精確時間的步伐


1．原子鐘尋親記


【教學(xué)分析】


本課教學(xué)內(nèi)容屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域，學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：


主要概念17.技術(shù)的核心是發(fā)明，是人們對自然的利用與改造。


17.1知道一些著名工程師、發(fā)明家的研究事跡，了解他們的設(shè)計和發(fā)明過程。


17.3-2知道使用工具可以更加精確、便利和快捷。


主要概念18.工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計，工程是運用科學(xué)和技術(shù)進行設(shè)計、解決實際問題和制造產(chǎn)品的活動。


18.1舉例說出，一項工程運用到的科學(xué)技術(shù)和原理，如汽車剎車系統(tǒng)的設(shè)計中運用到的科學(xué)與技術(shù)。


學(xué)生在本課主要經(jīng)歷對計時工具的資料收集與整理任務(wù)。而學(xué)生收集資料的具體結(jié)果對本課任務(wù)的有效完成有一定的影響，教師需要在了解學(xué)生收集信息能力水平的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。學(xué)生最終通過對所收集信息的交流展示、比較分類等思維加工完成對技術(shù)的特點與意義的初步認(rèn)識。


【教學(xué)目標(biāo)】


（1）了解人類計時工具的發(fā)明和發(fā)展歷史，認(rèn)識重要儀器的原理、結(jié)構(gòu)與功能及優(yōu)缺點。


（2）收集計時工具的信息并對這些信息進行比較與分類，培養(yǎng)收集信息與處理信息的科學(xué)探究能力；在認(rèn)識某種計時工具使用局限性的過程中，培養(yǎng)反省思維的意識與習(xí)慣，培養(yǎng)反思評價能力。


（3）激發(fā)研究計時工具的興趣，表現(xiàn)出對計時工具發(fā)展歷史中重要事件的發(fā)生原因、過程與結(jié)果的探究興趣。


（4）了解并意識到人類對產(chǎn)品不斷改進以適應(yīng)自己不斷發(fā)展的需求，知道人類的需求是促進科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。


【教學(xué)準(zhǔn)備】


材料準(zhǔn)備：


教師準(zhǔn)備：計時工具發(fā)展史相關(guān)課件，計時工具處理信息記錄單。


學(xué)生準(zhǔn)備：課前收集計時工具的相關(guān)資料，初步了解計時工具的發(fā)展歷史。


活動場地：教室。


【教學(xué)過程】


本課按照信息類課程的科學(xué)過程進行組織：提出問題——收集信息——展示信息——處理信息——得出結(jié)論。


1.童話導(dǎo)入，提出問題，初步了解計時工具發(fā)展史


師：如果現(xiàn)在有人問你：現(xiàn)在是什么時間？你怎么獲得時間的信息呢？


生：我可以看電子表知道時間。


師：對，電子表是一種計時工具。你們還知道哪些計時工具？是怎么了解到的？


生：我還知道有水鐘，我媽媽曾經(jīng)給我介紹過。


生：我知道有全自動手表，我爸爸戴的就是那種表。


生：我媽媽戴的是石英表。


生：還有懷表，我在電影和賣計時工具的地方都看到過。


生：還有日晷，我到上海玩時看到過。


生：體育課上，老師給我們跑步計時用的秒表。


師：這么多計時工具呀！誰知道世界上現(xiàn)在最精確最先進的計時工具是什么嗎？它叫原子鐘，雖然它看上去不像計時工具，但是它卻是當(dāng)今世界上最精確的計時工具。原子鐘有一個愿望，想了解它們計時工具家族的成員和歷史，讓我們和原子鐘一起穿越時空，來了解一下計時工具的發(fā)展歷史吧。


（課件展示：原子鐘尋親記）


師：從這段動畫片中你收集到了計時工具的哪些信息？


生：我知道了人類很早就發(fā)明了計時工具，它叫日晷。


生：人類發(fā)明了很多計時工具，我最想研究水鐘了。


生：我知道人類用過燃香和點蠟燭來計時。


生：……


生：計時工具越來越好用了。


師：好用的意思是什么？


生：就是越來越準(zhǔn)。


生：而且用起來越來越方便。


生：……


2.小組合作，展示交流，進一步了解計時工具的特點


師：課前同學(xué)們都收集了一些關(guān)于計時工具的資料，各小組先在組內(nèi)將收集的資料交流一下，然后可以自己確定資料展示的順序，也可以選擇一兩種計時工具的資料在全班進行展示交流。


（學(xué)生分組整理，教師深入各組了解學(xué)生分類的標(biāo)準(zhǔn)，并給予適當(dāng)指導(dǎo)）


師：哪個組先展示一下你們整理好的資料？好，你們組給大家介紹一下吧！


生：我們組收集到很多計時工具的圖片，有日晷、有沙漏、有水鐘、有水運儀象臺、有法國生產(chǎn)的自鳴式機械鐘、有20世紀(jì)人們戴的懷表、有機械擺鐘、有第一塊石英手表，還有原子鐘。


師：了不起，收集到的圖片真多！他們一共收集了多少種計時工具？還有補充的嗎？


生：我們找到的機械鐘還有日本、德國的。


師：這兩個組收集到的都是什么資料？


生：計時工具圖片。


師：還有哪個組想來展示一下？


生：我們了解到日晷是人類最古老的計時工具，漏壺是擺脫了天文現(xiàn)象的計時儀器。 “水運儀象臺”是中國宋朝的機械師蘇頌在公元1088年發(fā)明的。第一塊懷表是1511年，荷蘭人彼得·亨萊茵制成的，但它只有時針而沒有分針和秒針。擺鐘1656年產(chǎn)生于荷蘭天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯的實驗室內(nèi)。第一塊石英手表叫“Seik Astrn”，是1969年由瑞士人創(chuàng)意、日本精工企業(yè)制作的，其價格在當(dāng)時相當(dāng)于一部汽車。美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的銫原子鐘是目前世界上最精確的計時工具，在3億年的時間內(nèi)的誤差不會超過1秒鐘。


師：他們是按什么來整理資料的？


生：是按計時工具出現(xiàn)的時間順序。


生：我們給他們補充幾點：機械鐘的出現(xiàn)大大提高了時鐘的精確度。1350年，第一座機械鬧鐘出現(xiàn)于德國，到16世紀(jì)初，意大利教堂中就響起了機械鐘聲。1583年，伽利略發(fā)現(xiàn)單擺的等時性，這是時鐘歷史上的一大進步。在前人的研究基礎(chǔ)上，1656年，荷蘭天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家惠更斯提出了單擺原理并制作了第一座自擺鐘，從此，時鐘在一天內(nèi)的誤差可以以秒來計算。在1762年，最好的機械表已經(jīng)能夠達到每3天才差1秒鐘的精確程度。這樣的時鐘，即使在如今的日常生活中也足夠用了。但在天文、物理等科學(xué)領(lǐng)域中，人們對時間精確度的要求，卻并不以此為止境。


師：他們補充了什么鐘的資料？


生：機械鐘。


師：你們覺得這種交流有什么好處？


生：別人找到的資料，你就不要浪費時間再去找了。


3.處理信息，比較與分類計時工具，發(fā)現(xiàn)工具的發(fā)展特點


師：你們真棒！現(xiàn)在通過收集整理資料，你們對計時工具有更深了解了嗎？


生：有！


師：那，我來考考你。你們一共收集了多少種計時工具的資料？能按一定的標(biāo)準(zhǔn)給它們分類嗎？


（小組討論，然后匯報交流）


生：我們一共收集了9種計時工具的資料。按時間可以分成兩大類，第一類是古代鐘，有日晷、沙漏、水鐘和水運儀象臺。第二類是近現(xiàn)代鐘，有機械鐘、懷表、機械擺鐘、石英手表、原子鐘。


生：我們有不同的分法。我們把日晷、沙漏、水鐘、水運儀象臺分為一類，這些計時工具材料都是用石頭、鐵針、沙子、水；我們把機械鐘、懷表、機械擺鐘分為第二類，它們是機械鐘；第三類是石英手表；第四類是原子鐘。


生：我認(rèn)為應(yīng)該把日晷單獨分為一類，因為它計時還需要陽光照射它；而沙漏、水鐘、水運儀象臺就不需要。后面我們和他們分的一樣。


師：把日晷分出來，你們同意他們做的修改嗎？


生：同意。


師：這是按什么分的？


生：它們的計時原理不一樣。


師：它們都是怎樣計時的？能簡單說說你的理解嗎？


生：日晷是利用太陽照射時晷針投下的影子計時的。


生：擺鐘是利用擺有規(guī)律的擺動來計時的。


生：石英表是利用石英晶體有規(guī)律的震動計時的。


師：如果我們將這些計時工具的最小精確值比一比，我們會有什么發(fā)現(xiàn)呢？可以小組先研究一下。


生：我們發(fā)現(xiàn)計時工具的最小精確值越來越小。


師：能具體說一說嗎？


生：例如日晷的最小精確值是一刻鐘，就是現(xiàn)在的十五分鐘，而到了擺鐘就到了1秒了，而到了秒表就更小了。


師：最小精確值越來越小有什么好處嗎？


生：測出的時間更準(zhǔn)了。


師：為什么人類能發(fā)明越來越準(zhǔn)的計時工具呢？


生：有很多的發(fā)明家和科學(xué)家的貢獻。


生：人類會積極動腦，會思考。


生：……


師：課后同學(xué)們?nèi)绻袡C會可以到有關(guān)的博物館、科技場館再了解一些計時工具的發(fā)展歷史，如果有新的發(fā)現(xiàn)請告訴大家。


【教學(xué)反思】


本節(jié)課用課件來展示童話故事《原子鐘巡親記》，使學(xué)生真實地了解計時工具的發(fā)展史，激起學(xué)生探究計時工具的愿望。教師要配以親切的語言，講解、展現(xiàn)計時工具的發(fā)展過程。以此引導(dǎo)學(xué)生自主探究，進一步了解有關(guān)計時工具的知識。


收集資料與交流展示是本課教材的重點部分，主要目的是為后面幾課研究具體的計時工具積累資料。此項活動可以引導(dǎo)學(xué)生通過漫游鐘表店、上網(wǎng)、到圖書館看書、走親訪友看計時工具等方法收集資料。但要提醒學(xué)生把收集到的資料隨時記錄下來，這樣便于整理交流。通過收集資料可以調(diào)動學(xué)生腦海里已有的知識和經(jīng)驗，喚起對計時工具的回憶。把收集、整理到的資料拿出來與同伴交流、分享、整理、總結(jié)，需要教師進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)與輔助。


對計時工具進行比較與分類是更宏觀的觀察活動和分析整理資料的過程，是更深層次的觀察和提問，展示從古到今各種計時器的計時多樣性，并初步認(rèn)知計時工具的發(fā)展特點。


【總結(jié)點評】


“學(xué)起于思，思源于疑”，教師要非常注重培養(yǎng)學(xué)生的問題意識。本課由于是單元首課，所以教師組織學(xué)生對計時工具進行一次提出問題的活動，并記錄于“問題銀行”中，這為后續(xù)的學(xué)習(xí)明確了方向。


對資料的整理與展示，教師鼓勵學(xué)生自主選擇展示方案，大膽放手讓學(xué)生自主設(shè)計。但自主探究絕不等同于不管不問、放任自流，教師充分發(fā)揮了其主導(dǎo)作用，使學(xué)生的自主探究和合作交流真正落到了實處。


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1 原子鐘尋親記

版本： 大象版（2024）

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