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1、用科技的力量助力科学教学 钟摆的秘密实验教学说课设计一、选用教材本课使用的教材为大象版义务教育课程标准实验教科书科学2006年6月第一版，五年级上册第二单元时间的脚步第二课钟摆的秘密。时间的脚步这一单元属于“探究过程能力训练”单元，由精确时间的步伐钟摆的秘密小水钟小小钟表设计师四组相互联系、融会贯通的主题探究活动组成。二级目标是：“能对搜集到的众多资料和数据进行分析和整理”。 钟摆的秘密是一节通过测量探究活动，发现科学规律的课。教材从发现问题出发，通过观察分析“钟摆是怎样工作的”和“摆在钟表里的作用”，进行实验探究“摆速与摆线和摆锤的关系”，在实验中发现“摆的快慢与哪些因素有关”。 实际上，摆
2、的运动规律包含了地球引力、重力势能、动能转化、摩擦、阻力等大量知识点。对于小学阶段，不需要让学生掌握这些比较深奥的知识理论，只要学生能够通过实验知道“摆的摆动快慢和摆线长度有关，与摆锤轻重无关，与摆幅大小无关。同一个摆，摆线越长，摆动越慢；摆线越短，摆动越快”即可。二、学情分析四、五年级的学生经过两年的科学学习，基本了解科学探究的过程：假设猜想实验探究数据分析得出结论。在之前的学习中，学生能够进行小组分工合作，完成简单的实验操作，进行实验记录，并根据实验数据作出分析判断。基于此，本节课采用学生自主实验探究的学习模式，通过动手操作，在实验中发现“摆的快慢与哪些因素有关”。三、实验教学目标1.科学
3、知识目标(1)通过研究摆钟的构造，发现摆是摆钟的“控制核心”。 (2)通过对比实验探究摆速与摆线、摆锤、摆幅之间的关系，验证摆的运动规律。2.科学探究目标(1)能推测摆的摆动快慢与什么有关。(2)能设计并做实验进行研究。(3)能对实验的数据进行分析推理，并根据有效数据得出科学的结论。3.科学态度目标(1)初步意识的精确数据是需要反复测量的。(2)认识到实验中团队合作、操作规范、发现推理是很重要的。(3)对新问题有继续研究的愿望。4.科学、技术、社会与环境目标明白人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力。四、实验教学重难点1.教学重点(1)自主设计影响摆速因素的对比实验。(2)通过对比实验探究
4、出摆速与摆线、摆锤之间的关系。2.教学难点对实验数据进行逻辑推理，根据有效数据得出科学结论。五、实验器材和创新要点本课是一节非常经典的实验教学课，通常在教学中是以铁架台作为实验器材（如图1），以单摆的形式进行，测量同一个摆在相同时间内摆动的次数是否相同，通过控制实验条件，改变摆线长度和摆锤轻重进行变量实验，从而找出影响摆速的因素。使用单摆进行对比实验有一定的局限，易产生误差。图1 传统实验器材因此，我们对实验教具进行了创新性设计（如图2），使对比实验能够在近似条件下同时进行，尽量排除干扰因素，保证实验结果的科学性。这个教具的使用，能够降低学生动手操作的难度，控制实验的精确度，便于学生自主进行实
5、验探究。图2 自制教具：智能组合摆教具创新设计如下：(1)采用光电感应门。通过教具上的光电感应门实现摆动时自动计数，将数据传输到电脑上同步显示，有效地降低了人工计数的误差。光电门还可以测量摆动一次所用的时间，更准确地比较摆动快慢。(2) 单摆使用时，还可以电脑同步计时，省去了秒表手工计时的环节，进一步降低了误差。(3)实验教具以多摆并列的架构呈现，减少了实验的次数，提高了实验的效率，三个不同变量的实验一次完成，对比实验的准确度大大提高，也让学生更加直观地对实验过程进行观察对比。(4)实验教具采用统一释放装置，减少手工操作带来的误差。(5)实验教具整合了量角器、摆绳长度测量装置，便于使用，进一步
6、减少误差。通过这个创新教具的使用，不同摆的对比实验同步完成，能够避免实验过程中人为因素的干扰造成的实验误差，学生可以借助实验教具，通过实验探究，进行数据分析，从而得出结论。这样的科学探究过程才能更具有科学性。六、实验原理实验用控制变量的方法进行。通过三组实验，验证摆速和摆长有关，与摆锤轻重无关，与摆幅大小无关；同一个摆，摆线越长，摆动越慢，摆线越短，摆动越快。七、实验教学内容教学过程共分为五个环节。第一个环节为“创设情境，游戏导入”。首先老师进行游戏介绍：“在上一课的学习后，同学们都选用不同的材料制作了自己的摆，今天我们就来一起玩一玩！我给你们计时，20秒的时间，数一数自己的摆摆动了多少次？”
7、这样的游戏形式，能够迅速调动学生的兴趣。游戏结束后，询问学生：“你们的摆都摆动了多少次？”由于学生自制的摆长短不一，20秒钟的时间，摆动的次数也不相同，由此引出问题：“都是20秒，为什么大家的摆摆动的次数不一样？”学生交流时猜测，大家的摆有差异，长短不同，摆锤材质、形状不同，摆动幅度大小也不一样，这些因素可能导致了摆动次数的差异。此时老师并不对学生的猜测做评价，将学生猜测的因素板书后，告诉学生：“我们通过实验来验证。”接下来进入课堂的主要环节“设计实验，验证猜想”。首先老师给学生介绍实验器材：“这是智能组合摆，上面可以同时悬挂三个摆。侧面的量角器可以测量摆动的幅度；标尺可以测量摆线的长度；特别
8、是下方的三个可调节高度的光电门，我们的摆从这里经过一次就计一次，同时还能在电脑屏幕上同步显示。”除了介绍功能，由于光电门计数与计算摆的次数方法不同，此时老师对这一点进行强调，避免学生在实验当中混淆。老师介绍：“需要我们注意的是，我们计算摆的摆动次数是来回一次计作一次，光电门是通过一次计一次，所以电脑上显示的数据实际上是摆的摆动次数的两倍。实验中为了准确记录，我们按电脑显示数据来记录。”接下来进行实验。实验共分三组，每组实验都需要学生先制定实验方案，再进行实验，实验完成后对数据进行分析，得出结论，并做好实验记录。三组实验都采用对比实验的方法，实验过程相似，所以老师着重指导学生进行第一组实验。在进
9、行第一组实验时，老师指导学生使用智能组合摆的各项功能，适时提醒学生注意实验中控制好各项条件，实验数据才能更科学准确。特别是对于数据的处理分析，引导学生借助其它学科学过的柱状图、折线图的方法，使数据更加直观，同时也增强学生综合运用多学科知识学习的能力。通过第一组实验，学生已经基本能够熟练操作智能组合摆，第二、三组实验由学生自主完成。第三个环节是“数据分析，得出结论”。实验记录表清晰明了（见表1）。表头记录每次实验的内容，“不同条件”一栏填写每次实验的变量，如摆线的长短、不同种类的摆锤。除了三次实验数据的记录，还设计了“合计”一栏。因为学生在操作实验时，计时会存在一定的误差，数据可能会出现一定的上
10、下浮动，增加了“合计”栏，能够使实验数据更明晰，便于学生对数据进行分析。 对摆速的影响不同条件30秒钟通过次数第一次第二次第三次合计摆1摆2摆3我的发现：表1 实验记录表实验完成后，学生小组讨论，借助Excel表格中的“条件格式”，利用数据条对对实验数据进行处理（见表2），便于分析。通过三组实验的数据分析，学生能够探究发现：摆锤的轻重、摆幅的大小对摆速没有影响；影响摆速的是摆线的长度，在相同时间里，摆线长的摆动得慢，摆线短的摆动得快。老师适时告诉学生：这就是科学探究的过程，猜想假设验证实验数据分析归纳整理。表2 填写后的实验记录表学生通过自主探究得出的结论让他们感到兴奋。而智能的实验教具不仅使
11、他们实验的精确度大大提高，并且让他们更真切地体会到科技的力量，更加深了对科学学科的热爱。学生在轻松愉快“玩”的过程中解决了问题，学习了知识，掌握了规律。第四个环节是“拓展实践”。拓展实践的任务是：“请你用自己所学的知识，设计一个60秒钟摆动60次的摆，看哪个小组做得最快，并且准确。”这个环节是学以致用，回归本单元教学内容，引导学生运用自己学习的知识来动手制作一个像钟摆一样能计时的摆，知道知识来源于生活又服务于生活。 第五个环节是“情感升华”。让学生谈谈自己这节课的收获，从而达到科学、技术、社会与环境目标：“明白人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力。”老师最后总结：“善于观察、勇于尝试是科
12、学家的发现的源泉，400多年前的伽利略在观察教堂的吊灯发现了摆的规律，另一个科学家惠更斯在伽利略理论的基础上发明了摆钟。同学们其实都具有科学家的潜质，只要你们也能够用科学的眼睛看世界，用科学的思维想问题，我们都是未来的科学家！”通过情感的升华，学生对科学更加有热情，对科学课也更加期盼、喜爱，这也是每个科学老师最期待的！八、板书设计本节课的板书设计如下：钟摆的秘密 摆重 没有影响摆速 摆长 越长越慢，越短越快 摆幅 没有影响九、实验效果评价这节课实验效果良好，这主要得益于实验器材的改进，提高了实验教学效率。三个实验同时进行，极大地节省了课堂时间；精确的实验条件控制，提高了实验的准确性；智能化设备的应用，锻炼了学生的动手能力，与时代接轨。同时，学生自主探究的学习方式提高了学生自主学习的能力。在自主探究的过程中，学生不断探索、尝试，构建解决问题的方法，提高了学生的科学素养，使学生真正成为学习的主人。用科技的力量助力科学教学，科学学科的明天会更美好！
