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4.4 改进水钟
课题 改进水钟 课型 新授课
课时 1 课时 年级 六年级
教材 教科版《科学》
六年级上册
第四单元计量时间
第4课 学科 科学
使用说明 本导学案请在课前预习、课堂探究、课后反思时自主完成
一、学习目标
1. 我知道保持水位恒定是水钟计时准确的关键，了解古代水钟的稳水原理。
2. 我能根据测试结果评估水钟存在的问题，能提出合理的改进方案并动手改进。
3. 我懂得：培养工程思维和精益求精的科学态度，体验迭代改进的完整过程。
二、学习重难点
【重点】通过观察古代水钟原理和测试自制的水钟，发现存在的问题并提出改进措施。
【难点】能理解溢水口保持水位恒定的原理，并应用于水钟的改进设计中。
三、课前预习（我先行）
1. 请学生分享上节课水钟使用中发现的问题。
2. 想一想：本课研究什么问题？
我的记录：______________________________________________________
我的发现：__________________________________________________________
四、课堂探究
活动一　观察古代水钟原理，获得启发
1.聚焦：改进是工程制作的必经环节，改进前先要明确存在的问题。
2.任务：教师出示古代水钟原理示意图，讲解：古人使用的这种改进后的水钟可以使水滴匀速滴漏，计时准确且读数方便。
提问：水钟是怎样使水滴匀速滴漏的？
【预设回答】古代水钟通过多级泄水杯保持水位恒定，溢水口使多余的水流出，水位线保持不变。
结合示意图讲解结构：上面有进水口不断补水，第一级泄水杯侧面有溢水口，多余的水从溢水口流出，使泄水杯水位保持恒定，下面的泄水孔就以均匀的速度滴水。
提问：它又是怎样做到方便读数的？我们可以从中获得哪些启发？
【预设回答】用细长的容器做受水杯，刻度间距大，读数方便；接水容器形状规则，刻度均匀。
【思考】“溢水口的高度决定什么？”引导理解溢水口高度就是恒定水位的高度。
【易错点】学生容易认为加水越多滴水越快越好，强调水位恒定才匀速，水量多靠大容量泄水杯解决。
小结：古人通过“溢水口”这一巧妙设计，使水位保持恒定，解决了水流速度不均匀的问题。
【预设回答】观察古代水钟原理示意图。；思考并回答水滴匀速滴漏的原因。；生：多级泄水杯保持水位恒定，溢水口使多余的水流出，水位线保持不变。；理解进水口、溢水口、泄水孔的作用。；思考方便读数的设计并获得启发。；生：细长容器刻度间距大，读数方便。
【发现】古代水钟通过多级泄水杯和溢水口保持水位恒定，使水滴匀速滴漏；细长容器便于均匀刻度和读数。
活动二　展示交流，评估存在的问题
1.任务：组织各小组展示上节课制作的水钟，演示计时效果，交流使用中发现的问题。
组织学生汇报：我们的水钟主要优点是什么？不足之处是什么？
【预设回答】生1：主要优点是材料简单、制作方便。生2：不足之处是需要向泄水杯中不断加水，且受水杯上的刻度过密，读数不方便。
【预设回答】生3：泄水杯的水位高度经常变化，导致流速不均匀，受水杯中刻度不均匀。
组织全班汇总问题，教师板书：①水位不稳定；②刻度不均匀、过密……
【思考】“这些问题分别会影响计时的哪方面？”引导把问题与计时准确、读数方便对应起来。
【易错点】学生容易只说现象不说原因，引导用“水位变化→流速不均→刻度不均”的因果链表达。
小结：评估作品要先肯定优点，更要找准问题并分析原因。
【预设回答】展示本组水钟，演示计时效果。；交流使用中发现的问题。；生1：优点是材料简单、制作方便；不足是要不断加水，刻度过密。；生2：泄水杯水位经常变化，流速不均匀，刻度不均匀。；共同汇总全班的问题清单。
【发现】水钟常见问题：水位不稳定、刻度不均匀或过密、读数不方便；水位不稳是流速不均、刻度不均的根源。
活动三　明确问题，梳理改进措施
1.任务：讲解：对于存在的问题我们将做以下改进。出示“水钟修改方案”样例，组织学生结合本组问题提出改进措施。
逐条梳理改进措施：1.将第一级泄水杯容量变大，可保证有足够的水量能满足测试10分钟的要求。
2.将第一级泄水杯的出水孔孔径变大，可使水流速度大于第二级泄水杯中的流速，并在第二级泄水杯侧面加一个溢水孔，让多余的水能够流出，保持杯中水位不变。
3.用细长的直筒型容器作为受水杯，这样可做到刻度均匀。
4.第二级泄水孔孔径不能太小，水流速度要适当。增加刻度之间的距离，方便读数。
5.时间刻度标好后，用透明胶带贴住刻度防水，保证字迹清晰、不模糊。
组织学生完成“水钟修改方案”记录单。
【思考】“为什么第一级出水孔要大于第二级？”引导理解第一级供大于出，第二级水位才能恒定。
【易错点】学生容易把溢水孔开得过高或过低，强调溢水孔的高度就是需要保持的水位线。
小结：改进措施要针对问题，一条措施解决一个具体问题。
【预设回答】对照本组问题提出改进措施。；理解五条改进措施与问题的对应关系。；生1：加大第一级泄水杯容量，保证足够水量。；生2：加溢水孔保持第二级泄水杯水位不变。；生3：用细长直筒容器做受水杯，刻度均匀、方便读数。；完成“水钟修改方案”记录单。
存在的主要问题 我们的改进措施
【发现】改进措施：加大泄水杯容量、加溢水孔保持水位恒定、细长直筒受水杯使刻度均匀、孔径适当并增大刻度间距、贴透明胶带防水。
活动四　改进设计，完善作品
1.任务：教师补充展示多种学生作品图片，启发学生思考更多改进方法。
介绍学生作品1：把上面瓶盖孔径加宽到4毫米，水流入下面瓶中，导管开始滴水，第二级水位线不变。
介绍学生作品2：在泄水杯侧面开溢水口，保持水位不变；下面孔径小，一滴一滴往下滴。
介绍学生作品3：用浮标来指示刻度，水位上升带动浮标，读数更直观。
组织学生分组按修改方案动手改进水钟：改造泄水杯、加溢水孔（口）、更换受水杯、重新标刻度并做防水。
组织学生用钟表再次测试改进后的水钟，比较改进前后计时是否更准确。
【思考】“改进后刻度为什么变均匀了？”引导用水位恒定、流速均匀来解释。
【易错点】学生改进时容易只改一处就认为完成，强调对照修改方案逐项落实并再次测试。
小结：工程制作测试后需要不断改进，每一次改进都让作品更完善。
【预设回答】观察多种学生作品，借鉴改进方法。；了解孔径加宽、溢水口稳水、浮标指示刻度等设计。；分组按修改方案动手改进水钟。；改造泄水杯、加溢水孔（口）、更换受水杯、重新标刻度并做防水。；用钟表再次测试改进后的水钟。；生：改进后水位恒定、流速均匀，刻度变均匀了。
【发现】溢水口（孔）保持水位恒定使滴水均匀；浮标可直观指示刻度；改进后需再次测试验证。
活动五　交流：改进后的水钟
1.任务：组织交流：哪一组的水钟计时比较准确且计时时间长？它是如何设计的？这种设计有什么优点？
【预设回答】计时准确的组大多采用了溢水口（孔）保持水位恒定的设计；计时长的组加大了泄水杯容量。
组织学生互相评价改进后的水钟：计时误差是否变小？刻度是否均匀清晰？读数是否方便？
【思考】“同样有溢水口，为什么误差还不同？”引导关注孔径、安装位置等细节的影响。
【易错点】学生容易只比较计时结果不看结构，强调把结构与效果联系起来评价。
小结：结构与效果相互对应，好设计是计时准确的保证。
【预设回答】交流本组改进后的计时效果。；倾听并比较各组的设计方案。；生1：计时准确组的共同点是保持水位恒定。；生2：计时长的组泄水杯容量大。；从计时误差、刻度、读数三方面互相评价。
【发现】溢水口稳水设计与大容量泄水杯是计时准确且持久的共同特征；评价要联系结构与效果。
活动六　拓展与总结
1.任务：讲解拓展：除了水，还可以用哪些能流动的物体来制作计时工具？
【预设回答】生1：沙子，可以做沙漏。生2：细小的米粒也可以流下计时。
出示沙漏图片，讲解：沙漏利用沙子从上方容器均匀流入下方容器计时，与水钟原理类似，但沙子不会像水那样蒸发、结冰。
结合板书带领学生梳理：水钟存在的问题有哪些？改进的关键措施是什么？
总结：从评估问题到改进作品，我们完整经历了工程迭代的过程。
【易错点】学生容易认为沙漏比水钟一定更准，引导思考沙子流速也会受湿度、颗粒均匀性影响。
小结：能流动、流速可控的物体都可以用来计时，关键仍是流速均匀。
【预设回答】思考可以用哪些能流动的物体计时。；生1：沙子，可以做沙漏。生2：细小的米粒也可以。；了解沙漏的计时原理和优点。；看着板书梳理本课知识。；生：改进水钟的关键是保持水位恒定。
【发现】沙漏等流动物体计时工具同样依靠流速均匀计时；改进水钟的关键措施是保持水位恒定。
五、当堂达标检测（我能行）
1. 选择：能让水钟长时间匀速滴水、计时更准确的核心设计是（　　）。
A. 增大受水杯容量　　B. 增设溢水口稳定水位　　C. 用胶带粘贴刻度
2. 选择：下列不是改进水钟方法的是（　　）。
A. 保持水位恒定　　B. 加控制阀　　C. 把容器涂成红色
六、拓展延伸（我能探）
【拓展·沙漏】除了水，还可以用沙子等能流动的物体来制作计时工具。沙漏利用沙子从上方容器均匀流入下方容器计时，与水钟原理类似，但沙子不会像水那样蒸发、结冰。
七、学习反思与评价（我收获）
古代水钟通过多级泄水杯和溢水口保持水位恒定，________；细长容器便于均匀刻度和读数。
水钟常见问题：水位不稳定、________、读数不方便；水位不稳是流速不均、刻度不均的根源。
我的课堂自评：☆☆☆☆☆
参考答案（当堂达标检测·供自评）
1. B　　2. C
学习反思（填空参考）
使水滴匀速滴漏
刻度不均匀或过密

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