2021年新教科版五年級(jí)上冊(cè)科學(xué)第三單元教材分析

2021年新教科版五年級(jí)上冊(cè)科學(xué)教材分析

第三單元計(jì)量時(shí)間

—＞單元概述

自具有“時(shí)間”概念以來(lái)，人們便不斷地尋求著準(zhǔn)確計(jì)量時(shí)間的方法。古人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)

時(shí)間的觀測(cè)和日常生活經(jīng)驗(yàn)的積累，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)等天體在天空有規(guī)律地改變著位置，并且

呈現(xiàn)出周期性的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)太陽(yáng)東升西落固有的周期性，人們制定了歷法并用此描述時(shí)

間，這是我們能夠追溯到的較早的劃分時(shí)間的方法。“天”成了最早的時(shí)間單位。那么，

一天內(nèi)的時(shí)間進(jìn)程又如何把握呢？古人發(fā)明了日辱，還研究制作出了沙漏、水鐘等計(jì)量

時(shí)間的裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到精確計(jì)量時(shí)間的必要性和重要性。17

世紀(jì)以后，鐘表工藝迅猛發(fā)展，在時(shí)間計(jì)量史上具有劃時(shí)代的意義。根據(jù)伽利略發(fā)現(xiàn)的

單擺的等時(shí)性，惠更斯制造了歷史上第一個(gè)擺鐘，使時(shí)鐘的誤差從每天15分鐘減少到5

分鐘。后來(lái)惠更斯又首次造出了第一個(gè)依靠發(fā)條驅(qū)動(dòng)的機(jī)械表，并由此推動(dòng)了18世紀(jì)

高精度航海鐘的發(fā)明，從而解決了困擾人類近兩個(gè)世紀(jì)的經(jīng)度測(cè)定問(wèn)題，大大推動(dòng)了航

海事業(yè)的發(fā)展。不僅如此，機(jī)械鐘的出現(xiàn)還促進(jìn)了當(dāng)時(shí)整個(gè)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，使以鐘表、

羅盤、槍炮、印刷術(shù)等為代表的技術(shù)革命成為近代科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的動(dòng)力之一。回顧整

個(gè)科學(xué)發(fā)展史，我們可以清楚地看到，計(jì)時(shí)工具的發(fā)展史是與整個(gè)人類文明發(fā)展史同步

的。

學(xué)生在本單元的學(xué)習(xí)中，要大致了解人類計(jì)時(shí)工具發(fā)展的幾個(gè)比較典型的階段：燃

香鐘一水鐘一擺鐘。學(xué)生要學(xué)會(huì)觀察、研究這些不同計(jì)時(shí)工具的差異性，以及保障計(jì)時(shí)

準(zhǔn)確的科學(xué)原理。在此基礎(chǔ)上模擬設(shè)計(jì)和制作水鐘、鐘擺等計(jì)時(shí)工具。如同古人一樣,

學(xué)生通過(guò)親歷科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)會(huì)發(fā)現(xiàn)一些計(jì)時(shí)方法的局限和不足，于是便會(huì)產(chǎn)生改進(jìn)計(jì)時(shí)

工具的內(nèi)在需求。由于燃香鐘受外界因素影響較大，因此，計(jì)時(shí)方法直接進(jìn)階到水鐘。

水鐘可以說(shuō)是時(shí)鐘發(fā)展史上比較典型的機(jī)械計(jì)時(shí)工具了，但是其準(zhǔn)確性和方便性都有待

提高，于是又進(jìn)階到擺鐘。另外，在研究同一種計(jì)時(shí)工具時(shí)，學(xué)生的認(rèn)知和思維也是在

不斷向前推進(jìn)的，例如研究水鐘，一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)初始水位高度和孔徑不變，流出相同多的

水，時(shí)間是相等的；繼而又發(fā)現(xiàn)當(dāng)水位變化后，水流速度并不是相等的；最后認(rèn)識(shí)到只

有保持水位不變時(shí)，水流速度才是相等的。再比如，對(duì)于單擺的研究，學(xué)生一開(kāi)始會(huì)發(fā)

現(xiàn)同一個(gè)單擺在擺動(dòng)起來(lái)的時(shí)候具有等時(shí)性（相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)相同），但是不同單擺

的擺動(dòng)速度卻不同。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，擺繩長(zhǎng)度會(huì)影響單擺擺動(dòng)的快慢。因此，本單元

是學(xué)生理解“科學(xué)上的解釋、理論和模型都是在特定的時(shí)期內(nèi)與可獲得的實(shí)證最為吻合

的”這一觀點(diǎn)很好的材料。當(dāng)學(xué)生回顧整理整個(gè)單元的研究時(shí)，可以清晰地認(rèn)識(shí)到：具

有一定周期性運(yùn)動(dòng)的事物可用于計(jì)時(shí)。

本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)來(lái)自課程標(biāo)準(zhǔn)中5-6年級(jí)的下列相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

16.2.1知道重大的發(fā)明和技術(shù)會(huì)給人類社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的深遠(yuǎn)影響和變化。

18.2.2將自己簡(jiǎn)單的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為模型或?qū)嵨铩?/p>

18.3.2簡(jiǎn)單評(píng)估完成一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的可行性，預(yù)想使用效果。

本單元共有7課，它們的編排邏輯如下。

首先提出問(wèn)題，明確本單元研究的主題，即在時(shí)鐘發(fā)明之前，人們是怎樣計(jì)時(shí)進(jìn)而

安排生活和勞作的（第1課）；再通過(guò)對(duì)計(jì)時(shí)發(fā)展史上不同階段燃香鐘、水鐘、擺鐘等典

型的計(jì)時(shí)工具的制作、觀測(cè)及研討等活動(dòng)，探究這些計(jì)時(shí)工具的特點(diǎn)及計(jì)時(shí)原理（第1-6

課），認(rèn)識(shí)人類計(jì)時(shí)工具發(fā)展進(jìn)程，體會(huì)重大的發(fā)明和技術(shù)會(huì)給人類社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的深

遠(yuǎn)影響和變化；在認(rèn)識(shí)并研究古代水鐘、擺鐘等計(jì)時(shí)工具的基礎(chǔ)上，學(xué)生設(shè)計(jì)、制作自

己的水鐘、擺鐘等計(jì)時(shí)工具（第3、6課），他們根據(jù)教科書提出的任務(wù)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，

進(jìn)行設(shè)計(jì)，評(píng)估完成一個(gè)產(chǎn)品的可行性，預(yù)測(cè)使用效果，然后將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為可以

實(shí)際用來(lái)計(jì)時(shí)的工具，并通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想；最后，教科書引

導(dǎo)學(xué)生調(diào)查和比較人類計(jì)時(shí)工具的演變，關(guān)注計(jì)時(shí)和我們生活的關(guān)系（第7課）。

第1課"時(shí)間在流逝”，作為單元起始課，一開(kāi)始就提出了單元研究主題“在時(shí)鐘

發(fā)明之前，人們是怎樣安排生活和勞作的呢？“，之后通過(guò)對(duì)日號(hào)等的介紹，簡(jiǎn)要了解

一些古代計(jì)時(shí)方法，然后開(kāi)展“一炷香”時(shí)間的研究。這項(xiàng)研究為后續(xù)整個(gè)單元的研究

提供了基本的研究方法：觀測(cè)事物在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變化（如一段香的燃燒，100毫升

水的流動(dòng)，擺擺動(dòng)10次等）所需的時(shí)間是否一致。

第2課“用水計(jì)量時(shí)間”，學(xué)生在認(rèn)識(shí)燃香鐘并了解燃香鐘受外界因素影響的局限

性的基礎(chǔ)上，進(jìn)而開(kāi)始關(guān)注、研究水鐘。通過(guò)對(duì)水流的觀察，對(duì)在不同水位高度時(shí)流出

相同量的水所需的時(shí)間的預(yù)測(cè)及實(shí)測(cè)，認(rèn)識(shí)到水位高度會(huì)影響水流的速度。在此基礎(chǔ)上

觀察古代水鐘，了解古人如何做到保持水位高度相同從而控制水流速度不變。

第3課“我們的水鐘”，學(xué)生在對(duì)水流特點(diǎn)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始設(shè)計(jì)制作自己的水。

可以讓水從固定的水位高度流出相同的水量來(lái)計(jì)時(shí)，也可以想辦法控制水位高度不變,

讓水以均勻的速度流動(dòng)從而計(jì)時(shí)。制作完成后還將繼續(xù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以改進(jìn)。這

是學(xué)生在本單元第一次經(jīng)歷一項(xiàng)簡(jiǎn)易工程的過(guò)程，學(xué)生將自己簡(jiǎn)單的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)物,

體會(huì)完成一項(xiàng)工程的基本過(guò)程，進(jìn)而收獲取得進(jìn)步的成就感。

第4課“機(jī)械擺鐘”，通過(guò)研究擺鐘，進(jìn)一步提高計(jì)時(shí)的精確性。通過(guò)對(duì)鐘擺1分

鐘內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的重復(fù)觀測(cè)，以及對(duì)自制單擺（嚴(yán)格地說(shuō)，本單元研究的是“單擺”，教科

書中簡(jiǎn)稱為“擺”，本書后面也簡(jiǎn)稱為“擺”）1分鐘內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的重復(fù)觀測(cè)，學(xué)生會(huì)發(fā)

現(xiàn)，同一個(gè)擺在相同時(shí)間內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)相同，即擺具有等時(shí)性；擺可以用來(lái)計(jì)時(shí)。在統(tǒng)

計(jì)各組自制擺的擺動(dòng)次數(shù)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，不同擺的擺動(dòng)速度不同，由此引發(fā)出新的問(wèn)題：

擺的速度受什么因素影響？

第5課“擺的快慢”，承接上一課，學(xué)生討論并預(yù)測(cè)哪些因素影響擺的擺動(dòng)速度，

并通過(guò)兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)分別研究擺錘質(zhì)量、擺繩長(zhǎng)度與擺動(dòng)速度的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，學(xué)

生認(rèn)識(shí)到，擺速快慢與擺錘質(zhì)量無(wú)關(guān)，與擺繩長(zhǎng)度有關(guān)；擺繩越短，擺速越快，反之，

擺速越慢。

第6課“制作鐘擺”，在前兩課的研究基礎(chǔ)上，學(xué)生將設(shè)計(jì)制作一個(gè)1分鐘擺60

次的單擺。這是一項(xiàng)需不斷調(diào)試、改進(jìn)以達(dá)成預(yù)期目標(biāo)的簡(jiǎn)易工程。同樣，需要經(jīng)過(guò)設(shè)

計(jì)（尤其是制訂如何根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果更有效、更快捷地改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的策略）、制作、測(cè)試、

研討等環(huán)節(jié)。學(xué)生將簡(jiǎn)單評(píng)估完成這個(gè)產(chǎn)品的可行性，預(yù)測(cè)使用效果，并將自己簡(jiǎn)單的

創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)物。在此基礎(chǔ)上，也可以讓學(xué)生在課后繼續(xù)研究，設(shè)計(jì)一個(gè)1分鐘擺動(dòng)30

次或120次的擺，讓學(xué)生簡(jiǎn)單體會(huì)擺的次數(shù)跟擺繩長(zhǎng)度之間的比例關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)

自己動(dòng)手摸索出規(guī)律：為了讓擺的次數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的2倍（或1/2）,繩子的長(zhǎng)度需要增長(zhǎng)

到約4倍（或縮短到約1/4）。這有利于啟迪學(xué)生的抽象思維、邏輯思維，以及利用數(shù)學(xué)

理解物理現(xiàn)象的意識(shí)。

第7課“計(jì)量時(shí)間和我們的生活”，學(xué)生將回顧本單元探究過(guò)的幾種計(jì)時(shí)工具，調(diào)

查比較人類計(jì)時(shí)工具的演變，歸納并初步發(fā)現(xiàn)自然界一些周期性運(yùn)動(dòng)的事物可用于計(jì)時(shí)。

本課引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注計(jì)時(shí)和我們生活的關(guān)系，舉例說(shuō)明精確計(jì)時(shí)對(duì)我們生活的重要性，以

及計(jì)時(shí)不精確可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。最后，期望學(xué)生將所學(xué)用于現(xiàn)實(shí)，在實(shí)際生活中關(guān)

注計(jì)時(shí)，珍惜時(shí)間，準(zhǔn)確用時(shí)。

二、單元教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)概念目標(biāo)

燃香、水流在一定情況下勻速變化，單擺具有等時(shí)性。這些具有周期性運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的

事物可以用來(lái)計(jì)時(shí)。

計(jì)時(shí)工具準(zhǔn)確性的提高主要依靠設(shè)計(jì)、材料等的改進(jìn)。

科學(xué)探究目標(biāo)

能觀察和記錄燃香長(zhǎng)度變化的信息。

能辨別和控制實(shí)驗(yàn)中的可變因素。

能預(yù)測(cè)和測(cè)試怎樣改變一個(gè)可變因素從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

能解釋結(jié)果并能總結(jié)可變因素是如何改變、影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。

會(huì)用圖表等記錄、整理、交流信息。

會(huì)設(shè)計(jì)、制作和改進(jìn)“水鐘”“擺鐘”等簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器。

能通過(guò)閱讀和研究科學(xué)資料來(lái)獲取更多的信息。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

發(fā)展探究時(shí)間以及計(jì)時(shí)工具的興趣。

意識(shí)到重復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)結(jié)果的重要性。

欣賞前人在測(cè)量時(shí)間和解釋自然現(xiàn)象方面所做的貢獻(xiàn)。

初步體驗(yàn)到科學(xué)技術(shù)與人們生活的密切關(guān)系。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

體會(huì)社會(huì)的需求是計(jì)時(shí)工具發(fā)展的動(dòng)力。

體會(huì)計(jì)時(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用影響著社會(huì)發(fā)展。

意識(shí)到人們一直在尋求精確的計(jì)時(shí)方法。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，人們制作的計(jì)時(shí)

工具越來(lái)越精確。

單元詞匯

日辱：又稱“日規(guī)”，是中國(guó)古代利用日影變化測(cè)定時(shí)刻的天文儀器，通常由辱針

和唇盤（帶刻度的表座）組成。利用日辱計(jì)時(shí)的方法是人類在計(jì)時(shí)領(lǐng)域的重大發(fā)明。這項(xiàng)

發(fā)明被人類沿用達(dá)幾千年之久。

水鐘：水鐘在中國(guó)又稱“刻漏”“漏壺”。根據(jù)等時(shí)性原理，滴水計(jì)時(shí)有兩種方法:

一種是利用特殊容器記錄水漏完的時(shí)間（泄水型）；另一種是底部不開(kāi)口的容器，記錄它

用多少時(shí)間把水裝滿（受水型）。中國(guó)的水鐘，最早是泄水型，后來(lái)泄水型與受水型同時(shí)

并用或兩者合一。自公元85年左右，浮子上裝有漏箭的受水型漏壺逐漸流行，并被廣

泛使用。宋代蘇頌研制的水運(yùn)儀象臺(tái)，是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的計(jì)時(shí)儀器。

擺鐘：擺鐘是一種時(shí)鐘，發(fā)明于17世紀(jì)中葉，是根據(jù)單擺定律制造的。擺鐘用擺

錘控制其他機(jī)件，使鐘走得快慢均勻，一般能報(bào)點(diǎn)，并由發(fā)條提供能量使其擺動(dòng)。

鐘擺：時(shí)鐘機(jī)件的一部分，是根據(jù)單擺原理制成的，常用于調(diào)節(jié)時(shí)鐘或其他機(jī)械的

運(yùn)動(dòng)件。

材料清單（視學(xué)生人數(shù)和分組情況確定數(shù)量）：古人用天體運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)的圖文（或視頻）

資料、秒表、香、火柴或打火機(jī)、各種水鐘的資料與圖片、能容納300毫升水的塑料瓶

子、100毫升量筒、記號(hào)筆、工字釘、透明水杯、剪刀、美工刀、塑料瓶、尺子、鐵架

臺(tái)、透明膠帶、水鐘模型、大擺鐘、擺錘（螺帽）、擺繩（棉線）、鉤碼、“計(jì)時(shí)工具發(fā)展

史”資料、每課相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄表。

三、分課時(shí)教材分析

第1課時(shí)間在流逝

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，“時(shí)間”是一個(gè)非常熟悉的概念事物。幾點(diǎn)上課？幾點(diǎn)下課？幾點(diǎn)

放學(xué)？學(xué)生每天都在和時(shí)間打交道。但是要問(wèn)“時(shí)間”是一種怎樣的“東西"，就不那

么好回答了。時(shí)間是什么？沒(méi)有人問(wèn)我，我很清楚；但若有人問(wèn)我，我便茫然不知了。

我們這里談的是科學(xué)意義上的時(shí)間?！叭祟愂窃鯓又鸩桨l(fā)展起各種計(jì)時(shí)方法和工具的？”

“現(xiàn)代鐘表發(fā)明之前，古人如何計(jì)時(shí)？”這些問(wèn)題學(xué)生可能有所思考，并有一定的探究

興趣。作為單元起始課，本課旨在引導(dǎo)學(xué)生來(lái)關(guān)注、研究這些問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)燃香鐘這

一實(shí)例的探究、研討活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生慢慢進(jìn)入探索計(jì)時(shí)工具的狀態(tài)：產(chǎn)生研究計(jì)時(shí)方法

的探索渴望，初步掌握研究計(jì)時(shí)問(wèn)題的方法，為后面整個(gè)單元的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

科學(xué)概念目標(biāo)

古人利用天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)時(shí)。

在一定的條件下，燃香變短的速度基本是均勻的，可以用來(lái)計(jì)時(shí)。

科學(xué)探究目標(biāo)

能搜集古人計(jì)時(shí)方法的資料并進(jìn)行交流。

能觀測(cè)并記錄燃香時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)。

能就“蠟燭可以計(jì)時(shí)嗎”這一問(wèn)題結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

有關(guān)注計(jì)時(shí)方法的意識(shí)和興趣。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

了解不同的時(shí)代有不同的計(jì)時(shí)工具。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：秒表、香、火柴、記號(hào)筆、實(shí)驗(yàn)記錄表。（可按組準(zhǔn)備）。

教師準(zhǔn)備：有關(guān)古人用天體（如太陽(yáng)、月亮）運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)的圖文或視頻資料、教學(xué)課件。

第2課用水計(jì)量時(shí)間

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

水鐘在人類計(jì)時(shí)發(fā)展史上大約經(jīng)歷了3000年的歷程。它的出現(xiàn)與發(fā)展是為了一個(gè)

更現(xiàn)實(shí)的需要，即怎樣能夠在多云的日子、陰雨天和夜晚計(jì)量時(shí)間。學(xué)生在了解用太陽(yáng)

計(jì)時(shí)和研究燃香鐘后，也會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的一些不足和局限。這讓學(xué)生自然地想到，需要找

尋更好的方法來(lái)計(jì)時(shí)。同時(shí)，通過(guò)前一課“燃香鐘”的探究，學(xué)生也已初步認(rèn)識(shí)到，燃

香能夠被用作計(jì)時(shí)工具，是因?yàn)樵谝欢ǖ那闆r下（如燃香粗細(xì)均勻，周圍沒(méi)有風(fēng)吹等干

擾因素等）燃香的長(zhǎng)度變化是比較均勻的。他們或許能從中得到啟發(fā)，可以通過(guò)找尋自

然界有規(guī)律運(yùn)動(dòng)的物體或事件來(lái)幫助記錄時(shí)間推移的軌跡。所以，從這課開(kāi)始，學(xué)生要

在教師指導(dǎo)下，觀察流水、單擺等的運(yùn)動(dòng)，探究影響其運(yùn)動(dòng)速度的因素。通過(guò)控制和改

變影響這些事件運(yùn)動(dòng)變化速度的因素，設(shè)計(jì)并制作成可用于計(jì)時(shí)的裝置。

科學(xué)概念目標(biāo)

初始水位高度和孔徑不變，流出相同水量所需的時(shí)間；保持水位高度不變，水流的

速度不變。水流的這一特點(diǎn)可用于計(jì)時(shí)。

科學(xué)探究目標(biāo)

能通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響水流速度變化的主要因素。

能通過(guò)觀察古人利用流水計(jì)時(shí)的裝置，結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)探究，理解這些裝置計(jì)時(shí)的

方法。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

理解古人的聰明才智，對(duì)古人的智慧創(chuàng)作產(chǎn)生敬佩之情。

在觀察和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)能始終保持嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

了解社會(huì)的發(fā)展會(huì)帶動(dòng)計(jì)時(shí)工具的進(jìn)步。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：能容納200毫升水的塑料瓶子、200毫升量筒（量杯）、記號(hào)筆、工字

釘、透明水杯。（可按組準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：課前搜集各種水鐘的資料與圖片、教學(xué)課件。

第3課我們的水鐘

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)前一課的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)了兩種水鐘的構(gòu)造，在經(jīng)歷了觀察水流的速度的

實(shí)驗(yàn)和測(cè)量水流速度的變化的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對(duì)水鐘作為計(jì)時(shí)工具的原理有了新的理解,

有了制作水鐘的欲望和理論基礎(chǔ)。本課，學(xué)生要運(yùn)用已掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)水鐘，用圖

畫的形式對(duì)自己設(shè)計(jì)的水鐘進(jìn)行描述，并要親自動(dòng)手制作一個(gè)水鐘，還要在實(shí)踐中檢驗(yàn)

自己的水鐘是否能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以及對(duì)水鐘的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。本課，學(xué)生將要經(jīng)歷設(shè)計(jì)方

案一動(dòng)手制作一測(cè)試并改進(jìn)的工程活動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也是一個(gè)促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的過(guò)

程。

科學(xué)概念目標(biāo)

水鐘通過(guò)一定的裝置，能夠保持水在一定的時(shí)間內(nèi)以穩(wěn)定的速度往下流，從而能用

來(lái)計(jì)時(shí)。

我們可以控制水流的速度，從而使水鐘計(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確。

科學(xué)探究目標(biāo)

能運(yùn)用畫圖和文字描述的方法設(shè)計(jì)制作水鐘的方案。

能利用剪刀、塑料瓶等簡(jiǎn)單工具和材料制作一個(gè)簡(jiǎn)易的水鐘。

能在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中對(duì)自己的方案進(jìn)行改進(jìn)。

經(jīng)歷思考方案一制訂計(jì)劃一實(shí)施方案一檢驗(yàn)成果一尋找原因一改進(jìn)完善的探究過(guò)

程。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

在制作水鐘的過(guò)程中感受到科學(xué)制作帶來(lái)的樂(lè)趣。

體會(huì)到在科學(xué)研究中分工合作與和諧地開(kāi)展探究都是很重要的。

體驗(yàn)到完成一個(gè)科學(xué)制作需要不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中逐步完善。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

經(jīng)歷一項(xiàng)工程的幾個(gè)主要過(guò)程。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：剪刀、美工刀、塑料瓶、秒表（或者手表）、記號(hào)筆、直尺、工字釘、

鐵架臺(tái)和透明膠帶。（可按組準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：自制的水鐘模型、教學(xué)課件。

第4課機(jī)械擺鐘

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)時(shí)間的要求也更加精確了，在相當(dāng)多的時(shí)候需要以秒來(lái)計(jì)

算時(shí)間。計(jì)時(shí)器的發(fā)展歷史確實(shí)是向著尋找更輕便、更準(zhǔn)確的設(shè)備邁進(jìn)的。像日唇、水

鐘以及后來(lái)的沙漏，雖然都經(jīng)過(guò)了不斷的改進(jìn)和提高，但是它們?nèi)匀粺o(wú)法滿足人們對(duì)精

確計(jì)時(shí)的需求。

1583年，伽利略有了一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)，這引出了一個(gè)新的計(jì)時(shí)方法。伽利略觀察教

堂中的吊燈在微風(fēng)中前后擺動(dòng)，擺動(dòng)的弧線時(shí)長(zhǎng)時(shí)短，但不管擺幅是多大，吊燈往返的

時(shí)間好像是一樣的。他意識(shí)到擺可以成為一種有規(guī)律的計(jì)時(shí)裝置，這引發(fā)了由擺動(dòng)的鐘

擺來(lái)控制的機(jī)械鐘表的發(fā)展。

在本課，學(xué)生從鐘擺的擺動(dòng)開(kāi)始觀察研究，然后自己制作一個(gè)簡(jiǎn)易的擺（制作簡(jiǎn)單

擺的三樣?xùn)|西是一根繩、一個(gè)綁在繩子一端的重物和一個(gè)能把繩子掛起來(lái)并讓它自由擺

動(dòng)的支架），測(cè)量它在1分鐘內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)。學(xué)生在測(cè)試自己制作的擺后交流研究結(jié)果，

得到初步共識(shí)，并為下一課提出了待研究的問(wèn)題。

科學(xué)概念目標(biāo)

同一個(gè)單擺在相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)相同，這就是擺的等時(shí)性。根據(jù)這種性質(zhì)，人們

制成了擺鐘，使時(shí)間的計(jì)量誤差更小。

科學(xué)探究目標(biāo)

能較準(zhǔn)確地重復(fù)觀測(cè)鐘擺及自制擺每分鐘的擺動(dòng)次數(shù)。

能根據(jù)鐘擺的特點(diǎn)動(dòng)手制作一個(gè)單擺。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

準(zhǔn)確地測(cè)量擺的擺動(dòng)次數(shù)，理解重復(fù)實(shí)驗(yàn)的意義。

發(fā)展研究計(jì)時(shí)工具的興趣。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

了解社會(huì)的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：手表（秒表）、擺錘（螺帽或其他重物）、擺繩（棉線）、支架（鐵架臺(tái)或

其他支架）、記錄表。（可按組準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：一個(gè)大擺鐘、教學(xué)課件。

第5課擺的快慢

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

上一課，學(xué)生在測(cè)量擺的擺動(dòng)次數(shù)的時(shí)候已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不同的擺在1分鐘內(nèi)擺動(dòng)的次

數(shù)是不一樣的。有的擺擺動(dòng)快，而有的擺擺動(dòng)慢。此時(shí)，學(xué)生的頭腦中已經(jīng)形成了一個(gè)

問(wèn)題：在相同時(shí)間內(nèi)，不同的擺擺動(dòng)的次數(shù)怎么不一樣呢？擺動(dòng)快慢與什么因素有關(guān)？

本課就在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)并進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。

本課中，學(xué)生將就擺的快慢與什么因素有關(guān)展開(kāi)討論與思考，并且去驗(yàn)證他們自己

的一些猜測(cè)。在探究的過(guò)程中逐步排除一些猜測(cè)，修正自己的想法。學(xué)生將分別測(cè)量不

同質(zhì)量擺錘的擺，以及不同擺繩長(zhǎng)度的擺在30秒鐘內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)。他們?cè)诜治鰷y(cè)量數(shù)

據(jù)的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，擺錘質(zhì)量不影響擺的快慢，而擺繩長(zhǎng)度則會(huì)影響擺的快慢，擺繩越

長(zhǎng)，擺得越慢。

科學(xué)概念目標(biāo)

改變擺錘質(zhì)量不能改變擺的快慢，擺繩長(zhǎng)度影響擺的快慢：擺繩越短擺動(dòng)速度越快,

反之則越慢

科學(xué)探究目標(biāo)

能根據(jù)己有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)擺的擺動(dòng)快慢與什么因素有關(guān)。

能有效開(kāi)展改變擺錘質(zhì)量、擺繩長(zhǎng)度對(duì)擺的快慢是否產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)研究。

能對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，并能根據(jù)分析進(jìn)行預(yù)測(cè)。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

初步意識(shí)到獲得精確的測(cè)量結(jié)果是需要反復(fù)測(cè)量的。

意識(shí)到在實(shí)驗(yàn)中細(xì)心觀察并發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題是很重要的。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

了解人類的好奇心是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：擺繩（棉繩等）、幾個(gè)大小相同的螺母（或鉤碼）、鐵架臺(tái)、秒表（或手

表）、研究不同擺錘質(zhì)量的擺和不同繩長(zhǎng)的擺30秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的記錄表各一份。（可按

組準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：學(xué)生用材料一套、教學(xué)課件。

第6課制作鐘擺

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

在上一課，學(xué)生通過(guò)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，擺的擺動(dòng)快慢與擺繩長(zhǎng)度有關(guān)。擺繩越長(zhǎng)，擺

動(dòng)就越慢，擺繩越短擺動(dòng)就越快。但是教科書又為學(xué)生的研究設(shè)置了新問(wèn)題，機(jī)械擺鐘

里的鐘擺每分鐘擺動(dòng)60次，如果要制作一個(gè)1分鐘正好擺動(dòng)60次的擺，該怎樣來(lái)制作

呢？

在本課中，學(xué)生將用調(diào)節(jié)擺繩長(zhǎng)度的方法來(lái)調(diào)節(jié)擺的快慢。經(jīng)過(guò)本課的研究，學(xué)生

將能夠更好地理解鐘擺，并學(xué)會(huì)控制鐘擺的快慢。根據(jù)前面的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，學(xué)生也將制作

一個(gè)1分鐘擺動(dòng)60次的擺，也就是機(jī)械擺鐘的鐘擺。

科學(xué)概念目標(biāo)

擺的擺動(dòng)快慢與擺繩長(zhǎng)度有關(guān)。

同一個(gè)擺，擺繩長(zhǎng)度越長(zhǎng)，擺動(dòng)越慢；擺繩長(zhǎng)度越短，擺動(dòng)越快。

科學(xué)探究目標(biāo)

能在真實(shí)的情境中研究擺繩長(zhǎng)度如何影響擺動(dòng)快慢，不斷地調(diào)整擺，直至每分鐘正

好擺動(dòng)60次。

能運(yùn)用測(cè)量與比較的方法來(lái)研究擺的擺動(dòng)快慢。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

認(rèn)識(shí)到細(xì)心觀察與準(zhǔn)確測(cè)量的重要性。

對(duì)新問(wèn)題的研究保持積極的探究欲望。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

意識(shí)到人類對(duì)產(chǎn)品需要不斷地改進(jìn)以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需求。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：細(xì)長(zhǎng)繩、鐵架臺(tái)計(jì)時(shí)器（秒表或者手表）、擺錘（金屬球等）。（可按組

準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：教學(xué)課件。

第7課計(jì)量時(shí)間和我們的生活

（一）背景和教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)前面6課的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對(duì)人類的計(jì)時(shí)工具發(fā)展過(guò)程有了基本的了解，經(jīng)歷

了古人制作計(jì)時(shí)工具的智慧與創(chuàng)造過(guò)程，從而認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)通過(guò)促進(jìn)人們的生活方式、

思維方式的變革來(lái)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

在本課中，學(xué)生將更系統(tǒng)地整理、總結(jié)人類計(jì)時(shí)工具的演變，體會(huì)計(jì)時(shí)工具的精確

度對(duì)人們的生活、出行等方面的影響，以及幫助人類更好地探索未知的領(lǐng)域，并通過(guò)設(shè)

計(jì)作息時(shí)間表來(lái)體會(huì)合理安排時(shí)間、珍惜時(shí)間的重要意義。

科學(xué)概念目標(biāo)

計(jì)時(shí)工具的設(shè)計(jì)運(yùn)用了物體運(yùn)動(dòng)周期性變化的規(guī)律。

科學(xué)探究目標(biāo)

能通過(guò)表格的方式調(diào)查和比較人類計(jì)時(shí)工具的演變。

能調(diào)查因時(shí)間的不精準(zhǔn)給人類生活造成麻煩的一些事件。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

認(rèn)識(shí)到人類設(shè)計(jì)不同的計(jì)時(shí)工具來(lái)滿足不同的用途和需求。

認(rèn)識(shí)到科技的進(jìn)步能更好地造福人類。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

意識(shí)到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用影響著社會(huì)的發(fā)展。

（二）教學(xué)準(zhǔn)備

為學(xué)生準(zhǔn)備：”計(jì)時(shí)工具發(fā)展史”資料、”計(jì)時(shí)工具的比較”記錄表、“精確計(jì)時(shí)的

重要性”班級(jí)記錄表。（可按組準(zhǔn)備）

教師準(zhǔn)備：“精確計(jì)時(shí)的重要性”班級(jí)記錄表（大表）、教學(xué)課件。

四、參考資料

人類計(jì)時(shí)儀器的發(fā)展史

人類的日常生活、科研、導(dǎo)航及測(cè)繪等都離不開(kāi)時(shí)間。時(shí)間的計(jì)量涉及兩個(gè)量一一

歷元和時(shí)間間隔。任何具有周期性變化的自然現(xiàn)象都可以用來(lái)計(jì)量時(shí)間。人類從以地球

自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)量時(shí)間發(fā)展到機(jī)械鐘、石英鐘乃至原子鐘，經(jīng)歷了約3500年的發(fā)展變

化進(jìn)程。

在公元前1500年出現(xiàn)的日唇是人類最古老的計(jì)時(shí)工具，埃及人首先開(kāi)始使用這項(xiàng)

技術(shù)，然后在整個(gè)地中海地區(qū)普及開(kāi)來(lái)。日皆是以太陽(yáng)投向刻度盤的陰影為基礎(chǔ)的，通

常由銅制的指針（劈針）和石制的圓盤（劈面）組成。當(dāng)太陽(yáng)光照在日暑上時(shí)，唇針的影子

就會(huì)投向辱面，太陽(yáng)自東向西移動(dòng)時(shí)，投向辱面的辱針影子也會(huì)慢慢地由西向東移動(dòng)。

于是，移動(dòng)著的暑針影子好像是現(xiàn)代鐘表的指針，辱面則是鐘表的表面以此來(lái)顯示時(shí)刻。

公元前1400年，出現(xiàn)的漏壺（沙漏或者滴漏）是第一個(gè)擺脫天文現(xiàn)象的計(jì)時(shí)儀器。

它是根據(jù)流沙從一個(gè)容器滴漏到另一個(gè)容器的數(shù)量來(lái)計(jì)量時(shí)間的。古代人設(shè)計(jì)的“五輪

沙漏”，是通過(guò)流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙斗里，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)初輪，從而帶

動(dòng)各級(jí)機(jī)械齒輪依次旋轉(zhuǎn)；最后一級(jí)齒輪帶動(dòng)在水平面上旋轉(zhuǎn)的中輪，中輪的軸心上有

一根指針，指針在一個(gè)有刻線的儀器圓盤上轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)顯示時(shí)刻，這種古老的顯示方

法幾乎與現(xiàn)代時(shí)鐘的表面結(jié)構(gòu)完全相同。

在公元1088年，中國(guó)宋朝的機(jī)械師蘇頌發(fā)明的“水運(yùn)儀象臺(tái)”（水鐘）被認(rèn)為是第

一架真正的機(jī)械鐘，它是集觀測(cè)天象的渾儀、演示天象的渾象、計(jì)量時(shí)間的漏刻和報(bào)告

時(shí)刻的機(jī)械裝置于一體的綜合性觀測(cè)儀器，它實(shí)際上就是一座小型的天文臺(tái)。這臺(tái)儀器

的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國(guó)古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。

1400年，第一批機(jī)械鐘開(kāi)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(jī)械鐘里引入了輪式鐘擺。

1511年，荷蘭人彼得哼萊茵制成了第一塊懷表,但它只有時(shí)針而沒(méi)有分針和秒針。

懷表和鐘的結(jié)構(gòu)其實(shí)是完全一樣的，不同的是它利用螺旋彈簧制成的發(fā)條驅(qū)動(dòng)從而擺脫

了傳統(tǒng)的鐘擺，它依靠小巧的“體形”，輕松地進(jìn)入人們的口袋。

1656年，有擺的掛鐘（或座鐘）產(chǎn)生于荷蘭天文學(xué)家、物理學(xué)家克里斯蒂安?惠更斯

的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。它是以伽利略發(fā)現(xiàn)的擺的擺動(dòng)具有規(guī)則性這個(gè)原理為基礎(chǔ)而發(fā)明的。自此

以后，人類掌握了比較精確的測(cè)量時(shí)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誕生，其價(jià)格在當(dāng)時(shí)

相當(dāng)于一部汽車。石英手表的發(fā)明是基于科學(xué)家發(fā)現(xiàn)處于電路之中的石英晶體能產(chǎn)生頻

率穩(wěn)定的振動(dòng)以及可以通過(guò)特殊的切割方式來(lái)控制石英晶體振動(dòng)的頻率。

時(shí)間基準(zhǔn)

所謂時(shí)間基準(zhǔn)，就是在當(dāng)代被人們確認(rèn)為是最精確的時(shí)間尺度。長(zhǎng)期以來(lái)，人們直

在尋求著這樣的時(shí)間尺度。

在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類以太陽(yáng)的東升西落作為時(shí)間尺度；公元前2世紀(jì)，人們發(fā)明了地

平日唇，一天的誤差為15分鐘；一千多年前的希臘和我國(guó)的北宋時(shí)期，能工巧匠們?cè)?/p>

設(shè)計(jì)出水鐘，精確到每日10分鐘誤差；六百多年前，機(jī)械鐘問(wèn)世，并將晝夜分為24小

時(shí)；到了17世紀(jì)，單擺用于機(jī)械鐘，使計(jì)時(shí)精度提高近一百倍；到了20世紀(jì)30年代，

石英晶體振蕩器出現(xiàn)，對(duì)于精密的石英鐘，三百年只差一秒。

自17世紀(jì)以來(lái)，天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)和世界時(shí)作為時(shí)間尺度，