五上科學(xué)3.4《機(jī)械擺鐘》教學(xué)設(shè)計（新課標(biāo)版）

4.機(jī)械擺鐘【教材簡析】本單元前三節(jié)課探究的是太陽鐘、水鐘等一些簡易的計時工具，本課是探索精確計時工具的第一課。學(xué)生從鐘擺的擺動開始觀察研究，通過測量鐘擺一分鐘擺動的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)它每分鐘擺動的次數(shù)是相同的，初步感知擺的等時性。然后動手制作一個簡易的擺，重復(fù)觀測自制單擺一分鐘內(nèi)擺動次數(shù)，通過分析數(shù)據(jù)進(jìn)一步明確擺的等時性：同一個單擺在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)相同。此外，通過對比各組間的數(shù)據(jù)，會發(fā)現(xiàn)不同小組的擺擺動次數(shù)是不同的，為下一課《擺的快慢》提出了待研究的問題。本課的重點(diǎn)是研究單擺的運(yùn)動規(guī)律，即等時性原理。培養(yǎng)學(xué)生基于觀測到的數(shù)據(jù)，運(yùn)用分析、比較的方法闡明單擺運(yùn)動規(guī)律的思維方式。同時在探究中保持嚴(yán)謹(jǐn)觀測的態(tài)度、發(fā)展對計時工具研究的興趣。【學(xué)情分析】前幾節(jié)課中，學(xué)生已觀察并制作過類似水鐘這樣的簡易計時裝置，這節(jié)課將對鐘擺能精確計時的原理展開探究。在操作前，需要引導(dǎo)學(xué)生思考并解決操作中的一些問題，如怎樣計時？怎樣數(shù)擺動次數(shù)等。五年級的學(xué)生已經(jīng)具備一定分析和處理數(shù)據(jù)的能力，但要想他們在研究單擺等時性時有更多的發(fā)現(xiàn)、提出更多的問題，研討時需要我們引導(dǎo)他們對組內(nèi)數(shù)據(jù)和組間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。【教學(xué)目標(biāo)】1.科學(xué)觀念：過對鐘擺以及自制單擺一分鐘內(nèi)擺動次數(shù)的重復(fù)觀測，知道同一個擺在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)相同，認(rèn)識到人們基于擺的等時性原理制成了擺鐘，使時間的計量誤差更小。2.科學(xué)思維：基于實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象及獲取的數(shù)據(jù)，能運(yùn)用分析、比較的方法，闡明單擺的運(yùn)動規(guī)律。3.探究實(shí)踐：通過了解鐘擺的構(gòu)造，能制作一個簡易單擺并探究擺的運(yùn)動特點(diǎn)；在實(shí)驗(yàn)中能準(zhǔn)確地重復(fù)觀測擺在一分鐘內(nèi)擺動的次數(shù)。4.態(tài)度責(zé)任：在研究單擺運(yùn)動規(guī)律的過程中，能保持嚴(yán)謹(jǐn)觀測的態(tài)度；通過制作、觀測單擺，發(fā)展對計時工具研究的興趣?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：基于數(shù)據(jù)的整理分析，理解擺的等時性原理。難點(diǎn)：準(zhǔn)確地觀測擺鐘，探究自制單擺運(yùn)動的特點(diǎn)。【教學(xué)準(zhǔn)備】教師：1.教學(xué)課件；2.機(jī)械擺鐘一個、單擺一個。學(xué)生：1.每組鐵架臺一個、棉線一根、筷子一根、小球（螺帽）一個、秒表一個；2.課堂作業(yè)本中的記錄單。【教學(xué)過程】一、聚焦：擺鐘是怎樣計時的（預(yù)設(shè)4分鐘）材料準(zhǔn)備：課件1.提問：通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，你知道了哪些計時器？2.講述：借助日晷、水鐘這些工具我們只能知道大概的時間，人們一直在探索更精確的計時器，擺鐘的出現(xiàn)大大提高了計時的精確度。3.講述：擺鐘是通過怎樣的方式計時的？為什么它能更精確地計時？揭示課題：機(jī)械擺鐘?！驹O(shè)計意圖】簡要回顧日晷、燃香鐘、水鐘等計時器后，引導(dǎo)學(xué)生思考“精確度較高的擺鐘是通過怎樣的方式計時的”，激發(fā)學(xué)生探究擺鐘計時原理的興趣。二、探索：擺的等時性（預(yù)設(shè)30分鐘）材料準(zhǔn)備：課件，一個機(jī)械擺鐘、每組鐵架臺一個、棉線一根、筷子一根、小球（螺帽）一個、秒表一個、作業(yè)本中的記錄單（一）觀察鐘擺的運(yùn)動1.組織討論：你們見過機(jī)械擺鐘嗎？擺鐘是怎樣來計量時間的？教師出示機(jī)械擺鐘，學(xué)生觀察擺鐘并組內(nèi)交流。2.出示圖片：擺鐘的結(jié)構(gòu)圖，介紹擺錘、擺繩。3.提問：為什么擺鐘能夠更精確地計時？4.研討：如何探究鐘擺的擺動規(guī)律。（1）提問：怎么測量擺在一分鐘內(nèi)擺動的次數(shù)？（2）追問：怎樣算擺動一次？（3）演示：教師演示數(shù)鐘擺擺動的次數(shù)：從起點(diǎn)出發(fā)回到起點(diǎn)算擺動一次。（4）提問：為了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需要測幾次？5.學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，完成記錄單。6.組織交流：對比三次測量結(jié)果，說一說你的發(fā)現(xiàn)。（預(yù)設(shè)：鐘擺每分鐘擺動的次數(shù)是相同的。）7.提問：現(xiàn)在你能理解它為何能精確地計時了嗎？（二）自制單擺，觀察擺運(yùn)動的特點(diǎn)1.過渡：除了擺鐘里的擺，其他的擺在擺動時是否也有同樣的規(guī)律呢？我們也動手做一個擺，研究它擺動時的特點(diǎn)。2.出示材料，演示單擺的制作。3.布置任務(wù)：請同學(xué)們利用上述材料做一個擺，讓你的擺自由擺動起來。4.提問：你們的擺能自由擺動起來了嗎？在擺動過程中你有什么發(fā)現(xiàn)？（預(yù)設(shè)：擺動的幅度越來越小了；擺動的方向會有點(diǎn)變化……）5.提問：它在相同時間內(nèi)擺動的次數(shù)會相同嗎？6.研討：如何準(zhǔn)確地測量擺在1分鐘內(nèi)擺鐘的次數(shù)？（1）測量幾次？（2）小組內(nèi)如何分工？（3）小組上臺演示：一個計時員、一個計數(shù)員、一個記錄員，密切配合。7.開展實(shí)驗(yàn)：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，完成記錄單。教師巡視指導(dǎo)，匯總每組數(shù)據(jù)?！驹O(shè)計意圖】在測量鐘擺及自制單擺一分鐘擺動次數(shù)前，引導(dǎo)學(xué)生探討計數(shù)方法，充分思考并解決操作中的一些問題、注意事項(xiàng)。分組實(shí)驗(yàn)時，教師隨時給予學(xué)生指導(dǎo)，方便數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取及后續(xù)交流匯報，更有助于本課重難點(diǎn)的突破。三、研討：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（預(yù)設(shè)：6分鐘）材料準(zhǔn)備：課件1.交流匯報：分析你們組的數(shù)據(jù)，說說你的發(fā)現(xiàn)？2.小結(jié)：同一個擺，在相同時間內(nèi)擺動的次數(shù)相同。這就是擺的等時性。課件呈現(xiàn)資料介紹科學(xué)家伽利略和惠更斯的故事。3.引導(dǎo)思考：每個小組的數(shù)據(jù)都匯總在了這張表格中，分析表中數(shù)據(jù)，你還有什么發(fā)現(xiàn)？（預(yù)設(shè)：不同的擺在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)不同。）4.提問：不同的擺，為什么在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)會不同？帶著你的猜測，課后設(shè)計實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探究，去檢驗(yàn)一下！【設(shè)計意圖】通過分析組內(nèi)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步明確擺的等時性原理。同時鼓勵學(xué)生對小組間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究的興趣。四、板書設(shè)計機(jī)械擺鐘機(jī)械擺鐘擺的等時性：同一個擺在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)相同。擺的等時性：同一個擺在相同時間內(nèi)擺動次數(shù)相同擺擺繩擺擺繩擺錘擺錘【疑難解答】日常教學(xué)中，機(jī)械擺鐘實(shí)物不容易找到，怎么辦？機(jī)械擺鐘的實(shí)物生活中不一定都有，網(wǎng)上買價格很貴。可以自己制作一個flash版本的機(jī)械擺鐘，上課時可以用；或者通過下載小學(xué)科學(xué)網(wǎng)上本課的課件，里面有插入一個機(jī)械擺鐘擺動的視頻（時長3分鐘多）；也可以購買一個簡易版本的擺鐘（主要包含鐘擺這一結(jié)構(gòu)），通過增加一根小鐵絲可以調(diào)節(jié)擺在一分鐘內(nèi)擺動的次數(shù)，也能夠達(dá)到教學(xué)效果。5.擺的快慢【教材簡析】本單元前幾課中介紹了燃香鐘和水鐘這兩種計時工具的構(gòu)造和原理，從《機(jī)械擺鐘》一課開始，4-6課都是對計時工具——擺鐘的研究和探索。上一課，學(xué)生經(jīng)過測量自制擺1分鐘擺動次數(shù)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)各小組擺動次數(shù)是不一樣的。沿著上節(jié)課的問題，本節(jié)課將直接聚焦到“擺的快慢與什么因素有關(guān)”。學(xué)生經(jīng)歷“討論-猜測-驗(yàn)證”，以對比實(shí)驗(yàn)方式分別研究擺的快慢與擺錘質(zhì)量和擺繩長短的關(guān)系來修正自己的猜測，最終得出擺動的快慢與擺繩長短有關(guān)，擺繩短，擺動快，擺繩長，擺動慢，而與擺錘質(zhì)量無關(guān)。本課學(xué)習(xí)也為下一課《制作鐘擺》奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。本課的重點(diǎn)是研究擺的快慢與哪些因素有關(guān)，初步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計控制變量的實(shí)驗(yàn)方案的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生能依據(jù)證據(jù)推理，找出規(guī)律的思維方式，進(jìn)一步養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！緦W(xué)情分析】通過上一課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了擺的構(gòu)造，并能動手制作擺，學(xué)會了測量擺每分鐘擺動的次數(shù)，初步建構(gòu)了“擺的等時性”這一科學(xué)概念，同時通過研究還發(fā)現(xiàn)了不同的擺1分鐘內(nèi)擺動次數(shù)是不一樣的。五年級學(xué)生沒有正式學(xué)習(xí)過對比實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行變量的控制，教師只是在平時的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了滲透，所以本課中教師可以嘗試通過這兩個實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生學(xué)會辨別和控制實(shí)驗(yàn)中的可變因素，以及不變因素。對于實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性、數(shù)據(jù)的整理分析、處理和科學(xué)結(jié)論的完整得出，學(xué)生都還存在一定的困難，因此需要教師課上進(jìn)行引導(dǎo)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】科學(xué)觀念：通過實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)識到擺的快慢與擺錘質(zhì)量無關(guān)，與擺繩長短有關(guān)，擺繩越短，擺動越快，反之則越慢，并應(yīng)用于擺鐘快慢的調(diào)節(jié)?？茖W(xué)思維：通過獲得的數(shù)據(jù)，歸納概括擺的快慢與擺錘質(zhì)量和擺繩長短的關(guān)系，依據(jù)證據(jù)推理，找出規(guī)律。探究實(shí)踐：針對問題，設(shè)計控制變量的實(shí)驗(yàn)方案，討論改進(jìn)方案，并實(shí)施方案。態(tài)度責(zé)任：在探究過程中，能基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：研究擺的快慢與哪些因素有關(guān)。難點(diǎn)：1.控制實(shí)驗(yàn)變量。2.獲得精確測量結(jié)果。【教學(xué)準(zhǔn)備】教師：1.教學(xué)課件；2.兩個擺（擺繩長短相同，擺錘質(zhì)量也相同）。學(xué)生：1.標(biāo)有1倍、2倍、3倍長度記號的擺繩，3個大墊圈，三角形的回形針掛鉤，夾子，秒表，鐵架臺上面固定好長木棒，長木棒上固定一定角度的銅導(dǎo)線；2.課堂作業(yè)本中的記錄單?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入，揭示課題（預(yù)設(shè)3分鐘）材料準(zhǔn)備：課件1.出示“自制擺一分鐘擺動次數(shù)的數(shù)據(jù)匯總表”。提問：上節(jié)課我們分析這些數(shù)據(jù)總結(jié)出了“擺的等時性”，同時我們還有一個新發(fā)現(xiàn)，誰來說一說？（預(yù)設(shè)：不同的擺1分鐘擺動的次數(shù)不同。）這幾個組的擺1分鐘擺動的次數(shù)多，說明擺動得快。而這幾個組的擺1分鐘擺動的次數(shù)少，說明擺動得慢。2.這節(jié)課我們就來研究擺的快慢與什么因素有關(guān)。揭示課題：擺的快慢（板書）?！驹O(shè)計意圖】簡要復(fù)習(xí)上一課內(nèi)容，快速聚焦到本課研究的問題，引導(dǎo)學(xué)生就該問題進(jìn)行思考、推測，也自然進(jìn)入了第一項(xiàng)探索活動。二、探究：擺的快慢與擺錘質(zhì)量和擺繩長短的關(guān)系（預(yù)設(shè)27分鐘）材料準(zhǔn)備：課件，擺繩上標(biāo)有1倍、2倍、3倍長度記號的擺、墊圈、鐵架臺、掛鉤、夾子、秒表、銅導(dǎo)線1.推測：你覺得影響擺的擺動快慢的因素有哪些呢？請同學(xué)們先思考，小組討論后回答。（預(yù)設(shè)：擺繩長短、擺錘質(zhì)量、擺幅大小。）2.引導(dǎo)學(xué)生排除“擺幅大小”這個因素。（1）提問：根據(jù)上一節(jié)課的觀測我們可以排除哪種猜測呢？（2）學(xué)生回憶，討論并回答。（3）師生共同演示，再次驗(yàn)證，排除擺幅的影響。3.師生共同完成改變擺錘質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計。（1）提問：要研究擺的快慢與擺錘質(zhì)量的關(guān)系，我們要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)？打算怎么做？（2）小組討論后匯報。學(xué)生匯報自己小組討論的實(shí)驗(yàn)方案。其他學(xué)生補(bǔ)充或者提出改進(jìn)意見，逐步完善實(shí)驗(yàn)方案。（3）教師課件出示完整的實(shí)驗(yàn)方案圖。4.學(xué)生自行設(shè)計改變擺繩長短的研究。（1）提問：實(shí)驗(yàn)中改變的條件和不改變的條件又有哪些？（2）教師補(bǔ)充改變擺繩長短的方法以及保持?jǐn)[幅不變的方法。（通過夾子分別夾在擺繩上的一倍、兩倍、三倍的標(biāo)記處來改變擺繩長短以及把擺拉到與銅導(dǎo)線同一角度來保持?jǐn)[幅大小不變的方法。）5.溫馨提示：實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。（PPT展示）（1）按下秒表，同時輕輕松開擺錘。（2）30秒為一次實(shí)驗(yàn)，做3次，及時記錄。（3）選一個合適的數(shù)據(jù)。（4）組長上臺，輸入數(shù)據(jù)。6.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師巡視?！驹O(shè)計意圖】實(shí)驗(yàn)設(shè)計環(huán)節(jié)從“感知”對比實(shí)驗(yàn)，到“扶”，再“放”，使學(xué)生不斷提高設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)的能力，使實(shí)驗(yàn)更有效地開展，更好地突破本節(jié)課的重難點(diǎn)。三、交流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（預(yù)設(shè)10分鐘）材料準(zhǔn)備：課件1.分析擺的快慢與擺錘質(zhì)量之間的關(guān)系。學(xué)生上臺分析全班的數(shù)據(jù)，得出擺的快慢與擺錘質(zhì)量無關(guān)。教師針對一些特殊數(shù)據(jù)，請學(xué)生解釋原因。2.分析擺的快慢與擺繩長短之間的關(guān)系。學(xué)生分析本組的數(shù)據(jù)，初步得出結(jié)論。再分析其他組數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證上面的結(jié)論。3.教師小結(jié)：擺的快慢與擺錘質(zhì)量無關(guān)，與擺繩長短有關(guān)，擺繩越短，擺動越快，反之則越慢。4.應(yīng)用：擺鐘走時不準(zhǔn)了，如果走慢了，怎么辦？【設(shè)計意圖】這是一個對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析環(huán)節(jié)，通過對數(shù)據(jù)分析回答“我們是怎么知道擺的快慢與哪些因素有關(guān)的？”這一更值得思考的問題。學(xué)生在通過組內(nèi)分析，再到全班數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，并運(yùn)