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4.改进小水钟【教学分析】本课属于技术与工程领域，主要活动包括基于上节课对自制小水钟的使用经历，提出保持漏壶中水位不变的新的改进目标。在此目标驱动下，收集关于三级漏刻的相关信息，建立模型认知，最终在此基础上，自行设计与制作简单的三级漏刻模型。对于学生来讲，本课有两个难点，一是找到保持水位不变的更方便的办法，二是解决漏壶出水孔大小的比例协调难题。【教学目标】（1）知道随着漏壶内水位的降低，漏壶滴水会越来越慢，这是造成小水钟变慢的主要原因。古人为解决这一困难发明了三级漏刻。用多级分水的方法可以改进自制的小水钟。（2）能依据对三级漏刻资料的阅读理解，改进自制小水钟，发展实践能力和解决实际困难的能力，在对改进后的小水钟的测试评价中，继续培养反思评价能力。（3）体会动手做的乐趣，感受经过努力解决困难的喜悦，继续引发对中国古人智慧的钦佩之情。（4）体会需求对技术发展的促进作用。教学重点用多级分水的方法可以改进自制的小水钟。教学难点改进自制小水钟。【教学准备】材料准备教学课件三级漏刻的资料和图片、视频或模型。学生制作材料塑料瓶（形状规则的圆筒形最好）、直尺、锥子、美工刀、记号笔等。活动场地教室或实验室。【教学过程】1.导入活动，发现问题师上节课，我们成功地自制了一个小水钟，但在测试时有一个发现，是什么生水流越来越慢。师为什么会出现这种情况是什么原因造成的呢我们再来看看滴漏的过程，请同学们仔细观察水流和水位的变化，你有什么发现生瓶子里的水越少，水流得越慢。 师是这样，我们可以看到随着水的不断漏出，瓶中水位发生变化。开始水位高时，水流速度快，同样多的水用时短；慢慢水位降低，水流速度变慢，同样多的水用时就越来越长，甚至渐渐的就从水流变成水滴了。明白了吗生原来原因是水位的变化。 师其实古人在很早的时候，就发现了这个现象。 （师出示满城漏壶图片）师同学们现在看到的是满城漏壶，一种泄水型水钟。西汉时，这种水钟就已经很常见了，但就像我们所发现的那样，因为水位的变化，使得水流速度不稳定，导致浮箭下降速度不均匀，可以计时却精确度不高。2.设计制作初步改进小水钟师如果想要更准确地测量时间，最需要解决的问题是什么生应该是水位的问题。师是的，水位变化导致水流速度发生变化，所以无法精确计时。我们需要控制泄水壶里的水位不变，保持水流速度稳定。那么可以怎样做呢生可以边滴水，边往瓶子里添水，保持瓶子里的水位不往下降。生也不能往上升。师这种方法可以吗生可以。 师那我们就试一试。想一想，具体怎样操作呢 （生小组讨论） 师想好怎么做了吗 生先在上面的瓶子里画一条线，记下水位，然后一个人往上边的瓶子里添水，保证水位一直在画线的地方，一个人用表计时间，一个人在下面的瓶子上画线，每10秒画一次。 师你们怎么知道水流速度稳定了呢 生看看下面瓶子上画的线之间的间隔是不是一样的。 师还有别的改进方案吗 生我们是先往下面瓶子里加水，每加50毫升水在瓶子上画上线，总共加6次、画6条线。然后把全部300毫升水倒进上面的瓶子里，然后再一人负责随时往上面瓶子里加水来保持水位不变，一个人负责计时。下面瓶子里的水每增加50毫升时记录一次时间，看看这样每流出50毫升水时间是不是一样的。 师这种方法可以吗 生也可以。 师我观察到，大家改进的都是受水型的水钟，能不能改进泄水型水钟 生老师，泄水型水钟是靠着水位下降来计时的，没法保证水位不变呀 师对，泄水型的水钟我们不容易改进它。那么你们就试一试改进受水型水钟，做好记录，小组要合作好。 （小组分工合作，初步改进受水型水钟）3.设计制作进一步改进小水钟 师怎么样，这次的测试结果如何 生这次比上节课要好多了。我们每次测的大多是18秒。 生我们每10秒流出的水也是一样多。 生。 师为大家的成功鼓掌。但是，我们再想一想，如果在实际的应用中，人们这样做会遇到什么困难吗 生非常麻烦，得有一个人专门负责不停地加水，会很累。 生一个人恐怕还不够，他也得吃饭睡觉呀 师这还真实一个现实的困难，那怎么办呢 生如果设计一个自动加水装置就好了。 师这个装置具体怎么做呢 生想不出来。 师那我们又得向谁请教了 生向古人请教。 师看来我们一时还找不到解决这个难题的好方法。聪明的中国古人也遇到了这个困难，他们经过不懈的努力，发明了一种改进版的漏刻，叫三级漏刻。我们先来阅读一下关于这种计时工具的资料。 （小组阅读资料，收集三级漏刻信息） 师看看我们知道了什么。三级漏刻一共有几个壶分别有什么作用 生三级漏刻一共有三个壶，最上面的叫天壶，中间的叫平水壶，下面的叫受水壶。 生不对，应该是四个壶，还有一个分水壶。 师各种壶分别有什么作用呢生天壶是往平水壶里加水的，平水壶是往受水壶里加水的。生受水壶就是我们做的水钟下面的瓶子，平水壶就像是上面的瓶子，天壶就像刚才我们用来往上面瓶子里加水的瓶子。 师分水壶的作用呢 生平水壶里的水要是加多了就从壶里流到分水壶里。 师这样做是为了保证什么 生保证平水壶里的水位不变。 师这个设计怎么样 生古人真是太聪明了，他们给平水壶开个孔，这样往平水壶里多加的水可以流到分水壶里，这样就可以保持平水壶里的水位不变了。 师我们一起给智慧的中国古人一点掌声吧 师大家有没有信心，模仿古人也做一个多级漏刻，让它自己准确计时呢 生（齐）有 师好。不过制作和测试的时候遇到新的困难时，老师希望你们能像古人们学习，动脑筋、多观察、想办法、不气馁，先预祝你们成功 （小组分工合作，进一步改进小水钟） 师遇到了什么新问题吗 生我们刚才发现平水壶里的水还是往下降。 师是怎么回事你们解决了吗 生我们发现平水壶下边的眼儿太大了，天壶补水供不上。我们把天壶的眼儿也弄大了，就行了。 师真棒自己动脑筋解决了新问题，祝贺你们 生我们发现平水壶里的水还是渐渐往上升，我们把分水的那个孔捅大了就行了。 师你们做得也很好。只是分水壶里的水会很快满了呀，还得想一想有没有别的办法。 生我们可以换个更大的分水壶。4.反思评价，提升认识 师时间关系，我们的改进小水钟只能先到这里了。最后老师想请大家说一说，这次的改进小水钟活动你们有什么收获 生我们知道了保持水位不变，就可以让小水钟的水流速度不变。 生我们知道了古人发明了三级漏刻。 师在经验上有什么收获吗 生遇到困难可以查一查资料，看看以前的人们是怎么解决的。 生要想成功，小组几个人要合作好。 生遇到困难要动脑筋，仔细观察，认真分析。 生。 师说得真好最后老师请大家看一张图片。古人在不断研究中，逐步改进漏刻，制作出多级式铜壶滴漏，同学们现在看到的，是我国现存最早、最大、最完整的铜壶滴漏，为元代铸造。整件滴漏由四个铜壶组成，分别是日壶、月壶、星壶、受水壶。壶上均有壶盖，壶盖上有孔，水可以滴入。受水壶的壶盖上铸有带刻度的铜尺，前端有方孔，便于木箭上下浮动。这样庞大的水钟，它是怎样工作的呢我们一起来看一段视频。我们所看到的铜壶滴漏，计时一昼夜的误差不超过40秒，直到1656欧洲人发明了摆钟才被超越。在长达1500年的时间里，我国的多级式滴漏都是世界上最精准的计时工具。如果你想感受它的魅力，在中国国家博物馆、故宫博物院、北京鼓楼都可以看到不同的多级滴漏。其中鼓楼的铜壶滴漏还可以自动报时呢，感兴趣的同学可以去看看。现在，鼓楼的旁边还建有北京时间博物馆，藏有圭表、刻漏、浑天仪等各类计时仪器。 水钟完美地避免了日晷必须利用阳光的限制，昼夜都可以使用，一直是我国古代计时的主要仪器。从单壶到复式漏壶，水钟计时越来越精确。同学们，追求精准计时，一直是人类的目标和动力，那么，比多级滴漏还要精准的摆钟是怎样计时的呢下节课我们将继续了解计时工具的发展。【教学反思】本课的主要活动是改进小水钟，核心无疑是在“改进”这个任务的完成。它体现了技术工具的发明和发展不是一蹴而就的，而是不断地改进与进化的，这种变化是基于人类不断追求的基础上的。当我们将研究的重点聚焦于想办法保持水面不变的难题时，学生首先想到的是人工加水的方法，教师没有武断地提出不足予以否定，而是组织学生先按照自己的想法进行尝试，在具体的操作过程中体会这种方法的不便之处，从而产生更加方便的新需求。自动补水保持水位不变的方法是学生一时难以想到的，在了解了多级漏刻的原型之后，这种设计就简单了许多，学生也就表现出挑战困难的期待。但实际上他们还将遇到新的困难，比如由于各壶出水孔的大小不同，形成不同的组合，会造成无法保持水位不变的境况，这样就又产生了新的问题。而对于这些新问题，教师安排学生自己去想办法解决，而不是直接告诉学生应该怎么做。这样，解决难题后的兴奋与满足感就会给学生一种心灵上的涤荡。【总结点评】本单元有一个重要的教学目标，就是达成主要概念18中的一些学习目标，包括18.1举例说出，一项工程运用到的科学技术和原理，如汽车刹车系统的设计中运用到的科学与技术。18.2-1知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善等。18.2-2针对一个具体的任务，按照设计的基本步骤来设计一个产品或完成指定的任务。18.3-1对自己或他人设计的想法、草图、模型等提出改进建议，并说明理由。18.3-2在制作过程中及完成后进行相应的测试和调整。本课中对这些目标的达成集中体现在“改进与建议、测试与调整”层面，这是本课教学的主要任务。而这个任务的高效完成必然依托于学生的科学思维和动手实践经历。所以，给学生提供他们力所能及的挑战就成为必须。本课学生在明确了“保持水位不变”的任务之后，经过了初步设计与尝试，收集原型信息，再次设计与尝试，又发现新的困难，继续改进设计与尝试，最终完成任务。这是一个不断发展、不断进阶、难度越来越大的有序过程。学生在不断挑战的过程中，探究能力得以提升，科学精神得以养成，动手经验得以积累，这些都为学生未来关于技术与工程领域的学习形成正迁移。如果有机会，教师还可以组织学生以生活中输液时的经验为基础，设计一种能够通过控制水的流速，实现以一定量的水测量更长时间的滴漏，继续增强水钟的实用价值，并使学生体会到工具的发展性特点。
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