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視頻標(biāo)簽：全國(guó)小學(xué)科學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課

所屬欄目：模擬課、微型課及試講

視頻課題：第五屆全國(guó)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課視頻《鐘擺的秘密》鄭州

教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)錄及教案：第五屆全國(guó)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課視頻《鐘擺的秘密》鄭州市金水區(qū)南陽(yáng)路第三小學(xué)小學(xué)科學(xué)

用科技的力量助力科學(xué)教學(xué)
                  ——《鐘擺的秘密》實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課設(shè)計(jì)
鄭州市金水區(qū)南陽(yáng)路第三小學(xué)  李毓
一、選用教材
本課使用的教材為大象版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《科學(xué)》2006年6月第一版，五年級(jí)上冊(cè)第二單元《時(shí)間的腳步》第二課《鐘擺的秘密》。
《時(shí)間的腳步》這一單元屬于“探究過(guò)程能力訓(xùn)練”單元，由《精確時(shí)間的步伐》《鐘擺的秘密》《小水鐘》《小小鐘表設(shè)計(jì)師》四組相互聯(lián)系、融會(huì)貫通的主題探究活動(dòng)組成。二級(jí)目標(biāo)是：“能對(duì)搜集到的眾多資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理”。
《鐘擺的秘密》是一節(jié)通過(guò)測(cè)量探究活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的課。教材從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)觀察分析“鐘擺是怎樣工作的”和“擺在鐘表里的作用”，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究“擺速與擺線和擺錘的關(guān)系”，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“擺的快慢與哪些因素有關(guān)”。 實(shí)際上，擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律包含了地球引力、重力勢(shì)能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化、摩擦、阻力等大量知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于小學(xué)階段，不需要讓學(xué)生掌握這些比較深?yuàn)W的知識(shí)理論，只要學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道“擺的擺動(dòng)快慢和擺線長(zhǎng)度有關(guān)，與擺錘輕重?zé)o關(guān)，與擺幅大小無(wú)關(guān)。同一個(gè)擺，擺線越長(zhǎng)，擺動(dòng)越慢；擺線越短，擺動(dòng)越快”即可。
二、學(xué)情分析
四、五年級(jí)的學(xué)生經(jīng)過(guò)兩年的科學(xué)學(xué)習(xí)，基本了解科學(xué)探究的過(guò)程：假設(shè)猜想——實(shí)驗(yàn)探究——數(shù)據(jù)分析——得出結(jié)論。在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠進(jìn)行小組分工合作，完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出分析判斷。基于此，本節(jié)課采用學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)模式，通過(guò)動(dòng)手操作，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“擺的快慢與哪些因素有關(guān)”。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
1.科學(xué)知識(shí)目標(biāo)
(1)通過(guò)研究擺鐘的構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)擺是擺鐘的“控制核心”。
(2)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究擺速與擺線、擺錘、擺幅之間的關(guān)系，驗(yàn)證擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
2.科學(xué)探究目標(biāo)
(1)能推測(cè)擺的擺動(dòng)快慢與什么有關(guān)。
(2)能設(shè)計(jì)并做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。
(3)能對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理，并根據(jù)有效數(shù)據(jù)得出科學(xué)的結(jié)論。
3.科學(xué)態(tài)度目標(biāo)
(1)初步意識(shí)的精確數(shù)據(jù)是需要反復(fù)測(cè)量的。
(2)認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)中團(tuán)隊(duì)合作、操作規(guī)范、發(fā)現(xiàn)推理是很重要的。
(3)對(duì)新問(wèn)題有繼續(xù)研究的愿望。
4.科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)
明白人類的好奇和社會(huì)的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)重難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
(1)自主設(shè)計(jì)影響擺速因素的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
(2)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究出擺速與擺線、擺錘之間的關(guān)系。
2.教學(xué)難點(diǎn)
對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯推理，根據(jù)有效數(shù)據(jù)得出科學(xué)結(jié)論。
五、實(shí)驗(yàn)器材和創(chuàng)新要點(diǎn)
本課是一節(jié)非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課，通常在教學(xué)中是以鐵架臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)器材（如圖1），以單擺的形式進(jìn)行，測(cè)量同一個(gè)擺在相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)是否相同，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件，改變擺線長(zhǎng)度和擺錘輕重進(jìn)行變量實(shí)驗(yàn)，從而找出影響擺速的因素。使用單擺進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)有一定的局限，易產(chǎn)生誤差。

圖1  傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材
因此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)（如圖2），使對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟诮�似條件下同時(shí)進(jìn)行，盡量排除干擾因素，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。這個(gè)教具的使用，能夠降低學(xué)生動(dòng)手操作的難度，控制實(shí)驗(yàn)的精確度，便于學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

圖2  自制教具：智能組合擺
教具創(chuàng)新設(shè)計(jì)如下：
(1)采用光電感應(yīng)門。通過(guò)教具上的光電感應(yīng)門實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上同步顯示，有效地降低了人工計(jì)數(shù)的誤差。光電門還可以測(cè)量擺動(dòng)一次所用的時(shí)間，更準(zhǔn)確地比較擺動(dòng)快慢。
(2) 單擺使用時(shí)，還可以電腦同步計(jì)時(shí)，省去了秒表手工計(jì)時(shí)的環(huán)節(jié)，進(jìn)一步降低了誤差。
(3)實(shí)驗(yàn)教具以多擺并列的架構(gòu)呈現(xiàn)，減少了實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，提高了實(shí)驗(yàn)的效率，三個(gè)不同變量的實(shí)驗(yàn)一次完成，對(duì)比實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度大大提高，也讓學(xué)生更加直觀地對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行觀察對(duì)比。
(4)實(shí)驗(yàn)教具采用統(tǒng)一釋放裝置，減少手工操作帶來(lái)的誤差。
(5)實(shí)驗(yàn)教具整合了量角器、擺繩長(zhǎng)度測(cè)量裝置，便于使用，進(jìn)一步減少誤差。
通過(guò)這個(gè)創(chuàng)新教具的使用，不同擺的對(duì)比實(shí)驗(yàn)同步完成，能夠避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為因素的干擾造成的實(shí)驗(yàn)誤差，學(xué)生可以借助實(shí)驗(yàn)教具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而得出結(jié)論。這樣的科學(xué)探究過(guò)程才能更具有科學(xué)性。
六、實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)用控制變量的方法進(jìn)行。通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證擺速和擺長(zhǎng)有關(guān)，與擺錘輕重?zé)o關(guān)，與擺幅大小無(wú)關(guān)；同一個(gè)擺，擺線越長(zhǎng)，擺動(dòng)越慢，擺線越短，擺動(dòng)越快。
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)過(guò)程共分為五個(gè)環(huán)節(jié)。
第一個(gè)環(huán)節(jié)為“創(chuàng)設(shè)情境，游戲?qū)��?rdquo;。
首先老師進(jìn)行游戲介紹：“在上一課的學(xué)習(xí)后，同學(xué)們都選用不同的材料制作了自己的擺，今天我們就來(lái)一起玩一玩！我給你們計(jì)時(shí)，20秒的時(shí)間，數(shù)一數(shù)自己的擺擺動(dòng)了多少次？”這樣的游戲形式，能夠迅速調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。游戲結(jié)束后，詢問(wèn)學(xué)生：“你們的擺都擺動(dòng)了多少次？”由于學(xué)生自制的擺長(zhǎng)短不一，20秒鐘的時(shí)間，擺動(dòng)的次數(shù)也不相同，由此引出問(wèn)題：“都是20秒，為什么大家的擺擺動(dòng)的次數(shù)不一樣？”學(xué)生交流時(shí)猜測(cè)，大家的擺有差異，長(zhǎng)短不同，擺錘材質(zhì)、形狀不同，擺動(dòng)幅度大小也不一樣，這些因素可能導(dǎo)致了擺動(dòng)次數(shù)的差異。此時(shí)老師并不對(duì)學(xué)生的猜測(cè)做評(píng)價(jià)，將學(xué)生猜測(cè)的因素板書后，告訴學(xué)生：“我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。”
接下來(lái)進(jìn)入課堂的主要環(huán)節(jié)“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想”。
首先老師給學(xué)生介紹實(shí)驗(yàn)器材：“這是智能組合擺，上面可以同時(shí)懸掛三個(gè)擺。側(cè)面的量角器可以測(cè)量擺動(dòng)的幅度；標(biāo)尺可以測(cè)量擺線的長(zhǎng)度；特別是下方的三個(gè)可調(diào)節(jié)高度的光電門，我們的擺從這里經(jīng)過(guò)一次就計(jì)一次，同時(shí)還能在電腦屏幕上同步顯示。”除了介紹功能，由于光電門計(jì)數(shù)與計(jì)算擺的次數(shù)方法不同，此時(shí)老師對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中混淆。老師介紹：“需要我們注意的是，我們計(jì)算擺的擺動(dòng)次數(shù)是來(lái)回一次計(jì)作一次，光電門是通過(guò)一次計(jì)一次，所以電腦上顯示的數(shù)據(jù)實(shí)際上是擺的擺動(dòng)次數(shù)的兩倍。實(shí)驗(yàn)中為了準(zhǔn)確記錄，我們按電腦顯示數(shù)據(jù)來(lái)記錄。”
接下來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共分三組，每組實(shí)驗(yàn)都需要學(xué)生先制定實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論，并做好實(shí)驗(yàn)記錄。三組實(shí)驗(yàn)都采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程相似，所以老師著重指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行第一組實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行第一組實(shí)驗(yàn)時(shí)，老師指導(dǎo)學(xué)生使用智能組合擺的各項(xiàng)功能，適時(shí)提醒學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)中控制好各項(xiàng)條件，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能更科學(xué)準(zhǔn)確。特別是對(duì)于數(shù)據(jù)的處理分析，引導(dǎo)學(xué)生借助其它學(xué)科學(xué)過(guò)的柱狀圖、折線圖的方法，使數(shù)據(jù)更加直觀，同時(shí)也增強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)的能力。通過(guò)第一組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)基本能夠熟練操作智能組合擺，第二、三組實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自主完成。
第三個(gè)環(huán)節(jié)是“數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論”。
實(shí)驗(yàn)記錄表清晰明了（見表1）。表頭記錄每次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，“不同條件”一欄填寫每次實(shí)驗(yàn)的變量，如擺線的長(zhǎng)短、不同種類的擺錘。除了三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，還設(shè)計(jì)了“合計(jì)”一欄。因?yàn)閷W(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)時(shí)會(huì)存在一定的誤差，數(shù)據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)一定的上下浮動(dòng)，增加了“合計(jì)”欄，能夠使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更明晰，便于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
          對(duì)擺速的影響

	不同條件	30秒鐘通過(guò)次數(shù)
		第一次	第二次	第三次	合計(jì)
擺1
擺2
擺3
我的發(fā)現(xiàn)：

表1  實(shí)驗(yàn)記錄表
實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生小組討論，借助Excel表格中的“條件格式”，利用數(shù)據(jù)條對(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（見表2），便于分析。通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，學(xué)生能夠探究發(fā)現(xiàn)：擺錘的輕重、擺幅的大小對(duì)擺速?zèng)]有影響；影響擺速的是擺線的長(zhǎng)度，在相同時(shí)間里，擺線長(zhǎng)的擺動(dòng)得慢，擺線短的擺動(dòng)得快。老師適時(shí)告訴學(xué)生：這就是科學(xué)探究的過(guò)程，猜想假設(shè)——驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)——數(shù)據(jù)分析——歸納整理。

表2  填寫后的實(shí)驗(yàn)記錄表
學(xué)生通過(guò)自主探究得出的結(jié)論讓他們感到興奮。而智能的實(shí)驗(yàn)教具不僅使他們實(shí)驗(yàn)的精確度大大提高，并且讓他們更真切地體會(huì)到科技的力量，更加深了對(duì)科學(xué)學(xué)科的熱愛。學(xué)生在輕松愉快“玩”的過(guò)程中解決了問(wèn)題，學(xué)習(xí)了知識(shí)，掌握了規(guī)律。
第四個(gè)環(huán)節(jié)是“拓展實(shí)踐”。
拓展實(shí)踐的任務(wù)是：“請(qǐng)你用自己所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)60秒鐘擺動(dòng)60次的擺，看哪個(gè)小組做得最快，并且準(zhǔn)確。”這個(gè)環(huán)節(jié)是學(xué)以致用，回歸本單元教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自己學(xué)習(xí)的知識(shí)來(lái)動(dòng)手制作一個(gè)像鐘擺一樣能計(jì)時(shí)的擺，知道知識(shí)來(lái)源于生活又服務(wù)于生活。
第五個(gè)環(huán)節(jié)是“情感升華”。
讓學(xué)生談?wù)勛约哼@節(jié)課的收獲，從而達(dá)到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)：“明白人類的好奇和社會(huì)的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。”老師最后總結(jié)：“善于觀察、勇于嘗試是科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)的源泉，400多年前的伽利略在觀察教堂的吊燈發(fā)現(xiàn)了擺的規(guī)律，另一個(gè)科學(xué)家惠更斯在伽利略理論的基礎(chǔ)上發(fā)明了擺鐘。同學(xué)們其實(shí)都具有科學(xué)家的潛質(zhì)，只要你們也能夠用科學(xué)的眼睛看世界，用科學(xué)的思維想問(wèn)題，我們都是未來(lái)的科學(xué)家！”通過(guò)情感的升華，學(xué)生對(duì)科學(xué)更加有熱情，對(duì)科學(xué)課也更加期盼、喜愛，這也是每個(gè)科學(xué)老師最期待的！
八、板書設(shè)計(jì)
本節(jié)課的板書設(shè)計(jì)如下：
鐘擺的秘密
     擺重   沒有影響     
擺速     擺長(zhǎng)    越長(zhǎng)越慢，越短越快    
     擺幅    沒有影響    
九、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
這節(jié)課實(shí)驗(yàn)效果良好，這主要得益于實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。三個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，極大地節(jié)省了課堂時(shí)間；精確的實(shí)驗(yàn)條件控制，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；智能化設(shè)備的應(yīng)用，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，與時(shí)代接軌。
同時(shí)，學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)方式提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在自主探究的過(guò)程中，學(xué)生不斷探索、嘗試，構(gòu)建解決問(wèn)題的方法，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。
用科技的力量助力科學(xué)教學(xué)，《科學(xué)》學(xué)科的明天會(huì)更美好！

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