五下第三單元《時(shí)間的測量》

PAGEPAGE19時(shí)間的測量一、單元概述自人類具有“時(shí)間”這一概念以來，世世代代的人們經(jīng)年累月不斷地尋求著準(zhǔn)確測量時(shí)間的方法。古人經(jīng)過長時(shí)間的觀測和閱歷積累，發(fā)覺太陽在天空規(guī)章地轉(zhuǎn)變著位置，月亮在天空的移動也有肯定的周期。擁有了這樣的認(rèn)識，古代人類將天文現(xiàn)象與自己的生活進(jìn)行了密切的聯(lián)系。依據(jù)天文現(xiàn)象固有的周期性，形成了歷法和時(shí)間的概念--一年分為360天加5天，每天24小時(shí)，午前、午后各12小時(shí)，這就是我們能夠追溯到的時(shí)間劃分。那么，一天內(nèi)的時(shí)間進(jìn)程如何把握呢?古人想到了把豎直放置的表和水平放置的豐組合為豐表，依據(jù)表在豐上的投影來推斷時(shí)間。他們還通過不斷地研究制作出了計(jì)算時(shí)間的機(jī)械，這就是我們現(xiàn)在已經(jīng)知道的沙漏和水時(shí)計(jì)。隨著社會的進(jìn)展，社會分工越來越細(xì)，慢慢地人們感到精確計(jì)算時(shí)間是必要的。17世紀(jì)以后，鐘表工藝史發(fā)生了劃時(shí)代的進(jìn)步。依據(jù)伽利略發(fā)覺的單擺的等時(shí)性，惠更斯制造了第一個(gè)擺鐘，使時(shí)鐘的誤差從每天15分鐘削減到5分鐘。后來他又第一個(gè)制造出了靠發(fā)條驅(qū)動的機(jī)械表，并由此導(dǎo)致了18世紀(jì)高精度航海鐘的發(fā)覺，解決了困擾人類近兩個(gè)世紀(jì)的經(jīng)度測定問題，大大推動了航海事業(yè)的進(jìn)展。不僅如此，機(jī)械鐘的消失還促進(jìn)了當(dāng)時(shí)整個(gè)機(jī)械工業(yè)的進(jìn)展，使鐘表和羅盤、槍炮、印刷術(shù)一起構(gòu)成的技術(shù)革命成為產(chǎn)生近代科學(xué)的動力之一?；仡櫩茖W(xué)進(jìn)展史，我們可以清楚地看到，時(shí)鐘的改進(jìn)歷史是與整個(gè)人類文明史同步的。本單元要讓學(xué)生使用一些測量時(shí)間的重要設(shè)備做試驗(yàn)，從太陽鐘、水鐘到機(jī)械擒縱器……在“制造”(制作)計(jì)時(shí)工具的實(shí)踐過程中，了解人類計(jì)時(shí)儀器的進(jìn)展史，認(rèn)識技術(shù)對人類社會進(jìn)展的作用。教學(xué)內(nèi)容大致是這樣安排的。第1課“時(shí)間在消逝”，主要讓學(xué)生對某一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行估量和感受。第2}5課“太陽鐘”“用水測量時(shí)間”“我的水鐘”和“機(jī)械擺鐘”，分別引導(dǎo)學(xué)生討論和思考日暑、水鐘和擺鐘的構(gòu)造和原理。第6}8課“擺的研究”“做一個(gè)鐘擺”和“制作一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器”則指導(dǎo)學(xué)生對擺鐘的制造原理和設(shè)計(jì)進(jìn)行了更為深人的研究和探究?！皶r(shí)間”是一種看不見、摸不著的事物，時(shí)間運(yùn)動的軌跡，是依據(jù)其他物體的有規(guī)律運(yùn)動的軌跡來記錄的。所以，本單元學(xué)習(xí)“時(shí)間測量”的過程，從某種意義上說，也是對“事物有規(guī)律運(yùn)動”的認(rèn)識活動過程。二、單元教學(xué)目標(biāo)科學(xué)概念.“時(shí)間”有時(shí)是指某一時(shí)刻，有時(shí)則表示一個(gè)時(shí)間間隔(即時(shí)長)。在不同的情況下，我們對相同時(shí)間(時(shí)長)的主觀感受會不一樣，但時(shí)間是以不變的速度在延長的。.時(shí)間可以通過對太陽運(yùn)動周期的觀察和投射形成的影子來測量，一些有規(guī)律運(yùn)動的裝置也曾被用來計(jì)量時(shí)間。.長期以來，人們始終在尋求精確的計(jì)時(shí)方法，隨著科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)展，人們制作的計(jì)時(shí)工具越來越精確。.計(jì)時(shí)工具準(zhǔn)確性的提高要靠設(shè)計(jì)、材料等的改進(jìn)。過程與方法.觀察和記錄有關(guān)太陽運(yùn)動變化周期的信息。.學(xué)習(xí)辨別和把握試驗(yàn)中的可變因素。.預(yù)報(bào)和測試怎樣轉(zhuǎn)變一個(gè)可變因素從而影響試驗(yàn)結(jié)果。.解釋結(jié)果及總結(jié)可變因素是如何轉(zhuǎn)變、影響試驗(yàn)結(jié)果的。.學(xué)習(xí)用圖表、表格等來記錄、整理、交流信息。.設(shè)計(jì)、制作和改進(jìn)“太陽鐘”“水鐘”“擺鐘”等簡易計(jì)時(shí)器。.閱讀和研究科學(xué)資料以獵取更多的信息。情感態(tài)度價(jià)值觀.進(jìn)展探究時(shí)間以及計(jì)時(shí)工具的興趣。.認(rèn)識重復(fù)試驗(yàn)證明結(jié)果的重要性。.觀賞前人在測量時(shí)間和解釋自然現(xiàn)象方面所做的貢獻(xiàn)。.初步意識到事物是運(yùn)動變化的，事物的運(yùn)動變化是有肯定規(guī)律的。.初步體驗(yàn)到科學(xué)、技術(shù)與人們生活的密切關(guān)系。三、分課時(shí)教學(xué)建議第1課時(shí)間在消逝(一)背景和目標(biāo)本課是單元的起始課，是學(xué)生們研究時(shí)間的測量的開始。對于學(xué)生來說“時(shí)間”是一個(gè)非常熟悉又不熟悉的事物。他們每時(shí)每刻都在時(shí)間的消逝中生活和學(xué)習(xí)，幾點(diǎn)上課?幾點(diǎn)下課?幾點(diǎn)放學(xué)?學(xué)生們是太了解不過了。但是時(shí)間又看不見摸不著，怎么能夠?qū)Α皶r(shí)間”進(jìn)行研究呢?這個(gè)問題對于五班級的學(xué)生來說是有肯定挑戰(zhàn)性的。通過本課的學(xué)習(xí)，我們要讓學(xué)生意識到時(shí)間是可以被感受、估量和計(jì)量的。學(xué)生將通過感受1分鐘、to分鐘來感知時(shí)間的長短，并且意識到我們的實(shí)際行為很簡潔使自己估量時(shí)間時(shí)發(fā)生偏差，因此需要準(zhǔn)確地、客觀地計(jì)量時(shí)間?？茖W(xué)概念“時(shí)間”有時(shí)是指某一時(shí)刻，有時(shí)則表示一個(gè)時(shí)間間隔(即時(shí)長)。借助自然界有規(guī)律運(yùn)動的事物或現(xiàn)象，我們可以估量時(shí)間。過程與方法.運(yùn)用各種方法感受一分鐘的長短。.依據(jù)估量一分鐘時(shí)長的閱歷，比較合理地估量10分鐘持續(xù)的時(shí)間。情感態(tài)度價(jià)值觀.意識到只憑主觀感受，有時(shí)是不正確的。.我們要珍惜時(shí)間。(二)教學(xué)預(yù)備1.教室里掛一面時(shí)鐘，以及一段片長1}5分鐘的學(xué)生非常喜愛的動畫片。2.為每個(gè)小組預(yù)備一個(gè)秒表，一份估量時(shí)間的記錄表。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分三個(gè)部分。第一部分:現(xiàn)在幾點(diǎn)了“現(xiàn)在幾點(diǎn)鐘?”一聽到這個(gè)問題，大家都會下意識地去看看自己的手表或掛在墻上的鐘?？墒?，假如不看時(shí)鐘或手表，我們能知道現(xiàn)在大約幾點(diǎn)鐘嗎?教科書一開始就向?qū)W生提出了一個(gè)不大不小的難題。教科書中的插圖是一群學(xué)生在操場上觀察太陽的變化，提示學(xué)生可依據(jù)太陽在天空中的位置對現(xiàn)在的時(shí)間進(jìn)行估量。除了依據(jù)太陽可以估量時(shí)間，還可以依據(jù)什么估量時(shí)間?估量活動后再對比手表，我們依據(jù)自己的方法估量得是否正確。這為以后的活動作了一個(gè)鋪墊，并產(chǎn)生了必要的聯(lián)系。第二部分:一分鐘有多長前面部分的活動是讓學(xué)生對一天中某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(時(shí)刻)進(jìn)行估量，這部分的內(nèi)容主要是讓學(xué)生對某一個(gè)時(shí)間段(時(shí)間)進(jìn)行估量和感受。教科書首先讓學(xué)生感受的是“一分鐘有多長”。一分鐘多長?一分鐘等于60秒，那么，每秒又是多長呢?1963年13屆國際計(jì)量大會規(guī)定:艷一133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為1秒。依據(jù)這樣的規(guī)定，1分鐘就是艷一133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射震蕩551557906200周所持續(xù)的時(shí)間。對于學(xué)生們來說，怎樣去認(rèn)識一分鐘的時(shí)間間隔呢?可能只能告訴他們一分鐘就是鐘表里的秒針轉(zhuǎn)動一圈所需要的時(shí)間。這一點(diǎn)或許三班級的學(xué)生也早已會說，但是，一分鐘到底有多長，學(xué)生可能沒有真正的去留意過、感受過。教科書這部分要讓學(xué)生去體驗(yàn)一分鐘的長短，并引導(dǎo)他們用各種方法來估量一分鐘的時(shí)長。如，老師可告訴學(xué)生我們每個(gè)人每分鐘心跳的次數(shù)大約是80次;假如按1秒鐘打一下節(jié)拍的速度，即每1分鐘就是60節(jié)拍……提示學(xué)生可以這些方式來感受一分鐘的長度。學(xué)生會發(fā)覺一分鐘原來這么“長”，對一分鐘有了直觀的認(rèn)識。緊接著讓學(xué)生對“10分鐘又有多長”“一小時(shí)有多長”進(jìn)行描述。有了一分鐘的感受，相信學(xué)生會運(yùn)用更多的方法對“一個(gè)小時(shí)”進(jìn)行描述。第三部分:過去多長時(shí)間了“過去多長時(shí)間了”是在前兩個(gè)活動的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生依據(jù)自己的閱歷對“上課多長時(shí)間了，離下課還有多少時(shí)間”進(jìn)行合理的估量。估量往往是不太準(zhǔn)確的，要么太長，要么太短。緣由就是課堂上過于投人或者沒有興趣，影響了他們的估量。老師可在下個(gè)環(huán)節(jié)中提出這么兩個(gè)問題:“什么時(shí)候感覺時(shí)間過得特別快?什么時(shí)候感覺時(shí)間過得特別慢?”這是對剛才的估量查找歸因。那這節(jié)課真的比原來長了(或者比原來短了)許多嗎?于是引出了“時(shí)間有快慢嗎”的討論話題。這個(gè)問題就讓學(xué)生自己去爭論，相信絕大多數(shù)的同學(xué)會認(rèn)為時(shí)間消逝的速度是不變的。(四)教學(xué)建議1.估量時(shí)間。老師在這個(gè)環(huán)節(jié)可以與學(xué)生開展趣味嬉戲，請學(xué)生把手插口袋里不準(zhǔn)看手表。提問:現(xiàn)在幾點(diǎn)了?讓學(xué)生估量現(xiàn)在是幾點(diǎn)了，充分調(diào)動原有閱歷來估量現(xiàn)在的時(shí)間。學(xué)生或許會看看太陽在天空的位置，也有許多學(xué)生會依據(jù)上學(xué)的時(shí)間或者每節(jié)課的時(shí)間進(jìn)行推想。老師要鼓舞學(xué)生去估量，進(jìn)展學(xué)生估量與推想的能力。2.體驗(yàn)一分鐘時(shí)間有多長。本課是學(xué)生研究時(shí)間的第一課，老師們要給予學(xué)生充分的體驗(yàn)時(shí)間，讓學(xué)生去體驗(yàn)一分鐘時(shí)間的長短。比如請學(xué)生閉眼靜靜地度過一分鐘，還可以組織學(xué)生估量自己一分鐘可以做哪些事情?自己一分鐘心跳、一分鐘跳繩、一分鐘寫字的個(gè)數(shù)等。在估量一分鐘有多長的基礎(chǔ)上，老師組織學(xué)生推想10分鐘有多長。假如課堂時(shí)間比較充裕可以組織學(xué)生去體驗(yàn)，假如時(shí)間不允許，老師要鼓舞學(xué)生說出他們的推想理由或者想法。3.該課的設(shè)計(jì)中要體現(xiàn)趣味性。該課的教學(xué)肯定要讓學(xué)生在輕松愉悅的狀態(tài)下學(xué)習(xí)。在第三環(huán)節(jié)老師可以突然提出:這節(jié)課過去多少時(shí)間了?回答這樣的突如其來的問題，學(xué)生有可能會消失三種情況:一是對過去的時(shí)間估量過短;二是對過去的時(shí)間估量過長;三是在建立前兩個(gè)活動的基礎(chǔ)上，不急于做回答。緣由就是課堂上過于投人或者沒有興趣，影響了他們的推想。通過這樣的設(shè)計(jì)可以引導(dǎo)學(xué)生討論:時(shí)間的長短與人的感覺之間的關(guān)系，以準(zhǔn)時(shí)間是否有的時(shí)候快，而有的時(shí)候慢。第2課太陽鐘(一)背景和目標(biāo)在第一課學(xué)生通過各種方法感受了時(shí)間，本課是深人研究時(shí)間測量的第一課。他們將開始對計(jì)時(shí)工具進(jìn)行研究，學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及到時(shí)間測量工具的進(jìn)展史。古代人沒有時(shí)鐘，他們是怎樣來計(jì)時(shí)的?在學(xué)生們的意識中利用太陽計(jì)時(shí)可能是比較熟悉的一種古人計(jì)時(shí)方法。但他們并不完全清楚其中的原理。在這節(jié)課中，學(xué)生將經(jīng)歷一個(gè)觀察太陽影子變化的過程，通過觀察太陽光影的變化來討論古人是怎么利用太陽來計(jì)時(shí)的。本課設(shè)計(jì)了三個(gè)活動，第一個(gè)是用太陽來計(jì)日。認(rèn)識‘舊”是怎么來的，一日的12小時(shí)是怎么產(chǎn)生的。第二個(gè)活動是用光影來計(jì)時(shí)。利用太陽光影子的方向與長短來確定時(shí)間。第三個(gè)活動是討論與思考，包括太陽鐘計(jì)時(shí)的原理和實(shí)際使用中存在的問題。科學(xué)概念.陽光下物體影子的方向、長短會慢慢地發(fā)生變化?！f暑”與“豐表”是依據(jù)日影長度制成的計(jì)時(shí)器。過程與方法.觀察太陽光影在肯定時(shí)間內(nèi)長短與方向的變化。.制作簡易的豐表或者日暑進(jìn)行計(jì)時(shí)。.討論太陽光影是怎么被用來記錄一天的時(shí)間的。情感態(tài)度價(jià)值觀.對古人研究時(shí)間的成果產(chǎn)生敬佩之情。.感受人類對時(shí)間測量的探究過程。.體驗(yàn)研究的樂趣。(二)教學(xué)預(yù)備收集關(guān)于豐表與日暑的介紹資料與圖片。每個(gè)小組一根立竿、一把尺子、一個(gè)手表。每個(gè)小組制作日暑需要的暑針、暑面各一個(gè)。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分三部分。第一部分:用太陽來計(jì)時(shí)現(xiàn)在幾點(diǎn)鐘了?我們可以看鐘表?？墒枪糯藳]有鐘表怎么辦?教科書就這樣開始安排這節(jié)課的學(xué)習(xí)活動。學(xué)生依據(jù)自己的原有認(rèn)知會很快地做出回答:古人利用太陽。學(xué)生們還會想到古人還用“流水”“香灶”等計(jì)時(shí)。教科書上四幅太陽日出到日落的圖片記錄了一天的時(shí)間。這就是最早的時(shí)間單位“天”的來歷。有了最初的計(jì)時(shí)單位后，慢慢地需要對一天的時(shí)間進(jìn)行劃分。那古人又是怎么劃分一天的呢?教科書供應(yīng)了一段資料，古埃及人是怎么確定白天與黑夜各12小時(shí)的。老師在這個(gè)環(huán)節(jié)中可以向?qū)W生講解的稍微具體一些，或者可以引導(dǎo)學(xué)生自己去搜索相關(guān)的資料去了解更加具體的關(guān)于時(shí)間單位的來歷。這部分教科書也是時(shí)間進(jìn)展史學(xué)習(xí)材料，使學(xué)生對計(jì)時(shí)單位的了解由原來的比較寬泛，到逐步精確。第二部分:用光影來計(jì)時(shí)在了解了古人一天的時(shí)間后，那古人是怎么記錄一天中各個(gè)小時(shí)呢?教科書上一個(gè)卡通古人在觀察和度量立竿的影子長度，這就引出了光影計(jì)時(shí)方法。老師在教學(xué)中要試著讓學(xué)生去解釋其中的原理。老師組織學(xué)生去太陽下觀察影子的變化，假如在上午學(xué)生會發(fā)覺影子會慢慢變短，假如在下午學(xué)生會發(fā)覺影子會慢‘漫變長。同時(shí)，學(xué)生也會發(fā)覺隨著時(shí)間的消逝太陽光的影子方向也在變化。學(xué)生通過這樣的觀察他們會解釋古人用光影是怎么來計(jì)時(shí)的。教科書右上方圖片中的計(jì)時(shí)工具是‘舊暑”，這與光影計(jì)時(shí)方法有肯定的區(qū)別。中間圖片表示的是古人用的“豐表”，豐表是利用太陽光影子長短變化來記錄時(shí)間的。而日暑是利用太陽由東向西移動時(shí)，投向暑面的暑針影子慢慢地由西向東移動來計(jì)時(shí)的。這兩種計(jì)時(shí)方法有區(qū)別，但是原理是一樣的，都是利用了太陽光影子的變化來計(jì)時(shí)的。第三部分:討論與思考在討論豐表與日暑的制作原理時(shí)，學(xué)生會提到太陽鐘是利用了太陽東升西落而造成影子的運(yùn)動來制作的?！疤栫姟笔遣皇且环N完善的計(jì)時(shí)方法呢?在“討論與思考”的后續(xù)活動中，組織學(xué)生對太陽鐘進(jìn)行分析，它在實(shí)際使用中會有哪些問題，為下節(jié)課的研究做好鋪墊，使學(xué)生在學(xué)完這課后能進(jìn)一步思考，古人陰天怎么辦?到了晚上怎么辦?等問題。這節(jié)課的三個(gè)活動是相互聯(lián)系的一個(gè)整體，每個(gè)活動都有自身的價(jià)值，同時(shí)也對下個(gè)活動產(chǎn)生肯定的影響，所以老師在處理教科書時(shí)不要將其孤立地分開。(四)教學(xué)建議1.資料搜集因?yàn)檫@課的第一部分主要內(nèi)容是計(jì)時(shí)單位的進(jìn)展。課前應(yīng)組織學(xué)生去搜集一些相關(guān)的計(jì)時(shí)單位的資料。老師可以確定資料收集的主題，比如說，“一天是怎么來的?”"24小時(shí)是怎么確定的?”等等有關(guān)于這節(jié)課的內(nèi)容都可以讓學(xué)生去收集。在課堂上老師充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，讓學(xué)生在小組與全班開展討論。這對學(xué)生理解計(jì)時(shí)單位的精確進(jìn)展是非常有好處的。2.用光影計(jì)時(shí)老師組織學(xué)生去觀察竹竿在太陽光影的變化規(guī)律。通過觀察使學(xué)生發(fā)覺竹竿影子會隨著時(shí)間的推移變短(下午變長)，影子并且還有規(guī)律的由西向東移動。在觀察的過程中老師可以組織學(xué)生用畫圖的方式記錄觀察到的現(xiàn)象，這樣便于學(xué)生在課堂上開展討論以及發(fā)覺問題。學(xué)生觀察后老師組織學(xué)生討論古人是怎么利用太陽光影來計(jì)時(shí)。通過討論老師出示豐表與日暑兩種計(jì)時(shí)工具，請學(xué)生解釋他們是怎么計(jì)時(shí)的?3.制作豐表或者日暑在探究過程中，假如時(shí)間充足老師可以組織學(xué)生制作豐表或者日暑，然后用自己制作完成的“太陽鐘”進(jìn)行計(jì)時(shí)。這樣不僅使學(xué)生對太陽鐘有更深的理解，還激發(fā)學(xué)生探究時(shí)間的樂觀性。第3課用水測量時(shí)間(一)背景和目標(biāo)在研究豐表與日暑后，學(xué)生會發(fā)覺太陽光影之所以能夠被用來計(jì)時(shí)，是因?yàn)樘柟庥笆怯幸?guī)律地運(yùn)動著的。他們開始意識到能夠用作計(jì)時(shí)工具的事物必需是有規(guī)律運(yùn)動著的?？墒翘栫娭荒馨滋焓褂?，晚上怎么計(jì)時(shí)呢?這一課將組織學(xué)生去探究如何用流水來計(jì)時(shí)，研究古人計(jì)時(shí)用的水鐘，以及不同的計(jì)時(shí)方法。教科書將介紹學(xué)生認(rèn)識兩種水鐘，一種是泄水型水鐘，另一種是受水型水鐘。在這一課中，學(xué)生將觀察滴漏，推想并測量在瓶子中積聚10毫升和50毫升水分別需要的時(shí)間。通過本課的學(xué)習(xí)要使學(xué)生初步了解和認(rèn)識利用滴漏計(jì)時(shí)的原理?？茖W(xué)概念.在肯定的裝置里，水能保持以穩(wěn)定的速度往下流，人類依據(jù)這一特點(diǎn)制作水鐘用來計(jì)時(shí)。過程和方法.記錄100毫升水緩慢地流完需要多少時(shí)間。.依據(jù)100毫升水流完需要的時(shí)間，推想10,50,300毫升的水流完需要的時(shí)間。.初步理解流水為什么能夠用來計(jì)時(shí)，以及存在的問題。情感態(tài)度價(jià)值觀.認(rèn)識到細(xì)心觀察的重要性。.進(jìn)展研究計(jì)時(shí)工具的興趣。(二)教學(xué)預(yù)備1.每人課前搜集各種水鐘的資料與圖片。2.每個(gè)小組一個(gè)能容納300毫升水的塑料瓶子，每個(gè)小組一個(gè)100毫升量筒，簽字筆一支，鐵釘一個(gè)，一個(gè)透亮?????水杯。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分兩個(gè)部分。第一部分:古代的水鐘古人計(jì)時(shí)的方法許多，學(xué)生通過閱讀和交流，可能已經(jīng)知道古人曾經(jīng)用水鐘來計(jì)量時(shí)間。在這個(gè)環(huán)節(jié)里，教科書畫了三幅水鐘的圖，說明了兩種類型的古代水鐘，以幫忙學(xué)生了解古人是怎樣利用流水來計(jì)時(shí)的。教科書第54頁左下圖的是古代的“漏壺”。它是一種泄水型水鐘，是觀測容器內(nèi)的水漏泄削減情況來計(jì)量時(shí)間。右邊是受水型水鐘，是觀測容器(底部無孔)內(nèi)流人水增加情況來計(jì)量時(shí)間。教科書介紹這兩種古代的水鐘，主要是幫忙學(xué)生理解古人是怎樣利用流水的滴漏來計(jì)時(shí)的。可以讓學(xué)生解釋這些水鐘是怎樣利用滴漏來計(jì)時(shí)的。這樣就可以引出下面環(huán)節(jié)，使學(xué)生對滴漏進(jìn)行觀察和研究。第二部分:滴漏試驗(yàn)教科書首先讓學(xué)生估量并觀察從300毫升水中緩慢流出100毫升水需要多少時(shí)間一“把一個(gè)透亮?????塑料飲料瓶去掉底部，倒過來盛水，在瓶蓋上扎一個(gè)小孔，讓水可以從小孔中緩慢流出。在瓶子中裝300毫升水，觀察并記錄從瓶中漏出100毫升水需要的時(shí)間?！边@項(xiàng)活動中的透亮?????塑料飲料瓶，應(yīng)盡可能選擇細(xì)長的圓筒形瓶子，瓶蓋上扎的小孔以直徑2毫米左右為宜，讓水成線狀細(xì)流緩緩流出。而且這個(gè)活動盼望學(xué)生能重復(fù)觀察23次(留意每次觀測都必需在瓶子中裝同樣多的水一300毫升水)。通過試驗(yàn)學(xué)生們會發(fā)覺，假如孔的大小不轉(zhuǎn)變，同樣流完100毫升水所需的時(shí)間是相同的(約1分鐘左右)。緊接著第二個(gè)活動是用同樣的瓶子裝水，觀察從300毫升水中，漏出10毫升、50毫升水分別需多少時(shí)間。這個(gè)活動，同樣盼望重復(fù)多次。假如忽略觀測的各種誤差，從300毫升水中流出10毫升水的時(shí)間，大致相當(dāng)于流完100毫升水的時(shí)間的非常之一;流掉50毫升水的時(shí)間也差不多是流完100毫升水時(shí)間的一半。至此，學(xué)生不難發(fā)覺，利用流水是可以幫忙我們“模糊”計(jì)時(shí)的。當(dāng)然，事實(shí)上水在下流過程中不是勻速的，流掉前50毫升水的時(shí)間與流完后50毫升水的時(shí)間并不完全等時(shí)。這樣的現(xiàn)象，對于觀察認(rèn)真的學(xué)生或許也能發(fā)覺。我們也盼望學(xué)生能關(guān)注到這樣的現(xiàn)象，所以，教科書安排了第三個(gè)活動一推想并觀察流完杯中全部的300毫升水需多少時(shí)間。通過觀測，很顯然流完全部的300毫升水的時(shí)間要大大超出僅流掉前100毫升水時(shí)間的3倍。而且，用肉眼也能很清楚地觀察到，當(dāng)瓶中的水越來越多時(shí)，水流越來越小，最終甚至?xí)鄶嗬m(xù)續(xù)成滴狀。杯底孔的大小沒有變，水的流速怎么會不斷變化的呢?學(xué)問面廣的同學(xué)，可能會說到是由于水位高低(水壓)引起的。老師不妨向?qū)W生做出這樣的解釋:由于水位高低的變化，引起了水流速度的變化。水位高時(shí)，水流較急，水位越低，水流就越緩，慢慢地從流變成滴，甚至不再往下漏。到此，孩子可能就會提出問題了一水流的速度是在不斷地變化的，那用水怎么計(jì)時(shí)啊?這時(shí)，老師可引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注古人有沒有發(fā)覺這一現(xiàn)象?他們是怎樣讓水保持固定的速度往下流的?帶著這樣的問題，孩子們自然會再次關(guān)注古代的水鐘，他們會找相應(yīng)的資料去了解古人是如何解決這一問題的。課堂上，也可讓孩子們再認(rèn)真觀察教科書第54頁右邊的水鐘圖，分析各構(gòu)件的作用，理解古人的設(shè)計(jì)原理(盛水漏斗中的錐體是用來把握流水孔的大小的，盛水漏斗邊上的泄水孔是用來保持水位高低的)。通過這次的觀察，相信會讓孩子們對古人的聰慧才智，再一次發(fā)出由衷的贊揚(yáng)。在孩子們贊揚(yáng)古人用巧妙的方法保持水位不變的同時(shí)，老師還要進(jìn)一步引導(dǎo)他們觀察古人制作的水鐘里的水不是連成線狀往下流的，而是一滴一滴往下滴的。這又是為什么?教科書盼望孩子們對古人的這種設(shè)計(jì)作思考和解釋。課堂上，老師不妨讓學(xué)生做一道計(jì)算題:水每分鐘流掉100毫升，1小時(shí)流掉多少升?一天流掉多少升?假如水鐘一天換一次水，這些水需要多大的儲水裝置……通過這樣的計(jì)算與思考，想必孩子們是很簡潔對古人的這種設(shè)計(jì)做出解釋的。這一活動，或許也能引發(fā)出新的教學(xué)意義一對他們自己平常的不經(jīng)意沒有關(guān)緊水龍頭的行為做出反思。教科書中的第二項(xiàng)活動一“要是水一滴滴往下漏會怎樣?”正是在前面思考的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的實(shí)踐操作活動。通過這項(xiàng)活動，讓學(xué)生驗(yàn)證了同樣多的水，由于流速不一樣，它所能計(jì)量的時(shí)間是不一樣的，從節(jié)省資源的角度，以及使用便利的角度考慮，都應(yīng)選擇用“滴漏”的方法來計(jì)量時(shí)間。另外，用滴漏的方法，也能盡可能地減水因水位變化而對水下漏速度的影響。在上述思考和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我們可以讓學(xué)生在課外去設(shè)計(jì)制作一個(gè)每分鐘滴約60滴水的滴漏，相信孩子們會興趣盎然、躍躍欲試。這項(xiàng)活動可為下一節(jié)課制作一個(gè)水鐘做好預(yù)備。(四)教學(xué)建議1.要突出重點(diǎn)探究活動。在進(jìn)行本課的教學(xué)中，老師要把握好“古代水鐘”和“滴漏試驗(yàn)”兩個(gè)活動主次。教科書第一個(gè)活動是通過讓學(xué)生認(rèn)識古人的水鐘，從而促進(jìn)他們理解流水能作為計(jì)時(shí)工具的原理，同時(shí)也促進(jìn)學(xué)生對計(jì)時(shí)器進(jìn)展史的認(rèn)識。這部分一個(gè)重要的意義就是為第二部分的研究做好鋪墊，是探究滴漏試驗(yàn)的引子。在教學(xué)中，老師要把大部分時(shí)間安排給“滴漏試驗(yàn)”這個(gè)活動，給學(xué)生充分的觀察、記錄、研討時(shí)間。2.滴漏試驗(yàn)中流水速度的把握。研究“滴漏100毫升水需要多少時(shí)間”的活動中，老師要留意流水的速度把握。學(xué)生在瓶蓋上打的洞假如比較小，漏完100毫升水需要較長的時(shí)間。老師要指導(dǎo)學(xué)生先打一小孔，再逐步擴(kuò)大，不要一下就打很大的孔。打孔對于學(xué)生來說還是有肯定困難的，老師要具體說明打孔的方法，以免占用過多的時(shí)間影響學(xué)生的觀察與記錄。老師也可以在課前把孔打好。3.滴漏試驗(yàn)。教科書中設(shè)計(jì)的“滴漏試驗(yàn)”是有深刻內(nèi)涵的。教科書讓學(xué)生開展的兩次滴漏試驗(yàn)中，滴漏100毫升的試驗(yàn)是泄水型的，而觀察向量筒中滴人10毫升水與50毫升水是受水型的。這個(gè)活動的滴漏原理與教科書的第一部分介紹古代的幾種水鐘，及后面一課“我的水鐘”都是相同的。通過這一探究活動，學(xué)生在制作水鐘的過程中，就可能會設(shè)計(jì)出不同類型的水鐘。第4課我的水鐘(一)背景和目標(biāo)通過第2}-3課的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識了兩種水鐘的構(gòu)造，經(jīng)歷了滴漏試驗(yàn)的研究，學(xué)生對滴漏能作為計(jì)時(shí)工具有了新的理解，有了制作水鐘的欲望和基礎(chǔ)。這一節(jié)課，他們將要運(yùn)用已把握的學(xué)問設(shè)計(jì)一個(gè)水鐘，親自動手制作一個(gè)水鐘，并用圖畫的形式對自己設(shè)計(jì)的水鐘進(jìn)行描述。還要在試驗(yàn)中檢驗(yàn)自己的水鐘是否計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，以及對水鐘的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。在這節(jié)課中，學(xué)生將要經(jīng)歷設(shè)計(jì)方案一試驗(yàn)制作一修正方案的科學(xué)活動過程，這個(gè)過程也是一個(gè)促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)展的過程?？茖W(xué)概念.通過肯定的裝置，流水能夠用來計(jì)時(shí)，因?yàn)榈温┠軌虮３炙诳隙ǖ臅r(shí)間內(nèi)以穩(wěn)定的速度往下流。.我們可以把握滴漏的速度，從而使水鐘計(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確。過程與方法.設(shè)計(jì)制作水鐘的方案。.利用剪刀、塑料瓶等簡潔工具和材料制作一個(gè)簡易的水鐘。.在實(shí)際運(yùn)用過程中對自己的方案進(jìn)行改進(jìn)。.經(jīng)歷思考方案一制定計(jì)劃一實(shí)施方案一檢驗(yàn)成果一查找緣由一改進(jìn)試驗(yàn)的探究過程。情感態(tài)度價(jià)值觀.感受科學(xué)制作帶來的樂趣。.體會到在科學(xué)研究中分工、合作，和諧的開展探究是重要的。.體驗(yàn)到完成一個(gè)科學(xué)制作需要不斷重復(fù)試驗(yàn)，在試驗(yàn)中逐步完善。(二)教學(xué)預(yù)備為每個(gè)小組預(yù)備一把美工刀、兩個(gè)塑料瓶、一個(gè)時(shí)鐘(或者手表)、一支記號筆和尺子。老師自己預(yù)備一個(gè)醫(yī)院輸液用的管子。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分三部分。第一部分:設(shè)計(jì)水鐘經(jīng)歷了關(guān)于“用水測量時(shí)間”的研究，學(xué)生已經(jīng)有了制作水鐘的欲望和理論基礎(chǔ)。在制作之前我們應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)制作的計(jì)劃，想好我們要制作的水鐘的類型、式樣、材料、操作步驟等事項(xiàng)。教科書要求學(xué)生畫出設(shè)計(jì)方案圖，在插圖的右邊作了提示與思考，引領(lǐng)學(xué)生思考在制作設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，需要思考的一些必要問題。第一，選擇什么材料制作;第二，怎么利用這些材料來制作水鐘;第三，如何標(biāo)出刻度。這些問題看起來很簡潔，假如不認(rèn)真去思考，在實(shí)際操作中就會暴露出來。學(xué)生通過圖畫及文字描述來表述自己的思維。只有經(jīng)歷這個(gè)活動學(xué)生才能有預(yù)備、有日的地制訂計(jì)劃?？尚械挠?jì)劃是制作水鐘的前提。教科書有一幅插圖“一個(gè)滴漏邊上畫了一個(gè)時(shí)鐘”，這是提示學(xué)生在標(biāo)刻度的時(shí)候要對比時(shí)鐘。學(xué)生依據(jù)每分鐘流出水的體積畫出刻度?？赡苡幸恍W(xué)生在測量出一分鐘滴漏的水的體積在瓶上的高度后，就會把它作為標(biāo)準(zhǔn)來分出更多的刻度(2^-10之間的刻度)，這是不科學(xué)的，假如使用的瓶子樣子是不規(guī)章的，那這樣的做法很簡潔造成誤差。第二部分:用水鐘計(jì)時(shí)“用水鐘計(jì)時(shí)”在這個(gè)活動中，制作計(jì)劃已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)的成果，還要在實(shí)踐中檢驗(yàn)。將做好的水鐘與鐘表對比，你的水鐘計(jì)時(shí)準(zhǔn)確嗎?當(dāng)水鐘消失誤差時(shí)，緣由出在哪里呢?依據(jù)誤差查找影響水鐘計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的因素。教科書插圖中兩個(gè)學(xué)生對話，提示學(xué)生從容器的樣子、滴水的速度兩方面去查找緣由。第一，假如容器的樣子不規(guī)章簡潔造成刻度的標(biāo)識錯(cuò)誤;第二，因?yàn)殚_始時(shí)容器里裝了比較多的水，水的重量產(chǎn)生的壓力比較大，開始滴漏速度會快一些。隨著容器中的水位逐步下降，水的壓力也越來越小，這樣就影響了滴水的速度。學(xué)生分析了可能存在緣由后，試圖對自己制作的水鐘進(jìn)行改造。教科書用插圖的形式提示學(xué)生可以用這些方法來改進(jìn)自己的水鐘。插圖顯示了醫(yī)院里靜脈滴注的調(diào)節(jié)器，這是提示學(xué)生設(shè)計(jì)的滴漏要像靜脈滴注一樣均勻下滴，最好是能把握滴漏的速度。這幅插圖有利于引導(dǎo)學(xué)生將計(jì)時(shí)器的研究方向從水鐘過度到下一課的機(jī)械擺鐘。本節(jié)課讓學(xué)生經(jīng)歷了一個(gè)思考方案一制定計(jì)劃一實(shí)施方案一檢驗(yàn)成果一查找緣由一改進(jìn)成果的科學(xué)探究活動。每個(gè)活動都要讓學(xué)生充分探究，讓他們理解一項(xiàng)研究成果的取得，要經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)，需要不斷思考和改進(jìn)，逐步完善。(四)教學(xué)建議1.設(shè)計(jì)水鐘。從三班級學(xué)習(xí)到五班級，學(xué)生會用圖畫記錄觀察內(nèi)容，畫圖對于學(xué)生并不生疏。但是假如用畫圖與文字結(jié)合的形式設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)作品，學(xué)生們的經(jīng)歷還是很少的。本課是組織學(xué)生開展這方面訓(xùn)練比較好的機(jī)會?！霸O(shè)計(jì)水鐘”是一個(gè)思維層次比較高的環(huán)節(jié)，老師在教學(xué)中要把文章做足，盡可能地調(diào)動學(xué)生的原有認(rèn)知。引導(dǎo)學(xué)生就水鐘類型、把握流水速度、刻度三方面開展討論，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)一個(gè)水鐘的模型。用畫圖的方式設(shè)計(jì)水鐘時(shí)，老師要明確要求學(xué)生給“圖”寫上文字注解。這是了解學(xué)生思維進(jìn)展比較好的方法。2.制作水鐘。這部分的內(nèi)容是反映“設(shè)計(jì)水鐘”環(huán)節(jié)學(xué)生思維活動是否全面、微小。在教學(xué)預(yù)備時(shí)，每種用具老師都要具體操作。比如不能用水彩筆或者水筆代替簽字筆，如何選擇合適的孔徑以把握水滴的速度等等。3.用水鐘來計(jì)時(shí)。這是一個(gè)組織學(xué)生反思的環(huán)節(jié)。老師不能代替學(xué)生進(jìn)行反思。要組織學(xué)生開展充分的研討，并且讓他們自己提出改進(jìn)措施。假如學(xué)生提出改進(jìn)措施有困難，老師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察教科書中的“自制水鐘插圖”，請學(xué)生比較分析自己設(shè)計(jì)制作的水鐘與書本上制作的水鐘有什么區(qū)別。組織這樣的討論可以促使學(xué)生思考產(chǎn)生誤差的緣由，幫忙他們對自己的水鐘提出改進(jìn)措施。第5課機(jī)械擺鐘(一)背景和目標(biāo)隨著社會的進(jìn)展，人類對時(shí)間精確度的要求也提高了。學(xué)生探究過的日暑、水鐘、沙漏等一些簡易的計(jì)時(shí)工具，已不適應(yīng)社會進(jìn)展的需要。擺鐘的創(chuàng)造大大地提高了時(shí)鐘的精確度。在本課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生將觀察擺鐘的擺，發(fā)覺擺鐘的擺每分鐘搖擺的次數(shù)是相同的。本節(jié)課所研究的擺是“單擺”。所謂單擺是指在細(xì)線的下面拴一個(gè)小球重物，且細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略，球的直徑與線長相比也可以忽略的擺。單擺的搖擺具有等時(shí)性，即在擺長肯定、擺角較小的情況下，擺來回?fù)u擺一次所需要的時(shí)間總是一樣的。對擺的等時(shí)性的研究學(xué)生會非常感興趣，在本課的學(xué)習(xí)與研究中，老師要著重解決學(xué)生操作方面的一些問題，讓學(xué)生的測量盡量地精確一些。這將有利于他們更加深人地開展研究?？茖W(xué)概念.同一個(gè)單擺每搖擺一次所需的時(shí)間是相同的。依據(jù)單擺的等時(shí)性，人們制成了擺鐘，使時(shí)間的計(jì)量誤差更小。過程與方法.重復(fù)觀察和測量擺鐘每分鐘的搖擺次數(shù)。.動手制作一個(gè)單擺。.觀察和測量在相同時(shí)間內(nèi)擺搖擺的次數(shù)。.情感態(tài)度價(jià)值觀理解重復(fù)試驗(yàn)的意義。進(jìn)展對計(jì)時(shí)工具研究的興趣。(二)教學(xué)預(yù)備1.教室前放置一個(gè)大擺鐘，假如條件允許的話每個(gè)小組預(yù)備一個(gè)擺鐘。2.每個(gè)小組手表(秒表)一只。3.每個(gè)小組擺錘一個(gè)(螺帽)、擺繩一根(棉線)、支架一個(gè)。4.記錄表兩張。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分兩部分。第一部分:觀察擺鐘擺鐘為什么會比其他的計(jì)時(shí)工具都精確呢?這對學(xué)生來說是一個(gè)比較具有吸引力的問題。帶著這樣的懷疑去觀察擺鐘的構(gòu)造，會達(dá)到較好的教學(xué)效果。教科書就是這樣開始這節(jié)課的教學(xué)的。老師可以告訴學(xué)生，擺鐘的計(jì)時(shí)精確度與擺的長度有直接關(guān)系。建立在這個(gè)基礎(chǔ)上，教科書提出“用秒表測一測，擺鐘中的擺每分鐘搖擺幾次?”對擺進(jìn)行測量以后，有可能全班會得出一致的結(jié)論，也有可能結(jié)論不一致。這時(shí)插圖中的一個(gè)男孩提出:再測一次，這是教科書所期望的。老師要抓住時(shí)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生思考重復(fù)測量的重要意義。經(jīng)過重復(fù)測量，學(xué)生會發(fā)覺各種擺鐘的擺每分鐘都是搖擺60次。無論擺幅大(不能大于90度)一些還是擺幅小一些，擺來回?fù)u擺一次所用的時(shí)間總是相等的，這就是擺的等時(shí)性。第二部分:觀察我們的擺是不是全部的擺每分鐘搖擺的次數(shù)都一樣呢?學(xué)生的探究欲望開始被激發(fā)。教科書指導(dǎo)學(xué)生利用一條細(xì)繩和一個(gè)小重物，制作一個(gè)簡潔的擺。教科書雖然沒有指出擺的各個(gè)部分的名稱，但是在教學(xué)中要使用統(tǒng)一的名稱，如擺錘和擺繩等。接下來，學(xué)生要用測量鐘擺的方法，連續(xù)測量自己制作的擺10秒鐘內(nèi)搖擺的次數(shù)。多次測量后，學(xué)生們會發(fā)覺兩個(gè)現(xiàn)象。一個(gè)是，就一個(gè)擺來說，在每個(gè)10秒鐘內(nèi)，搖擺的次數(shù)是一樣的。另一個(gè)是，就不同的擺來說，在10秒鐘內(nèi)搖擺的次數(shù)可能并不相同。這就向?qū)W生們提出了問題。擺的幅度越來越小了，但是搖擺次數(shù)還是一樣，這是為什么呢?教科書插圖中一個(gè)小組的學(xué)生在對話，一位學(xué)生提出要再測量一次，這是再一次提示學(xué)生就這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。(四)教學(xué)建議1.介紹機(jī)械擺鐘像日暑、水鐘等一些簡易的計(jì)時(shí)工具，可以讓我們知道或許的時(shí)間，不能非常精確地記錄幾分幾秒的時(shí)間?？墒请S著社會的進(jìn)展，人們總盼望有更精確的時(shí)鐘。擺鐘的消失大大提高了時(shí)間的精確度。老師在這部分應(yīng)向?qū)W生介紹機(jī)械擺鐘消失對計(jì)時(shí)工作的影響。2.觀察擺鐘的擺在研究之前老師組織學(xué)生觀察擺鐘，然后組織討論:擺鐘是怎樣來計(jì)量時(shí)間的?鼓舞學(xué)生大膽的提出自己的猜想。這對激發(fā)學(xué)生的研究興趣與樂觀性是很有幫忙的?？赡軙袑W(xué)生提出擺鐘的擺一秒鐘擺一次。接著老師引導(dǎo)學(xué)生去測量擺鐘的擺每分鐘搖擺的次數(shù)。第一次測量后，學(xué)生進(jìn)行相互對比可能會發(fā)覺結(jié)果不一樣。這時(shí)老師就要引導(dǎo)學(xué)生解決操作中的一些問題，如擺怎么算是搖擺一次;手表計(jì)時(shí)是否準(zhǔn)確等。在這個(gè)過程中不僅要學(xué)生認(rèn)真觀察，還強(qiáng)調(diào)了重復(fù)試驗(yàn)的重要性。3.觀察我們自己的擺這是一個(gè)非常好玩的活動，學(xué)生親自做一個(gè)擺并且進(jìn)行測量。課堂中老師要采集多個(gè)小組的測量數(shù)據(jù)。組織學(xué)生進(jìn)行討論，讓他們自己發(fā)覺更多有價(jià)值的信息。學(xué)生們通過分析會發(fā)覺每10秒擺搖擺次數(shù)是相同的。這就讓學(xué)生理解擺的等時(shí)性。但是每個(gè)小組測量的結(jié)果又是不一樣的。這為下節(jié)開展擺的研究提出了研究的問題。第6課擺的研究(一)背景和目標(biāo)在學(xué)生測量擺的搖擺次數(shù)的時(shí)候已經(jīng)發(fā)覺，擺鐘的擺與自制的擺在to秒鐘內(nèi)搖擺的次數(shù)可能不一樣。有的擺擺得快，而有一些則擺得慢。學(xué)生的頭腦中已經(jīng)形成了一個(gè)問題:在相同時(shí)間內(nèi)怎么不同的擺搖擺的次數(shù)不一樣呢?之前學(xué)生們已經(jīng)觀察過擺鐘的擺與自己的擺，他們會聯(lián)想到擺的快慢可能會與擺錘、擺繩的長度、擺幅等因素有關(guān)系。這節(jié)課中學(xué)生們將就擺的快慢與什么因素有關(guān)進(jìn)行討論與思考，并且去驗(yàn)證他們自己的一些猜想。在探究的過程中逐步排除一些猜想，修正自己的想法。這一節(jié)課，學(xué)生們將測量不同重量擺錘的擺在15秒鐘內(nèi)搖擺的次數(shù)，不同長度擺繩的擺在15秒鐘內(nèi)搖擺的次數(shù)。他們在對測量數(shù)據(jù)的分析過程中會發(fā)覺，影響擺的快慢的因素只是擺繩的長短?？茖W(xué)概念.擺的搖擺快慢與擺繩的長度有關(guān)。同一個(gè)擺，擺繩越長搖擺越慢，擺繩越短搖擺越快。過程與方法.推想擺的搖擺快慢與什么有關(guān)。.進(jìn)行轉(zhuǎn)變擺的擺錘、擺的擺長對擺的次數(shù)是否產(chǎn)生影響的試驗(yàn)研究。.對試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，并且依據(jù)分析進(jìn)行預(yù)報(bào)。情感態(tài)度價(jià)值觀.初步意識到精確測量結(jié)果的得到是需要反復(fù)測量的。.認(rèn)識到在試驗(yàn)中細(xì)心觀察發(fā)覺新的問題是很重要的。.對新問題有連續(xù)研究的欲望。(二)教學(xué)預(yù)備1.每個(gè)小組一根擺繩(棉繩)，三個(gè)大小相同輕重分別是20克、40克、60克的擺每個(gè)小組預(yù)備研究擺錘的記錄表一份，研究擺繩的記錄表一份。每個(gè)小組預(yù)備鐵架一個(gè)，秒表(或手表)一只。(三)教科書說明內(nèi)容共兩頁，分成兩部分。第一部分:用擺做試驗(yàn)這是一節(jié)通過“測量”這種探究活動，發(fā)覺科學(xué)規(guī)律的課。教科書從三個(gè)層面開展探究活動，第一層面，對我們發(fā)覺的問題，怎么想辦法去證明;第二層面，運(yùn)用測量的方法，對我們的發(fā)覺進(jìn)行驗(yàn)證;第三層面，對我們所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。教科書一開始就呈現(xiàn)了一幅插圖，圖中一群學(xué)生在討論關(guān)于搖擺速度與什么有關(guān)系的問題。這是呈現(xiàn)學(xué)生們對上一節(jié)課產(chǎn)生的問題進(jìn)行討論的場面。插圖中一個(gè)小男孩說:猶如跟擺繩的長度有關(guān)。這個(gè)小男孩提出這個(gè)觀點(diǎn)，說明他是經(jīng)過觀察過的。因?yàn)閷W(xué)生自己制作的擺擺錘的重量相差不多，但是擺繩的長度是有差異的。插圖中的一位小女孩說:可能與擺錘的重量有關(guān)系吧。這個(gè)小女孩的話是反映大多數(shù)學(xué)生原有認(rèn)知的。邊上有一位男孩說:與擺的幅度也有關(guān)系的，這樣的想法也代表了一些學(xué)生的想法。圖中有學(xué)生提出了:依據(jù)以前的觀測，擺幅大小對擺的速度影響不大。這位學(xué)生把上一節(jié)課觀察到的現(xiàn)象與這節(jié)課聯(lián)系起來了，是思維進(jìn)展比較超前學(xué)生的代表。在“機(jī)械擺鐘”一課中，學(xué)生觀察了不同擺幅的擺在相同的時(shí)間內(nèi)搖擺次數(shù)是一樣的，所以這位學(xué)生就提出了“與擺幅沒有多大關(guān)系”的觀點(diǎn)。教科書插圖中一個(gè)小女孩說:我們還是做試驗(yàn)觀察一下吧。這提示學(xué)生全部的科學(xué)爭論最終都要靠實(shí)來驗(yàn)證。學(xué)生思考完這些后，測量擺的試驗(yàn)開始，老師要提示學(xué)生對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。假如要來研究“擺錘的重量是否影響擺的次數(shù)”這個(gè)問題，我們要轉(zhuǎn)變原來我們制作的擺的哪個(gè)因素?使學(xué)生初步具有在試驗(yàn)中怎樣把握無關(guān)因素，從而保證所要研究問題結(jié)果的精確性的能力。在這個(gè)試驗(yàn)中，要把握的因素就是擺長與擺幅不變，使擺錘的重量增加到原來的三倍，同樣測量15秒，并且記錄每次測量的結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)束后，老師要引導(dǎo)學(xué)生對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，讓學(xué)生說說對這個(gè)結(jié)果進(jìn)行分析后，有什么推想。在進(jìn)行“轉(zhuǎn)變擺繩長度的”試驗(yàn)中，老師可以適當(dāng)放手。只要做簡潔的提示，比如:在上個(gè)試驗(yàn)中，我們?yōu)榱搜芯繑[錘的重量是否影響擺的次數(shù)，使擺繩的長度、擺的幅度等其他因素保持不變?，F(xiàn)在我們要進(jìn)行“擺繩長度是否影響擺的次數(shù)”的研究，我們應(yīng)當(dāng)使哪些因素不變?試驗(yàn)怎么進(jìn)行?在學(xué)生試驗(yàn)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生對試驗(yàn)所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。比較兩次試驗(yàn)，讓學(xué)生談?wù)動惺裁窗l(fā)覺?雖然試驗(yàn)結(jié)果在老師的心中是清楚的，但是這是個(gè)不完全歸納的試驗(yàn)，可以引導(dǎo)學(xué)生對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行大膽的推想。這兩個(gè)試驗(yàn)，教科書期望老師在學(xué)生的探究過程中起到一個(gè)“扶、引、放”的作用。在試驗(yàn)過程中，老師是參與者，和合作者，依據(jù)學(xué)生的試驗(yàn)情況，不斷提出探究性問題，引導(dǎo)學(xué)生探究對試驗(yàn)變量的把握，對試驗(yàn)結(jié)果做出分析，并能夠利用試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行推想。第二部分:擺的快慢與什么有關(guān)系教科書設(shè)置了幾個(gè)連續(xù)遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生在“用擺做試驗(yàn)”后，進(jìn)行思考與討論。把兩張?jiān)囼?yàn)記錄放在一起，你覺得哪種擺的速度比較快?哪種擺的速度比較慢?擺的快慢與繩長有關(guān)嗎?與擺錘有關(guān)嗎?對這些問題你是怎么思考的，這就是教科書想達(dá)到的一個(gè)結(jié)果，學(xué)生能依據(jù)自己的原有學(xué)問、對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與思考，并進(jìn)行科學(xué)的推想。教科書最終的一幅照片，是擺繩長度相同的兩個(gè)擺，但擺錘的長短不一樣，一個(gè)擺錘比較長，另一個(gè)擺錘比較短。教科書引導(dǎo)學(xué)生推想這個(gè)兩個(gè)擺的搖擺速度，大多數(shù)學(xué)生確定會認(rèn)為這兩個(gè)擺搖擺速度是一樣的，因?yàn)樗麄兊臄[繩是一樣的。但是假如學(xué)生們?nèi)y量會發(fā)覺短擺錘的擺搖擺的速度快。這樣的測量結(jié)果與學(xué)生剛剛試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生了抵觸沖突，之前的試驗(yàn)結(jié)果表明搖擺次數(shù)是與擺錘沒有關(guān)系的，而這個(gè)試驗(yàn)表明又有關(guān)系。這使學(xué)生們百思不得其解。教科書試圖通過這樣的活動讓學(xué)生真正理解擺繩的長度不等于擺的長度。(四)教學(xué)建議1.討論擺搖擺次數(shù)與什么因素有關(guān)系。在上一節(jié)課中學(xué)生們已經(jīng)發(fā)覺不同的擺搖擺速度不一樣，他們對這個(gè)問題已經(jīng)產(chǎn)生了探究的欲望。這個(gè)活動學(xué)生們就這個(gè)問題開展討論，老師在教學(xué)中要給予學(xué)生充分的討論時(shí)間。讓學(xué)生充分調(diào)動原有的認(rèn)知，開展頭腦思維風(fēng)暴。通過討論與辯論使學(xué)生達(dá)成共識，搖擺速度與擺幅的關(guān)系不大。從而排除了學(xué)生在下面活動中對擺幅的研究。2.關(guān)于擺錘重量是否影響搖擺頻率的變量把握試驗(yàn)。讓學(xué)生理解探究活動的日的對開展試驗(yàn)是很重要的。在教學(xué)中組織學(xué)生開展這樣的討論，假如要研究擺錘的輕重與搖擺速度的關(guān)系，我們要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)?通過討論使學(xué)生明白如何把握變量來研究擺錘與擺長?；蛟S五班級的學(xué)生他們能夠說出，假如要研究擺長與搖擺速度的關(guān)系，擺錘的輕重、大小要保持不變，而擺繩的長度是要變化的。但是在實(shí)際操作中學(xué)生們往往會忽視另外的變量，比如說“計(jì)時(shí)”，學(xué)生就很難把握。教科書上建議學(xué)生開展三次試驗(yàn)，分別是擺錘原重?fù)u擺次數(shù)，擺錘兩倍重量搖擺次數(shù)，擺錘三倍重量搖擺次數(shù)。老師要留意操作性問題:轉(zhuǎn)變擺錘的輕重，但不能轉(zhuǎn)變擺長。假如為了增加擺錘的重量而轉(zhuǎn)變了擺錘的大小與長短，結(jié)果是轉(zhuǎn)變了擺長，造成測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。3.擺的快慢與什么有關(guān)系。這是一個(gè)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)。展示各組學(xué)生試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并組織學(xué)生自行分析:擺的快慢與繩長有關(guān)嗎?與擺錘的重量有關(guān)嗎?學(xué)生得出擺繩的長短是影響擺快慢的因素后，老師出示一個(gè)擺繩一樣長，但是擺錘不一樣長的擺，請學(xué)生推想他們的搖擺快慢會怎樣?老師可以進(jìn)行演示測量，使學(xué)生理解擺長不等于擺繩的長度，真正的擺長是支架到擺錘重心的距離。第7課做一個(gè)擺鐘(一)背景和目標(biāo)學(xué)生們通過研究已經(jīng)發(fā)覺，擺的搖擺快慢與擺長有關(guān)。擺長越長擺得就越慢，擺長越短擺得就越快。但是教科書又為學(xué)生們的研究設(shè)置了新問題，假如在30厘米長的木條(或塑料棒)上固定一塊金屬圓片，該怎樣把握這個(gè)擺的搖擺快慢呢?在本節(jié)課中，學(xué)生們將用調(diào)節(jié)擺長的方法來調(diào)節(jié)擺的快慢。經(jīng)過這節(jié)課的研究學(xué)生將能夠更好地理解鐘擺，并學(xué)會把握鐘擺的快慢。依據(jù)前面的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，學(xué)生們也將制作一個(gè)每分鐘搖擺30次的擺，也就是擺鐘的擺?？茖W(xué)概念擺的搖擺快慢與擺長有關(guān)。同一個(gè)擺，擺長越長，搖擺越慢，擺長越短，搖擺越快。過程與方法.在真實(shí)的情境中研究擺長如何影響搖擺次數(shù)。對鐘擺不斷地調(diào)整直至每分鐘正好搖擺30次。運(yùn)用測量與比較的方法來研究鐘擺的搖擺快慢。情感態(tài)度價(jià)值觀認(rèn)識到細(xì)心觀察與準(zhǔn)確測量的重要性。對新問題的研究保持樂觀的探究欲望。(二)教學(xué)預(yù)備每個(gè)小組一根寬1厘米、長30厘米的木條。每個(gè)小組一只計(jì)時(shí)器(秒表或者手表)。每個(gè)小組供應(yīng)一個(gè)擺錘(可以固定在木條上，并且能夠機(jī)敏的移動)。(三)教材說明內(nèi)容共兩頁，分成兩部分。第一部分:擺長怎樣影響搖擺次數(shù)教科書上出示了兩個(gè)特別的擺，他們的擺錘分別是粗細(xì)相同的木條，長度分別是20厘米與30厘米。這兩個(gè)擺呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生會難以區(qū)分哪部分是擺長哪部分是擺錘。這兩個(gè)擺假如搖擺起來，在同樣的時(shí)間里哪個(gè)擺搖擺的次數(shù)多，哪個(gè)擺搖擺的次數(shù)少呢?在預(yù)報(bào)這兩個(gè)擺的時(shí)候，將會進(jìn)行較深人的思考。通過測量發(fā)覺木條長度為30厘米的擺，搖擺的速度要比長度為20厘米的擺擺的慢。這應(yīng)在學(xué)生的預(yù)報(bào)之中。假如在30厘米長的木條上固定一塊金屬圓片，這個(gè)擺的搖擺速度有變化嗎?把金屬圓片固定在木條上，使木條的重心發(fā)生了變化，擺長就發(fā)生了變化，從而使擺的搖擺速度也會發(fā)生變化。假如原來木條的重心到固定點(diǎn)的距離大于固定了金屬片后的重心到固定點(diǎn)的距離，原來木條搖擺的速度將要比轉(zhuǎn)變后的擺搖擺速度慢。假如原來木條的重心到固定點(diǎn)的距離小于固定了金屬片后的重心到固定點(diǎn)的距離，原來木條搖擺的速度將要比轉(zhuǎn)變后的擺搖擺速度快。金屬片固定在各個(gè)位置擺的搖擺速度是怎樣發(fā)生變化的?教科書引導(dǎo)學(xué)生去測量三個(gè)數(shù)值，分別是把金屬片中心固定在10厘米、20厘米、30厘米處的搖擺周期。學(xué)生通過測量會發(fā)覺金屬圓片固定的位置離支點(diǎn)越近擺的速度就越快。第二部分:做個(gè)“鐘擺”通過前面的活動學(xué)生已經(jīng)能夠通過調(diào)節(jié)擺長來調(diào)節(jié)擺的速度了。這個(gè)活動中要讓學(xué)生制作一個(gè)每分鐘能夠搖擺30次的擺。在制作前學(xué)生要進(jìn)行思考，每分鐘搖擺30次的擺估量金屬片應(yīng)當(dāng)調(diào)整在哪個(gè)位置。這個(gè)活動與前面測量金屬圓片放置在10厘米、20厘米、30厘米處的搖擺周期的活動聯(lián)系起來。對這三組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生確定一個(gè)預(yù)報(bào)的數(shù)值，經(jīng)過調(diào)試，制作成每分鐘擺30次的擺。(四)教學(xué)建議1.關(guān)于教學(xué)預(yù)備的建議。供應(yīng)應(yīng)學(xué)生的木條肯定要直，粗細(xì)大小也要一樣。教科書使用的固定金屬片可以用易拉罐的底來做，要做到能夠自由移動。使學(xué)生能夠比較簡潔把握擺長。2.比較兩根木條搖擺的速度。這是一個(gè)很有意思的活動。讓學(xué)生觀察兩個(gè)比較特別的擺，做出推想，并把預(yù)報(bào)的理由與大家共享。這會使學(xué)生們把自己的思維活動呈現(xiàn)在同伴面前。對測量的結(jié)果進(jìn)行解釋與討論，可能使學(xué)生們對如何確定擺長的思路逐步地清楚。3.測量木條上固定了金屬圓片的擺。這個(gè)活動分為兩個(gè)層次，一個(gè)層次是比較固定了金屬圓片與沒有固定金屬圓片的擺有什么差異。另一個(gè)層次是測量金屬圓片固定在不同位置對擺快慢的影響?？上纫龑?dǎo)學(xué)生思考和討論，再組織學(xué)生依據(jù)討論結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。重點(diǎn)在測量后對數(shù)據(jù)的分析上，使學(xué)生進(jìn)一步理解擺長對搖擺速度的影響，能依據(jù)需要確定一個(gè)擺的擺長。4.做一個(gè)“鐘擺”。這個(gè)活動的關(guān)鍵是要讓學(xué)生不經(jīng)測量就去預(yù)報(bào)每分鐘搖擺30次的擺擺長是多少。引導(dǎo)學(xué)生只結(jié)合他們的測量結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)。讓學(xué)生在實(shí)際操作中不斷地修正自己的認(rèn)識，制作出每分鐘搖擺30次的擺。第8課制作一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器(一)背景和目標(biāo)由于擺具有等時(shí)性，長期以來人們用它來制作鐘表。但是要使擺鐘能精確計(jì)時(shí)，還必需利用機(jī)械技術(shù)。組織學(xué)生觀察擺鐘的內(nèi)部構(gòu)造，了解擺鐘是怎樣利用齒輪操縱器完成計(jì)時(shí)工作的。通過觀察，學(xué)生要自己親自制作一個(gè)擺鐘。并對自己制作的擺鐘進(jìn)行測量。他們將通過這一過程充分認(rèn)識到技術(shù)在人類社會進(jìn)展中的作用?？茖W(xué)概念.機(jī)械擺鐘是擺錘與齒輪操縱器聯(lián)合工作的。過程與方法.觀察擺鐘內(nèi)部的構(gòu)造。.制作一個(gè)計(jì)時(shí)一分鐘的簡易擺鐘。情感態(tài)度價(jià)值觀.體驗(yàn)研究計(jì)時(shí)工具帶來的樂趣。.認(rèn)識到科學(xué)必需與技術(shù)結(jié)合才能更好地造福人類。(二)教學(xué)預(yù)備1.每個(gè)小組一個(gè)帶齒輪操縱器擺鐘。2.每個(gè)小組一張硬紙板，一根木條(或者塑料條)，一個(gè)擺錘。3.每個(gè)小組一個(gè)秒表(或者手表)，一把剪刀，一個(gè)鉤碼，一根棉線、一個(gè)膠帶紙。(三)教科書說明內(nèi)容共3頁，分成兩部分。第一部分:觀察擺鐘齒輪操縱器在這部分主要是引導(dǎo)學(xué)生觀察擺鐘的內(nèi)部構(gòu)造，通過觀察擺鐘的內(nèi)部構(gòu)造讓學(xué)生理解擺鐘是怎么利用擺來計(jì)時(shí)的。擺鐘的幾個(gè)部件主要是:齒輪操縱器、擺錘、垂體、齒輪。擺鐘的整個(gè)計(jì)時(shí)過程是這樣的，垂體利用本身受到的向下的重力來轉(zhuǎn)動齒輪，齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，擺錘同時(shí)搖擺，使得齒輪操縱器的倒鉤松開，這樣齒輪就轉(zhuǎn)動一個(gè)齒，從而就帶動指針轉(zhuǎn)動一秒鐘。教科書上呈現(xiàn)了齒輪操縱器工作的整個(gè)過程。第一幅圖，是擺鐘開始工作，第二幅圖，是鐘擺搖擺到左邊時(shí)，長針部分的操縱器倒鉤會松開，垂體的拉力會讓齒輪往前轉(zhuǎn)動一齒。第三幅圖，當(dāng)鐘擺往右搖擺時(shí)，右邊的齒輪又會前進(jìn)一齒。教科書上呈現(xiàn)完整的工作過程，是要讓學(xué)生們觀察清楚，并理解擺鐘的計(jì)時(shí)原理。第二部分:制作一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器學(xué)生們在第七課已經(jīng)會制作一個(gè)一分鐘擺30次的擺。在這里學(xué)生們理解擺鐘一分鐘60秒，但是擺錘卻一分鐘只需擺30次的道理。學(xué)生在這個(gè)活動中要親自制作一個(gè)擺鐘，并且對自己的擺鐘進(jìn)行檢測。(四)教學(xué)建議1.觀察擺鐘齒輪操縱器老師供應(yīng)應(yīng)每個(gè)小組一個(gè)擺鐘內(nèi)部構(gòu)造模型，組織學(xué)生觀察擺鐘的內(nèi)部構(gòu)造，讓學(xué)生討論擺鐘是怎么利用擺錘搖擺來計(jì)時(shí)的，讓學(xué)生自己去發(fā)覺、理解擺鐘的計(jì)時(shí)原理，要讓學(xué)生對自己觀察與討論的結(jié)果進(jìn)行描述，說明擺鐘是怎樣利用擺錘的搖擺來計(jì)時(shí)的。老師要提示學(xué)生觀察擺鐘內(nèi)部的幾個(gè)主要部件:擺錘、垂體、齒輪操縱器、齒輪，并引導(dǎo)學(xué)生觀察這些部件在擺鐘工作時(shí)是怎么運(yùn)動的。要求學(xué)生們用語言進(jìn)行描述。2.制作一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器引導(dǎo)學(xué)生思考:擺錘只需擺30次，擺鐘就是一分鐘(60秒)。這是為什么?請學(xué)生就這個(gè)問題開展交流，使學(xué)生進(jìn)一步理解擺鐘的計(jì)時(shí)原理。在充分討論后組織學(xué)生制作一分鐘計(jì)時(shí)器，要留意留給學(xué)生充分的時(shí)間。學(xué)生制作過程的順利與否，關(guān)鍵在于老師供應(yīng)應(yīng)他們的材料。給學(xué)生預(yù)備的紙板硬度要強(qiáng)，不能用瓦楞紙。齒輪不能太大，因?yàn)橛布埌宀荒苤翁氐奈矬w。在制作過程中，齒輪的齒數(shù)是學(xué)生比較簡潔忽視的，齒輪的齒數(shù)太密或太疏，都會影響計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。四、評價(jià)建議評價(jià)是在教學(xué)中始終進(jìn)行的，并且被整合人教學(xué)過程之中，成為教學(xué)不可分割的一個(gè)組成部分。在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)也在評價(jià)他們，在教學(xué)中既要評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果又要評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。對本單元比較有效的幾種評價(jià)策略是:學(xué)習(xí)作品分析。學(xué)習(xí)作品蘊(yùn)涵了學(xué)生寫的也囊括了學(xué)生所做的，是記錄學(xué)生朝著單元概念日標(biāo)進(jìn)展的實(shí)物一包括記錄單與學(xué)生活動作品。記錄單是指學(xué)生的記錄表格、繪畫、繪圖;學(xué)生活動作品是指學(xué)生的科學(xué)制作、科學(xué)調(diào)查報(bào)告等。在本單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生們第一次比較深人的用繪圖的方法設(shè)計(jì)方案。第四課“我的水鐘”中學(xué)生們利用繪圖的方式記錄，老師要認(rèn)真分析學(xué)生這些繪圖方案，并且在課堂上與學(xué)生們共享這些代表了他們思維水平的記錄。這個(gè)單元中教科書設(shè)計(jì)了大量的表格幫忙學(xué)生觀察記錄。這些記錄表記錄學(xué)生對擺的研究逐步的深人，老師要準(zhǔn)時(shí)保存這些記錄表，以便對學(xué)生整個(gè)單元課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行記錄。當(dāng)學(xué)生在回顧從前學(xué)習(xí)的內(nèi)容時(shí)，記錄表格也可以反映出他們的學(xué)習(xí)?？茖W(xué)制作，在本單元也多次消失。如第四課學(xué)生要設(shè)計(jì)制作一個(gè)水鐘，并且檢驗(yàn)水鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。在第八課中學(xué)生要制作一個(gè)計(jì)時(shí)一分鐘的機(jī)械擺鐘。學(xué)生對這些作品的制作，都為老師供應(yīng)了很好的評價(jià)時(shí)機(jī)?！八姟钡闹谱魇菍W(xué)生觀察古代水鐘，研究滴漏現(xiàn)象的成果反映。而“機(jī)械擺鐘”的制作是學(xué)生對擺研究成果的綜合反映。老師可以通過分析這些科學(xué)制作來評價(jià)學(xué)生對本單元的學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生們科學(xué)思維的進(jìn)展。五、參考資料人類計(jì)時(shí)儀器的進(jìn)展史人類的日常生活、科研、導(dǎo)航及測繪等等工作都離不開時(shí)間。時(shí)間的計(jì)量涉及兩個(gè)量:歷元和時(shí)間間隔。任何具有周期性變化的自然現(xiàn)象都可以用來測量時(shí)間。人類從以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)來計(jì)量時(shí)間進(jìn)展到機(jī)械鐘、石英鐘、乃至原子鐘，經(jīng)歷了約3500年的進(jìn)展變化進(jìn)程。在公元前1500年，消失的日暑是人類最古老的計(jì)時(shí)工具。埃及人首先開始使用這項(xiàng)技術(shù)，然后在整個(gè)地中海地區(qū)普及開來。日暑是以太陽投向刻度盤的陰影為基礎(chǔ)的，通常由銅制的指針(暑針)和石制的圓盤(暑面)組成。當(dāng)太陽光照在日暑上時(shí)，暑針的影子就會投向暑面，太陽由東向西移動時(shí)，投向暑面的暑針影子也會慢慢地由西向東移動。于是，移動著的暑針影子猶如是現(xiàn)代鐘表的指針，暑面則是鐘表的表面，以此來顯示時(shí)刻。在公元前1400年，消失的漏壺(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。它是依據(jù)流沙從一個(gè)容器滴漏到另一個(gè)容器的數(shù)量來計(jì)量時(shí)間的。古代人設(shè)計(jì)的“五輪沙漏”通過流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙斗里，以此來驅(qū)動初輪，從而帶動各級機(jī)械齒輪的依次旋轉(zhuǎn)。最終一級齒輪帶動在水平面上旋轉(zhuǎn)的中輪，中輪的軸心上有一根指針，指針則在一個(gè)有刻線的儀器圓盤上轉(zhuǎn)動，以此來顯示時(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，中國宋朝的機(jī)械師蘇頌創(chuàng)造的“水運(yùn)儀象臺”(水鐘)被認(rèn)為是第一架真正的機(jī)械鐘。它是集觀測天象的渾儀、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儀器，它實(shí)際上就是一座小型的天文臺。這臺儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國古代人民的聰慧才智和富于制造的精神。1400年，第一批機(jī)械鐘開始在歐洲流行，其始祖由意大利人喬瓦尼·唐迪于1364年制成，他首次在機(jī)械鐘里引人了輪式鐘擺。1511年，荷鑄人彼得·亨萊茵制成了第一塊懷表，但它只有時(shí)針而沒有分針和秒針。J環(huán)表和鐘的結(jié)構(gòu)其實(shí)是完全一樣的，所不同的是它利用螺旋彈簧制成的發(fā)條驅(qū)動，從而擺脫了傳統(tǒng)的鐘擺，它靠小巧的“體形”，輕松進(jìn)人人們的口袋。1656年，有擺的掛鐘(或座鐘)產(chǎn)生于荷鑄天文學(xué)家、物理學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯的試驗(yàn)室內(nèi)。它是以伽利略發(fā)覺的擺的搖擺具有規(guī)章性這個(gè)原理為基礎(chǔ)而創(chuàng)造的。自此以后人類把握了比較精確的測量時(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一SeikoOstron誕生，其價(jià)格在當(dāng)時(shí)相當(dāng)于一部汽車。石英手表的創(chuàng)造是基于科學(xué)家們發(fā)覺處于電路之中的石英晶體能產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的振動以及可以通過特別的切割方式來把握石英晶體振動的頻率。日暑日暑又稱‘舊規(guī)”，是我國古代利用日影測量時(shí)刻的一種計(jì)時(shí)儀器。通常由銅制的指針(暑針)和石制的圓盤(暑面)組成，在暑面的正反兩面刻劃出12個(gè)大格，每個(gè)大格代表兩個(gè)小時(shí)。當(dāng)太陽光照在日暑上時(shí)，暑針的影子就會投向暑面。太陽由東向西移動時(shí)，投向暑面的暑針影子也會慢慢地由西向東移動。移動著的暑針影子就猶如是現(xiàn)代鐘表的指針，暑面也就好比是鐘表的表面，以此來顯示時(shí)刻。日暑依暑面所放位置的不同，可分成地平日暑(暑面水平放置而暑針指向北極，其暑面和暑針夾角就是當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、赤道日暑(暑針平行地球自轉(zhuǎn)軸而暑面呈現(xiàn)北低南高狀擺放，其暑面和暑針垂直)等。水鐘水鐘在我國古代又叫做“刻漏”，是依據(jù)滴水的等時(shí)性原理來計(jì)時(shí)的。滴水記時(shí)有兩種方法，一種是利用特別容器記錄水漏完的時(shí)間(泄水型)，另一種是底部不開口的容器，記錄它用多少時(shí)間把水接滿(受水型)。我國的水鐘，最先是泄水型的，后來進(jìn)展成泄水型與受水型同時(shí)并用。右圖中的刻漏，主要由幾個(gè)銅水壺組成，所以又叫“漏壺”。除了最底下的那個(gè)，每個(gè)壺的底部都有一個(gè)小眼。水從最高的壺里，經(jīng)過下面的各個(gè)壺滴到最低的壺里，滴得又細(xì)又均勻。最低的壺里有一個(gè)銅人，手里捧著一支能夠浮動的木箭，壺里水多了，木箭浮起來，依據(jù)它上面的刻度，就可以知道時(shí)間了。擺鐘以擺作為振動系統(tǒng)的鐘。通常都帶有報(bào)時(shí)功能，所以又稱自鳴鐘。1582-}-1583年，意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略發(fā)覺了擺的等時(shí)性。1656^-165'7年，荷鑄物理學(xué)家和天文學(xué)家惠更斯利用擺的等時(shí)性原理創(chuàng)造了擺鐘。后經(jīng)不斷改進(jìn)，沿用至今。擺鐘可依據(jù)用途和要求制成座鐘、掛鐘、落地鐘、天文鐘等型式。擺鐘的報(bào)時(shí)方式通常為機(jī)械打點(diǎn)報(bào)時(shí)，也有用電子擴(kuò)音報(bào)時(shí)的。近代帝王宮廷中使用的擺鐘，常附有一套機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，以精工制作的人物、山水、飛禽、走獸等活動形象進(jìn)行報(bào)時(shí)。擺鐘是機(jī)械鐘，現(xiàn)在，有的石英電子鐘雖然也裝有擺錘或扭擺，但只起裝飾作用。擺鐘的機(jī)芯結(jié)構(gòu)通常包括走時(shí)和報(bào)時(shí)兩大系統(tǒng)。走時(shí)系統(tǒng)包括走時(shí)原動系、傳動系、擒縱調(diào)速系、上條撥針系和指針系5個(gè)部分，其中擒縱調(diào)速系由擒縱機(jī)構(gòu)和擺錘振動系統(tǒng)組成，合稱擒縱調(diào)速器;報(bào)時(shí)系統(tǒng)由報(bào)時(shí)原動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、把握機(jī)構(gòu)、打點(diǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)速器5個(gè)部分組成。擺鐘是利用擺錘的周期性振動(搖擺)過程來計(jì)量時(shí)間的。一般來說，擺的重要是確定的，調(diào)節(jié)擺的擺長，使擺長減短，時(shí)鐘變快，反之則變慢。對精密擺鐘，也有用附加重物法來微調(diào)擺的振動周期。擺鐘放置在不同的地理位置(不同的地球緯度和海拔高度)中，擺錘的重力加速度會發(fā)生變化從而影響其振動周期。擺鐘放置在不同溫度和氣壓的環(huán)境中，也會引起振動周期的變化。溫度變化會引起擺的各部分尺寸包括擺的擺長發(fā)生變化。一般是溫度升高，擺脹長而使鐘變慢;反之則擺縮短而鐘變快。因此，精密擺鐘常用不同的線脹系數(shù)的材料制成溫度補(bǔ)償管，以補(bǔ)償溫度影響。氣壓的變化會引起空氣阻力和空氣密度的變化，從而引起振動周期的變化。因此，精密的擺鐘常將擺安裝在恒壓的殼體中，以消退氣壓影響。擺的振動幅度影響到鐘的等時(shí)性。振幅愈小，振幅變化所造成的日差變化愈小，即等時(shí)性愈好，因而精密擺鐘常采用長擺桿小擺幅。但是，小擺幅對外界來的震驚和撞擊很敏感，因而對安裝環(huán)境要求很高。擺鐘的走時(shí)日差一般可以達(dá)到20秒/天以內(nèi)，精密擺鐘達(dá)千分之幾秒。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，長期以來，人們始終在尋求著這樣的時(shí)間尺度。在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類以太陽的東升西落作為時(shí)間尺度;公元前2世紀(jì)，人們創(chuàng)造了地平日暑，一天差15分鐘;一千多年前的希臘和我國的北宋時(shí)期，能工巧匠們曾設(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)的30年月，石英晶體震蕩器消失，對于精密的石英鐘，三百年只差一秒……自17世紀(jì)以來，天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)和世界時(shí)作為時(shí)間尺度:當(dāng)?shù)厍蚶@軸自轉(zhuǎn)一周，地球上任何地點(diǎn)的人連續(xù)兩次看見太陽在天空中同一位置的時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽日。1820年法國科學(xué)院正式提出:一個(gè)平太陽日的1/86400為一個(gè)平太陽秒，稱為世界時(shí)秒長。由于地球自轉(zhuǎn)季節(jié)性變化、不規(guī)章變化和長期減慢，所以世界時(shí)每天可精確到1X10-。但是社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)(特別是航天、空間物理、軍事等)的飛速進(jìn)展，使人們對時(shí)間尺度的精度需求越來越高。1953年是時(shí)頻科學(xué)的一個(gè)新的里程碑。世界上第一臺原子鐘在美國哥倫比亞大學(xué)由三位科學(xué)家研制勝利，其中有一位科學(xué)家是我們中國人，叫王天眷(后來回國，多年從事祖國的頻標(biāo)事業(yè))。原子鐘的消失標(biāo)志著一門嶄新的學(xué)科:量子電子學(xué)誕生。1963年13屆國際計(jì)量大會決定:艷原子}S133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為1秒。此定義始終延用至今。所以，從1963年后，時(shí)間基準(zhǔn)的名稱應(yīng)當(dāng)由PR1MARYCI_CX'K來代替，它指的是試驗(yàn)室型大艷鐘。就已發(fā)表的資料來看，德聯(lián)邦的“聯(lián)邦技術(shù)物理研究院”的PTB-CaT、美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的SIBS-6及加拿大國家研究院的}IRC-CsV的準(zhǔn)確度均已達(dá)到10-'‘量級。我國計(jì)量院的Cs},Cs}也達(dá)到10-'j量級。由此可見PR1