1、4.改进小水钟改进小水钟 【教学分析】 本课属于技术与工程领域，主要活动包括：基于上节课对自制小水钟的使用经历，提出保 持漏壶中水位不变的新的改进目标。在此目标驱动下，收集关于三级漏刻的相关信息，建立模 型认知，最终在此基础上，自行设计与制作简单的三级漏刻模型。对于学生来讲，本课有两个 难点，一是找到保持水位不变的更方便的办法，二是解决漏壶出水孔大小的比例协调难题。 【教学目标】 （1）知道随着漏壶内水位的降低，漏壶滴水会越来越慢，这是造成小水钟变慢的主要原 因。古人为解决这一困难发明了三级漏刻。用多级分水的方法可以改进自制的小水钟。 （2）能依据对三级漏刻资料的阅读理解，改进自制小水钟，发展
2、实践能力和解决实际困 难的能力，在对改进后的小水钟的测试评价中，继续培养反思评价能力。 （3）体会动手做的乐趣，感受经过努力解决困难的喜悦，继续引发对中国古人智慧的钦 佩之情。 （4）体会需求对技术发展的促进作用。 教学重点：用多级分水的方法可以改进自制的小水钟。 教学难点：改进自制小水钟。 【教学准备】 材料准备： 教学课件：三级漏刻的资料和图片、视频或模型。 学生制作材料：塑料瓶（形状规则的圆筒形最好） 、直尺、锥子、美工刀、记号笔等。 活动场地：教室或实验室。 【教学过程】 1.导入活动，发现问题 师：上节课，我们成功地自制了一个小水钟，但在测试时有一个发现，是什么？ 生：水流越来越慢。
3、 师： 为什么会出现这种情况？是什么原因造成的呢？我们再来看看滴漏的过程，请同学们 仔细观察水流和水位的变化，你有什么发现？ 生：瓶子里的水越少，水流得越慢。 师：是这样，我们可以看到随着水的不断漏出，瓶中水位发生变化。开始水位高时，水流 速度快，同样多的水用时短；慢慢水位降低，水流速度变慢，同样多的水用时就越来越长，甚 至渐渐的就从水流变成水滴了。明白了吗？ 生：原来原因是水位的变化。 师：其实古人在很早的时候，就发现了这个现象。 （师出示满城漏壶图片） 师： 同学们现在看到的是满城漏壶， 一种泄水型水钟。 西汉时， 这种水钟就已经很常见了， 但就像我们所发现的那样， 因为水位的变化， 使得
4、水流速度不稳定， 导致浮箭下降速度不均匀， 可以计时却精确度不高。 2.设计制作初步改进小水钟 师：如果想要更准确地测量时间，最需要解决的问题是什么？ 生：应该是水位的问题。 师：是的，水位变化导致水流速度发生变化，所以无法精确计时。我们需要控制泄水壶里 的水位不变，保持水流速度稳定。那么可以怎样做呢？ 生：可以边滴水，边往瓶子里添水，保持瓶子里的水位不往下降。 生：也不能往上升。 师：这种方法可以吗？ 生：可以。 师：那我们就试一试。想一想，具体怎样操作呢？ （生小组讨论） 师：想好怎么做了吗？ 生：先在上面的瓶子里画一条线，记下水位，然后一个人往上边的瓶子里添水，保证水位 一直在画线的地方
5、，一个人用表计时间，一个人在下面的瓶子上画线，每 10 秒画一次。 师：你们怎么知道水流速度稳定了呢？ 生：看看下面瓶子上画的线之间的间隔是不是一样的。 师：还有别的改进方案吗？ 生：我们是先往下面瓶子里加水，每加 50 毫升水在瓶子上画上线，总共加 6 次、画 6 条 线。 然后把全部 300 毫升水倒进上面的瓶子里，然后再一人负责随时往上面瓶子里加水来保持 水位不变，一个人负责计时。下面瓶子里的水每增加 50 毫升时记录一次时间，看看这样每流 出 50 毫升水时间是不是一样的。 师：这种方法可以吗？ 生：也可以。 师：我观察到，大家改进的都是受水型的水钟，能不能改进泄水型水钟？ 生：老师，
6、泄水型水钟是靠着水位下降来计时的，没法保证水位不变呀？ 师： 对， 泄水型的水钟我们不容易改进它。 那么你们就试一试改进受水型水钟， 做好记录， 小组要合作好。 （小组分工合作，初步改进受水型水钟） 3.设计制作进一步改进小水钟 师：怎么样，这次的测试结果如何？ 生：这次比上节课要好多了。我们每次测的大多是 18 秒。 生：我们每 10 秒流出的水也是一样多。 生：。 师：为大家的成功鼓掌。但是，我们再想一想，如果在实际的应用中，人们这样做会遇到 什么困难吗？ 生：非常麻烦，得有一个人专门负责不停地加水，会很累。 生：一个人恐怕还不够，他也得吃饭睡觉呀！ 师：这还真实一个现实的困难，那怎么办呢
7、？ 生：如果设计一个自动加水装置就好了。 师：这个装置具体怎么做呢？ 生：想不出来。 师：那我们又得向谁请教了？ 生：向古人请教。 师：看来我们一时还找不到解决这个难题的好方法。聪明的中国古人也遇到了这个困难， 他们经过不懈的努力，发明了一种改进版的漏刻，叫三级漏刻。我们先来阅读一下关于这种计 时工具的资料。 （小组阅读资料，收集三级漏刻信息） 师：看看我们知道了什么。三级漏刻一共有几个壶？分别有什么作用？ 生：三级漏刻一共有三个壶，最上面的叫天壶，中间的叫平水壶，下面的叫受水壶。 生：不对，应该是四个壶，还有一个分水壶。 师：各种壶分别有什么作用呢？ 生：天壶是往平水壶里加水的，平水壶是往受
8、水壶里加水的。 生：受水壶就是我们做的水钟下面的瓶子，平水壶就像是上面的瓶子，天壶就像刚才我们 用来往上面瓶子里加水的瓶子。 师：分水壶的作用呢？ 生：平水壶里的水要是加多了就从壶里流到分水壶里。 师：这样做是为了保证什么？ 生：保证平水壶里的水位不变。 师：这个设计怎么样？ 生：古人真是太聪明了，他们给平水壶开个孔，这样往平水壶里多加的水可以流到分水壶 里，这样就可以保持平水壶里的水位不变了。 师：我们一起给智慧的中国古人一点掌声吧！ 师：大家有没有信心，模仿古人也做一个多级漏刻，让它自己准确计时呢？ 生（齐） ：有！ 师： 好。 不过制作和测试的时候遇到新的困难时， 老师希望你们能像古人们
9、学习， 动脑筋、 多观察、想办法、不气馁，先预祝你们成功！ （小组分工合作，进一步改进小水钟） 师：遇到了什么新问题吗？ 生：我们刚才发现平水壶里的水还是往下降。 师：是怎么回事？你们解决了吗？ 生：我们发现平水壶下边的眼儿太大了，天壶补水供不上。我们把天壶的眼儿也弄大了， 就行了。 师：真棒！自己动脑筋解决了新问题，祝贺你们！ 生：我们发现平水壶里的水还是渐渐往上升，我们把分水的那个孔捅大了就行了。 师：你们做得也很好。只是分水壶里的水会很快满了呀，还得想一想有没有别的办法。 生：我们可以换个更大的分水壶。 4.反思评价，提升认识 师：时间关系，我们的改进小水钟只能先到这里了。最后老师想请大
10、家说一说，这次的改 进小水钟活动你们有什么收获？ 生：我们知道了保持水位不变，就可以让小水钟的水流速度不变。 生：我们知道了古人发明了三级漏刻。 师：在经验上有什么收获吗？ 生：遇到困难可以查一查资料，看看以前的人们是怎么解决的。 生：要想成功，小组几个人要合作好。 生：遇到困难要动脑筋，仔细观察，认真分析。 生：。 师：说得真好！最后老师请大家看一张图片。古人在不断研究中，逐步改进漏刻，制作出 多级式铜壶滴漏，同学们现在看到的，是我国现存最早、最大、最完整的铜壶滴漏，为元代铸 造。整件滴漏由四个铜壶组成，分别是日壶、月壶、星壶、受水壶。壶上均有壶盖，壶盖上有 孔，水可以滴入。受水壶的壶盖上铸
11、有带刻度的铜尺，前端有方孔，便于木箭上下浮动。这样 庞大的水钟，它是怎样工作的呢？我们一起来看一段视频。我们所看到的铜壶滴漏，计时一昼 夜的误差不超过 40 秒，直到 1656 欧洲人发明了摆钟才被超越。在长达 1500 年的时间里，我 国的多级式滴漏都是世界上最精准的计时工具。如果你想感受它的魅力，在中国国家博物馆、 故宫博物院、北京鼓楼都可以看到不同的多级滴漏。其中鼓楼的铜壶滴漏还可以自动报时呢， 感兴趣的同学可以去看看。现在，鼓楼的旁边还建有北京时间博物馆，藏有圭表、刻漏、浑天 仪等各类计时仪器。 水钟完美地避免了日晷必须利用阳光的限制，昼夜都可以使用，一直是我国古代计时的主 要仪器。从
12、单壶到复式漏壶，水钟计时越来越精确。同学们，追求精准计时，一直是人类的目 标和动力， 那么，比多级滴漏还要精准的摆钟是怎样计时的呢？下节课我们将继续了解计时工 具的发展。 【教学反思】 本课的主要活动是改进小水钟，核心无疑是在“改进”这个任务的完成。它体现了技术工 具的发明和发展不是一蹴而就的，而是不断地改进与进化的，这种变化是基于人类不断追求的 基础上的。 当我们将研究的重点聚焦于想办法保持水面不变的难题时，学生首先想到的是人工 加水的方法，教师没有武断地提出不足予以否定，而是组织学生先按照自己的想法进行尝试， 在具体的操作过程中体会这种方法的不便之处，从而产生更加方便的新需求。自动补水保持
13、水 位不变的方法是学生一时难以想到的， 在了解了多级漏刻的原型之后， 这种设计就简单了许多， 学生也就表现出挑战困难的期待。但实际上他们还将遇到新的困难，比如由于各壶出水孔的大 小不同，形成不同的组合，会造成无法保持水位不变的境况，这样就又产生了新的问题。而对 于这些新问题，教师安排学生自己去想办法解决，而不是直接告诉学生应该怎么做。这样，解 决难题后的兴奋与满足感就会给学生一种心灵上的涤荡。 【总结点评】 本单元有一个重要的教学目标，就是达成主要概念 18 中的一些学习目标，包括： 18.1 举例说出，一项工程运用到的科学技术和原理，如汽车刹车系统的设计中运用到的 科学与技术。 18.2-1
14、 知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善等。 18.2-2 针对一个具体的任务，按照设计的基本步骤来设计一个产品或完成指定的任务。 18.3-1 对自己或他人设计的想法、草图、模型等提出改进建议，并说明理由。 18.3-2 在制作过程中及完成后进行相应的测试和调整。 本课中对这些目标的达成集中体现在“改进与建议、测试与调整”层面，这是本课教学的 主要任务。而这个任务的高效完成必然依托于学生的科学思维和动手实践经历。所以，给学生 提供他们力所能及的挑战就成为必须。本课学生在明确了“保持水位不变”的任务之后，经过 了初步设计与尝试， 收集原型信息， 再次设计与尝试， 又发现新的困难， 继续改进设计与尝试， 最终完成任务。这是一个不断发展、不断进阶、难度越来越大的有序过程。学生在不断挑战的 过程中，探究能力得以提升，科学精神得以养成，动手经验得以积累，这些都为学生未来关于 技术与工程领域的学习形成正迁移。 如果有机会，教师还可以组织学生以生活中输液时的经验为基础，设计一种能够通过控制 水的流速，实现以一定量的水测量更长时间的滴漏，继续增强水钟的实用价值，并使学生体会 到工具的发展性特点。