(shù)是相同的。這就讓學生理解擺的等時性。但是每個小組測量的結果又是不一樣的。這為下節(jié)開展擺的研究提出了研究的問題。第6課擺的研究(一)背景和目標在學生測量擺的搖擺次數(shù)的時候已經發(fā)覺，擺鐘的擺與自制的擺在to秒鐘內搖擺的次數(shù)可能不一樣。有的擺擺得快，而有一些則擺得慢。學生的頭腦中已經形成了一個問題:在相同時間內怎么不同的擺搖擺的次數(shù)不一樣呢?之前學生們已經觀察過擺鐘的擺與自己的擺，他們會聯(lián)想到擺的快慢可能會與擺錘、擺繩的長度、擺幅等因素有關系。這節(jié)課中學生們將就擺的快慢與什么因素有關進行討論與思考，并且去驗證他們自己的一些猜想。在探究的過程中逐步排除一些猜想，修正自己的想法。這一節(jié)課，學生們將測量不同重量擺錘的擺在15秒鐘內搖擺的次數(shù)，不同長度擺繩的擺在15秒鐘內搖擺的次數(shù)。他們在對測量數(shù)據(jù)的分析過程中會發(fā)覺，影響擺的快慢的因素只是擺繩的長短?？茖W概念.擺的搖擺快慢與擺繩的長度有關。同一個擺，擺繩越長搖擺越慢，擺繩越短搖擺越快。過程與方法.推想擺的搖擺快慢與什么有關。.進行轉變擺的擺錘、擺的擺長對擺的次數(shù)是否產生影響的試驗研究。.對試驗的結果進行分析，并且依據(jù)分析進行預報。情感態(tài)度價值觀.初步意識到精確測量結果的得到是需要反復測量的。.認識到在試驗中細心觀察發(fā)覺新的問題是很重要的。.對新問題有連續(xù)研究的欲望。(二)教學預備1.每個小組一根擺繩(棉繩)，三個大小相同輕重分別是20克、40克、60克的擺每個小組預備研究擺錘的記錄表一份，研究擺繩的記錄表一份。每個小組預備鐵架一個，秒表(或手表)一只。(三)教科書說明內容共兩頁，分成兩部分。第一部分:用擺做試驗這是一節(jié)通過“測量”這種探究活動，發(fā)覺科學規(guī)律的課。教科書從三個層面開展探究活動，第一層面，對我們發(fā)覺的問題，怎么想辦法去證明;第二層面，運用測量的方法，對我們的發(fā)覺進行驗證;第三層面，對我們所得到的數(shù)據(jù)進行分析。教科書一開始就呈現(xiàn)了一幅插圖，圖中一群學生在討論關于搖擺速度與什么有關系的問題。這是呈現(xiàn)學生們對上一節(jié)課產生的問題進行討論的場面。插圖中一個小男孩說:猶如跟擺繩的長度有關。這個小男孩提出這個觀點，說明他是經過觀察過的。因為學生自己制作的擺擺錘的重量相差不多，但是擺繩的長度是有差異的。插圖中的一位小女孩說:可能與擺錘的重量有關系吧。這個小女孩的話是反映大多數(shù)學生原有認知的。邊上有一位男孩說:與擺的幅度也有關系的，這樣的想法也代表了一些學生的想法。圖中有學生提出了:依據(jù)以前的觀測，擺幅大小對擺的速度影響不大。這位學生把上一節(jié)課觀察到的現(xiàn)象與這節(jié)課聯(lián)系起來了，是思維進展比較超前學生的代表。在“機械擺鐘”一課中，學生觀察了不同擺幅的擺在相同的時間內搖擺次數(shù)是一樣的，所以這位學生就提出了“與擺幅沒有多大關系”的觀點。教科書插圖中一個小女孩說:我們還是做試驗觀察一下吧。這提示學生全部的科學爭論最終都要靠實來驗證。學生思考完這些后，測量擺的試驗開始，老師要提示學生對測量數(shù)據(jù)進行記錄。假如要來研究“擺錘的重量是否影響擺的次數(shù)”這個問題，我們要轉變原來我們制作的擺的哪個因素?使學生初步具有在試驗中怎樣把握無關因素，從而保證所要研究問題結果的精確性的能力。在這個試驗中，要把握的因素就是擺長與擺幅不變，使擺錘的重量增加到原來的三倍，同樣測量15秒，并且記錄每次測量的結果。試驗結束后，老師要引導學生對測量的數(shù)據(jù)進行比較分析，讓學生說說對這個結果進行分析后，有什么推想。在進行“轉變擺繩長度的”試驗中，老師可以適當放手。只要做簡潔的提示，比如:在上個試驗中，我們?yōu)榱搜芯繑[錘的重量是否影響擺的次數(shù)，使擺繩的長度、擺的幅度等其他因素保持不變?，F(xiàn)在我們要進行“擺繩長度是否影響擺的次數(shù)”的研究，我們應當使哪些因素不變?試驗怎么進行?在學生試驗結束后，引導學生對試驗所測的數(shù)據(jù)進行分析。比較兩次試驗，讓學生談談有什么發(fā)覺?雖然試驗結果在老師的心中是清楚的，但是這是個不完全歸納的試驗，可以引導學生對試驗結果進行大膽的推想。這兩個試驗，教科書期望老師在學生的探究過程中起到一個“扶、引、放”的作用。在試驗過程中，老師是參與者，和合作者，依據(jù)學生的試驗情況，不斷提出探究性問題，引導學生探究對試驗變量的把握，對試驗結果做出分析，并能夠利用試驗的結果進行推想。第二部分:擺的快慢與什么有關系教科書設置了幾個連續(xù)遞進的問題，引導學生在“用擺做試驗”后，進行思考與討論。把兩張試驗記錄放在一起，你覺得哪種擺的速度比較快?哪種擺的速度比較慢?擺的快慢與繩長有關嗎?與擺錘有關嗎?對這些問題你是怎么思考的，這就是教科書想達到的一個結果，學生能依據(jù)自己的原有學問、對試驗結果進行分析與思考，并進行科學的推想。教科書最終的一幅照片，是擺繩長度相同的兩個擺，但擺錘的長短不一樣，一個擺錘比較長，另一個擺錘比較短。教科書引導學生推想這個兩個擺的搖擺速度，大多數(shù)學生確定會認為這兩個擺搖擺速度是一樣的，因為他們的擺繩是一樣的。但是假如學生們去測量會發(fā)覺短擺錘的擺搖擺的速度快。這樣的測量結果與學生剛剛試驗的結果產生了抵觸沖突，之前的試驗結果表明搖擺次數(shù)是與擺錘沒有關系的，而這個試驗表明又有關系。這使學生們百思不得其解。教科書試圖通過這樣的活動讓學生真正理解擺繩的長度不等于擺的長度。(四)教學建議1.討論擺搖擺次數(shù)與什么因素有關系。在上一節(jié)課中學生們已經發(fā)覺不同的擺搖擺速度不一樣，他們對這個問題已經產生了探究的欲望。這個活動學生們就這個問題開展討論，老師在教學中要給予學生充分的討論時間。讓學生充分調動原有的認知，開展頭腦思維風暴。通過討論與辯論使學生達成共識，搖擺速度與擺幅的關系不大。從而排除了學生在下面活動中對擺幅的研究。2.關于擺錘重量是否影響搖擺頻率的變量把握試驗。讓學生理解探究活動的日的對開展試驗是很重要的。在教學中組織學生開展這樣的討論，假如要研究擺錘的輕重與搖擺速度的關系，我們要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)?通過討論使學生明白如何把握變量來研究擺錘與擺長?；蛟S五班級的學生他們能夠說出，假如要研究擺長與搖擺速度的關系，擺錘的輕重、大小要保持不變，而擺繩的長度是要變化的。但是在實際操作中學生們往往會忽視另外的變量，比如說“計時”，學生就很難把握。教科書上建議學生開展三次試驗，分別是擺錘原重搖擺次數(shù)，擺錘兩倍重量搖擺次數(shù)，擺錘三倍重量搖擺次數(shù)。老師要留意操作性問題:轉變擺錘的輕重，但不能轉變擺長。假如為了增加擺錘的重量而轉變了擺錘的大小與長短，結果是轉變了擺長，造成測量數(shù)據(jù)的不準確。3.擺的快慢與什么有關系。這是一個分析試驗數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)。展示各組學生試驗數(shù)據(jù)，并組織學生自行分析:擺的快慢與繩長有關嗎?與擺錘的重量有關嗎?學生得出擺繩的長短是影響擺快慢的因素后，老師出示一個擺繩一樣長，但是擺錘不一樣長的擺，請學生推想他們的搖擺快慢會怎樣?老師可以進行演示測量，使學生理解擺長不等于擺繩的長度，真正的擺長是支架到擺錘重心的距離。第7課做一個擺鐘(一)背景和目標學生們通過研究已經發(fā)覺，擺的搖擺快慢與擺長有關。擺長越長擺得就越慢，擺長越短擺得就越快。但是教科書又為學生們的研究設置了新問題，假如在30厘米長的木條(或塑料棒)上固定一塊金屬圓片，該怎樣把握這個擺的搖擺快慢呢?在本節(jié)課中，學生們將用調節(jié)擺長的方法來調節(jié)擺的快慢。經過這節(jié)課的研究學生將能夠更好地理解鐘擺，并學會把握鐘擺的快慢。依據(jù)前面的學習基礎，學生們也將制作一個每分鐘搖擺30次的擺，也就是擺鐘的擺?？茖W概念擺的搖擺快慢與擺長有關。同一個擺，擺長越長，搖擺越慢，擺長越短，搖擺越快。過程與方法.在真實的情境中研究擺長如何影響搖擺次數(shù)。對鐘擺不斷地調整直至每分鐘正好搖擺30次。運用測量與比較的方法來研究鐘擺的搖擺快慢。情感態(tài)度價值觀認識到細心觀察與準確測量的重要性。對新問題的研究保持樂觀的探究欲望。(二)教學預備每個小組一根寬1厘米、長30厘米的木條。每個小組一只計時器(秒表或者手表)。每個小組供應一個擺錘(可以固定在木條上，并且能夠機敏的移動)。(三)教材說明內容共兩頁，分成兩部分。第一部分:擺長怎樣影響搖擺次數(shù)教科書上出示了兩個特別的擺，他們的擺錘分別是粗細相同的木條，長度分別是20厘米與30厘米。這兩個擺呈現(xiàn)在學生面前，學生會難以區(qū)分哪部分是擺長哪部分是擺錘。這兩個擺假如搖擺起來，在同樣的時間里哪個擺搖擺的次數(shù)多，哪個擺搖擺的次數(shù)少呢?在預報這兩個擺的時候，將會進行較深人的思考。通過測量發(fā)覺木條長度為30厘米的擺，搖擺的速度要比長度為20厘米的擺擺的慢。這應在學生的預報之中。假如在30厘米長的木條上固定一塊金屬圓片，這個擺的搖擺速度有變化嗎?把金屬圓片固定在木條上，使木條的重心發(fā)生了變化，擺長就發(fā)生了變化，從而使擺的搖擺速度也會發(fā)生變化。假如原來木條的重心到固定點的距離大于固定了金屬片后的重心到固定點的距離，原來木條搖擺的速度將要比轉變后的擺搖擺速度慢。假如原來木條的重心到固定點的距離小于固定了金屬片后的重心到固定點的距離，原來木條搖擺的速度將要比轉變后的擺搖擺速度快。金屬片固定在各個位置擺的搖擺速度是怎樣發(fā)生變化的?教科書引導學生去測量三個數(shù)值，分別是把金屬片中心固定在10厘米、20厘米、30厘米處的搖擺周期。學生通過測量會發(fā)覺金屬圓片固定的位置離支點越近擺的速度就越快。第二部分:做個“鐘擺”通過前面的活動學生已經能夠通過調節(jié)擺長來調節(jié)擺的速度了。這個活動中要讓學生制作一個每分鐘能夠搖擺30次的擺。在制作前學生要進行思考，每分鐘搖擺30次的擺估量金屬片應當調整在哪個位置。這個活動與前面測量金屬圓片放置在10厘米、20厘米、30厘米處的搖擺周期的活動聯(lián)系起來。對這三組數(shù)據(jù)進行比較，引導學生確定一個預報的數(shù)值，經過調試，制作成每分鐘擺30次的擺。(四)教學建議1.關于教學預備的建議。供應應學生的木條肯定要直，粗細大小也要一樣。教科書使用的固定金屬片可以用易拉罐的底來做，要做到能夠自由移動。使學生能夠比較簡潔把握擺長。2.比較兩根木條搖擺的速度。這是一個很有意思的活動。讓學生觀察兩個比較特別的擺，做出推想，并把預報的理由與大家共享。這會使學生們把自己的思維活動呈現(xiàn)在同伴面前。對測量的結果進行解釋與討論，可能使學生們對如何確定擺長的思路逐步地清楚。3.測量木條上固定了金屬圓片的擺。這個活動分為兩個層次，一個層次是比較固定了金屬圓片與沒有固定金屬圓片的擺有什么差異。另一個層次是測量金屬圓片固定在不同位置對擺快慢的影響。可先引導學生思考和討論，再組織學生依據(jù)討論結果進行準確的測量。重點在測量后對數(shù)據(jù)的分析上，使學生進一步理解擺長對搖擺速度的影響，能依據(jù)需要確定一個擺的擺長。4.做一個“鐘擺”。這個活動的關鍵是要讓學生不經測量就去預報每分鐘搖擺30次的擺擺長是多少。引導學生只結合他們的測量結果進行預報。讓學生在實際操作中不斷地修正自己的認識，制作出每分鐘搖擺30次的擺。第8課制作一個一分鐘計時器(一)背景和目標由于擺具有等時性，長期以來人們用它來制作鐘表。但是要使擺鐘能精確計時，還必需利用機械技術。組織學生觀察擺鐘的內部構造，了解擺鐘是怎樣利用齒輪操縱器完成計時工作的。通過觀察，學生要自己親自制作一個擺鐘。并對自己制作的擺鐘進行測量。他們將通過這一過程充分認識到技術在人類社會進展中的作用。科學概念.機械擺鐘是擺錘與齒輪操縱器聯(lián)合工作的。過程與方法.觀察擺鐘內部的構造。.制作一個計時一分鐘的簡易擺鐘。情感態(tài)度價值觀.體驗研究計時工具帶來的樂趣。.認識到科學必需與技術結合才能更好地造福人類。(二)教學預備1.每個小組一個帶齒輪操縱器擺鐘。2.每個小組一張硬紙板，一根木條(或者塑料條)，一個擺錘。3.每個小組一個秒表(或者手表)，一把剪刀，一個鉤碼，一根棉線、一個膠帶紙。(三)教科書說明內容共3頁，分成兩部分。第一部分:觀察擺鐘齒輪操縱器在這部分主要是引導學生觀察擺鐘的內部構造，通過觀察擺鐘的內部構造讓學生理解擺鐘是怎么利用擺來計時的。擺鐘的幾個部件主要是:齒輪操縱器、擺錘、垂體、齒輪。擺鐘的整個計時過程是這樣的，垂體利用本身受到的向下的重力來轉動齒輪，齒輪轉動時，擺錘同時搖擺，使得齒輪操縱器的倒鉤松開，這樣齒輪就轉動一個齒，從而就帶動指針轉動一秒鐘。教科書上呈現(xiàn)了齒輪操縱器工作的整個過程。第一幅圖，是擺鐘開始工作，第二幅圖，是鐘擺搖擺到左邊時，長針部分的操縱器倒鉤會松開，垂體的拉力會讓齒輪往前轉動一齒。第三幅圖，當鐘擺往右搖擺時，右邊的齒輪又會前進一齒。教科書上呈現(xiàn)完整的工作過程，是要讓學生們觀察清楚，并理解擺鐘的計時原理。第二部分:制作一個一分鐘計時器學生們在第七課已經會制作一個一分鐘擺30次的擺。在這里學生們理解擺鐘一分鐘60秒，但是擺錘卻一分鐘只需擺30次的道理。學生在這個活動中要親自制作一個擺鐘，并且對自己的擺鐘進行檢測。(四)教學建議1.觀察擺鐘齒輪操縱器老師供應應每個小組一個擺鐘內部構造模型，組織學生觀察擺鐘的內部構造，讓學生討論擺鐘是怎么利用擺錘搖擺來計時的，讓學生自己去發(fā)覺、理解擺鐘的計時原理，要讓學生對自己觀察與討論的結果進行描述，說明擺鐘是怎樣利用擺錘的搖擺來計時的。老師要提示學生觀察擺鐘內部的幾個主要部件:擺錘、垂體、齒輪操縱器、齒輪，并引導學生觀察這些部件在擺鐘工作時是怎么運動的。要求學生們用語言進行描述。2.制作一個一分鐘計時器引導學生思考:擺錘只需擺30次，擺鐘就是一分鐘(60秒)。這是為什么?請學生就這個問題開展交流，使學生進一步理解擺鐘的計時原理。在充分討論后組織學生制作一分鐘計時器，要留意留給學生充分的時間。學生制作過程的順利與否，關鍵在于老師供應應他們的材料。給學生預備的紙板硬度要強，不能用瓦楞紙。齒輪不能太大，因為硬紙板不能支撐太重的物體。在制作過程中，齒輪的齒數(shù)是學生比較簡潔忽視的，齒輪的齒數(shù)太密或太疏，都會影響計時的準確性。四、評價建議評價是在教學中始終進行的，并且被整合人教學過程之中，成為教學不可分割的一個組成部分。在指導學生學習的同時也在評價他們，在教學中既要評價學生的學習成果又要評價學生的學習過程。對本單元比較有效的幾種評價策略是:學習作品分析。學習作品蘊涵了學生寫的也囊括了學生所做的，是記錄學生朝著單元概念日標進展的實物一包括記錄單與學生活動作品。記錄單是指學生的記錄表格、繪畫、繪圖;學生活動作品是指學生的科學制作、科學調查報告等。在本單元的學習中，學生們第一次比較深人的用繪圖的方法設計方案。第四課“我的水鐘”中學生們利用繪圖的方式記錄，老師要認真分析學生這些繪圖方案，并且在課堂上與學生們共享這些代表了他們思維水平的記錄。這個單元中教科書設計了大量的表格幫忙學生觀察記錄。這些記錄表記錄學生對擺的研究逐步的深人，老師要準時保存這些記錄表，以便對學生整個單元課程的學習進行記錄。當學生在回顧從前學習的內容時，記錄表格也可以反映出他們的學習?？茖W制作，在本單元也多次消失。如第四課學生要設計制作一個水鐘，并且檢驗水鐘計時的準確性。在第八課中學生要制作一個計時一分鐘的機械擺鐘。學生對這些作品的制作，都為老師供應了很好的評價時機?！八姟钡闹谱魇菍W生觀察古代水鐘，研究滴漏現(xiàn)象的成果反映。而“機械擺鐘”的制作是學生對擺研究成果的綜合反映。老師可以通過分析這些科學制作來評價學生對本單元的學習情況，了解學生們科學思維的進展。五、參考資料人類計時儀器的進展史人類的日常生活、科研、導航及測繪等等工作都離不開時間。時間的計量涉及兩個量:歷元和時間間隔。任何具有周期性變化的自然現(xiàn)象都可以用來測量時間。人類從以地球自轉為基準來計量時間進展到機械鐘、石英鐘、乃至原子鐘，經歷了約3500年的進展變化進程。在公元前1500年，消失的日暑是人類最古老的計時工具。埃及人首先開始使用這項技術，然后在整個地中海地區(qū)普及開來。日暑是以太陽投向刻度盤的陰影為基礎的，通常由銅制的指針(暑針)和石制的圓盤(暑面)組成。當太陽光照在日暑上時，暑針的影子就會投向暑面，太陽由東向西移動時，投向暑面的暑針影子也會慢慢地由西向東移動。于是，移動著的暑針影子猶如是現(xiàn)代鐘表的指針，暑面則是鐘表的表面，以此來顯示時刻。在公元前1400年，消失的漏壺(沙漏或者滴漏)是第一個擺脫天文現(xiàn)象的計時儀器。它是依據(jù)流沙從一個容器滴漏到另一個容器的數(shù)量來計量時間的。古代人設計的“五輪沙漏”通過流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙斗里，以此來驅動初輪，從而帶動各級機械齒輪的依次旋轉。最終一級齒輪帶動在水平面上旋轉的中輪，中輪的軸心上有一根指針，指針則在一個有刻線的儀器圓盤上轉動，以此來顯示時刻，這種古老的顯示方法幾乎與現(xiàn)代時鐘的表面結構完全相同。在公元1088年，中國宋朝的機械師蘇頌創(chuàng)造的“水運儀象臺”(水鐘)被認為是第一架真正的機械鐘。它是集觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計量時間的漏刻和報告時刻的機械裝置于一體的綜合性觀測儀器，它實際上就是一座小型的天文臺。這臺儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國古代人民的聰慧才智和富于制造的精神。1400年，第一批機械鐘開始在歐洲流行，其始祖由意大利人喬瓦尼·唐迪于1364年制成，他首次在機械鐘里引人了輪式鐘擺。1511年，荷鑄人彼得·亨萊茵制成了第一塊懷表，但它只有時針而沒有分針和秒針。J環(huán)表和鐘的結構其實是完全一樣的，所不同的是它利用螺旋彈簧制成的發(fā)條驅動，從而擺脫了傳統(tǒng)的鐘擺，它靠小巧的“體形”，輕松進人人們的口袋。1656年，有擺的掛鐘(或座鐘)產生于荷鑄天文學家、物理學家克里斯蒂安·惠更斯的試驗室內。它是以伽利略發(fā)覺的擺的搖擺具有規(guī)章性這個原理為基礎而創(chuàng)造的。自此以后人類把握了比較精確的測量時間的方法。1969年，由瑞士人創(chuàng)意、日本精工企業(yè)制作的第一塊石英手表一SeikoOstron誕生，其價格在當時相當于一部汽車。石英手表的創(chuàng)造是基于科學家們發(fā)覺處于電路之中的石英晶體能產生頻率穩(wěn)定的振動以及可以通過特別的切割方式來把握石英晶體振動的頻率。日暑日暑又稱‘舊規(guī)”，是我國古代利用日影測量時刻的一種計時儀器。通常由銅制的指針(暑針)和石制的圓盤(暑面)組成，在暑面的正反兩面刻劃出12個大格，每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日暑上時，暑針的影子就會投向暑面。太陽由東向西移動時，投向暑面的暑針影子也會慢慢地由西向東移動。移動著的暑針影子就猶如是現(xiàn)代鐘表的指針，暑面也就好比是鐘表的表面，以此來顯示時刻。日暑依暑面所放位置的不同，可分成地平日暑(暑面水平放置而暑針指向北極，其暑面和暑針夾角就是當?shù)氐牡乩砭暥?、赤道日暑(暑針平行地球自轉軸而暑面呈現(xiàn)北低南高狀擺放，其暑面和暑針垂直)等。水鐘水鐘在我國古代又叫做“刻漏”，是依據(jù)滴水的等時性原理來計時的。滴水記時有兩種方法，一種是利用特別容器記錄水漏完的時間(泄水型)，另一種是底部不開口的容器，記錄它用多少時間把水接滿(受水型)。我國的水鐘，最先是泄水型的，后來進展成泄水型與受水型同時并用。右圖中的刻漏，主要由幾個銅水壺組成，所以又叫“漏壺”。除了最底下的那個，每個壺的底部都有一個小眼。水從最高的壺里，經過下面的各個壺滴到最低的壺里，滴得又細又均勻。最低的壺里有一個銅人，手里捧著一支能夠浮動的木箭，壺里水多了，木箭浮起來，依據(jù)它上面的刻度，就可以知道時間了。擺鐘以擺作為振動系統(tǒng)的鐘。通常都帶有報時功能，所以又稱自鳴鐘。1582-}-1583年，意大利物理學家和天文學家伽利略發(fā)覺了擺的等時性。1656^-165'7年，荷鑄物理學家和天文學家惠更斯利用擺的等時性原理創(chuàng)造了擺鐘。后經不斷改進，沿用至今。擺鐘可依據(jù)用途和要求制成座鐘、掛鐘、落地鐘、天文鐘等型式。擺鐘的報時方式通常為機械打點報時，也有用電子擴音報時的。近代帝王宮廷中使用的擺鐘，常附有一套機械傳動機構，以精工制作的人物、山水、飛禽、走獸等活動形象進行報時。擺鐘是機械鐘，現(xiàn)在，有的石英電子鐘雖然也裝有擺錘或扭擺，但只起裝飾作用。擺鐘的機芯結構通常包括走時和報時兩大系統(tǒng)。走時系統(tǒng)包括走時原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系5個部分，其中擒縱調速系由擒縱機構和擺錘振動系統(tǒng)組成，合稱擒縱調速器;報時系統(tǒng)由報時原動機構、傳動機構、把握機構、打點機構和調速器5個部分組成。擺鐘是利用擺錘的周期性振動(搖擺)過程來計量時間的。一般來說，擺的重要是確定的，調節(jié)擺的擺長，使擺長減短，時鐘變快，反之則變慢。對精密擺鐘，也有用附加重物法來微調擺的振動周期。擺鐘放置在不同的地理位置(不同的地球緯度和海拔高度)中，擺錘的重力加速度會發(fā)生變化從而影響其振動周期。擺鐘放置在不同溫度和氣壓的環(huán)境中，也會引起振動周期的變化。溫度變化會引起擺的各部分尺寸包括擺的擺長發(fā)生變化。一般是溫度升高，擺脹長而使鐘變慢;反之則擺縮短而鐘變快。因此，精密擺鐘常用不同的線脹系數(shù)的材料制成溫度補償管，以補償溫度影響。氣壓的變化會引起空氣阻力和空氣密度的變化，從而引起振動周期的變化。因此，精密的擺鐘常將擺安裝在恒壓的殼體中，以消退氣壓影響。擺的振動幅度影響到鐘的等時性。振幅愈小，振幅變化所造成的日差變化愈小，即等時性愈好，因而精密擺鐘常采用長擺桿小擺幅。但是，小擺幅對外界來的震驚和撞擊很敏感，因而對安裝環(huán)境要求很高。擺鐘的走時日差一般可以達到20秒/天以內，精密擺鐘達千分之幾秒。時間基準所謂時間基準，就是在當代被人們確認為是最精確的時間尺度，長期以來，人們始終在尋求著這樣的時間尺度。在遠古時期，人類以太陽的東升西落作為時間尺度;公元前2世紀，人們創(chuàng)造了地平日暑，一天差15分鐘;一千多年前的希臘和我國的北宋時期，能工巧匠們曾設計出水鐘，精確到每日10分鐘誤差;六百多年前，機械鐘問世，并將晝夜分為24小時;到了17世紀，單擺用于機械鐘，使計時精度提高近一百倍;到了20世紀的30年月，石英晶體震蕩器消失，對于精密的石英鐘，三百年只差一秒……自17世紀以來，天文學家們以地球自轉和世界時作為時間尺度:當?shù)厍蚶@軸自轉一周，地球上任何地點的人連續(xù)兩次看見太陽在天空中同一位置的時間間隔為一個平太陽日。1820年法國科學院正式提出:一個平太陽日的1/86400為一個平太陽秒，稱為世界時秒長。由于地球自轉季節(jié)性變化、不規(guī)章變化和長期減慢，所以世界時每天可精確到1X10-。但是社會的進步和科學技術(特別是航天、空間物理、軍事等)的飛速進展，使人們對時間尺度的精度需求越來越高。1953年是時頻科學的一個新的里程碑。世界上第一臺原子鐘在美國哥倫比亞大學由三位科學家研制勝利，其中有一位科學家是我們中國人，叫王天眷(后來回國，多年從事祖國的頻標事業(yè))。原子鐘的消失標志著一門嶄新的學科:量子電子學誕生。1963年13屆國際計量大會決定:艷原子}S133基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1秒。此定義始終延用至今。所以，從1963年后，時間基準的名稱應當由PR1MARYCI_CX'K來代替，它指的是試驗室型大艷鐘。就已發(fā)表的資料來看，德聯(lián)邦的“聯(lián)邦技術物理研究院”的PTB-CaT、美國國家標準局的SIBS-6及加拿大國家研究院的}IRC-CsV的準確度均已達到10-'‘量級。我國計量院的Cs},Cs}也達到10-'j量級。由此可見PR1