五年级下册科学教案3.7 做一个钟摆教科版

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》2019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？”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下浮动，