五上科学3.3《我们的水钟》教学设计（新课标版）

3.我们的水钟【教材简析】前一课《用水计量时间》中发现的水流速度特点，为本课制作水钟激发学习兴趣和奠定理论基础。本课学习中，学生要运用已掌握的知识设计一个水钟，用图文的形式对自己设计的水钟进行描述，并要亲自动手制作一个水钟，还要在实践中检验自己的水钟是否能准确计时，以及对水钟的设计进行改进。这个过程也是一个促进学生思维发展的过程。本课鼓励学生在讨论与分享的过程中表达想法、阐明创意，在实践中培养研究科学的兴趣，在合作中体会团队和谐分工的重要性。本课主要是引导学生经历一个初级的、完整的科学工程活动。整个科学工程活动在良好的思考情境下开展，重点开发学生的设计与制作能力，并在改进中对自制水钟进行理论联系实际地系统分析，提出多种改进措施。【学情分析】通过前一课的教学，学生观察到“滴漏实验”中水流速度的特点，对水钟作为计时工具的原理具备了一定的理论基础，且激发了制作简易水钟的欲望。水钟的设计、制作、分析与改进指向学生高阶思维的发展。学生可能无法清晰表达设计的意图，需指导学生通过图文结合的方式阐明创意。在制作的过程中，小组成员可能因参与积极性、性格等原因配合不默契，教师需引导学生发挥各自的作用，和谐分工合作。自制水钟的计时准确性不一定能达到学生的预期效果，需根据实际情况进行多次迭代。【教学目标】科学观念：设计与制作水钟时，应用控制水流速度的方法，使水钟计时更加准确。科学思维：基于水流速度的规律设计方案，阐明自己的创意；通过有说服力的论证，认同或质疑设计方案，并初步判断可行性和合理性；在改进中，应用创造性思维的方法，提出多种改进措施。探究实践：在实践中，有初步构思、设计、实施、验证与改进的能力；设计时，运用画图和文字描述的方法设计方案，并据图制作水钟；在测试与评估中判断水钟的准确程度，根据实际反馈改进水钟的设计与制作，并展示。态度责任：在制作水钟的过程中，感受到科学制作带来的乐趣，体会分工合作与和谐地开展探究实践的重要性；体验到完成一个科学工程需要不断重复实验，在实验中逐步完善。【教学重难点】重点：设计与制作水钟。难点：通过图文结合的方式表达制作水钟的方案，并根据设计方案进行制作。【教学准备】教师：教学课件。学生：1.铁架台、剪刀、美工刀、塑料瓶、工字钉、直尺、胶带、记号笔、秒表；2.设计方案的记录单。【教学过程】一、回顾思考、聚焦问题（预设3分钟）材料准备：课件1.上节课我们观察了“滴漏实验”中的水流速度。水流的速度有什么特点呢？2.人们曾用一个底部钻有小孔的碗，放在水中，让碗慢慢下沉来计量时间。我们可以做一个类似的计时器。3.明确任务：让我们制作一个计时10分钟的水钟。揭示课题：我们的水钟（板书）。【设计意图】引导学生回顾水流的速度特点，并认识古人利用水流计时的应用，明确本节课的主要任务。二、设计方案（预设12分钟）材料准备：设计方案的记录单1.制作水钟，我们需要考虑哪些问题呢？我们一个一个来思考并解决问题。（1）制作水钟需要哪些材料？打孔用什么好呢？切割用什么工具？……（2）怎样控制漏水的速度？请用画图的方式表示。（3）如何来划分10分钟的时间刻度？2.图文结合，设计方案。你将要怎样一步一步完成你的制作呢？用画图与文字结合的方式设计方案吧！3.学生设计方案，教师给予适当鼓励和指导。4.请学生说一说自己的设计方案，初步判断可行性和合理性。【设计意图】图文绘制设计方案是技术与工程的重要环节。学生担任工程设计师，用图文结合的方式表达设计，在讨论中培养科学思维。三、制作（预设：13分钟）材料准备：铁架台、剪刀、美工刀、塑料瓶、工字钉、直尺、胶带、记号笔、秒表1.教师讲述：接下来，请按照自己的设计加工并组装水钟。也可参考插图来确定制作的流程。做好每分钟水流量的记录，分别标出1～10分钟的时间刻度。2.学生制作水钟活动。【设计意图】学生担任工程技术人员，在产品制作过程中，需熟练读取设计方案并精准制作。教师指导学生合理安排制作步骤，学生之间分工合作、和谐探究。四、测试（预设：5分钟）1.提问：自己制作的水钟计时准确吗？怎么测？2.学生进行测试活动。考虑课堂时长，课堂上仅测试2-3分钟内计时是否准确。【设计意图】学生在相同的验收标准中测试，了解自身产品的精准性与不足之处，在观察等待中静心思考。可创设长时课堂，建议给予更多时间测试。五、评估与改进（预设：5分钟）1.提问：根据测试结果，你的水钟计时准确吗？如果不够准确请说一说为什么，怎么来改进呢？如果很准确，请向大家分享经验。2.提问：制作水钟简单吗？说一说你的体会。【设计意图】学生在产品测试结果中反思设计与制作的不足之处，并进行改进。教师引导学生要考虑减少材料消耗来节约资源与降低成本，通过缩短工期来提高工作效率。六、拓展（预设：2分钟）提问：除了水，还可以用哪些能流动的物体来制作计时工具？课后同学们也可以尝试用其他流动的物体制作水钟。【设计意图】学生掌握本节课的学习内容后，能迁移应用。通过举一反三、发散思维的方式，运用流动物体的流动规律制作更多的计时工具。七、板书设计【疑难解答】分析学生自制水钟计时不准的原因。自制水钟计时不准的主要原因有设计不够合理、制作不精细和使用不规范。设计时，控制水流速度的方法不够合理，如孔径过大或过小、水位过高或过低等。制作时不精细，划分时间刻度时太粗心大意了，没有平视去标刻度；容器形状不规则，标不好刻度；每隔一分钟，水位变化不明显；记号笔的笔头太粗，每个刻度线有粘连等。使用时，学生通过斜视来计时，读数错误。4.机械摆钟【教材简析】本单元前三节课探究的是太阳钟、水钟等一些简易的计时工具，本课是探索精确计时工具的第一课。学生从钟摆的摆动开始观察研究，通过测量钟摆一分钟摆动的次数，发现它每分钟摆动的次数是相同的，初步感知摆的等时性。然后动手制作一个简易的摆，重复观测自制单摆一分钟内摆动次数，通过分析数据进一步明确摆的等时性：同一个单摆在相同时间内摆动次数相同。此外，通过对比各组间的数据，会发现不同小组的摆摆动次数是不同的，为下一课《摆的快慢》提出了待研究的问题。本课的重点是研究单摆的运动规律，即等时性原理。培养学生基于观测到的数据，运用分析、比较的方法阐明单摆运动规律的思维方式。同时在探究中保持严谨观测的态度、发展对计时工具研究的兴趣。【学情分析】前几节课中，学生已观察并制作过类似水钟这样的简易计时装置，这节课将对钟摆能精确计时的原理展开探究。在操作前，需要引导学生思考并解决操作中的一些问题，如怎样计时？怎样数摆动次数等。五年级的学生已经具备一定分析和处理数据的能力，但要想他们在研究单摆等时性时有更多的发现、提出更多的问题，研讨时需要我们引导他们对组内数据和组间数据进行有效分析。【教学目标】1.科学观念：过对钟摆以及自制单摆一分钟内摆动次数的重复观测，知道同一个摆在相同时间内摆动次数相同，认识到人们基于摆的等时性原理制成了摆钟，使时间的计量误差更小。2.科学思维：基于实验中观察到的现象及获取的数据，能运用分析、比较的方法，阐明单摆的运动规律。3.探究实践：通过了解钟摆的构造，能制作一个简易单摆并探究摆的运动特点；在实验中能准确地重复观测摆在一分钟内摆动的次数。4.态度责任：在研究单摆运动规律的过程中，能保持严谨观测的态度；通过制作、观测单摆，发展对计时工具研究的兴趣。【教学重难点】重点：基于数据的整理分析，理解摆的等时性原理。难点：准确地观测摆钟，探究自制单摆运动的特点。【教学准备】教师：1.教学课件；2.机械摆钟一个、单摆一个。学生：1.每组铁架台一个、棉线一根、筷子一根、小球（螺帽）一个、秒表一个；2.课堂作业本中的记录单。【教学过程】一、聚焦：摆钟是怎样计时的（预设4分钟）材料准备：课件1.提问：通过前几节课的学习，你知道了哪些计时器？2.讲述：借助日晷、水钟这些工具我们只能知道大概的时间，人们一直在探索更精确的计时器，摆钟的出现大大提高了计时的精确度。3.讲述：摆钟是通过怎样的方式计时的？为什么它能更精确地计时？揭示课题：机械摆钟。【设计意图】简要回顾日晷、燃香钟、水钟等计时器后，引导学生思考“精确度较高的摆钟是通过怎样的方式计时的”，激发学生探究摆钟计时原理的兴趣。二、探索：摆的等时性（预设30分钟）材料准备：课件，一个机械摆钟、每组铁架台一个、棉线一根、筷子一根、小球（螺帽）一个、秒表一个、作业本中的记录单（一）观察钟摆的运动1.组织讨论：你们见过机械摆钟吗？摆钟是怎样来计量时间的？教师出示机械摆钟，学生观察摆钟并组内交流。2.出示图片：摆钟的结构图，介绍摆锤、摆绳。3.提问：为什么摆钟能够更精确地计时？4.研讨：如何探究钟摆的摆动规律。（1）提问：怎么测量摆在一分钟内摆动的次数？（2）追问：怎样算摆动一次？（3）演示：教师演示数钟摆摆动的次数：从起点出发回到起点算摆动一次。（4）提问：为了实验的准确性，需要测几次？5.学生开展实验，完成记录单。6.组织交流：对比三次测量结果，说一说你的发现。（预设：钟摆每分钟摆动的次数是相同的。）7.提问：现在你能理解它为何能精确地计时了吗？（二）自制单摆，观察摆运动的特点1.过渡：除了摆钟里的摆，其他的摆在摆动时是否也有同样的规律呢？我们也动手做一个摆，研究它摆动时的特点。2.出示材料，演示单摆的制作。3.布置任务：请同学们利用上述材料做一个摆，让你的摆自由摆动起来。4.提问：你们的摆能自由摆动起来了吗？在摆动过程中你有什么发现？（预设：摆动的幅度越来越小了；摆动的方向会有点变化……）5.提问：它在相同时间内摆动的次数会相同吗？6.研讨：如何准确地测量摆在1分钟内摆钟的次数？（1）测量几次？（2）小组内如何分工？（3）小组上台演示：一个计时员、一个计数员、一个记录员，密切配合。7.开展实验：学生分组实验，完成记录单。教师巡视指导，汇总每组数据。【设计意图】在测量钟摆及自制单摆一分钟摆动次数前，引导学生探讨计数方法，充分思考并解决操作中的一些问题、注意事项。分组实验时，教师随时给予学生指导，方便数据的准确获取及后续交流汇报，更有助于本课重难点的突破。三、研讨：实验发现（预设：6分钟）材料准备：课件1.交流汇报：分析你们组的数据，说说你的发现？2.小结：同一个摆，在相同时间内摆动的次数相同。这就是摆的等时性。课件呈现资料介绍科学家伽利略和惠更斯的故事。3.引导思考：每个小组的数据都汇总在了这张表格中，分析表中数据，你还有什么发现？（预设：不同的摆在相同时间内摆动次数不同。）4.提问：不同的摆，为什么在相同时间内摆动次数会不同？带着你的猜测，课后设计实验继续探究，去检验一下！【设计意图】通过分析组内数据，引导学生进一步明确摆的等时性原理。同时鼓励学生对小组间的数据进行分析比较，激发学生继续探究的兴趣。四、板书设计机械摆钟机械摆钟摆的等时性：同一个摆在相同时间内摆动次数相同。