【教學(xué)分析】


本課屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域，主要活動(dòng)包括：基于上節(jié)課對(duì)自制小水鐘的使用經(jīng)歷，提出保持漏壺中水位不變的新的改進(jìn)目標(biāo)。在此目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，收集關(guān)于三級(jí)漏刻的相關(guān)信息，建立模型認(rèn)知，最終在此基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)單的三級(jí)漏刻模型。對(duì)于學(xué)生來(lái)講，本課有兩個(gè)難點(diǎn)，一是找到保持水位不變的更方便的辦法，二是解決漏壺出水孔大小的比例協(xié)調(diào)難題。


【教學(xué)目標(biāo)】


（1）知道隨著漏壺內(nèi)水位的降低，漏壺滴水會(huì)越來(lái)越慢，這是造成小水鐘變慢的主要原因。古人為解決這一困難發(fā)明了三級(jí)漏刻。用多級(jí)分水的方法可以改進(jìn)自制的小水鐘。


（2）能依據(jù)對(duì)三級(jí)漏刻資料的閱讀理解，改進(jìn)自制小水鐘，發(fā)展實(shí)踐能力和解決實(shí)際困難的能力，在對(duì)改進(jìn)后的小水鐘的測(cè)試評(píng)價(jià)中，繼續(xù)培養(yǎng)反思評(píng)價(jià)能力。


（3）體會(huì)動(dòng)手做的樂(lè)趣，感受經(jīng)過(guò)努力解決困難的喜悅，繼續(xù)引發(fā)對(duì)中國(guó)古人智慧的欽佩之情。


（4）體會(huì)需求對(duì)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用。


【教學(xué)準(zhǔn)備】


材料準(zhǔn)備：


教學(xué)課件：三級(jí)漏刻的資料和圖片、視頻或模型。


學(xué)生制作材料：塑料瓶（形狀規(guī)則的圓筒形最好）、直尺、錐子、美工刀、記號(hào)筆等。


活動(dòng)場(chǎng)地：教室或?qū)嶒?yàn)室。


【教學(xué)過(guò)程】


1.導(dǎo)入活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題


師：上節(jié)課，我們成功地自制了一個(gè)小水鐘，但在測(cè)試時(shí)有一個(gè)發(fā)現(xiàn)，是什么？


生：水流越來(lái)越慢。


師：為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？是什么原因造成的呢？我們?cè)賮?lái)看看滴漏的過(guò)程，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察水流和水位的變化，你有什么發(fā)現(xiàn)？


生：瓶子里的水越少，水流得越慢。


師：是這樣，我們可以看到隨著水的不斷漏出，瓶中水位發(fā)生變化。開始水位高時(shí)，水流速度快，同樣多的水用時(shí)短；慢慢水位降低，水流速度變慢，同樣多的水用時(shí)就越來(lái)越長(zhǎng)，甚至漸漸的就從水流變成水滴了。明白了嗎？


生：原來(lái)原因是水位的變化。


師：其實(shí)古人在很早的時(shí)候，就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象。


（師出示滿城漏壺圖片）


師：同學(xué)們現(xiàn)在看到的是滿城漏壺，一種泄水型水鐘。西漢時(shí)，這種水鐘就已經(jīng)很常見(jiàn)了，但就像我們所發(fā)現(xiàn)的那樣，因?yàn)樗坏淖兓?，使得水流速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致浮箭下降速度不均勻，可以計(jì)時(shí)卻精確度不高。


2.設(shè)計(jì)制作——初步改進(jìn)小水鐘


師：如果想要更準(zhǔn)確地測(cè)量時(shí)間，最需要解決的問(wèn)題是什么？


生：應(yīng)該是水位的問(wèn)題。


師：是的，水位變化導(dǎo)致水流速度發(fā)生變化，所以無(wú)法精確計(jì)時(shí)。我們需要控制泄水壺里的水位不變，保持水流速度穩(wěn)定。那么可以怎樣做呢？


生：可以邊滴水，邊往瓶子里添水，保持瓶子里的水位不往下降。


生：也不能往上升。


師：這種方法可以嗎？


生：可以。


師：那我們就試一試。想一想，具體怎樣操作呢？


（生小組討論）


師：想好怎么做了嗎？


生：先在上面的瓶子里畫一條線，記下水位，然后一個(gè)人往上邊的瓶子里添水，保證水位一直在畫線的地方，一個(gè)人用表計(jì)時(shí)間，一個(gè)人在下面的瓶子上畫線，每10秒畫一次。


師：你們?cè)趺粗浪魉俣确€(wěn)定了呢？


生：看看下面瓶子上畫的線之間的間隔是不是一樣的。


師：還有別的改進(jìn)方案嗎？


生：我們是先往下面瓶子里加水，每加50毫升水在瓶子上畫上線，總共加6次、畫6條線。然后把全部300毫升水倒進(jìn)上面的瓶子里，然后再一人負(fù)責(zé)隨時(shí)往上面瓶子里加水來(lái)保持水位不變，一個(gè)人負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)。下面瓶子里的水每增加50毫升時(shí)記錄一次時(shí)間，看看這樣每流出50毫升水時(shí)間是不是一樣的。


師：這種方法可以嗎？


生：也可以。


師：我觀察到，大家改進(jìn)的都是受水型的水鐘，能不能改進(jìn)泄水型水鐘？


生：老師，泄水型水鐘是靠著水位下降來(lái)計(jì)時(shí)的，沒(méi)法保證水位不變呀？


師：對(duì)，泄水型的水鐘我們不容易改進(jìn)它。那么你們就試一試改進(jìn)受水型水鐘，做好記錄，小組要合作好。


（小組分工合作，初步改進(jìn)受水型水鐘）


3.設(shè)計(jì)制作——進(jìn)一步改進(jìn)小水鐘


師：怎么樣，這次的測(cè)試結(jié)果如何？


生：這次比上節(jié)課要好多了。我們每次測(cè)的大多是18秒。


生：我們每10秒流出的水也是一樣多。


生：……。


師：為大家的成功鼓掌。但是，我們?cè)傧胍幌?，如果在?shí)際的應(yīng)用中，人們這樣做會(huì)遇到什么困難嗎？


生：非常麻煩，得有一個(gè)人專門負(fù)責(zé)不停地加水，會(huì)很累。


生：一個(gè)人恐怕還不夠，他也得吃飯睡覺(jué)呀！


師：這還真實(shí)一個(gè)現(xiàn)實(shí)的困難，那怎么辦呢？


生：如果設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)加水裝置就好了。


師：這個(gè)裝置具體怎么做呢？


生：想不出來(lái)。


師：那我們又得向誰(shuí)請(qǐng)教了？


生：向古人請(qǐng)教。


師：看來(lái)我們一時(shí)還找不到解決這個(gè)難題的好方法。聰明的中國(guó)古人也遇到了這個(gè)困難，他們經(jīng)過(guò)不懈的努力，發(fā)明了一種改進(jìn)版的漏刻，叫三級(jí)漏刻。我們先來(lái)閱讀一下關(guān)于這種計(jì)時(shí)工具的資料。


（小組閱讀資料，收集三級(jí)漏刻信息）


師：看看我們知道了什么。三級(jí)漏刻一共有幾個(gè)壺？分別有什么作用？


生：三級(jí)漏刻一共有三個(gè)壺，最上面的叫天壺，中間的叫平水壺，下面的叫受水壺。


生：不對(duì)，應(yīng)該是四個(gè)壺，還有一個(gè)分水壺。


師：各種壺分別有什么作用呢？


生：天壺是往平水壺里加水的，平水壺是往受水壺里加水的。


生：受水壺就是我們做的水鐘下面的瓶子，平水壺就像是上面的瓶子，天壺就像剛才我們用來(lái)往上面瓶子里加水的瓶子。


師：分水壺的作用呢？


生：平水壺里的水要是加多了就從壺里流到分水壺里。


師：這樣做是為了保證什么？


生：保證平水壺里的水位不變。


師：這個(gè)設(shè)計(jì)怎么樣？


生：古人真是太聰明了，他們給平水壺開個(gè)孔，這樣往平水壺里多加的水可以流到分水壺里，這樣就可以保持平水壺里的水位不變了。


師：我們一起給智慧的中國(guó)古人一點(diǎn)掌聲吧！


師：大家有沒(méi)有信心，模仿古人也做一個(gè)多級(jí)漏刻，讓它自己準(zhǔn)確計(jì)時(shí)呢？


生（齊）：有！


師：好。不過(guò)制作和測(cè)試的時(shí)候遇到新的困難時(shí)，老師希望你們能像古人們學(xué)習(xí)，動(dòng)腦筋、多觀察、想辦法、不氣餒，先預(yù)祝你們成功！


（小組分工合作，進(jìn)一步改進(jìn)小水鐘）


師：遇到了什么新問(wèn)題嗎？


生：我們剛才發(fā)現(xiàn)平水壺里的水還是往下降。


師：是怎么回事？你們解決了嗎？


生：我們發(fā)現(xiàn)平水壺下邊的眼兒太大了，天壺補(bǔ)水供不上。我們把天壺的眼兒也弄大了，就行了。


師：真棒！自己動(dòng)腦筋解決了新問(wèn)題，祝賀你們！


生：我們發(fā)現(xiàn)平水壺里的水還是漸漸往上升，我們把分水的那個(gè)孔捅大了就行了。


師：你們做得也很好。只是分水壺里的水會(huì)很快滿了呀，還得想一想有沒(méi)有別的辦法。


生：我們可以換個(gè)更大的分水壺。


4.反思評(píng)價(jià)，提升認(rèn)識(shí)


師：時(shí)間關(guān)系，我們的改進(jìn)小水鐘只能先到這里了。最后老師想請(qǐng)大家說(shuō)一說(shuō)，這次的改進(jìn)小水鐘活動(dòng)你們有什么收獲？


生：我們知道了保持水位不變，就可以讓小水鐘的水流速度不變。


生：我們知道了古人發(fā)明了三級(jí)漏刻。


師：在經(jīng)驗(yàn)上有什么收獲嗎？


生：遇到困難可以查一查資料，看看以前的人們是怎么解決的。


生：要想成功，小組幾個(gè)人要合作好。


生：遇到困難要?jiǎng)幽X筋，仔細(xì)觀察，認(rèn)真分析。


生：……。


師：說(shuō)得真好！最后老師請(qǐng)大家看一張圖片。古人在不斷研究中，逐步改進(jìn)漏刻，制作出多級(jí)式銅壺滴漏，同學(xué)們現(xiàn)在看到的，是我國(guó)現(xiàn)存最早、最大、最完整的銅壺滴漏，為元代鑄造。整件滴漏由四個(gè)銅壺組成，分別是日壺、月壺、星壺、受水壺。壺上均有壺蓋，壺蓋上有孔，水可以滴入。受水壺的壺蓋上鑄有帶刻度的銅尺，前端有方孔，便于木箭上下浮動(dòng)。這樣龐大的水鐘，它是怎樣工作的呢？我們一起來(lái)看一段視頻。我們所看到的銅壺滴漏，計(jì)時(shí)一晝夜的誤差不超過(guò)40秒，直到1656歐洲人發(fā)明了擺鐘才被超越。在長(zhǎng)達(dá)1500年的時(shí)間里，我國(guó)的多級(jí)式滴漏都是世界上最精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具。如果你想感受它的魅力，在中國(guó)國(guó)家博物館、故宮博物院、北京鼓樓都可以看到不同的多級(jí)滴漏。其中鼓樓的銅壺滴漏還可以自動(dòng)報(bào)時(shí)呢，感興趣的同學(xué)可以去看看?，F(xiàn)在，鼓樓的旁邊還建有北京時(shí)間博物館，藏有圭表、刻漏、渾天儀等各類計(jì)時(shí)儀器。


水鐘完美地避免了日晷必須利用陽(yáng)光的限制，晝夜都可以使用，一直是我國(guó)古代計(jì)時(shí)的主要儀器。從單壺到復(fù)式漏壺，水鐘計(jì)時(shí)越來(lái)越精確。同學(xué)們，追求精準(zhǔn)計(jì)時(shí)，一直是人類的目標(biāo)和動(dòng)力，那么，比多級(jí)滴漏還要精準(zhǔn)的擺鐘是怎樣計(jì)時(shí)的呢？下節(jié)課我們將繼續(xù)了解計(jì)時(shí)工具的發(fā)展。


【教學(xué)反思】


本課的主要活動(dòng)是改進(jìn)小水鐘，核心無(wú)疑是在“改進(jìn)”這個(gè)任務(wù)的完成。它體現(xiàn)了技術(shù)工具的發(fā)明和發(fā)展不是一蹴而就的，而是不斷地改進(jìn)與進(jìn)化的，這種變化是基于人類不斷追求的基礎(chǔ)上的。當(dāng)我們將研究的重點(diǎn)聚焦于想辦法保持水面不變的難題時(shí)，學(xué)生首先想到的是人工加水的方法，教師沒(méi)有武斷地提出不足予以否定，而是組織學(xué)生先按照自己的想法進(jìn)行嘗試，在具體的操作過(guò)程中體會(huì)這種方法的不便之處，從而產(chǎn)生更加方便的新需求。自動(dòng)補(bǔ)水保持水位不變的方法是學(xué)生一時(shí)難以想到的，在了解了多級(jí)漏刻的原型之后，這種設(shè)計(jì)就簡(jiǎn)單了許多，學(xué)生也就表現(xiàn)出挑戰(zhàn)困難的期待。但實(shí)際上他們還將遇到新的困難，比如由于各壺出水孔的大小不同，形成不同的組合，會(huì)造成無(wú)法保持水位不變的境況，這樣就又產(chǎn)生了新的問(wèn)題。而對(duì)于這些新問(wèn)題，教師安排學(xué)生自己去想辦法解決，而不是直接告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做。這樣，解決難題后的興奮與滿足感就會(huì)給學(xué)生一種心靈上的滌蕩。


【總結(jié)點(diǎn)評(píng)】


本單元有一個(gè)重要的教學(xué)目標(biāo)，就是達(dá)成主要概念18中的一些學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括：


18.1舉例說(shuō)出，一項(xiàng)工程運(yùn)用到的科學(xué)技術(shù)和原理，如汽車剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的科學(xué)與技術(shù)。


18.2-1知道工程設(shè)計(jì)的基本步驟包括明確問(wèn)題、確定方案、設(shè)計(jì)制作、改進(jìn)完善等。


18.2-2針對(duì)一個(gè)具體的任務(wù)，按照設(shè)計(jì)的基本步驟來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品或完成指定的任務(wù)。


18.3-1對(duì)自己或他人設(shè)計(jì)的想法、草圖、模型等提出改進(jìn)建議，并說(shuō)明理由。


18.3-2在制作過(guò)程中及完成后進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試和調(diào)整。


本課中對(duì)這些目標(biāo)的達(dá)成集中體現(xiàn)在“改進(jìn)與建議、測(cè)試與調(diào)整”層面，這是本課教學(xué)的主要任務(wù)。而這個(gè)任務(wù)的高效完成必然依托于學(xué)生的科學(xué)思維和動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)歷。所以，給學(xué)生提供他們力所能及的挑戰(zhàn)就成為必須。本課學(xué)生在明確了“保持水位不變”的任務(wù)之后，經(jīng)過(guò)了初步設(shè)計(jì)與嘗試，收集原型信息，再次設(shè)計(jì)與嘗試，又發(fā)現(xiàn)新的困難，繼續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)與嘗試，最終完成任務(wù)。這是一個(gè)不斷發(fā)展、不斷進(jìn)階、難度越來(lái)越大的有序過(guò)程。學(xué)生在不斷挑戰(zhàn)的過(guò)程中，探究能力得以提升，科學(xué)精神得以養(yǎng)成，動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)得以積累，這些都為學(xué)生未來(lái)關(guān)于技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)形成正遷移。


如果有機(jī)會(huì)，教師還可以組織學(xué)生以生活中輸液時(shí)的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種能夠通過(guò)控制水的流速，實(shí)現(xiàn)以一定量的水測(cè)量更長(zhǎng)時(shí)間的滴漏，繼續(xù)增強(qiáng)水鐘的實(shí)用價(jià)值，并使學(xué)生體會(huì)到工具的發(fā)展性特點(diǎn)。


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4 改進(jìn)小水鐘

版本： 大象版（2024）

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