机械摆钟 教学设计1

1教材分析
《机械摆钟》是《时间》单元的第5课，主要研究摆的等时性，进一步认识具有规律性变化的事物可以用作计时。教材分为两部分。第一部分：观察摆钟，发现摆钟来回摆动一次所用的时间总是相等的，即摆钟的摆具有等时性。第二部分：观察我们的摆，研究单摆是否具有等时性。
2学情分析
摆是学生日常生活中常见的物体，动物园中猴子挂在树上摆，荡秋千等都是生活中常见的摆。对于摆的等时性，学生的前概念较多的表现为随着摆的时间的推移，摆会逐渐变慢。而对于“变慢”学生也会有两种理解，第一就是每摆一次的时间会变长，还有一种理解就是看上去变慢了，但是幅度越来越小，不明确每摆一次的时间是否相同。因此，本课要充分从学生的前概念出发，通过丰富的数据帮助学生建立摆具有等时性的科学概念。
3设计思想
1.理解内涵看待技术
机械摆钟之所以能用于计时，关键是摆具有等时性。同时，摆的等时性的发现具有重要的历史意义。因此，本课可以从科学史的角度引入课堂教学，这是理解科学发展的内涵。第二，发现摆的等时性之后再认识机械摆钟，理解了原理之后，再对技术形成新的认识。
2.互动演示习得技能
本课是学生研究摆的第一课，因此实验技能的学习占有重要位置。摆的结构的认识、摆的次数的计数、如何在持续摆动中进行测量等是本课应掌握的重要的实验技能，也是后续学习的基础。因此，可以通过师生互动演示进行实验方法指导，帮助学生习得实验方法，更要理解操作的内涵，所谓知其然，知其所以然。
3.多维证据建构概念
具象学生的前概念。对于摆的等时性，学生的前概念是很丰富的。因此，在学生充分表述其前概念的同时，通过图形帮学生的前概念形象化，是帮助学生理解摆的等时性的前提。
寻找多维数据覆盖前概念。以学生的前概念为基础，通过测量“每摆一次所用的时间”、“每摆10次所用的时间”、“每10秒摆动的次数”收集多维的证据，借助统计图进行分析，通过丰富的数据帮助学生建构科学概念，理解摆的等时性。
4教学目标
经历用多种方式寻找摆的等时性的证据的过程，经过分析、归纳等思维加工，有效达成：能说出同一个单摆具有每摆动一次所需的时间相同的规律，能准确测量单摆在相同时间内摆动的次数或摆动相同次数所需要的时间，感受发现单摆等时性在计时工具发展的重要作用，理解重复实验的意义。
5重点难点
观察和测量单摆在相同时间内摆动的次数或在摆动相同次数所需要的时间，理解摆的等时性。
6教学过程
6.1 第一学时
教学活动
活动1【导入】课前活动：玩秒表。学会秒表的使用方法，感受误差，理解误差。
活动2【导入】一、故事导入，聚焦问题
1.故事引入，[PPT1 出示]：望远镜和伽利略。
（1）引导：同学们，在人类的科学发展史上，有一位伟大的科学家，他发明了望远镜并观测天体取得了大量的成果，你们知道他是谁？
预设：伽利略。
（2）引导：让我们一起来看看，17岁的伽利略又在思考些什么？
[PPT2 播放视频]：伽利略发现摆的等时性片段。
提问：每摆动一个来回的时间相同。如果你是小伽利略，你认为真的是这样吗？
2.初次观察单摆的摆动，猜测摆是否具有等时性。
（1）引导：看，老师也带了个类似的装置到我们的课堂里，这个叫“摆”。（教师现场取出装置，放在演示台上，介绍摆的结构）。
[PPT3 出示]：摆的结构
（2）教师演示：把摆锤拉开一定的幅度，松手后它就自由摆动起来。现在请你仔细观察这个摆的摆动，感觉一下, 每摆一个来回的时间会不会一样？
（3）学生观察单摆摆动（摆绳15cm）。
3.交流汇报。
（1）提问：通过刚才的观察，你认为每摆一次，时间相同吗？说说你的理由？
预设：虽然感觉刚开始快，后来慢，但是摆动的路程不一样，所以每次摆动时间相同。（板书：每摆一次时间相同）
先快后慢（引导：时间先短后长，为什么这样想？）
先慢后快（引导：时间先长后短，说一说这个想法的理由。）
（2）[PPT4 出示]：同一个摆，每摆动一次时间一样吗？
活动3【活动】二、多维探究，寻找证据
1.制定研究方法
（1）引导：同一个摆，每摆动一次的时间到底是不是一样的？小伽利略们，你认为可以用哪些方法来解决这个问题？
（2）学生小组讨论，教师巡视。
（3）交流汇报。
引导：把你们组想到的方法说给大家听一听。
预设（板书）：
测量每摆动1次所用的时间
测量每摆动相同的次数（10次）所用的时间（追问：你们为什么认为这种方法也可以？）
测量在相同的时间（10秒）摆动的次数（追问：这种方法为什么也可以呢？）
2.讨论操作方法
（根据板书逐一讨论操作方法）
（1）测量每摆动1次所用的时间
①提问：同学们很会想办法，这3种方法都可以用来解决这个问题。那么如果用这种方法，该怎么操作？（请提出该方法的学生回答）
②学生演示：
预设1：摆一次，计时，就停住。（追问：接着呢？如果每次只测刚开始摆1次用的时间，那它摆着摆着，到后面每摆1次时间是否会一样，我们知道吗？因此，不仅要测刚开始摆1次的时间，还应该怎样？）
预设2：持续摆动，测一次，再测一次。（追问：为什么要在一直摆动的过程中进行测量？而不是摆一次测量一次，停下来后，再重新摆一次测量一次。）
[PPT5-1出示] 在持续摆动中，随机选择其中的几个一次进行测量；
小结：是的，如果每次都停下来重新测量，我们测得只是刚开始摆的时候摆1次用的时间，后面每摆1次时间是否会一样，我们就不知道了。因此，我们应该在持续摆动的过程中，随机选择其中的几个一次测量时间。
预设3：不知道该如何操作。（请学生小组里试一试）
③生合作演示。
引导：那我们一起来合作测量一次。请一个同学来操作，我负责计时，其他同学负责数数。（请一名学生）我喊3、2、1、放，听到“放”的时候，你让它摆，我同时开始计时。其他同学注意力一定要很集中，一次到了，马上喊“停”，我就根据你们的指令停止计时。准备！3、2、1、放。
预设：学生尝试计数，发现摆一次的标准不一（引导：我怎么听到有人摆到左边时喊停，也有人在摆到右边时喊停，说明出现了一个什么问题？我们来练习一次连续数摆的次数。）
[PPT5-2出示]摆动来回算一次，摆到最高点时计数；
再次演示测量。第一个1次是（ ）秒。
引导：摆在持续摆动，那我们要准备测量下一个摆一次用的时间，它摆到哪里开始计时？（起点处）现在我们要准备第二个1次的计时。（演示计时3、2、1、计）。第二个1次是（ ）秒，不告诉你，等会儿你们自己去测。同样的方法，你可以测第三1次，甚至第四个1次所用的时间。
（2）测量每摆动10次所用的时间
提问：测量每摆动10次所用的时间，这种方法和第一种方法有什么相同点？不同点是什么？
（3）测量每10秒摆动的次数
提问：这种方法的操作上和前两种方法有什么不一样？相同点是什么？
2.强调数据的准确性，明确分组
（1）每个小组选择其中的一种方法进行实验
引导：通过刚才的讨论，发现小朋友们不仅很会思考，而且很善于实践操作。一节课中每个组三种方法都去尝试肯定是来不及的，因此我们每个小组选择其中的一种方法进行实验。全班12个组，每种方法有4个组去做。实验完成快的小组，你可以尝试用另一种方法进行测量。
（2）[PPT5-3 出示]： 出现问题要重做，建议多做几次，确保每次数据的准确性。
引导：注意，在科学测量中，每一个数据都对得出一个科学结论或者发现一个科学规律都及其重要的影响，如果测量错误，连我们得出的结论都将是错的。所以一定要确保每次数据的准确性，并及时记录到对应的实验记录单中。完成后就马上把记录表到交到这里，等会儿请两位同学帮大家的数据输到电脑的汇总表中。
（3）[PPT6 出示]：实验记录单
4.学生根据选择的方法，进行实验。学生把自己组的数据填写在表格中。
5.交流汇报。
（1）引导：刚才每个小组都选择了其中的一种方法进行了实验，而且小组内成员配合地很好，电脑表格中的数据就是我们的实验成果。这些数据符合哪一种猜测呢？
现在我们来仔细分析一下这些数据。先看用第一种方法获得的数据，和我们的哪一个猜测相符合？
（2）分组分析。
a.教师通过Excel表绘制条形统计图（同一个组的数据图形高度差不多，但由于误差，高度略有不同）。
b.展示每摆一次时间先短后长的条形图，用作比较分析。
（3）得出初步结论。
（4）小结：摆的等时性
活动4【活动】　
三、应用延伸，铺垫后文
1.揭示课题
（1）引导：同学们，摆的等时性这个发现可了不起了。人们根据它发明了机械摆钟。（板书：机械摆钟）
2.演示出示：机械摆钟
介绍：这就是它的摆，而且这个摆很有意思，刚刚刚好1秒摆一次。摆的等时性的发现，使我们从日晷、水钟、沙漏等方式粗糙计时达到了更精确的计时水平，而且也让我们计时更方便。