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2026年版 大象版科学大象版科学六年级上册 第五单元《计时工具的发展》 4.改进小水钟 教学设计
单元 《计时工具的发展》 课题 4.改进小水钟 课时 1
核心 概念 12.技术、工程与社会 13.工程设计与物化 学习内容 12.2技术与工程改变了人们的生产和生活 13.3工程是设计方案物化的结果
内容要求 12.2高③知道技术对提高生产效率或工作效率的影响，举例说明应用适当技术可以提高生产效率或工作效率，应用所学科学原理设计并制作出可以提高效率的作品。 13.3高④利用工具制作简单的实物模型，根据实际反馈结果进行改进并展示。
教学目标 科学观念（对客观事物的总体认识） 科学思维（对客观事物的认识方式） 探究实践（科学探究能力 技术与工程实践能力 自主学习能力） 态度责任（科学态度 社会责任）
科学观念 知道古代三级漏刻由天壶、平水壶、分水壶组成，理解平水壶溢流稳压、恒定水位保障水流匀速的核心原理，知晓多级漏刻可弥补单级水钟流速不均、计时不准的缺陷；通过改进小水钟，理解“结构与功能”的跨学科概念，知道“系统关键部件的材料、形状以及部件间的关系，决定了系统的功能”；通过改进小水钟的活动，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。 科学思维 能基于“水位稳定则流速稳定”的假设，运动演绎推理推测小水钟的改进方法并进行设计制作，再通过实测验证改进后的小水钟的准确性。 探究实践 能依据三级漏刻原理绘制改良草图，自主完成稳压水钟的组装、调试与实测，规范记录实验数据，并结合实测结果完成装置二次迭代优化。 态度责任 在好奇心驱使下，表现出对现象发生原因的因果兴趣；体悟我国古代三级漏刻技术的智慧，敬佩古人精益求精的工匠精神，养成尊重实证、严谨调试的探究素养。
教学 重点 完整经历迭代改进的工程流程，理解恒定水位是水流匀速、计时准确的核心条件。
教学 难点 调试小水钟，协调天壶出水速度、平水壶分水孔大小、出水口流速三者关系，解决水位持续下降、溢水过多、流速过快等实操故障。
教学 准备 教师：水钟发展史图文或视频资料、三级漏刻模型、三级漏刻结构示意图、备用创可贴，多媒体课件等。
学生：规整塑料瓶、塑料吸管、美工刀、锥子、纸条、胶水、直尺、记号笔、橡皮泥、电子秒表，实验记录单等。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图 教学提醒与备注
一、问题情境（5分钟） 1．情境引入，聚焦装置缺陷，催生迭代改良需求。 师：上节课我们亲手制作了泄水型和受水型小水钟，并且完成了实测。谁能结合自己的实验数据，说一说你的水钟存在什么问题？ 生：水越流越少，水位变低，水流速度变慢，同样10秒的时间间隔，水位上升高度越来越小，造成刻度不均匀，或者刻度均匀时计时又不准确。 师：大家的实测数据都证明了，我们上节课制作的小水钟无法保持水流匀速，存在天然的结构缺陷。那有没有办法进行改进使它计时准确呢？ 生1：水位的高低影响水流速度的快慢，如果能持续给泄水壶加水，让它的水位保持稳定，那么它的水流速度就会保持稳定，就能准确计时了。 生2：这样要有人专门给泄水壶持续加水，太不方便了，能不能设计一种什么样的结构，让小水钟具有自动保持水位不变的功能？ 生3：我想到一种方法，不过只能用于受水型水钟的改进，就是在泄水壶上方再加一个比较大的壶，让它的流速大于泄水壶的流速，这样多余的水就会溢出来，这样泄水壶的水位就会一直保持满着的水位不变。再想办法把溢出来的水导到别处去，别流到受水壶里，避免影响受水壶的读数。 师：同学们的创新能力太强了。其实，古人也发明了这种自动保持水位的结构，请大家阅读《三级漏刻》，看看古人是怎样保持水位稳定的。 （学生阅读材料并交流） 生：古人用三级漏刻的方法来保持水位稳定，设计更巧妙，使用更方便。我们刚才说的“泄水壶”，在三级漏刻里称为“平水壶”，平水壶以均匀的速度向受水壶里流水，就能通过受水壶水位变化来测量时间了。平水壶上方加的天壶是用来技术给平水壶加水的，天壶的流速要略高于平水壶向受水壶流水的速度，多余的水通过平水壶侧面开的分水孔流向分水壶里，这样溢出来的水就不会影响受水壶的读数了。 师：你分析得非常正确。大家都理解三级漏刻的原理了吗？ 生：理解了。 师：今天我们就借鉴古人的智慧，迭代改进小水钟，打造我们自己的三级水钟，看看能不能实现刻度均匀而且计时准确。（板书课题：改进小水钟） 【设计意图】 依托上节课实测数据创设问题情境，以学生亲手发现的装置缺陷为切入点，作出“水位稳定则流速稳定”的假设，并以此假设为前提，推测改进小水钟实现水流速度稳定的结构。 预留时间阅读材料，鼓励学生用自己的话复述三级漏刻工作流程，理解稳压原理。
二、探究与结论（20分钟） 2.任务与要求，明确量化工程改良标准。 师：既然大家理解了三级漏刻的原理，我们就可以参考三级漏刻来改进我们的小水钟了。在设计和制作改进的小水钟之前，我们先明确两项量化工程验收标准： ①结合古代三级漏刻原理，完成由天壶、平水壶、分水壶组成的稳压式改良水钟，装置结构完整、组装规范； ②通过实测验证改良效果，平水壶水位基本保持恒定，水流流速均匀，受水壶刻度分布均匀，计时误差较单级水钟显著减小。 3.设计与制作：基于等时性原理和水位稳定则流速稳定的假设设计制作三级小水钟。 师：明确了设计制作的目标，现在请各小组讨论交流，选择需要的工具和材料，制订改进方案。 （小组交流讨论改进方案并汇报交流） 生：我们组讨论后认为，改进小水钟需要的材料有两个粗细均匀的塑料瓶、一根塑料吸管、纸条、胶水、橡皮泥，需要的工具有美工刀、锥子、直尺、记号笔、电子秒表等。制作的步骤是： ①将两个塑料瓶都从中间切成上下两部分，两个上半部分分别作为天壶和平水壶，两个下半部分分别作为受水壶和分水壶。 ②在平水壶的侧面开一个和吸管截面大小一致的分水孔，通过分水孔分流，可以保持平水壶中的水位稳定。 ③给平水壶和天壶的瓶盖各开一个孔，且天壶的孔略大。如果天壶的孔小，天壶的水流速慢，平水壶中的水位就会持续下降。 ④将平水壶组瓶口朝下装到受水壶上，再将天壶瓶口朝下组装到平水壶上。 ⑤用吸管连接平水壶的分水孔和分水壶，再用橡皮泥密封分水口和吸管间的缝隙。 三级小水钟制作好后，给天壶加满水，天壶的水会持续流到平水壶中，在平水壶分水孔的作用下，平水壶的水位会保持稳定，平水壶向受水壶中流水的速度也会保持稳定，这样就能实现准确计时了。 师：说得非常好，不仅思路清晰，还说明了每一步设计的意图。其他小组还有什么补充或者建议吗？ 生1：使用锥子、美工刀等工具的时候要注意安全。 生2：还要在受水壶侧面贴上纸条，可以在上边画时间刻度。 师：这点很重要，那么请你说一下，应该怎样画时间刻度呢？ 生：开始时要先堵住平水壶的出水口，给平水壶加水到分水孔的高度。再给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。这时开始计时，然后每隔10秒观测受水壶的水位变化，根据不同时间的水位画上刻度，这些刻度就可以用来计时了。 师：你认为这些刻度会是均匀的吗？ 生：我猜想会是均匀的，因为通过分水孔的作用，平水壶的水位会保持稳定，水流具有等时性，所以这些刻度应该是均匀的，而且计时也应该是准确的。 师：现在请各小组完善自己的设计方案，领取制作工具和材料，根据自己的设计方案制作三级小水钟。 （小组领取材料，根据设计方案分步开展制作，检查是否有松动、错位、漏水等问题并进行必要的调整） 师：现在各小组都完成制作了，下一步需要通水试运行了，看看平水壶的水位能否保持稳定。 （小组测试平水壶能否保持水位稳定） 生1：我们的平水壶水位可以保持稳定。 生2：我们的也能保持稳定。 生3：我们的水位持续降低，应该是天壶的出水孔太小了，我们需要加大再测试一下。 生4：我们的水位会超过分水孔，检查吸管也没有弯折的地方，可能是分水孔太小了，或者天壶的出水孔太大了，我们需要先检查一下确定原因再改进一下。 …… （小组进行必要调整，使平水壶水位能够保持稳定） 师：现在每个小组都实现了平水壶的水位稳定，接下来可以标记时间刻度了。先把受水壶里的水全部倒掉，保留平水壶中的水。再堵住平水壶的出水口，给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。这时开始计时，并在纸条上标记0刻度。然后每隔10秒观测受水壶的水位变化，根据不同时间的水位用记号笔在受水壶对应位置画上不同时间的刻度。 （小组通过实验测量画时间刻度） 师：现在每个小组都画好了时间刻度，请你们测量一下，这些刻度是不是均匀的？ 生：是均匀的。 【设计意图】 将模糊的“改进小水钟”拆解为可落地、可检验的量化工程任务，引导学生自主拆解结构功能、梳理制作目标，培养标准化工程设计思维与问题拆解能力。 【设计意图】 聚焦本课核心工程迭代任务，让学生完整经历从方案设计、自主加工、组装调试到刻度标定的闭环工程实践，实现从上一课制作的小水钟到三级小水钟的迭代升级。在动手实操中深化对三级漏刻稳压结构的认知，培养方案设计、动手制作、问题调试的实践能力，完成从理论原理到实物改良的转化，层层落实科学思维与探究实践核心素养。 板书两条改良标准，贯穿整节课制作、测试环节，作为小组自评互评依据。
三、展示与改进（7分钟） 展示与改进：实测对比，互评迭代优化。 师：现在每个小组都完成了三级小水钟的制作和调试，画好了均匀的刻度，最后一步需要通过实际测试，看看我们的三级小水钟计时是否准确：先把受水壶里的水全部倒掉，保留平水壶中的水。再堵住平水壶的出水口，给天壶加满水，松开平水壶的出水口，把天壶、平水壶组装到受水壶上。用秒表测量受水壶中的水位达到不同刻度时的时间并记录，然后计算每两个相邻刻度之间所用的实际时间。 生1：经测量计算，我们小组制作的三级小水钟每两个相邻刻度之间所用的时间都接近10秒，没有出现所用时间越来越长的现象。 生2：我们小组虽然刻度均匀而且计时也准确，但是计时时间太短了，不到两分钟受水壶就满了。我们经过分析认为可能是平水壶的出水孔太大造成流速过快，还可能是分水孔的位置太高造成水压高，从而使流速过快。我们准备再改进一下，看看能不能使计时时间变长。 生3：…… 师：看来三级漏刻通过分水孔保持平水壶水位稳定的结构确实是有效的，而且平水壶水位的稳定也确实保证了水流速度的稳定性，从而使刻度均匀，并且计时也准确了，都达到了我们开始制作的基本要求。个别小组对自己作品还有不满意的地方，课后可以根据自己的想法进一步改进。 【设计意图】 坚持实证导向，以真实测试数据为评价依据，通过互评、微调、二次迭代，让学生直观体会工程优化的价值，深化“技术需要持续改良”的科学认知。
四、应用与迁移（3分钟） 应用与迁移：整合经验，拓展创新应用。 师：（出示带表盘、指针的标准化机械水钟示意图）这是一个现代化的指针式水钟，请同学们分析一下，它是怎样保持水流速度稳定的，又是怎样将受水壶里标尺在竖直方向的运动转化为指针的圆周运动的？ 生1：这个水钟同样是利用三级漏刻的结构来保持水流速度的稳定的。 生2：它是让受水壶中带锯齿的标尺通过齿轮驱动指针，使指针做圆周运动的，这样就可以按钟表表盘的方式显示时间了。 师：这个水钟虽然看上去比较复杂，看来同学们也都理解它的原理了。如果同学们有兴趣，课后可以尝试自己选择材料动手做一做。 【设计意图】 串联单元前后知识与实践经验，实现基本科技原理与现代应用的衔接，推动课堂工程实践向课外创意创新和生活实际应用迁移。
五、反思与评价（5分钟） 1.课堂小结 师生共同梳理课堂主线：发现单级水钟计时缺陷→猜想稳压改良思路→学习古代三级漏刻原理→设计制作三级稳压水钟→实测验证改良效果 核心结论：水位稳定，流速均匀，计时准确。 2.课堂反思 ①制作中哪些操作会造成装置漏水、水位不稳？ ②调试环节最难解决的故障是什么？ ③课后可以从哪些方面继续优化三级水钟？ 3.多元评价 ①过程性评价：观察小组合作、工具安全操作、方案讨论参与度； ②成果评价：对照量化标准，评价三级水钟结构完整性、计时精准度； ③数据评价：查看实验记录单数据填写、刻度绘制规范度； ④生生互评：小组间观察装置运行效果，互相提出优化建议。
六、整理 教师指导学生排空装置积水，分类回收塑料瓶、工具，擦拭操作台，整理实验记录单。 培养学生使用材料的好习惯。
七、板书设计

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