资源简介

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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
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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