1、5.摆钟的秘密摆钟的秘密 【教学分析】 本课属于技术与工程领域，具体包括：了解摆钟发明的历史，探究摆钟的科学原理基础 摆的等时性，进一步探究影响摆的摆动快慢的因素，设计制作一个一分钟摆动 60 次的摆， 最后对本单元进行整体回顾与总结，发展对技术工程的认识。本课中有对科学概念的探究式教 学， 又有计时工具模型的设计与制作实践活动，是一节典型的科学探究与技术实践相结合的科 学课。这两个内容都是很重要的，都要有效地实施。其中，关于摆的秘密的探究活动是一个典 型的对比实验类探究活动，对于培养学生探究意识与探究能力的提升很有意义。虽然教材的阅 读部分已经呈现了摆的等时性的科学概念， 教学中还是应该将这
2、一内容按照科学探究的一般过 程和方法进行规范教学， 这个实验探究活动也会为后续技术类的实践活动提供科学原理与实践 经验方面的支撑。 【教学目标】 （1）知道同一个摆，摆的摆动快慢是一定的。摆的快慢与摆线长短有关，摆线越短，摆 动越快。调节摆线长度，可以制作一个一分钟摆动 60 次的摆。 （2）实验探究摆的等时性和影响摆动快慢因素，形成科学概念。能依据摆的科学原理制 作一个一分钟摆动 60 次的摆，发展科学探究能力和动手实践能力。 （3）愿意用实验的方法探究并发现科学原理，喜欢动手做，并发展实事求是、认真细致 的科学精神。 （4）体会到人类的不断追求，不断产生的新需要和科学原理的新发现都促进了科
3、学技术 的不断发展。 教学重点：知道同一个摆，摆的摆动快慢是一定的。 教学难点：愿意用实验的方法探究并发现科学原理。 【教学准备】 材料准备： 教学课件：伽利略发现摆的科学原理、惠更斯发明摆钟的事迹资料。 学生实验材料：铁架台、线绳、同体积形状不同质量的摆锤三个、直尺、量角器、记 录单等。 活动场地：教室或实验室。 【教学过程】 本课按照设计与制作类课程来组织教学过程，包括明确任务收集信息（实验探究） 设计制作（包括设计方案、动手制作等基本步骤）反思评价几个主要活动。最后进行本 单元回顾与总结提升。 1.导入活动 师：同学们好，在上节课，从单级漏刻到多级漏刻，我们认识了我国古代计时的主要仪器
4、漏刻，知道了通过控制漏壶中的水位恒定，使水的流速保持稳定，让计时越来越精确。但水钟 却不易携带，不断的补水也很麻烦。为了解决这些问题，人类继续研究，终于发明了更方便、 更准确的计时工具摆钟。老师先给大家讲一个摆钟发明的故事。 师： 我们来看这就是摆钟， 从外观看， 它的上半部分是钟盘， 钟盘上有表盘、 时针和分针， 下半部分是一个单摆，由金属的摆线和摆锤两部分组成。摆钟是怎样实现准确计时的呢？ 师：想要了解这些问题，我们先来做一个摆，研究一下摆的运动有什么规律。制作摆需要 用一条细线作摆线，上端固定，下端挂上一个小重物作为摆锤，这样就组成了一个简单的摆。 轻轻地拉开摆锤，使摆绳绷直，形成一个角
5、度叫摆角，然后松手，让摆锤自由摆动。生活中有 没有跟摆类似的装置？ 生：秋千有点像。 生：游乐场的海盗船也像。 师：研究摆动的运动规律，还需要秒表计时。让我们来测量一下摆每 10 秒摆动的次数。 我们在实验中需要注意的是： 怎样算摆动 1 次？我们看到摆锤从一侧的最远点 A 摆动到另一侧 的最远点 B，再摆回到原来的位置，这样往返是一个周期，算摆动 1 次。 师：对！它们的运动都是摆动。观察这个摆的摆动，我们一起用秒表计时，看看 10 秒摆 动几个周期，老师负责计时，大家一起数次数。开始，1.2.3.4.5.6.7，停！我听到有同学数 到了 8 次，有同学数到了 7 次，怎么回事？ 生：应该是
6、 7 次，因为您喊停的时候，摆锤没有摆回到头，所以不应该算。 师：对！我们一定目不转睛地看才行。都会做了吗？ 生：会了。 师：要注意小组成员的配合，实事求是地记录。好了，各组可以做了，要做三次。 （小组合作实验） 师：汇报一下你们的测量结果。 生：我们的摆 10 秒摆动了 8 次。 生：我们的都是 9 次。 生：我们三次的数不一样，一次是 7 次，另两次都是 6 次。 师：那你们怎么想？ 生：我们想再做几次看一看。 师：很好，首先表扬你们实事求是地记录了数据，多做几次是个好方法。 师：我们自己组和自己组的三次数据比一比，会发现什么？ 生：我们发现我们组的摆每 10 秒摆动的次数是一样的。 生：
7、我们发现每次测量结果都差不多。 师：这说明你们自己小组的摆摆动的快慢是怎样的？ 生：是一样的。 生：是相同的。 师：我们也可以这样说，对于同一个摆，摆动的快慢是一定的，这叫做摆的等时性。正是 摆具有这个特性，人们才能利用这个科学原理发明了摆钟，就像水钟的发明一样。还记得水钟 是利用了什么科学原理吗？ 生：是水流的等时性。 师：好了，我们现在要把全班的数据放到一起再看看，有什么新发现？ 生：我们发现都是 10 秒，摆动次数却不一样。 师：为什么会这样呢？先不着急提出自己的想法，现在你们可以离开座位，到别的组看一 看，也可以作个小记者，采访一下，看看能不能对你思考摆的快慢和什么因素有关的问题有所
8、帮助。 （生组间观察交流） 师：好了，现在谁能回答一下这个问题？ 生：我觉得摆的快慢和摆锤有关系。 师：什么关系？ 生：摆锤越重，摆得越快。 师：为什么这样想？ 生：我发现 2 组的比我们的摆得快，他们的摆锤是铁的，我们的是塑料的。 师：别的组有也这样想的吗？ 生：我们也是这样想的。 师：你们这样想的理由又是什么呢？和一组的理由一样吗？ 生：我们玩过秋千，觉得重的人摆起来快。 师：是你们觉得，还是把轻重不同的人做过对比实验研究？ 生：是我们觉得。 师：那你们认为你们的观点一定正确吗？ 生：不一定，还需要通过对比实验来找证据。 师：还有没有其他的观点？再回答时，请先说出你猜是什么因素影响摆的摆动
9、快慢，再描 述具体怎么影响的，最后说出你这样猜的证据，可以吗？ 生：老师，我们组猜想摆角会影响摆的快慢，摆角越大，摆动越快，因为我们想摆锤抬得 越高，往下摆的速度会越快一些。 生：我认为是摆角越小，摆动越快，因为摆角小的时候，摆动起来距离短，所以会快。 师：真有意思，你们的猜想中有部分是相反的，其他同学怎么看？ 生：好像都有些道理。 师：还有别的猜想吗？ 生：没有了。 （停顿了一下之后） 师：我看到有同学又举手了，我们请他说说。 生：我觉得也有可能是摆线的长短，摆线越长，摆得越慢。因为如果摆线很长很长，摆一 个周期应该会时间也很长。 师：你怎么想到是摆线的长度呢？ 生：我看大家都没提到摆线，就
10、想没准正确答案也许就是摆线呢。 师：原来你是从这个角度想的，也很好！我们一起汇总一下大家的猜想，影响摆的摆动快 慢的因素可能有三个：摆锤的轻重、摆角的大小、摆线的长短，是这样吗？ 生：是。 师：我们今天做的实验都是对比实验。还记得我们学过的对比实验的要求吗？ 生：对比实验只能有一个不同条件，其他条件都要相同。 师：要注意这一点，例如要研究摆锤的轻重是否影响摆动快慢的问题时，不同条件和相同 条件分别是什么？ 生：一个不同条件，是摆锤不同，其他的条件摆线长短、摆角大小都要相同。 师：老师给你们准备的是三种摆球，它们大小和形状是一样的，制作材料不一样，分别是 铁球、木球、塑料球。 师： 下面由各小组
11、自己选择要研究的猜想， 研究几个都可以， 但每个实验一定要多做几次， 最少做三次，并实事求是地干什么？ 生：记录数据！ 师：对！我们对自己测得的每个数据要尊重，如实地记录在记录单里。 （小组选择问题进行自主探究） 师：好了，老师注意到大家都有了一些收获。下面各小组开始汇报你们的研究。汇报时这 样描述：先说一下你们研究的是哪种猜想，原来是怎么想的，再展示你们记录的数据，分析数 据最后得出的是什么结论。哪个组先汇报？ 生：我们研究的是摆锤的轻重，我们原来认为摆锤越重，摆动越快。大家看我们的数据： 摆锤重时，都是 8 次，摆锤中和轻时也都是 8 次，所以我们的结论是摆锤的轻重不影响摆动快 慢。 师：
12、其他组也有研究摆锤轻重的吗？和他们的结论一样吗？ 生：一样。 师：继续汇报。 生：我们三个猜想都做了，发现是摆线的长度影响摆的快慢。 师：把你们的证据一起拿给大家看看。 生： 师：有没有不同意见？ 生： 我们觉得摆角大小也会影响摆的快慢，我们发现摆角大的时候比摆角小的时候次数多 一点。 师：多多少？ 生：多一点，多不到半次。 师：你们的认真精神值得表扬。我们是不是可以这样描述：摆角的大小也会对摆的快慢产 生一点小的影响？可以吗？ 生：可以。 师：现在让我们来看看我们的收获吧！ 师： 如果你家的摆钟总是比电视上的准确时间慢，你能根据今天学习的知识提个建议吗？ 生：因为摆的快慢受摆线长短影响，摆线
13、越短，摆得越快。所以，可以把摆线调短一下试 试。 师： 刚才我们研究了摆的快慢与什么因素有关的问题，我们通过实验证实了摆线的长短对 摆的摆动快慢的影响是最明显的。意大利的天文学家、物理学家和工程师伽利略是第一个发现 单摆运动规律的科学家。伽利略发现了摆的运动规律，但真正应用这一规律并发明摆钟的是荷 兰科学家惠更斯。 惠更斯接受伽利略关于单摆运动的分析， 把单摆用于钟表装置， 发明了摆钟。 师：今天我们要接受一个挑战任务：做一个每分钟摆动 60 次的摆，也就是每秒钟摆动 1 次，有信心迎接这个挑战吗？ 生：有！ 师：小组先商量一下怎么做。 （小组制订制作计划） 师：汇报一下你们的计划。 生：我们
14、上节课量了一下，我们组的摆每 10 秒摆动了 7 次，摆线长是约 50 厘米，需要把 摆线缩短，我们打算每次缩短 5 厘米试一试，看看最后摆线多少厘米长会一分钟正好摆动 60 次。 师：这个方案好！尤其是每次缩短 5 厘米的设计很实际。 生：我们想先做一个短的摆，再把摆线加长，一点点试。 师：大家觉得他们的计划怎样？ 生：可以，就是一次次接摆线有点麻烦。 生：我们可以先准备一根长摆线，从短的一点点放长呀？ 生：那就没问题了。 师：还有吗？ 生：老师，我们想先查资料，看看过去人们是怎么试的，看看最后的摆线是多长。 师：看来你们是从本单元的学习过程中有了收获，也很好，不过现在收集资料有点来不及 了
15、，今天先试试，课后再去收集资料，验证一下我们今天的成果可以吗？ 生：好的。 师：由于这是一个需要不断尝试的过程，所以老师给大家充足的时间，直到成功为止，要 有耐心。 （生小组合作完成制作） 师：展示一下你们的伟大成就吧！ 生：我们最后的结果是，摆线长 25 厘米时，摆一分钟能摆 60 次。 师：其他组呢？ 生：我们的也是。 生：我们的差不多。 师： 为我们的成功鼓掌！ 同学们， 精确时间的步伐 这个单元的学习到这里就要结束了。 在这个单元里，我们了解了人类对计时工具的发明历史，也自己动手制作了一些计时工具的模 型。想必你也逐渐了解了人们对于精确计时的不懈追求，以及精确计时对社会发展的意义，是
16、不是也想参与其中呢？最后，老师还想请你思考：人类为什么能发明这些计时工具呢？我们从 其中学到了什么宝贵的精神财富呢？ 生：因为人类一直想制造出更准确、方便的计时工具。 生：因为我们总希望测时间越准越好。 师：计时工具的发明除了有人类不断增长的需求外，还有什么原因呢？ 生：还要有科学家的研究发现。 生：就像伽利略发现了摆的等时性，惠更斯利用这个规律发明了摆钟一样。 生：水钟也是，水钟利用的是水流的等时性原理。 师：真的很好！这些收获你们要记在自己的脑子里。我们从科学家、发明家身上学到了什 么宝贵的科学精神呢？ 生：爱动脑筋。 生：喜欢动手制作。 生：不怕困难。 生：要学会制订计划。 生：。 师：
17、真是收获满满呀！ 【教学反思】 在小学科学课上，激发和保持学生的学习动机，从心理学的角度来讲，获得成功时的愉悦 心情是一种很有效的催化剂。本课我们看到了他们获得成功时脸上满足而骄傲的笑容。一定意 义上，这些收获的潜在价值是巨大的，也是教师应该着重营造的。本课使用了任务驱动式教学 方式，迎合了这个年龄段学生喜欢挑战的心理特点，并且在挑战过程中，小组合作意识和组员 间良好的信任态度得以加强。即使个别组由于各种客观和主观原因没有成功，但他们也没有出 现内部埋怨和指责的现象，而是相互鼓励，表示课后还要继续做下去，这样的学习效果同样令 人欣喜。所以，在小学科学课堂实践过程中，我们一定要兼顾两种学习价值的
18、体现，即学科本 体价值和教育价值的双重实现。 【总结点评】 本课由两个主要活动组成，第一，设计制作一个一分钟摆动 60 次的摆；第二，对本单元 学习经历进行学习型反思与总结。第一个活动，对于四年级学生来讲还是有一定的难度的，所 以教师给予了学生充足的时间， 这个活动对于学生的耐心是一种挑战， 所以教师一直鼓励学生， 给他们信心。当然，当学生获得成功的喜悦后，一切就显得有价值了。第二个活动虽然时间短 了些，但从单元学习目标的达成度来讲又是很重要的，有点石成金的效果。特别是教师引领学 生从两个方面进行了反思，一个是技术的发明与发展的本质，一个是技术探索需具备的科学态 度与科学精神，这两方面的引领帮助学生感悟到了一些知识以外的收获，有效地完成了本单元 的学习目标。