小学科学新大象版六年级上册全册教案(2026秋季新版)

大象版六年级科学上册

教

学

设

计

（2026秋）

体验单元蒸发的快慢

【教学目标】

[科学观念]

知道影响水蒸发快慢的因素有温度、蒸发面积和空气流速，且温度越高、蒸发面积越大、空气流动越快，水蒸发得越快。

[科学思维]

能运用归纳、演绎等思维方法得出结论并进行检验。

[探究实践]

能提出可探究的科学问题和研究假设，制订比较完整的探究计划，会设计控制变量的实验方案。

[态度责任]

培养严谨的科学态度，体会科学知识在实际生活中的应用价值，乐于尝试运用多种思路和方法完成探究和实践。

【教学重点】能运用归纳、演绎等思维方法得出结论并进行检验。

【教学难点】能运用归纳、演绎等思维方法得出结论并进行检验。

【教学准备】

[教师]PPT课件、实验记录表等。

[学生]带柄小铁勺、酒精灯、滴管、水、手套、计时器、相同材质和大小的布料（2 块）、晾衣架等。 

【教学过程】

一、情境引入（2分钟）

师：同学们，大家看这张图片（展示海水晒盐场景），你知道人们是怎样从海水中得到食盐的吗？

生：把海水放在池子里，让太阳晒，水干了就剩下盐了。

师：没错，这种通过日晒从海水中提取食盐的方法，从古至今一直在使用。人们先将海水引入蒸发池，晒到一定程度再导入结晶池继续晒，食盐就慢慢被提取出来了。在这个过程中，水的蒸发是关键，那大家想一想，怎样才能让水蒸发得更快呢？今天我们就来探究这个问题。

二、问题与假设（3分钟）

师：结合生活经验，大家觉得哪些因素可能会影响水蒸发的快慢呢？

生1：天气热的时候，湿衣服很快就干了，天冷就干得慢，所以温度高，水蒸发得快。

师：你用湿衣服晾干的例子来支持自己的想法，很有说服力。

生2：妈妈晾衣服时，会把衣服挂在通风的地方，说有风干得快，所以空气流动快，水蒸发得快。

师：这也是生活中常见的现象，观察得很仔细。

生3：看到农民晒粮食，会把粮食摊得很开，而不是堆在一起，所以我觉得蒸发面积大，水蒸发得快。

师：大家从不同的生活场景出发，提出了三个可能的因素：温度、空气流动快慢、蒸发面积大小。这些都是我们接下来要验证的假设。

学生能基于生活经验提出假设，体现了“生活即科学”的理念，教师的引导帮助学生将零散的经验转化为明确的科学假设，为后续探究奠定基础。

三、探究与结论（25分钟）

师：同学们提出了很多有价值的假设，接下来我们要通过实验来检验这些假设是否成立。以“温度高低对水蒸发快慢的影响”为例，实验中需要控制哪些条件？

生：要改变的条件是温度，不改变的条件是水的多少、空气流动快慢和蒸发面积大小。

师：非常好。具体怎么实施呢？同学们可以看看材料超市里有哪些物品。

生：在两个相同的铁勺中各滴入10滴水，一个用酒精灯加热，另一个放在实验桌上，观察并记录哪个铁勺里的水先蒸发完。

师：嗯，变量控制的很好，方案也可行。在实验过程中，大家要仔细观察两个铁勺中水量的变化，并记录下来。请注意：实验时要规范使用酒精灯，佩戴手套，防止灼伤。

师：除此之外，我们还需要研究“空气流动快慢对水蒸发快慢的影响”“蒸发面积对水蒸发快慢的影响”等，请同学们以小组为单位，任选一个研究主题，设计实验方案并进行实验验证。

（学生分组实验，教师巡视指导，提醒记录实验现象）

师：请各小组汇报实验结果。

生1：我们组在两个同样的铁勺中各滴入了10滴水，一个用酒精灯加热，一个放在桌上。1分钟的时候，加热的铁勺里的水少了一些，没加热的变化不大；2分钟的时候，加热的铁勺里的水已经蒸发完了，没加热的还有很多。 

师：其他探究空气流动快慢和蒸发面积大小的小组，也来分享一下结果。

生2：我们组研究了空气流动快慢对水蒸发快慢的影响，我们发现，在其他条件相同的情况下，空气流动快的地方，水蒸发得更快。

生3：我们组研究了蒸发面积大小对水蒸发快慢的影响，我们的实验表明，蒸发面积越大，水蒸发得越快。

师：大家总结得非常好！综合各组的实验结果，我们可以得出结论：影响水蒸发快慢的因素包括温度、蒸发面积和空气流速等。水的温度越高、蒸发面积越大、空气流动得越快，水蒸发得越快。

建议：部分学生可能对“控制变量”的理解不够清晰，学生讨论设计实验方案时，教师可在巡视时通过提问强化，如“为什么两个铁勺要一样？”“滴入的水量为什么要相同？”，帮助学生理解实验设计的科学性和严谨性。

四、反思与评价（10分钟）

师：我们来认识一种重要的科学思维方法——演绎推理。大家看，演绎推理就是从一般性结论出发，结合相关的具体条件，预测事物将发生什么变化的过程。比如我们知道“蒸发面积越大，水蒸发得越快”这个一般性结论，再结合“平展地晾晒衣服蒸发面积更大”这个具体条件，大家能预测什么？

生：平展晾晒的衣服比团起来晾晒的衣服干得更快。

师：非常好。现在我们通过实验来检验这个预测。请大家用两块相同的布料，都浸湿同样的水量，一块平展地挂在晾衣架上，另一块团起来挂在旁边，观察并记录它们的干湿变化。

（学生实验后汇报结果）

生：平展的布料比团起来的布料干得快。

师：实验结果和我们的预测是否符合？这能说明什么？

生：符合，说明“蒸发面积越大，水蒸发得越快”这个结论是正确的。

师：没错，如果预测得到证实，说明我们所依据的一般性结论更可能是正确的，这也是科学家检验科学假说的常用方法。大家还能想到其他运用演绎推理的例子吗？

生：根据“温度越高，水蒸发得越快”，结合夏天比冬天平均温度高，可以预测夏天一般比冬天干得快。

师：非常好，大家已经初步掌握了演绎推理的方法。

【板书设计】

篇幅有限，中间部分省略······

第五单元计时工具的发展

1.参观时间博物馆

【教学目标】

[科学观念]

认识日晷、漏刻、摆钟、电子表等古今典型计时工具的核心特征，理解所有计时工具均依托物体稳定均匀运动的“等时性”底层原理运行，知晓计时工具“精度不断提升、适用场景持续拓宽”的发展规律。

[科学思维]

通过横向对比多类计时工具的信息归纳出等时性通用规律，再用该规律演绎预测燃香钟、沙漏的计时逻辑，最终依托实验数据完成假设检验，完整掌握“归纳—演绎—实证”的科学推理方法。

[探究实践]

能小组合作完成计时工具资料梳理与信息表格填写，规范操作燃香钟、沙漏计时实验，通过多次重复测量减小误差，用真实实验数据作为证据支撑探究结论，形成完整的实证探究能力。

[态度责任]

通过北京钟鼓楼古代计时工程史料感受中国传统工匠的智慧，理解社会计时需求推动技术迭代的逻辑，建立科学、技术与社会相互关联的认知，激发后续动手改良计时工具的创新兴趣。

【教学重点】了解计时工具是依据物体运动的等时性原理。

【教学难点】最小精确值是计时工具能够测量出的最小时间单位；最小精确值数值越小，计时精确度越高。

【教学准备】

[教师]计时工具发展史相关课件，计时工具比较分析记录单，燃香钟、沙漏等实验器材及记录单。

[学生]课前收集计时工具的相关资料，了解计时工具的发展历史。

【教学过程】

一、问题情境（5分钟）

1.情境引入

教师提问：我们上下课、作息依靠手机、手表计时，古时候没有电子产品，古人用什么计时的？顺势出示“时间博物馆” 情境图，带领学生虚拟参观场馆。

二、探究与结论（30分钟）

1. 分类观察

展示博物馆展品：日晷、漏刻、沙漏、摆钟、机械手表、电子手表，让学生区分古代、近代、现代计时工具。

2.处理信息——完善计时工具信息表

3.建构概念

所有工具都依托稳定、均匀的物体运动计时，引出核心概念：物体运动的等时性。

在全班交流和小组展示的基础上，引领学生进一步关注“最小精确值”，主要从各计时工具的最小精确值和工作特点两个方面进行比较。让学生归纳出所有工具都依托稳定、均匀的物体运动计时，引出计时工具的底层原理都是利用了某种物体运动的等时性。

三、反思与评价（5分钟）

1.实验验证——验证等时性原理（本课重点环节）

实验一：燃香钟计时检验（概念建立）

实验二：沙漏验证实验（概念应用）

2.得出结论

日晷、沙漏、燃香、摆钟、电子表，全部依托物体匀速稳定运动的等时性，这是计时工具的底层科学原理。

四、整理

老师指导学生进行材料的整理。

【板书设计】

1 参观时间博物馆

计时工具-->底层原理：物体的等时性（稳定、均匀的运动）

↓

精度提升-->最小精确值越来越小（15分 -> 1秒 -> 0.01秒）

↓

科学与技术-->科学原理推动技术革新，技术方便人类生活

2 日晷

【教学目标】

[科学观念]

认识日晷的结构与计时原理，知道赤道式日晷晷面平行于太阳视运动的轨道面时，晷针影子的移动具有等时性；通过使用太阳视运动轨道模型探究赤道式日晷晷面和太阳视运动轨道面的关系，理解“系统与模型”的跨学科概念，知道“系统模型表达了系统内部各部分间的相互作用关系以及系统与外部作用的关系”；通过设计制作日晷，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。

[科学思维]

能基于“计时工具都是依据物体运动的等时性原理发明的”，结合太阳视运动的等时性，运用演绎推理进行日晷的设计和制作，并根据测试效果分析作品的问题和原因。

[探究实践]

能按照工程标准自主设计、制作日晷，完成刻度划分、组装固定、倾角和方位校准，能根据地理经度进行读数修正；能多角度分析计时误差来源，针对性改良作品。

[态度责任]

在好奇心驱使下，表现出对现象发生原因的因果兴趣；善于有依据地质疑别人的观点，乐于尝试运用多种思路和方法完成探究和实践，初步具有创新的兴趣；体会古人持续改良计时工具的探索精神，养成依托实证、精益求精的工程探究素养。

【教学重点】认识晷面与赤道平面平行时，晷针影子移动具备等时性，同时会根据本地纬度修正晷面倾斜角度。

【教学难点】通过手电筒模拟太阳视运动探究实验，结合当地纬度倾角相关资料分步完成校准与修正，完整实操调试赤道式日晷，将最终计时误差控制在 20 分钟范围内，突破多重误差综合修正的实操难点。

【教学准备】

[教师]半圆形太阳视运动轨道模型、手电筒、地球仪、均时差校正曲线图、备用创可贴，多媒体课件等。

[学生]教师提前制作的地平式日晷，地平式日晷测试记录单，泡沫板（30 cm×30 cm×3 cm）、圆形卡纸（直径25 cm，可预先画好时间刻度但不标具体时间）、圆规、量角器、直尺、彩笔、喷胶、长竹签、钟表、剪刀、手机定位软件等。

【教学过程】

一、问题情境（5分钟）

1.情境引入

师：通过上一课的学习，我们知道了计时工具都是依据物体运动的等时性原理发明的。请同学们猜想一下，在远古的时候，人们日出而作，日落而息，还没有任何的计时工具，这时，人们最早可能利用什么物体的等时性来计时？

生1：脉搏。

生2：每个人的脉搏不同，而且每一个人自己的脉搏也会变化，所以脉搏不能作为大家通用的计时工具。

生3：太阳！太阳每天东升西落，对于地球上的人来说，太阳转动的速度是稳定的，具有等时性。

师：我们确实可以根据太阳的方位大致判断当前的时间。请同学们想一想，我们怎样利用太阳的运动，制作一个像钟表那样有刻度的计时工具呢？

生：可以利用物体的影子。太阳日出时在东边，影子在西边；中午在南边，影子在北边；日落时在西边，影子在东边。我们可以在地面上竖一根棍子，以棍子为圆心画一个圆，棍子正西的圆上就是早上日出的时刻6点，正北的圆上就是中午的时刻12点，正东的圆上就是日落的时刻18点。再把6点到12点之间、12点到18点之间都均匀分成6等份，这样就形成了12个小时的刻度。

2.制作并测试地平式日晷

师：你太聪明了！古人确实是通过长期观察太阳光照射下物体影子方向的变化规律，依靠立杆测影的方法，发明了人类最早的计时工具——地平式日晷。老师已经为每个小组做好了一个简单的地平式日晷（展示并为每个小组分发地平式日晷），请同学们课后测试一下，看看老师做的地平式日晷计时是否准确。测试的时候，应该怎样摆放地平式日晷呢？

生：应该放在太阳光能照射到的水平地面上，6点的刻度朝向正西方，12点的刻度朝向正北方，18点的刻度朝向正东方。

师：请同学们课后测试地平式日晷，并把测试数据记录在记录表里。

生：用影子，立根棍子画圆，正西标 6 点、正北 12 点、正东 18 点，两段区间各均分 6 份，做出 12 小时刻度。 

师：说得很好，古人依影子方向变化立杆测影，造出最早计时工具—— 地平式日晷。每组都分发简易地平式日晷，课后测试准确度，误差需小于 20 分钟。摆放日晷有什么要求？ 

生：放水平向阳地面，6 点刻度朝正西，12 点朝正北，18 点朝正东。 

师：课后完成测试，将数据填写到记录表中。

（学生课后测试地平式日晷）

这一环节的具体授课时间可安排在第1课的结尾，这样不仅紧密承接第1课的探究结论，也方便学生课后安排时间测试地平式日晷计时是否准确，发现地平式日晷存在的问题，为制作赤道式日晷做好铺垫。

二、探究与结论（30分钟）

3.汇报交流测试结果，聚焦改良日晷的任务

师：上节课老师为大家制作了地平式日晷，请同学们课后完成地平式日晷的实地测试。请小组汇报一下自己的实测数据，说说有什么发现。

生1：这是我们小组的测试数据，太不准了，早上日出后和傍晚日落前走得太慢，中午前后又走得太快。

生2：现在是冬天，太阳出来都7点半了，下午5点多太阳就落下去了……

师：那你认为为什么会出现这种现象呢？是老师制作得不规范吗？

生1：老师画的刻度盘很圆，刻度也很均匀，计时依然不准确。所以我认为是设计原理的问题，不是制作的问题。

师：你观察得很细致！问题不在于制作，而在于这种地平式日晷平放的结构缺陷。那我们应该怎样改进日晷的设计呢？

生1：我认为和晷面的摆放角度有关，我去故宫的时候见过一个日晷，它是倾斜着摆放的，不是水平的。

生2：日晷水平摆放的时候，晷针影子的运动速度是不均匀的，如果以一定的角度摆放，能让晷针影子的运动速度变成均匀的，这样日晷就会准确了。

生3：可是具体怎么摆放，才能让晷针影子的运动速度变成均匀的呢？我们总不能每天换个角度测量一天看日晷是不是准确吧？

4.模拟实验，验证改良猜想。

师：确实，要确定日晷倾斜多大角度时，晷针影子的运动具有等时性，最直观的办法就是每天改变一次角度，在一天中观测日晷计时是否准确。但是这个办法确实是太麻烦了。我们的假设是“晷面的倾斜角度和太阳视运动的轨道面应该满足一定的关系”，所以老师给大家准备了一个半圆形的太阳视运动的轨道模型，在模型上标注有6点、8点、10点、12点、14点、16点和18点几个时刻，我们可以把日晷调整到想要测试的倾斜角度，再把它稳稳放在太阳视运动轨道模型的正中心处，使日晷晷面的圆心和轨道模型的圆心重合，然后用手电筒模拟太阳依次从6点、8点、10点、12点、14点、16点和18点照射日晷，看看日晷显示的时间是不是刚好也是这几个时间。如果是，说明这个倾斜角度就是正确的；如果不是，继续调整角度测试，直到找到正确的倾斜角度。同学们听明白了吗？

生：听明白了。

师：同学们可以先凭自己掌握的知识，猜想一下哪个角度最可能是正确的，然后上来尝试。哪位同学想试试？

生：我猜测晷面应该垂直于轨道模型面，我想试试。（生上台尝试）

师：请给大家讲述一下你的测试结果。

生：我的猜测是错误的。晷面垂直于轨道模型面时，日晷上午总是指向6点，12点时晷针没有影子，下午总是指向18点。

师：看来晷面垂直于轨道模型面的猜想是错误的。哪位同学有其他猜想需要测试吗？

生：我猜测晷面应该平行于轨道模型面。（生上台尝试）

师：请给大家讲述一下你的测试结果。

生：我的猜测是正确的。当晷面平行于轨道模型面时，用手电筒从6点、8点、10点、12点、14点、16点和18点照射日晷，日晷显示的时间也刚好都是6点、8点、10点、12点、14点、16点和18点。

师：看来你找到了改良地平式日晷的终极秘诀！你能表述一下你的终极秘诀吗？

生：把晷面平行于轨道模型面，也就是太阳视运动的轨道面摆放，晷针影子的运动具有等时性，日晷计时相对准确。

5.研读新知，认知赤道式日晷。

生：可是，太阳视运动轨道面的角度是多少呢？

师：你这个问题非常好！（展示地球仪）大家还记不记得，我们在学四季的成因时，发现冬至这天太阳直射地球的什么地方？

生：北回归线。

师：北回归线是一个圆。太阳这天总是直射北回归线，说明太阳这天的视运动轨道面和北回归线这个圆所在的平面是重合的。夏至这天太阳直射地球的什么地方？

生：南回归线。

师：说明这天太阳的视运动轨道面和南回归线这个圆所在的平面是重合的。那春分和秋分太阳直射地球的什么地方？

生：赤道。

师：说明春分和秋分太阳的视运动轨道面和赤道这个圆所在的平面是重合的。大家有没有发现北回归线、南回归线和赤道所在平面有什么关系？

生：它们都是平行的。

师：对，你们的发现很重要。不仅北回归线、南回归线所在平面平行于赤道所在平面，其实地球的每天条纬线所在的平面都是平行于赤道所在平面的。这说明太阳每一天的视运动轨道所在平面都……

生：都平行于赤道所在平面。

师：大家又有了一个重大的发现。所以，我们只要让日晷的晷面平行于赤道所在平面，日晷计时应该就准确了。因为这种计时准确的日晷的晷面是平行于赤道所在平面的，所以我们把这种日晷叫做赤道式日晷。（结合地球仪演示）大家看，如果把日晷放在赤道上，日晷面怎样放置才能平行于赤道所在平面？

生：要竖直放置，并且晷针指向南北方向。

师：非常正确。赤道的纬度是0°，放在赤道上的日晷晷面的角度是90°。如果把日晷放在北极，日晷面怎样放置才能平行于赤道所在平面？

生：应该水平放置。这时晷针是竖直的。

师：北极的纬度是90°，这时晷面的倾角是0°。大家有没有发现日晷所在的纬度和晷面倾角之间有什么关系？

生：它们的和是90°。

师：非常聪明！那你们现在知道怎样确定日晷晷面应该倾斜多少度了吗？

生：我们可以查一下我们这里的纬度是多少度，然后用90°减去我们这里的纬度就可以了。

师：通过探究，我们发现赤道式日晷晷面平行于赤道所在平面，晷面的倾角等于90°减去本地纬度，晷针垂直于晷面，所以晷针是平行于地轴的，所以晷针的一端刚好指向北极星的方向。

6.迭代制作，优化赤道式日晷。

师：还有个问题请同学们想一想，赤道上的日晷需要竖直放置，晷针指向南北方向。我们知道，太阳在从春分到秋分的夏半年的时候是直射北半球的，这时太阳光能照射到日晷的哪个面？

生：能照射到日晷朝北的一面。

师：从秋分到春分的冬半年呢？

生：能照射到日晷朝南的一面。

师：这样放在赤道上的日晷需要制作几个带时间刻度的晷面？

生：需要两个，夏半年看朝北的晷面，冬半年看朝南的晷面。

师：这两个晷面的刻度有什么不同？

生：老师制作的地平式日晷的晷面就是赤道式日晷朝北的晷面，太阳从东边升起，西边落下，晷针的影子早上朝西，傍晚朝东，它的时间刻度从6点到18点是顺时针方向排列的，也就是6点水平朝右，12点向下，18点水平向左。画朝南晷面的时候，晷针的影子还是早上朝西，傍晚朝东，时间刻度应该逆时针排列，也就是6点水平向左，12点向下，18点水平向右。

师：赤道上的日晷需要两个晷面，放在我们这里的日晷需要两个晷面吗？

生：也需要，只不过一个晷面倾斜朝北朝上，一个倾斜朝南朝下。

师：非常正确。现在请同学们小组合作，参考日晷的上晷面，在卡纸上画出下晷面。注意6点的刻度水平指向左也就是向西，18点的刻度水平指向东方也就是向右，12点刻度指向下方。

（小组合作绘制日晷下晷面）

师：日晷的下晷面画好了，请小组先在下晷面的圆心处扎一个小孔，小晷针穿过小孔，然后把下晷面粘贴到日晷泡沫板上，注意时间刻度6点水平向左，18点水平向右。

（小组合作粘贴下晷面）

师：现在需要计算晷面的倾斜角度了。老师查好了我们这里的地理纬度是北纬34°，晷面的倾角角度应该是多少？

生：90°-34°=56°。

师：请小组合作利用量角器调整晷面倾角，可以通过调整晷针伸出来的长度来调节，并且保证晷针垂直于晷面。最后放置日晷时，要确保晷针朝向正北，指向北极星的方向。

（小组合作调整日晷并展示交流）

师：我们的赤道式日晷制作完成了。经过检查，大家制作得都很规范，个别不规范的地方也都进行了修正。而且我们也都知道了如何正确摆放，那大家对我们制作的日晷计时的准确性有没有信心？

生：有！

师：那把我们的日晷放到拉萨呢？

生：老师，我想起来了，我们全国都使用的北京时间，同样早上6点，上海太阳已经出来了，拉萨天还没亮。那同样的日晷，放在上海是中午12点，放在拉萨可能才10点。

师：你发现了另外一个重要的问题，当地地理经度也是影响日晷准确性的重要因素之一。日晷测量的是当地的地方时间，也叫“真太阳时”，就是由太阳实际位置确定的时间。我国全国统一使用的是北京时间，北京时间是东经120 ° 的地方时间。当地经度比120°每少1 °，需要在日晷测试的时间上多加4分钟；当地经度与120°每多1 °，需要在日晷测试的时间上多减4分钟，这样修正后的时间才是北京时间。我们这里地理经度是东经113°，需要加还是减？

生：需要加，需要加（120-113）×4分=28分。

师：看来地理经度引起的误差还是相当大的，使用赤道式日晷一定要对地理经度引起的误差进行修正。现在外边刚好有太阳，请各小组带上自己制作的赤道式日晷，到操作上实际测量一下日晷显示的时间加上28分钟之后，和当时的北京时间相差多少。

（师生到操场使用日晷测量时间，教师重点指导正北定位）

7.互评展示，梳理局限拓新知。

师：请各小组汇报自己的测试结果。

生1：我们小组用日晷测量的时间是10点12分，加上地理经度修正值 28分之后是10点40分，比当时的北京时间快了15分，不超过20分钟的误差，符合制作要求。

生2：我们小组测量、修正后的时间比当时的北京时间快了11分，也符合制作要求。

生3：我们小组测量、修正后的时间比当时的北京时间快了6分，也符合制作要求，而且误差很小。

……

师：赤道式日晷比地平式日晷的准确性大幅提升，但依然存在先天短板，谁能说一说？

生1：完全依赖阳光，夜晚、阴天无法使用，使用场景有限。

生2：如果日晷放在两极附近，将近半年的极夜期间都会无法使用。

师：正是如此！为突破太阳光照的限制，古人发明了一种全天候计时工具——水钟，下节课我们将开启水钟的设计制作。

三、反思与评价（5分钟）

1.课堂小结

回顾总结：

①计时工具底层原理：物体运动等时性；

②地平式日晷的固有缺陷；

③赤道式日晷工作原理、制作标准；

④纬度、经度、均时差三项误差修正方法。

2.反思

制作过程中哪些操作导致日晷产生误差？

哪些步骤最难完成？

如何进一步优化自己的作品？

3.评价

多元评价教师结合小组实操表现、作品精度、实验记录开展师评；小组之间进行作品互评；学生完成课堂实操自评，重点评价学生工程实操和误差修正能力。

四、整理教师指导全体学生整理实验[器材]

回收太阳视运动模型、量角器、卡纸、竹签等分组材料；整理实验记录单，规整摆放桌面器材，清理活动场地垃圾。

【板书设计】

3 制作小水钟

【教学目标】

[科学观念]

知道水钟依靠水流的等时性计时，分为泄水型、受水型两种；知道漏壶内水位越高，水流速度越快，水位持续降低会造成流速变慢，从而造成水钟计时不准；通过设计小水钟，理解“结构与功能”的跨学科概念，知道“系统关键部件的材料、形状以及部件间的关系，决定了系统的功能”；通过设计制作小水钟的活动，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。

[科学思维]

根据计时工具的等时性原理和水流速度具有等时性的假设，运用演绎推理设计制作简单的小水钟，并通过实际测试进行检验。

[探究实践]

能自主设计水钟制作方案、绘制草图、完成组装；规范开展流水计时实验，如实记录水量、时长数据；基于实测结果分析装置缺陷，提出改良思路。

[态度责任]

在好奇心驱使下，表现出对现象发生原因的因果兴趣；养成严谨实测、尊重实验数据的科学探究习惯；感受中国古代漏刻的工程智慧；明白人类全天候计时需求催生水钟发明，理解需求推动技术发展。

【教学重点】认识泄水型、受水型两类水钟，理解水流等时性计时原理，通过实验发现水位高低影响水流速度、造成计时误差。

【教学难点】结合实验数据推理水位、水压与流速的内在关系，并能依据规律思考水钟改良方法。

【教学准备】

[教师]漏刻发展史图文或视频资料、泄水型和受水型漏刻实物模型、锥形水钟示意图、安全提示卡、备用创可贴，多媒体课件等。

[学生]规整塑料瓶、美工刀、锥子、纸条、胶水、直尺、记号笔、橡皮泥、电子秒表，实验记录单等。

【教学过程】

一、问题情境（5分钟）

1.情境引入，催生全新计时需求

情境引入：催生全新计时需求。

师：上节课我们亲手制作了赤道式日晷，误差差不多都几分钟之内，这在古代农耕生活中基本上能满足人们的计时需要。不过，使用日晷也有不方便的地方，谁来说一说？

生：必须有太阳才能用，晚上、阴雨天完全没法看时间。

师：古人行军和一些日常生活有时不分白天黑夜，没有阳光就无法计时，这样会耽误很多事。古人通过长期观察流水，发明了不受太阳光照条件限制的全天候计时工具——漏刻，也叫水钟。今天我们就一起探究、亲手制作水钟。（板书课题：水钟）

二、探究与结论（20分钟）

1.任务与要求，明确工程评判标准

师：同学们想一想，如果流水的速度是均匀的，我们怎样利用流水的等时性制作一个计时工具呢？

生1：我们可以用一个碗去接流下来的水，看看接满一碗需要多长时间，那么我们就可以用总共接了多少碗水测量总共流逝的时间。

生2：这个方法不好，就像沙漏一样，我们要一直观察沙漏，每漏完一次就马上颠倒一次，这样会影响做其他工作的效率。

生3：我们可以用一个粗细均匀的、透明的容器去接水，看看1小时容器中的水位上长了多高，我们就可以用这个高度代表1小时，以这个高度作为最小刻度，就可以通过一段时间水位升高的总高度测量总时间了。

生4：如果是一个容器向外漏水，我们也可以通过容器水位降低的高度来测量总时间。

……

师：同学们从流水的等时性出发，推测出制作水钟的基本方法。那古人是怎样制作水钟的呢？我们通过阅读来了解一下。

（学生阅读中国古代泄水型和受水型水钟的资料并交流）

生1：古人制作的泄水型和受水型水钟的基本方法我们同学都想到了，不过古人没有利用透明的容器，而是在容器里放了一个标尺，通过标尺上的刻度来判断水位的变化，从而测量时间。

生2：可能是古代难以找到粗细均匀、透明的容器，才想到用标尺，我认为用粗细均匀而透明的容器来制作水钟，直接在容器上标刻度会更方便，而且也能避免标尺倾斜带来的误差。

师：同学们分析得很有道理。本节课我们的任务就是，以小组为单位，利用老师提供的材料（PPT展示小水钟制作材料），参考古人泄水型和受水型水钟的结构，结合自己的合理分析，制作一款泄水型或受水型小水钟。制作小水钟有两项验收标准：第一，装置结构完整，能依据流水的实际速度标记时间刻度并能用来计时；第二，能用制作的小水钟进行实际测试，看看计时是否存在误差，并合理分析误差产生的原因。

2.设计与制作：原理实验+模型组装

师：请小组交流，选择制作泄水型或者受水型小水种，制订小水钟的设计方案。

（小组商议小水钟设计方案并汇报交流）

生1：我们小组准备制作一个泄水型小水钟。我们的设计方案是，把一个塑料瓶从中间切成两段，上半段作为泄水壶，下半段作为受水壶，上半段在瓶盖上钻一个小孔作泄水孔，把泄水壶倒过来组装到受水壶上。给泄水壶竖直贴一张纸条，靠近顶端的位置标上0刻度，作为水的初始位置，也是计时的刻度。给泄水壶装水到初始位置，用秒表开始计时，在10秒后水位处标上“10”，代表计时10秒钟。用直尺量一下两个刻度之间的高度，以这个高度为标准画上20秒、30秒……的刻度，这样小水钟就能用来计时了。

生2：我们小组准备制作一个受水型小水钟。我们的设计方案是，把一个塑料瓶从中间切成两段，上半段作为泄水壶，下半段作为受水壶，上半段在瓶盖上钻一个小孔作泄水孔，把泄水壶倒过来组装到受水壶上。给受水壶竖直贴一张纸条，给受水壶底端的位置标上0刻度，作为水的初始位置，也是计时的刻度。给泄水壶装满水，用秒表开始计时。在10秒后的水位处标上“10”，代表计时10秒钟，同样，依次在20秒、30秒……后的水位处标上“20”“30”……的刻度，这样小水钟就能用来计时了。

师：同学们都有了自己的设计方案，请小组领取材料，根据方案制作小水钟。

（小组领取材料，根据方案制作小水钟；组装完成后根据设计方案绘制时间刻度；教师分层巡视指导，必要时协助打孔、对齐刻度；能力强的小组同步制作两种水钟）

三、展示与改进（10分钟）

展示与改进：实测数据，发现装置缺陷

师：现在每个小组的小水钟都制作完成了，请实际测试一下我们自制的小水钟，看看计时是否准确。

（小组测试并汇报交流）

生：我们小组制作的泄水型小水钟，我们是先测试10秒钟的水位变化，再根据这个水位变化的高度均匀地绘制时间刻度。但是在测试的时候发现，泄水壶流完第1格确实用的是10秒，但流完第2格却用了11秒，流完第3格用了15秒。用的时间越来越长。

师：你们的小水钟刻度是均匀的，但是流完每格所用的时间却越来越长。其他小组有什么发现？

生1：我们小组制作的受水型小水钟，我们标注刻度的方法和他们一样，也是刻度是均匀的，但是水位注满每一格的时间却越来越长。

生2：我们小组制作的是泄水型的小水钟，我们标注刻度的方法是，用10秒、20秒、30秒……的实际水位标注刻度，我们发现我们的刻度间的距离从上到下越来越小，但是用它来测量时间时却是准确的。

生3：我们小组制作的是受水型的小水钟，我们标注刻度的方法也是用不同时间的实际水位来标注刻度，我们的刻度间的距离上从下到上越来越小，测量时间时也是准确的。

师：看来同学们制作的小水钟都出现了类似的问题，要么刻度均匀但计时不准，要么计时准确但刻度不均匀。这说明了什么？

生1：说明水流的速度是变化的，所以不具有等时性，水流的速度应该是越来越慢了。

生2：应该是随着泄水壶里的水位逐渐变低，水的压力逐渐变小，所以水流速度就逐渐变慢。

四、应用与迁移（5分钟）

师：（出示锥形水钟图片）请大家结合本节课水位知识，分析锥形水钟刻度更均匀的原因。

生：锥形水钟是泄水型水钟。随着锥形瓶中水位的降低，水流速度随着变慢；但是由于锥形瓶瓶身从上到下也越来越细，水面降低同样高度需要流出的水也相应越来越少，刚好使水位每下降相同的高度所需时间相同，因此锥形水钟的时间刻度是均匀的。

五、整理

老师指导学生进行材料的整理。

【板书设计】

3 制作小水钟

4.改进小水钟

【教学目标】

[科学观念]

知道古代三级漏刻由天壶、平水壶、分水壶组成，理解平水壶溢流稳压、恒定水位保障水流匀速的核心原理，知晓多级漏刻可弥补单级水钟流速不均、计时不准的缺陷；通过改进小水钟，理解“结构与功能”的跨学科概念，知道“系统关键部件的材料、形状以及部件间的关系，决定了系统的功能”；通过改进小水钟的活动，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。

[科学思维]

能基于“水位稳定则流速稳定”的假设，运动演绎推理推测小水钟的改进方法并进行设计制作，再通过实测验证改进后的小水钟的准确性。

[探究实践]

能依据三级漏刻原理绘制改良草图，自主完成稳压水钟的组装、调试与实测，规范记录实验数据，并结合实测结果完成装置二次迭代优化。

[态度责任]

在好奇心驱使下，表现出对现象发生原因的因果兴趣；体悟我国古代三级漏刻技术的智慧，敬佩古人精益求精的工匠精神，养成尊重实证、严谨调试的探究素养。

【教学重点】完整经历迭代改进的工程流程，理解恒定水位是水流匀速、计时准确的核心条件。

【教学难点】调试小水钟，协调天壶出水速度、平水壶分水孔大小、出水口流速三者关系，解决水位持续下降、溢水过多、流速过快等实操故障。

【教学准备】

[教师]水钟发展史图文或视频资料、三级漏刻模型、三级漏刻结构示意图、备用创可贴，多媒体课件等。

[学生]规整塑料瓶、塑料吸管、美工刀、锥子、纸条、胶水、直尺、记号笔、橡皮泥、电子秒表，实验记录单等。

【教学过程】

一、问题情境（5分钟）

1.情境引入，聚焦装置缺陷，催生迭代改良需求。

师：上节课我们亲手制作了泄水型和受水型小水钟，并且完成了实测。谁能结合自己的实验数据，说一说你的水钟存在什么问题？

生：水越流越少，水位变低，水流速度变慢，同样10秒的时间间隔，水位上升高度越来越小，造成刻度不均匀，或者刻度均匀时计时又不准确。

师：大家的实测数据都证明了，我们上节课制作的小水钟无法保持水流匀速，存在天然的结构缺陷。那有没有办法进行改进使它计时准确呢？

生1：水位的高低影响水流速度的快慢，如果能持续给泄水壶加水，让它的水位保持稳定，那么它的水流速度就会保持稳定，就能准确计时了。

生2：这样要有人专门给泄水壶持续加水，太不方便了，能不能设计一种什么样的结构，让小水钟具有自动保持水位不变的功能？

生3：我想到一种方法，不过只能用于受水型水钟的改进，就是在泄水壶上方再加一个比较大的壶，让它的流速大于泄水壶的流速，这样多余的水就会溢出来，这样泄水壶的水位就会一直保持满着的水位不变。再想办法把溢出来的水导到别处去，别流到受水壶里，避免影响受水壶的读数。

师：同学们的创新能力太强了。其实，古人也发明了这种自动保持水位的结构，请大家阅读《三级漏刻》，看看古人是怎样保持水位稳定的。

（学生阅读材料并交流）

生：古人用三级漏刻的方法来保持水位稳定，设计更巧妙，使用更方便。我们刚才说的“泄水壶”，在三级漏刻里称为“平水壶”，平水壶以均匀的速度向受水壶里流水，就能通过受水壶水位变化来测量时间了。平水壶上方加的天壶是用来技术给平水壶加水的，天壶的流速要略高于平水壶向受水壶流水的速度，多余的水通过平水壶侧面开的分水孔流向分水壶里，这样溢出来的水就不会影响受水壶的读数了。

师：你分析得非常正确。大家都理解三级漏刻的原理了吗？

生：理解了。

师：今天我们就借鉴古人的智慧，迭代改进小水钟，打造我们自己的三级水钟，看看能不能实现刻度均匀而且计时准确。（板书课题：改进小水钟）

预留时间阅读材料，鼓励学生用自己的话复述三级漏刻工作流程，理解稳压原理。

二、探究与结论（20分钟）

2.任务与要求，明确量化工程改良标准。

师：既然大家理解了三级漏刻的原理，我们就可以参考三级漏刻来改进我们的小水钟了。在设计和制作改进的小水钟之前，我们先明确两项量化工程验收标准：

①结合古代三级漏刻原理，完成由天壶、平水壶、分水壶组成的稳压式改良水钟，装置结构完整、组装规范；

②通过实测验证改良效果，平水壶水位基本保持恒定，水流流速均匀，受水壶刻度分布均匀，计时误差较单级水钟显著减小。

3.设计与制作：基于等时性原理和水位稳定则流速稳定的假设设计制作三级小水钟。

师：明确了设计制作的目标，现在请各小组讨论交流，选择需要的工具和材料，制订改进方案。

（小组交流讨论改进方案并汇报交流）

生：我们组讨论后认为，改进小水钟需要的材料有两个粗细均匀的塑料瓶、一根塑料吸管、纸条、胶水、橡皮泥，需要的工具有美工刀、锥子、直尺、记号笔、电子秒表等。制作的步骤是：

①将两个塑料瓶都从中间切成上下两部分，两个上半部分分别作为天壶和平水壶，两个下半部分分别作为受水壶和分水壶。

②在平水壶的侧面开一个和吸管截面大小一致的分水孔，通过分水孔分流，可以保持平水壶中的水位稳定。

③给平水壶和天壶的瓶盖各开一个孔，且天壶的孔略大。如果天壶的孔小，天壶的水流速慢，平水壶中的水位就会持续下降。

④将平水壶组瓶口朝下装到受水壶上，再将天壶瓶口朝下组装到平水壶上。

⑤用吸管连接平水壶的分水孔和分水壶，再用橡皮泥密封分水口和吸管间的缝隙。

三级小水钟制作好后，给天壶加满水，天壶的水会持续流到平水壶中，在平水壶分水孔的作用下，平水壶的水位会保持稳定，平水壶向受水壶中流水的速度也会保持稳定，这样就能实现准确计时了。

师：说得非常好，不仅思路清晰，还说明了每一步设计的意图。其他小组还有什么补充或者建议吗？

生1：使用锥子、美工刀等工具的时候要注意安全。

生2：还要在受水壶侧面贴上纸条，可以在上边画时间刻度。

师：这点很重要，那么请你说一下，应该怎样画时间刻度呢？

生：开始时要先堵住平水壶的出水口，给平水壶加水到分水孔的高度。再给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。这时开始计时，然后每隔10秒观测受水壶的水位变化，根据不同时间的水位画上刻度，这些刻度就可以用来计时了。

师：你认为这些刻度会是均匀的吗？

生：我猜想会是均匀的，因为通过分水孔的作用，平水壶的水位会保持稳定，水流具有等时性，所以这些刻度应该是均匀的，而且计时也应该是准确的。

师：现在请各小组完善自己的设计方案，领取制作工具和材料，根据自己的设计方案制作三级小水钟。

（小组领取材料，根据设计方案分步开展制作，检查是否有松动、错位、漏水等问题并进行必要的调整）

师：现在各小组都完成制作了，下一步需要通水试运行了，看看平水壶的水位能否保持稳定。

（小组测试平水壶能否保持水位稳定）

生1：我们的平水壶水位可以保持稳定。

生2：我们的也能保持稳定。

生3：我们的水位持续降低，应该是天壶的出水孔太小了，我们需要加大再测试一下。

生4：我们的水位会超过分水孔，检查吸管也没有弯折的地方，可能是分水孔太小了，或者天壶的出水孔太大了，我们需要先检查一下确定原因再改进一下。

……

（小组进行必要调整，使平水壶水位能够保持稳定）

师：现在每个小组都实现了平水壶的水位稳定，接下来可以标记时间刻度了。先把受水壶里的水全部倒掉，保留平水壶中的水。再堵住平水壶的出水口，给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。这时开始计时，并在纸条上标记0刻度。然后每隔10秒观测受水壶的水位变化，根据不同时间的水位用记号笔在受水壶对应位置画上不同时间的刻度。

（小组通过实验测量画时间刻度）

师：现在每个小组都画好了时间刻度，请你们测量一下，这些刻度是不是均匀的？

生：是均匀的。

板书两条改良标准，贯穿整节课制作、测试环节，作为小组自评互评依据。

三、展示与改进（7分钟）

展示与改进：实测对比，互评迭代优化。

师：现在每个小组都完成了三级小水钟的制作和调试，画好了均匀的刻度，最后一步需要通过实际测试，看看我们的三级小水钟计时是否准确：先把受水壶里的水全部倒掉，保留平水壶中的水。再堵住平水壶的出水口，给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。用秒表测量受水壶中的水位达到不同刻度时的时间并记录，然后计算每两个相邻刻度之间所用的实际时间。

生1：经测量计算，我们小组制作的三级小水钟每两个相邻刻度之间所用的时间都接近10秒，没有出现所用时间越来越长的现象。

生2：我们小组虽然刻度均匀而且计时也准确，但是计时时间太短了，不到两分钟受水壶就满了。我们经过分析认为可能是平水壶的出水孔太大造成流速过快，还可能是分水孔的位置太高造成水压高，从而使流速过快。我们准备再改进一下，看看能不能使计时时间变长。

生3：……

师：看来三级漏刻通过分水孔保持平水壶水位稳定的结构确实是有效的，而且平水壶水位的稳定也确实保证了水流速度的稳定性，从而使刻度均匀，并且计时也准确了，都达到了我们开始制作的基本要求。个别小组对自己作品还有不满意的地方，课后可以根据自己的想法进一步改进。

四、应用与迁移（3分钟）

应用与迁移：整合经验，拓展创新应用。

师：（出示带表盘、指针的标准化机械水钟示意图）这是一个现代化的指针式水钟，请同学们分析一下，它是怎样保持水流速度稳定的，又是怎样将受水壶里标尺在竖直方向的运动转化为指针的圆周运动的？

生1：这个水钟同样是利用三级漏刻的结构来保持水流速度的稳定的。

生2：它是让受水壶中带锯齿的标尺通过齿轮驱动指针，使指针做圆周运动的，这样就可以按钟表表盘的方式显示时间了。

师：这个水钟虽然看上去比较复杂，看来同学们也都理解它的原理了。如果同学们有兴趣，课后可以尝试自己选择材料动手做一做。

五、反思与评价（5分钟）

1.课堂小结

师生共同梳理课堂主线：发现单级水钟计时缺陷→猜想稳压改良思路→学习古代三级漏刻原理→设计制作三级稳压水钟→实测验证改良效果

核心结论：水位稳定，流速均匀，计时准确。

2.课堂反思

①制作中哪些操作会造成装置漏水、水位不稳？

②调试环节最难解决的故障是什么？

③课后可以从哪些方面继续优化三级水钟？

3.多元评价

①过程性评价：观察小组合作、工具安全操作、方案讨论参与度；

②成果评价：对照量化标准，评价三级水钟结构完整性、计时精准度；

③数据评价：查看实验记录单数据填写、刻度绘制规范度；

④生生互评：小组间观察装置运行效果，互相提出优化建议。

六、整理教师指导学生排空装置积水，分类回收塑料瓶、工具，擦拭操作台，整理实验记录单。

【板书设计】

5.摆钟

【教学目标】

[科学观念]

通过阅读伽利略发现摆的等时性和惠更斯发明摆钟的科学史故事，说出摆具有等时性，利用摆的等时性能够制作摆钟；通过梳理计时工具的发展脉络，认识科学能促进技术发展；通过探究摆的等时性，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。

[科学思维]

能通过控制变量实验探究摆的快慢与哪些因素有关，能比较、分析实验数据并运用归纳推理得出结论；能基于摆的快慢与摆长的关系，利用演绎推理设计制作一个10秒摆动10次的摆；能分析科学实验中的变量控制。

[探究实践]

借助实验材料组装简易摆，测量单位时间内摆的摆动次数，开展控制变量实验活动；依据实验结论裁剪、调整摆线，动手调试出10秒摆动10次的摆，经历“明确任务—探究原理—设计制作—调试改进”的工程实践流程。

[态度责任]

乐于动手完成摆的制作；体会人类不断追求精准计时的探索精神，理解科学与工程技术相互促进、协同发展的关系。

【教学重点】通过控制变量实验探究摆的快慢与哪些因素有关，比较、分析实验数据并归纳推理得出摆长是影响摆动快慢的唯一因素；

利用演绎推理设计制作一个10秒摆动10次的摆。

【教学难点】破除摆锤、摆幅影响摆动快慢的错误认知，运用演绎推理逆向调试摆长；

通过探究摆的等时性，理解“稳定与变化”的跨学科概念。

【教学准备】

[教师]伽利略发现摆的等时性和惠更斯发明摆钟的科学史图文资料或视频、机械摆钟高清图片或视频、原子钟的图片或视频，多媒体课件等。

[学生]铁架台、细线、不同质量的摆锤、直尺、量角器、秒表，实验记录单等。

【教学过程】

一、情境引入（6分钟）

1.情境引入，聚焦新的计时工具——摆钟。

师：前面我们学习了日晷、水钟，大家发现水钟最大的问题是什么？

生1：三级漏刻计时精度不高、计时时间不长。

生2：古代漏刻使用不方便，需要庞大的设备，需要定期加水、专人维护。 

……

师：古人一直缺少精确、使用方便的计时工具，无法满足人们对计时工具越来越高的需求，直到科学家伽利略偶然观察教堂里的吊灯发现了摆的等时性，后来惠更斯根据这条科学规律发明了世界第一台机械摆钟。（出示教材史料图片）

师：伽利略的科学发现直接催生全新的计时技术，这就是科学支撑技术发展的典型案例。今天我们就来探究摆和摆钟里的秘密，并且尝试制作一个10秒摆动10次的摆。板书课题《摆钟》。

二、设计与制作（28分钟）

1. 初步制作：发现不同的摆10秒摆动次数不同。

师：摆是由一根摆线和一个摆锤组成的，我们可以将摆线系在铁架台的横杆上，摆锤可以在三个摆锤中任选一个，然后用计时器测试它在10秒内摆动的次数。

师：怎么测量摆在10秒内摆动的次数？怎样算摆动一次？

生：从左摆到右，再从右摆到左算摆动一次。

师：没错，一次完整的往复运动算摆动一次。为了实验的准确性，需要测几次？

生：至少三次。

师：下面就请同学们开始吧，操作时注意让摆锤自然释放、不施加推力，每组重复测量 3 次，减少实验误差。

（学生开展实验并记录）

师：说一说你们的测试结果。

生1：我们组的摆平均10秒摆动12次。

生2：我们组的摆平均10秒摆动9次。

生3：我们组的摆平均10秒摆动15次。

师：分析你们组的数据，说说你们的发现。

生：同一个摆在相同时间内摆动的次数相同，但是不同的摆在相同的时间内摆动的次数可能不同。

师：没错，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。伽利略和惠更斯就是利用这样的原理发明了摆钟。不同的摆在相同时间内摆动次数不同，说明摆的摆动快慢和它自己的一些特征有关。

2.探究原理：探究摆的摆动快慢与什么因素有关。

师：不同的摆，为什么在相同时间内摆动次数会不同？你认为摆的摆动快慢与什么有关呢？

生1：我认为与摆锤质量有关，摆锤越重，摆动越快。

生2：我认为与摆动幅度有关，拉得越高，摆动幅度越大，摆动就越快。

生3：我认为与摆线长短有关，摆线越短，摆动越快。

师：既然同学们提出了各自的假设，那么就请大家根据你们的假设来设计实验进行验证吧。

学生自主设计控制变量实验方案：

实验 1——探究摆的摆动快慢与摆锤质量的关系：不变量（摆线长度、摆幅），改变摆锤质量。用三个同体积同形状不同质量的摆锤分别进行实验，每个实验测量3次求平均值。

实验 2——探究摆的摆动快慢与摆动幅度的关系：不变量（摆线长度、摆锤），改变摆动幅度。用量角器测量最大摆动幅度，以3个不同的角度进行实验，每个实验测量3次求平均值。

实验 3——探究摆的摆动快慢与摆长的关系：不变量（摆锤、摆幅），改变摆线长短。用直尺准确测量摆长，以3个不同的摆长进行实验，每次实验测量3次求平均值。

师：根据你们的实验设计进行实验吧。注意测量摆长时从摆线顶端测量到摆锤的重心处。

（小组分工进行实验）

师：通过实验，你们小组有什么发现呢？

生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆锤质量的关系，我们用3个质量不同的摆锤进行了实验，每个实验测量3次求平均值，结果都是10秒摆动了15次，所以我们得出的结论是摆的摆动快慢与摆锤质量没有关系。

师：其他探究摆动快慢与摆锤质量关系的小组，有不同的结论吗？

生：没有。

师：有没有探究摆动快慢与摆动幅度的关系的小组？请汇报一下。

生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆动幅度的关系，我们分别测量了摆幅的角度为10°、20°、30°时的摆动快慢，每个角度测量3次求平均值，结果都是每10秒摆了12次。但是我们发现，将角度增大到60度时，每10秒摆次数减少到11次；角度增大到90度时，每10秒摆次数减少到10次。所以我们小组认为，摆幅较小时，摆的摆动快慢和摆幅没有关系；角度很大时，摆幅越大，摆动越慢。我们见过的摆钟，摆动幅度都不是很大，可能就是因为摆幅过大会影响摆的等时性。

师：你们的发现非常有意义，摆幅过大，会影响摆的等时性，所以摆钟的摆幅都不会太大。探究摆动快慢与摆长关系的小组有什么发现？

生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆长的关系，我们分别测量了摆长为10厘米、15厘米、20厘米时每10秒摆的次数，每个摆长的实验测量3次求平均值，发现摆长为10厘米、15厘米、20厘米时，每10秒摆动次数分别为16次、13次、11次。我们发现，摆长越长，摆动越慢。摆长20厘米，每10秒摆动11次，所以我们预测要做一个每秒摆动10次的摆，摆长应该比20厘米还要长一些。

……

师：同学们的实验都做得很认真，通过我们的实验发现，在我们探究的几个因素中，摆线长短是影响摆动快慢的唯一因素。摆线越短，摆动越快；摆线越长，摆动越慢。

3.设计制作：根据发现的摆长与摆动快慢的关系设计一个10秒摆动10次的摆。

师：根据我们刚才探究摆动快慢与摆长关系的小组的实验结果，摆长为10厘米、15厘米、20厘米时，每10秒摆动次数分别为16次、13次、11次，请大家预测一下，摆长为多少厘米时，每10秒摆动次数刚好为10次，然后通过实验验证自己的预测。

（小组预测合适的摆长，并根据预测制作10秒摆动10次的摆）

生1：根据实验结果，我们小组预测摆长要比20厘米更长。我们将摆长调到22厘米，发现10秒摆动了10次之后又从左边摆到了右边，说明超过了10次，不到11次。

生2：我们小组将摆长调到了23厘米，10秒摆动了10次之后又从左边摆到了右边一半多点的地方，说明接近10次。

生3：我们小组将摆长调到了24厘米，10秒摆动了10次之后又从左边向右边摆动一点点，说明比10次稍多一点。

生4：我们小组将摆长调到了25厘米，刚好10秒摆动了10次。

师：根据同学们的测试结果，摆长25厘米的摆，刚好10秒摆10次，也就是每秒摆1次，我们可以用摆长25厘米的摆来计时了。如果同学们有兴趣，课后可以继续测试一下，看看这个摆长25厘米的摆，在1分钟、2分钟、5分钟内的摆动次数是不是60次、120次、300次。如果不是，应该怎样继续微调？

如果学生实验数据误差过大，考虑学生在实验操作时是否释放摆时施加推力、摆绳打结造成长度变化、计数起点混乱等问题。

教师可统一示范标准起摆动作，课前统一裁剪摆绳，规定以摆锤最低点作为计数起点，误差过大的小组允许重新复测。

针对部分学生无法完成摆长调试的问题。教师可提供长短两组对比摆同步摆动演示，直观呈现摆长与快慢关系，搭配分步引导提问，降低逆向推理的思维难度。

三、应用与迁移（3分钟）

1.应用与迁移：调节机械摆钟的快慢。

师：现在我们把知识迁移到生活中，有同学的家里可能有这种老式机械摆钟（展示机械摆钟图片）。如果机械摆钟走时不准，该怎么调节？

生：根据“摆线越长，摆动越慢”的规律，如果摆钟走得慢了，可以把摆线调短一点；如果走得快了，可以把摆线调长一点。

师：（展示摆钟“摆线”部分特写）可是摆钟的“摆线”是一个金属条，长短是固定的，应该怎么办呢？

生：我发现摆锤下面有个螺母，我猜想如果把这个螺母向上拧，相当于摆锤的重心上移了，也就是摆线变短了，这样就能使摆钟变快；相反，如果把螺母向下拧，就能使摆钟变慢。

师：你真善于观察、善于分析，能够把探究过程中发现摆动快慢与摆长的关系，经过分析、推理运用到真实摆钟快慢调整的实际问题中。

四、阅读与新知（3分钟）

2.阅读与新知：原子钟。

师：我们这个单元设计制作了日晷、水钟，探究了摆钟的秘密。日晷和水钟的最小刻度是一刻钟，适合一天误差几分钟的计时用途；摆钟可以通过细致调节摆长来精准计时，每天误差可以不超过1分钟，甚至更精准。我们现在还在使用的石英钟的精度更高了，每天的误差以秒计。那大家知道吗，我们现在使用的智能手机每天的误差是多少？

生：智能手机可以自动联网校正时间，所以基本上没有误差。

师：说得非常正确。目前，我国的智能手机主要是在联网的情况下通过位于中国科学院国家授时中心（陕西临潼）的铯原子钟和氢原子钟组来校正时间，或者在接收卫星信号的情况下通过北斗卫星导航系统的星载氢原子钟来校正时间。这些原子钟的精度能达到多少呢？请大家阅读教材《原子钟》对中国北斗卫星导航系统星载氢原子钟的介绍，和小贴士对锶87 原子光晶格钟的介绍，说说自己的感受。

（学生阅读《原子钟》和小贴士）

生1：北斗卫星导航系统星载氢原子钟上千万年误差不超过1秒，我们一生才100年左右，误差才十万分之一秒。

生2：锶87 原子光晶格钟160亿年误差仅1 秒，我们一生的误差还不到一亿分之一秒……

师：从日晷、水钟到摆钟，再到石英钟、原子钟，人类的计时工具越来越精确，科学的进步推动着计时技术和计时工具的发展，计时工具的发展又反过来改变着我们的生活、促进着科学技术的发展。

五、整理

老师指导学生进行材料的整理。

【板书设计】

5 摆钟的秘密

科学原理：摆具有等时性

工程任务：制作10秒摆动10次的摆

摆的快慢与什么因素有关？

摆锤质量摆幅大小摆绳长短√

反思单元浑盖之争中的推理与验证

【教学目标】

[科学观念]

通过阅读浑盖之争的科学史故事，理解浑天说和盖天说的核心观点及其论证和发展的依据；认识到光沿直线传播、霜的形成探究过程中演绎与检验的作用。

[科学思维]

通过分析古代科学家的论证过程，初步理解科学模型的作用。能比较两种学说的异同，学会用证据判断理论的可信度，发展逻辑推理能力；运用演绎与检验的方法，对光的传播和霜的形成进行科学解释。

[探究实践]

梳理光传播的验证实验，开展霜的形成模拟实验，在实践中掌握科学探究的基本方法和技能。

[态度责任]

感受古代科学家严谨求实的科学精神，培养尊重证据、实事求是的科学态度，认识科学理论需要不断验证和发展的特点。

【教学重点】理解浑天说和盖天说的核心观点及其论证和发展的依据；认识到光沿直线传播、霜的形成探究过程中演绎与检验的作用。

【教学难点】初步理解科学模型的作用，在实践中掌握科学探究的基本方法和技能。

【教学准备】

[教师]古代星象图片、日落图片、“浑盖之争”科学故事的详细资料，包括文字、图片、视频等多媒体资源。“探寻光的路线”探究活动的实验记录、图片和视频资料。“霜的形成模拟实验方案”的实验材料，包括冰块、盐、温度计、玻璃杯等。

[学生]笔、空白五瓣花。

【教学过程】

一、导入新课

师：（展示一张古代星象图）同学们，请看这张图，你看到了什么？

生1：好多星星！还有连起来的星座！

生2：好像古代人画的星空图……

师：观察得很仔细！这是2000多年前中国古人绘制的星图。想象一下，在没有望远镜的古代，人们是怎么研究天空的呢？今天我们要穿越回汉代，参加一场著名的科学辩论——“浑盖之争”！

通过直观的古代星象图瞬间营造历史氛围，激活学生对“古人观天”的认知兴趣，引发认知冲突：“没有现代工具如何研究宇宙？”为后续科学方法探究埋下伏笔。

二、阅读分析浑盖之争的推理与检验的故事

师：同学们，在古代，人们对宇宙的探索充满了无尽的想象和争论。其中，“浑盖之争”就是一个非常著名的科学故事。现在，请大家打开课本，仔细阅读这个故事。在阅读过程中，思考以下问题：“故事中涉及了哪些科学观点？”“这些观点是如何通过逻辑推理和事实证据进行争论的？”

生认真阅读，可做标注或小组讨论。

师：（巡视指导、鼓励思考）同学们读得很认真，讨论也很热烈。现在，哪位同学能先说说故事里都有哪些科学观点？

生：我知道故事里有两种主要观点，一种是“盖天说”，一种是“浑天说”。“盖天说”认为天是圆的，像一个半圆形的盖子罩着大地；地是方的，像一个棋盘。而“浑天说”则认为天地都是球形的，天在外，地在内，就像鸡蛋的蛋壳和蛋白一样。

师：故事中还有其他的观点吗？

生：没有了，只有盖天说和浑天说这两种观点。

师：大家发现得很准确，这两种观点在古代天文学中占据着重要地位，两个观点之间的争论长达一千多年。请大家再想想，古人是怎么利用逻辑推理和事实证据来争论这两种观点的呢？

（出示表格，学生讨论、汇报）

生1：古人根据观察到的天在上、地在下以及昼夜交替、季节变化等自然现象，归纳推理，提出盖天说的理论。根据盖天说的理论能够解释北极星固定不变、天体东升西落等现象，也能较为准确地预测日月星辰的运行。

生2：落下闳也通过观察自然现象提出了不同的观点浑天说，根据浑天说的理论和模型也能对日月星辰东升西落、昼夜变化的现象进行解释。

生3：以落下闳为首的浑天说学派和以司马迁为首的盖天说学派展开了激烈的争论。为了验证谁的学说更接近实际，汉武帝让他们分别根据自己的理论制定历法，比比谁的历法更符合实际。结果，浑天说学派制定的历法与实际天象更契合，因此被汉武帝采纳。

生4：我还知道“盖天说”支持者提出太阳东升西落是因为天像盖子一样在转动，而地是不动的。可“浑天说”的人就觉得，这不符合太阳在空中路径的弧度啊，而且他们还用圭、表测日影，发现影子长短随季节变，认为这更能支持“浑天说”，因为它能解释太阳位置变化。

师：激烈的争论持续进行，每个学说都想试图说服对方，在争辩的过程中，双方又发现了哪些现象和事实？又是运用怎样的分析和推理，向对方提出有理有据的批判呢？请继续了解故事的发展，看一看葛洪的观点是什么，他通过哪些事实说服了他人。

生：小组讨论。汇报。

师：葛洪根据日落时的现象对盖天说提出了批判。按照浑天说的理论，太阳随天球转动而没入地下时，应该是下半部分先消失；而按照盖天说的理论，太阳是随着天盖运转而远去的，太阳的北半部分距离我们更远，所以日落时应该是北半部分先消失。那么，我们实际看到的情况是怎样的呢？

师：（展示一张日落的图片，图片中太阳的下半部分先消失。）我们看到的情况更符合哪个学说的观点？

生：浑天说的观点更符合。

师：对，我们看到的现象和浑天说预言的一样，表明浑天说才可能是正确的。葛洪的这个批判非常有说服力，因为它基于实际的观测现象，并且通过逻辑推理得出了结论。

生：那支持盖天说的天文学家会赞同吗？他们难道不会再寻找证据来反驳浑天说吗？

师：这是一个很好的问题。在这场争论中，双方一直保持着摆事实、讲道理的态度。他们评价一个学说，不仅看它能否对实际天象作出合理的解释和说明，还要看它能否对未来的天象作出明确的推测和预言，并且经得起事实的检验。盖天说的天文学家们也试图反驳，但最终无法提供足够的事实证据来支持他们的观点。

师：科学理论的正确性不仅取决于它能否解释现有现象，还取决于它能否预测未来的现象，并且这些预测能够经得起事实的检验。看来大家都读懂了故事。古人就是靠着仔细观察、动脑推理和找证据，才能把这些宏大的宇宙猜想不断完善。其实，科学知识发展就像滚滚车轮，离不开大家这样你来我往的争论和验证。接下来，咱们把目光从遥远星空拉回咱们本学期的科学探究学习。

引导学生阅读“浑盖之争”科学故事或观看关于“浑盖之争”的动画视频，了解中国古代科学史中的“浑盖之争”，总结“盖天说”和“浑天说”的推理和证据，引导学生认识到科学学说发展的复杂性和科学方法的重要性，培养学生的科学思维能力。

三、反思与讨论本学期探究活动中的演绎与检验

师：同学们，本学期我们一起经历了许多的探究活动，今天再次回顾我们的研究，找一找我们对学习的科学概念或结论进行了哪些演绎与检验。还记得咱们之前做的“探寻光的路线”实验吗？咱们一起先看看当时的实验记录和照片。（展示实验记录和图片）

师：请大家分小组讨论一下：“在几个不同的实验中，我们是如何通过演绎与推理得出‘光是沿直线传播的’结论的？”每个小组推选一名代表稍后分享小组的讨论结果。（学生分组讨论、教师巡视指导）

生：第一个实验是小孔成像实验，我们提出的推理预测是：如果光沿直线传播，那么蜡烛的火焰发出的光通过小孔后，在小孔后面的纸屏上呈现出来的火焰的像应该是倒立的。为检验推理预测，经过小孔成像的实验的检验，烛焰通过小孔后成的像的确是倒立的。这个演绎与检验的过程，证实了光是沿直线传播的。

师：这个推理和检验的过程很清晰！那有没有哪组同学能说说，咱们在实验中是怎么检验这个结论的？

生1：实验2我们小组是这么想的，如果光是沿直线传播的，那么当光源照射到同一条直线上四个不同位置的相同遮挡物时，他们的影长应该是有变化的，这个变化可以先用作图的方式画出来，接着我们进行实验检验，通过观察妙妙从A点走到D点影子长短变化的过程，的确验证了我们的推理预测是正确的，所以在我们的研究中实际上也经历了演绎与检验。

生2：我们还有很多的推理预测，比如用激光笔照射，光束应该笔直前进；用多张带小孔的卡纸阻挡激光束，如果小孔在一条直线上，激光应该穿过所有小孔后在屏上投射出光点，如果卡纸上的小孔没有对齐，那么光应该不能通过，卡纸后的屏上不应该有光点。这些预测我们都进行了实验检验，结果也和我们的预测一致，这些实验也都进一步检验了光是沿直线传播的。

……

师：太好了！看来大家都清楚地记住了当时是怎么通过实验来验证自己的推理的。除了探寻光的路线外，我们的其他探究活动还有这样的经历吗？请大家整理回顾一下，按照“结论—特殊个例—推测—检验—判断”的顺序填写相应的花瓣，填写完后，把我们填写的演绎推理五瓣花展示在班级学习园地，看谁完成的花朵最多。

（学生回顾学习经历，填写和张贴探究活动演绎推理五瓣花。教师根据课堂时间，灵活确定课内或课下进行交流学习）

通过回顾本学期的探究活动，引导学生反思自己在科学探究中的思维过程，帮助学生理解演绎与检验在科学探究中的重要性，进一步提升学生的科学思维能力。

四、拓展活动探究霜的形成

师：接下来的拓展活动，咱们要自己动手，尝试再做一个实验，在活动中感受和体验演绎与检验在科学探究和学习中的作用。首先，大家要明确我们要做的实验是模拟霜的形成。大家可以思考，我们有关这方面已有的知识有哪些？我们能做出怎样的假设？

生：空气中的水蒸气遇冷能变成小水珠，遇到特别冷（温度低于 0℃）的物体表面，直接由水蒸气变成冰。

师：大家可以参考老师介绍的具体实验方案，也可以根据各组的实际情况修改完善或制订自己的研究方案。（详细介绍“霜的形成模拟实验方案”的实验原理和操作步骤）

生：（认真听，小组议、补充完善或制订霜的形成模拟实验方案。）

师：实验方案已经拟定好的小组，请派代表到材料准备台领取实验材料。

（学生分组领取实验材料）

师：好，现在每个小组都拿到实验材料了，先仔细看一下材料，如果有疑问随时向老师提问。现在开始实验！

（学生分组进行实验，教师巡视并指导）

师：在实验过程中，我们遇到了哪些问题？

生：我们组的温度怎么降不下来呀？是不是哪里出错了？

师：别急，我来看看。哦，是不是冰块加得太少了？或者盐没加到位？多放点冰块和盐（冰盐比例约3:1），确保降至0℃以下试试，还要确保杯子密封性好，这样才能让温度快速降下去。

（学生调整后继续实验）

师：实验结束的小组有哪些发现可以分享？

生：老师，我们这边杯壁上开始有白色粉末出现了，这就是霜吗？

师：观察得很仔细！对，这就是模拟实验形成的霜。大家看看，是不是当空气中的水蒸气遇到低温杯壁时，就会直接变成小冰晶，这就是凝华现象。是不是和我们之前通过推理预测的结果一样？

生：是的！实验结果和我们想得一样，这说明我们的推理是正确的！

师：对啊！这就是演绎与检验的魅力，通过推理预测，再用实验验证，科学探究就是这样一步步推进的。请大家把实验结果填写在课本上。再用自己的话给同桌分析刚才的实验中你是怎样进行演绎与检验的。

通过“霜的形成模拟实验”，让学生亲身体验演绎与检验的过程，巩固本单元所学的科学方法。

通过实验操作，帮助学生回顾霜的形成条件和过程，巩固科学实验的基本技能。

引导学生在实验中运用演绎推理，提出假设并进行验证，培养学生的科学思维能力。

通过小组讨论和实验操作，帮助学生学会如何通过实验验证理论，理解科学知识的形成过程。

通过回顾本学期的探究活动，帮助学生将“浑盖之争”中的推理和检验方法与自己的实际探究经历联系起来，加深对演绎与检验在科学探究中重要性的理解。

通过具体实验案例的回顾，帮助学生巩固所学知识，提升科学探究能力。

实验前需确保实验材料准备齐全，保存好冰块；实验中要提醒学生规范操作，仔细观察；遇到问题多思考，尝试用不同办法解决。

五、总结提升

师：同学们，今天我们从古代的“浑盖之争”到咱们自己的光的传播实验，再到模拟霜的形成，大家是不是对科学探究里的演绎推理和实验检验有了更深体会？现在，哪个小组先来分享一下自己的收获和感受？

生：我们觉得，“浑盖之争”中那些科学家太厉害了，他们能靠观察和推理去研究宇宙这种超级宏观的东西。我们自己的实验，像光的直线传播和霜的形成，都是先猜后验证，和他们的研究方法很像。

师：这个小组的收获很深刻嘛！看来大家都发现了，不管是研究宇宙还是身边现象，科学方法是通用的。那其他小组呢？

生：之前在做光的直线传播实验时，一开始对怎么记录光路有点迷糊，但后面想到可以用烟雾显示光路，这就是推理带来的启发。这次霜的实验也是，先想霜形成的条件，再做实验去检验，真的很有收获。

师：其实啊，科学探究需要咱们在理论和实验之间来回切换，不断验证自己的想法。对于演绎与检验的科学方法，大家已经有了一定的理解和运用能力，希望大家在今后的学习中，继续运用科学方法，主动探索科学奥秘。

通过总结提升环节，帮助学生梳理本节课的学习内容，巩固所学知识和技能。通过学生分享自己的收获和感受，鼓励学生在今后的学习中继续运用科学方法，主动探索科学奥秘。

【板书设计】

反思单元浑盖之争中的推理与验证

“浑盖之争”——光的传播实验——模拟霜的形成

演绎推理实验检验

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