教科版科学五上 计量时间 4机械钟摆 教学设计

《机械钟摆》教学设计
教学目标：
1、摆的快慢可能受到一个或多个因素影响，需要通过控制变量进行研究。
2、根据数理逻辑推理方法，推测影响摆快慢的相关因素并设计实验，学习控制变量的实验设计方法。
3、激发学生对影响摆快慢因素的研究兴趣与面对不同意见时的批判意识。
教学重点：
引导学生分析可能影响摆快慢的因素，进行控制变量的实验设计。
教学难点：
推理摆速可能会受到影响的相关因素，论证中形成共识：多因素影响的实验需要控制变量的实验方法，并设计实验。
教学准备：
学生准备：
每组制作好的摆一套、秒表一块、实验设计单 1 份/人。
教师准备：
制作好的摆一套，秒表一块、课件 ppt、尺子一块。教学过程
教学过程
(一)引入课题，聚焦钟摆。
教师灯片展示计时工具，谈话计时工具科学史，引入机械摆钟。学生观察机械摆钟结构特征，描述机械摆钟摆的特点。教师揭示研究对象及课题。
【设计意图：通过了解计时工具发展的科学史，认识机械摆钟，发现摆的摆动是很有规律的（一定的频率），让学生聚焦机械摆钟的摆，激发学生研究兴趣。】
（二）推理探讨，猜测因素
1、学生分组测量自制摆摆动10 次的时间。汇总数据并发现：各个小组的摆次数相同，所用时间却不同。原来认知中有“规律”的摆，摆动的快慢并不是一样的，形成认知冲突。
2、推理影响摆快慢的因素。
学生认识摆的结构组成部分，推理影响摆快慢的因素。老师引导学生围绕摆结构相关的三个组成部分讨论，通过数理逻辑推理方法，推导出影响摆快慢的 7 种可能因素。
【设计意图：学生的认知中，摆的规律（等时性）就是一秒一次的摆动现象，通过制造不同的摆快慢（频率）不同的教学情景，引发学生认识冲突。更为重要的是，学生积极地对相关影响因素的分析是散乱的，缺乏逻辑思维理性的。老师此时通过借助数理逻辑推理，帮助学生对三个（即多个）相关结构部分进行理性地思考，推理出7种可能影响摆快慢的因素，提升学生分析推理能力。】
（三）探讨方法，设计实验
1、探讨猜测，设计单因素影响的实验。针对7 种猜测展开探讨。
（1）每一种情况可能如何影响摆的快慢？
（2）要采用什么方法？
（3）收集什么样的证据？
（4）准备什么材料来开始探究？
指导学生对单一影响因素集中讨论，形成假说。选择一种单因素进行讨论，形成采取对比实验的共识，并明确收集某一因素不同情况下的摆动时间数据进行比较。
预设1：学生若只达到简单对比，改变研究的因素，不考虑其他两个因素。暂时认可学生的共识，通过在多因素共同影响下的实验设计中认识需要控制变量的必要性。
预测2：学生对比研究某一因素，同时考虑到另外两个因素需要保持不变。老师则指导形成相对完整的实验设计，明确多因素影响下需要控制变量。
2、论证多因素影响实验设计。
学生小组设计实验，集中交流完善。学生根据单一影响因素的实验设计，对较以前更为复杂的多因素共同影响情况开展小组讨论。
预设学生设计1：同时改变几个变量进行，测量不同情况下，摆摆动相同次数所用的时间，比较测量的结果。（仅关注数据比较结果，未达到研究变量与数据关系的思维程度。）
预设学生设计2：每一次只改变一个影响因素，其他因素不改变。（关注结果需要什么数据或信息来证实，思考到需要控制其他可变量才能进行有效比较。）
交流各组初步设想，论证中发现多因素共同影响情况难以同时进行研究，必须控制研究变量外的其他变量才能等到有“说服力”的数据 在探讨中形成共识：多个因素影响的情况需要通过控制变量的方法开展实验。
【设计意图：从猜测到形成假说是学习发展的一个过程，英国国家科学课程标准中将学习假说分成三个阶段，学生进行预见和自主决策能力的培养受到老师关注，当学生推理各种影响因素并将决定展开研究的时候，帮助学生进一步思考这一影响因素下可能会发生什么？我们可以找到什么样的证据，需要什么样的方法与材料，这就是猜测形成假设的过程。同时老师对学生的实验能力
（操作、收集数据等）在教学中往往很重视，但是实验设计能力发展却缺乏相应的培养。借助本课教学内容老师期望帮助学生运用简单对比实验方法研究问题的基础上，经历不同设计方案的论证，最终找到适合的方法：多因素影响的实验需要更为复杂的方法——控制变量的对比实验。从而提升学生的相关能力，树立学习成就感。】
(四)总结课堂，鼓励探究。
今天这节课我们推导出7种可能影响摆快慢的因素，并在实验设计中认识到对于多因素影响的实验，需要通过控制变量的实验方法来开展研究。面对需要解决的问题，我们已经走出了成功的一步。究竟是什么因素影响的，下节课，我们一会找到答案！
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