教科版(2017秋)小学科学五年级上册第三单元《计量时间》大单元整体教学设计

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名称 教科版(2017秋)小学科学五年级上册第三单元《计量时间》大单元整体教学设计
格式 docx
文件大小 1.3MB
资源类型 试卷
版本资源 教科版(2017秋)
科目 科学
更新时间 2025-08-01 22:00:28

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文档简介

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基 本 信 息
学科 小学科学 版本 教科版
年级 五年级上册
单元名称 第3单元《计量时间》
单元主题 时间的密码——从自然节律到精准计时
课时安排 8课时
一、单元主题
时间的密码——从自然节律到精准计时
二、单元大情景
"时间博物馆策展人"挑战计划 学生化身"时间博物馆策展人",通过7项任务破解计时奥秘:
1.破解日影计时密码(《时间在流逝》)
2.解密水流计时原理(《用水计量时间》)
3.制作水钟模型展品(《我们的水钟》)
4.探究摆的等时奥秘(《机械摆钟》)
5.优化摆钟精度方案(《摆的快慢》)
6.制作精准摆钟模型(《制作钟摆》)
7.策划现代计时科技展(《计量时间和我们的生活》)
最终举办"时间演进史"主题展览
三、课程标准分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.2工程的关键是设计(5~6年级)
通过设计与制作计时工具,理解"稳定周期运动"是精准计时核心原理
学段目标 (3-4年级) ①设计对比实验探究影响计时精度的因素(水流/摆速)
②制作计时模型(水钟/摆钟)并迭代优化
③分析计时工具演进与社会发展的关系
四、单元教材分析
本单元包括《时间在流逝》、《用水计量时间》、《我们的水钟》、《机械摆钟》、《摆的快慢》、《制作钟摆》和《计量时间和我们的生活》这7课内容。
《时间在流逝》旨在引导学生通过观察自然现象(如日影变化)和燃香实验,感知时间流逝的规律。探究古人计时工具(日晷、圭表)的原理,理解“天”作为时间单位的意义。并尝试绘制日影轨迹图,记录燃香分段耗时,建立时间与现象的联系。
《用水计量时间》通过水流实验验证“水位变化导致流速不均”的现象。设计对比实验:测量相同水量(50ml)在不同水位下的流出时间,发现“水位越低,流速越慢”。并引入古代水钟原理,理解“稳定水流”是精准计时的关键。
《我们的水钟》核心内容为实践工程设计流程:设计→制作→测试→改进。制作简易受水型水钟(塑料瓶重叠结构),标记刻度并测试计时误差。并通过调整孔径或水位维持装置优化水流稳定性。
《机械摆钟》探究摆的等时性:同一摆在相同时间内摆动次数恒定。观察摆钟结构(摆绳+摆锤),记录1分钟摆动次数(如60次)。并通过实验发现:摆幅减小不影响摆动次数,为精准计时奠定基础。
《摆的快慢》通过控制变量实验,验证摆速与摆绳长度的关系(摆绳越短,摆动越快)。排除干扰因素:摆锤质量、摆动幅度不影响摆速。最终得出关键结论:摆速仅由摆绳长度决定。
《制作钟摆》应用“摆速原理”制作1分钟摆动60次的摆。采用“对分法”调试摆绳长度(从30cm逐步缩短至约25cm)。并通过测15秒是否摆动15次,再推算1分钟精度。
《计量时间和我们的生活》对比古今计时工具(日晷→水钟→摆钟→石英表→原子钟),分析精度差异。讨论精准计时的意义:航天发射、体育竞赛、交通信号等场景的应用。并渗透科学史:伽利略发现摆的等时性,原子钟(2000万年误差1秒)的科技突破。
这7课之间按照知识递进的逻辑关系框架排布:
1.纵向递进:
从自然现象(第1课)到工具原理(第2-3课),再到机械结构(第4-6课),最终升华至科技与社会(第7课)。
2.能力进阶:
观察认知(日影/燃香)→ 实验探究(水流/摆速)→ 工程设计(水钟/摆钟)→ 批判应用(现代计时意义)。
3.核心概念聚焦:
贯穿“时间测量工具的精度提升”主线,突出“稳定周期运动”(水流均匀性→摆的等时性)是计时精度的科学基础。
最终通过本单元学习,学生将经历“现象观察→原理探究→技术创造→社会反思”的完整科学实践链条,理解“计时工具演进是人类对自然规律不断探索与应用的结果”,培养工程思维与科学史观。
五、教学目标
科学观念 1.解释日影/水流/摆动的计时原理 2.理解"稳定周期运动"是精准计时核心
科学思维 1.设计对比实验(如三组摆:变绳长/质量/幅度) 2.分析计时工具演进逻辑(精度提升需求驱动)
探究实践 1.制作两级水钟(误差≤2分钟) 2.调试精准摆钟(1分钟60±1摆)
态度责任 1.设计"校园守时倡议书" 2.制作计时工具演进时间轴
六、学情分析
1.年龄特点:五年级学生具象思维为主,热衷动手实验
2.认知基础:
(1)已知钟表计时,但未探究原理
(2)具备基础测量能力(量筒/秒表)
3.学习难点:
(1)理解"水位影响流速"的流体力学原理
(2)控制摆速实验变量(绳长/质量/幅度)
七、活动设置
1 日影追踪者 探究日影-时间关系 校园日影测量(每小时标记铅笔影长)+绘制轨迹图(数学)
2 水流计时师 发现水位-流速关联 分层水位实验(量筒+输液管测流速)+制作数据海报(美术)
3 水钟设计师 优化水钟稳定性 塑料瓶制作两级水钟+蜡封调孔(工程)
4 摆的观察员 验证摆的等时性 慢动作视频分析摆幅变化(信息技术)
5 摆速侦探社 探究摆速影响因素 三组对比实验(变绳长/质量/幅度)
6 摆钟工程师 制作精准摆钟 激光笔标记摆锤路径+投影刻度(物理光学)
7 时间策展人 策划计时科技展 制作"古今计时精度对比"展板(历史)
八、教学方法
1.工程迭代法:
水钟制作:设计→漏水测试→蜡封加固→精度优化
2.可视化探究:
用慢动作视频分析摆幅衰减(手机0.5倍速拍摄)
3.辩论式教学:
终课辩论:"电子表能否取代机械表?"
九、学习方法
1.合作角色分工:
4人小组:实验操作员/数据记录员/误差分析师/汇报员
2.数学建模:
绘制"摆绳长度-摆动次数"函数图(20cm→80摆/分,25cm→60摆/分)
3.迁移应用:
将摆钟原理迁移解释秋千摆动规律
十、评价策略
(一)单元总体评价策略
过程性评价 实验记录单+模型迭代日志 50%
成果性评价 计时模型精度测试 30%
表现性评价 "时间博物馆"展览解说 20%
(二)分活动评价表
活动1:日影追踪者(对应《时间在流逝》)
观察记录 记录3次日影长度 绘制日影变化折线图 分析日影长度与太阳高度角关系
实验操作 完成燃香计时实验 记录3段燃香时间数据 计算平均燃速(cm/min)
原理理解 说出日晷计时原理 解释"立竿见影"科学依据 对比不同纬度日影差异
活动2:水流计时师(对应《用水计量时间》)
实验设计 完成基础水位实验 设计3组水位对比方案 控制孔径/水温等变量
数据记录 记录1组流速数据 绘制"水位-流速"关系图 计算流速变化率(ml/s )
结论归纳 复述"水位低流速慢" 用压强原理解释现象 分析古代水钟蓄水槽设计原理
活动3:水钟设计师(对应《我们的水钟》)
模型制作 组装两级水钟结构 标注时间刻度(误差≤5min) 添加水位稳定装置(如浮阀)
问题解决 发现1处漏水问题 解决2处结构缺陷 优化3项性能(精度/耐用性)
测试分析 完成单次计时测试 记录3次测试误差值 提出误差改进方案
工程思维 按图纸制作 调整孔径提升精度 创新设计可调节流速装置
活动4:摆的观察员(对应《机械摆钟》)
实验操作 完成15秒摆动计数 准确完成3组等时性验证 慢动作视频分析摆动轨迹
数据记录 记录单次摆动次数 制作"时间-次数"数据表 计算不同摆幅周期变化率
原理理解 说出"等时性"概念 解释伽利略教堂吊灯发现 分析钟表擒纵机构工作原理
工具使用 正确使用秒表 规范操作手机慢拍功能 自制摆幅测量仪
活动5:摆速侦探社(对应《摆的快慢》)
变量控制 完成单变量(绳长)实验 设计双变量(绳长+质量)实验 创新三变量(绳长+质量+幅度)方案
数据分析 记录1组数据 绘制"绳长-周期"曲线图 建立数学模型(T=2π√(L/g))
结论提炼 说出"绳短摆快" 解释单摆周期公式 论证摆速与重力加速度关系
误差处理 发现数据异常 分析误差来源(如空气阻力) 提出减小误差实验方案
活动6:摆钟工程师(对应《制作钟摆》)
制作精度 完成摆钟组装 调试至1分钟60±3摆 精准控制60±0.5摆
测量技术 使用直尺测量绳长 应用游标卡尺精确测量 设计激光测距校准装置
创新应用 添加装饰性元素 改进摆锤连接方式 设计摆钟自动报时功能
工程测试 完成基础功能测试 连续3次计时误差<2秒 制作《调试日志》记录优化过程
活动7:时间策展人(对应《计量时间和我们的生活》)
信息整合 列举3种计时工具 制作"计时工具演进时间轴" 分析各时期精度突破关键技术
科学表达 完成1块展板内容 设计交互式展览装置(如触屏时间轴) 录制科普解说视频(含中英字幕)
批判思维 指出电子表优势 辩证分析机械表不可替代性 论证北斗卫星授时系统战略价值
创新设计 绘制未来计时器草图 制作3D打印概念模型 编写"时空胶囊"计时装置方案书
十一、作业设计
活动1:日影追踪者(对应《时间在流逝》)
基础作业 绘制正午日影长度变化折线图(连续3天) ★:1天数据
★★:3天数据+简单折线
★★★:标注太阳高度角变化规律
提升作业 用燃香实验计算时间(燃烧3cm记录时长) ★:记录单次时间
★★:3次取平均+单位
★★★:建立燃速公式(cm/min)
拓展作业 制作简易日晷模型(纸盘+吸管) ★:完成模型
★★:标注4个时辰刻度
★★★:实测误差≤15分钟
活动2:水流计时师(对应《用水计量时间》)
基础作业 记录不同水位(高/中/低)下流出50ml水的时间 ★:1组数据
★★:3组数据+单位
★★★:绘制"水位-时间"柱状图
提升作业 分析古代水钟蓄水槽设计原理 ★:描述蓄水槽形状
★★:解释水位稳定机制
★★★:对比现代水塔设计
拓展作业 设计"匀速水流装置"(附设计图) ★:草图有进水/出水
★★:标注水位控制部件
★★★:实测流速波动≤10%
活动3:水钟设计师(对应《我们的水钟》)
基础作业 制作双瓶水钟并标记3个时间刻度 ★:完成组装
★★:刻度误差≤5分钟
★★★:添加防漏密封设计
提升作业 测试水钟计时误差(早/中/晚各1次) ★:记录1次误差
★★:分析温度影响
★★★:提出粘度补偿方案
拓展作业 设计"水钟自动报时装置"(如浮标铃铛) ★:画出机械结构
★★:说明触发原理
★★★:制作原型并演示
活动4:摆的观察员(对应《机械摆钟》)
基础作业 记录单摆15秒内摆动次数(3次取平均) ★:1次计数
★★:3次取平均
★★★:计算摆动频率(次/分)
提升作业 用手机慢动作视频分析摆幅衰减 ★:拍摄视频
★★:标注5个摆幅点
★★★:绘制"时间-摆幅"衰减曲线
拓展作业 制作摆钟擒纵机构模型(卡纸+回形针) ★:完成基础结构
★★:实现"一擒一纵"动作
★★★:解释能量传递原理
活动5:摆速侦探社(对应《摆的快慢》)
基础作业 对比30cm/50cm绳长的摆速(15秒) ★:记录1组数据
★★:记录2组+结论
★★★:建立绳长-周期关系表
提升作业 设计三变量实验(绳长/质量/幅度) ★:控制1个变量
★★:控制2个变量
★★★:三变量正交实验设计
拓展作业 撰写《伽利略与比萨大教堂的灯》科学史报告 ★:300字简述
★★:配实验原理图
★★★:分析对现代钟表的影响
活动6:摆钟工程师(对应《制作钟摆》)
基础作业 调试1分钟60摆的摆钟(绳长约25cm) ★:误差≤5摆
★★:误差≤2摆
★★★:误差≤0.5摆
提升作业 用激光笔投影法标记摆锤轨迹 ★:显示光点轨迹
★★:标注摆动角度
★★★:测量振幅衰减率
拓展作业 设计"光控自动校时摆钟" ★:概念草图
★★:光敏电阻定位方案
★★★:编程模拟校时(Scratch)
活动7:时间策展人(对应《计量时间和我们的生活》)
基础作业 制作"计时工具演进"时间轴(5个阶段) ★:3个阶段+图片
★★:5个阶段+关键事件
★★★:标注精度数量级提升
提升作业 分析GPS卫星授时原理 ★:描述"原子钟+相对论校正"
★★:解释30ns精度意义
★★★:计算1ns误差对应距离
拓展作业 策划"未来计时科技"展览方案 ★:1个展区设计
★★:3个互动体验项目
★★★:编写AR导览脚本
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