姜向阳

摘要核心概念的进阶式学习，有利于促进学生高阶思维与科学素养的发展。“计量时间”单元教学内容通过统整设计，使每课的知识学习目标呈螺旋上升的进阶关系，并最终指向单元的核心概念。该单元的学习内容以技术与工程实践为主，让学生了解并经历史上几个比较典型计时工具的设计制作，体验工程技术的实践过程。因此，本单元的教学要突出技术与工程实践，指向科学概念、发展科学思维。

关键词工程技术;科学实践;大概念;學习进阶

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.36.017

Interpretation of "Measuring Time" Unit and Teaching Suggestions

JIANG Xiangyang

（Binjiang Education Research Institute，Hangzhou High-tech Industrial Development Zone，Hangzhou，Zhejiang 310052）

Abstract：The advanced learning of core concepts is conducive to promoting the development of students，high-level thinking and scientific literacy. Through the integrated design of the teaching content of the unit measuring time，the knowledge learning objectives of each lesson show an advanced relationship of spiral rise，and finally point to the core concept of the unit. The learning content of this unit focuses on technology and engineering practice，so that students can understand and experience the practical process of engineering technology through the design and production of several typical timing tools in history. Therefore，the teaching of this unit should highlight technology and engineering practice，point to scientific concepts and develop scientific thinking.

Keywords：engineering technology;scientific practice;big concept;advanced learning

自人类具有“时间”概念以来，人们不断地寻求着准确计量时间的方法。古人经过长期观测和生活经验，发现太阳等天体在天空有规律地进行着周期性运动。根据太阳东升西落的周期性，形成了历法并以此描述时间，“日”成了最早的时间单位。为了更精确地了解一天内的时间进程，古人发明了日晷、沙漏、水钟等计时工具。随着社会的发展，人们逐渐意识到精确计量时间的必要性和重要性。回顾科学发展史，我们可以清楚地看到，计时工具的发展史是与人类文明发展史同步的。

学生在“计量时间”单元的学习中，要大致了解并重复人类计时工具发展的几个比较典型的阶段，从燃香钟到水钟，再到摆钟。学生要学会观察、研究这些不同计时工具的差异性，了解它们保障计时准确的科学原理，在此基础上模拟、设计、制作水钟和钟摆等计时工具，体验工程技术的实践过程。

1单元内容编排

1.1新版教材的内容编排

教科书“计量时间”单元各课名称及内容概述见表1。

1.2单元课题的编排逻辑

本单元内容的编排让学生大致经历和了解人类计时工具的发展简史。

首先提出问题，明确本单元研究的主题——在时钟发明之前，人们是怎样计时进而安排生活和劳作的（第1课）。然后通过对计时发展史上不同阶段燃香钟、水钟、摆钟等典型的计时工具的制作、观测、研讨等活动，探究这些计时工具的特点及计时原理（第1～6课），认识人类计时工具的发展进程，体会重大发明和技术给人类社会发展带来的深远影响和变化。

在研究认识古代水钟、摆钟等计时工具的基础上，学生设计、制作自己的水钟、摆钟等计时工具（第3、6课）。他们根据教科书提出的任务，结合所学知识进行设计，评估完成一个产品的可行性，预测使用效果，然后将自己的创意转化为可以实际用来计时的工具，并通过测试发现问题，提出进一步改进的设想。最后，学生调查和比较人类计时工具的演变，关注计时和我们生活的关系（第7课）。

1.3每课主要活动内容

第1课《时间在流逝》是单元起始课，起到了铺垫作用，是学生研究计量时间的开始。作为单元起始课，一开始就提出了单元研究主题：在时钟发明之前，人们是怎样安排生活和劳作的呢？之后通过对日晷等计时工具的介绍，简要了解一些古代计时方法，开展“一炷香”时间的研究。这项研究为后续的研究提供了基本的研究方法：观测事物发生一定变化所需的时间是否一致。

第2课《用水计量时间》，学生要在教师指导下，观察流水的运动，探究影响其运动速度的因素。聚焦部分引导学生提出问题——古人是怎么设计以水计时的工具的。探索部分分为三个环节：一是观察瓶中流出的水流速度是否保持均匀;二是观察并测量盛200毫升水的装置中，流出50毫升水需要多少时间，并在此基础上推测接水的量筒内积聚到100毫升、150毫升水时分别需要多少时间;三是在推测的基础上进行实际测量。在学生对水流流动速度的认识进一步完善后，再结合教科书提供的古代“受水型”水钟的图片，引导他们研讨“古人如何保持水钟里的水以固定速度往下滴”。

第3课《我们的水钟》，学生要运用掌握的知识设计一个水钟，用图画的形式对自己设计的水钟进行描述，并动手制作一个水钟，在实践中检验水钟是否能准确计时，对水钟的设计进行改进。学生经历了“设计方案一动手制作一测试并改进”的工程活动过程，这个过程也是一个促进学生思维发展的过程。

第4课《机械摆钟》是探索精确计时工具的第一课。本课主要有两个教学活动：活动一是观察钟摆运动的特点。通过对摆钟的观察，发现摆钟是利用摆的连续摆动带动指针来计时的。思考摆钟为什么能更精确地计时，发现这与钟摆的运动规律有着密切的联系。通过测量钟摆一分钟摆动的次数，发现它每分钟摆动的次数是相同的，初步感知摆的等时性。活动二是自制一个单摆，观察摆运动的特点。学生根据教师提供的材料，动手制作一个单摆，并观察和记录单摆一分钟摆动的次数，连续测多次。学生会发现同一个摆在摆动过程中摆幅变小，但摆动次数不变，这便是单摆的等时性。学生在研讨中，通过对比各组数据，会发现不同小组的摆摆动次数是不同的，引出下节课要研究的问题。

第5课《摆的快慢》中，学生将对他们发现的问题“摆摆动的快慢与什么因素有关”进行探究，在探究的过程中大胆猜测，并通过对比实验，验证自己的猜测，修正自己的想法。第一部分“聚焦”，通过复习上一课内容，直接聚焦到“摆摆动的快慢与什么有关”这一问题。第二部分“探索”，通过实验研究影响摆摆动快慢的因素。此环节要鼓励学生大胆猜测，并进行“摆锤质量和摆绳长短对摆摆动快慢的影响”的分组实验。第三部分“研讨”，学生通过分析实验数据，认识到摆摆动的快慢与摆锤的质量无关，与摆绳的长短有关，摆绳长摆动慢，摆绳短摆动快。

第6课《制作钟摆》为学生的研究设置了新问题：机械摆钟里的钟摆一分钟摆动60次，如果要制作一个一分钟正好摆动60次的摆，怎样制作呢？在本课中，学生将用调节摆绳长度的方法来调节摆的快慢。经过本课的研究，學生能更好地理解钟摆，学会控制钟摆的快慢，制作一个一分钟摆动60次的摆，也就是机械摆钟的钟摆。

第7课《计量时间和我们的生活》中，学生将系统地整理、总结人类计时工具的演变，体会计时工具的精确度对人们的生活、出行等方面的影响，以及能帮助人类更好地探索未知的领域。通过设计作息时间表，让学生体会合理安排时间、珍惜时间的重要意义。

2教学建议

2.1突出技术与工程实践

本单元的第3课、第6课是侧重技术与工程实践的课。

第3课《我们的水钟》的实践任务是做一个计时10分钟的水钟。主体活动有四项：根据任务设计方案，用图文的方式表达;根据设计方案制作水钟;测试水钟计时精确度;根据测试结果改进水钟。

在这些活动中，学生经历了相对完整的工程实践过程，了解了一般的工程实践活动经历的主要环节，即“明确任务—设计方案—制作—测试—评估与改进”，以此来指导他们今后开展工程实践活动。

工程实践不同于手工制作，它除了有动手实践活动，更重要的是“设计方案”环节。设计是最能体现工程师工作的活动。工程设计具有系统性的预期、分析以及建模等特点，是一种解决问题的方法和路径。因此，在方案设计环节需要加强对学生的指导。

本单元第6课《制作钟摆》的实践任务是制作一个一分钟正好摆动60次的摆，主体活动有：设计并制作钟摆，通过调试使之成为一分钟摆动60次的摆;根据任务制订合理而高效的实施方案，在执行过程中根据情况灵活调整方案。

在制作过程中，需要解决的问题是：一分钟摆动60次的摆，摆绳长度应该大致调整在哪个范围？要解决这个问题是盲目试误，还是有序思考？教科书通过图文出示了两种研究计划（减半法或增倍法;每次增减5厘米法），提示为了节省时间，可以每次测15秒钟，引导学生从如何用较短的时间、较少的次数调试成功的角度进行思考和讨论。教材中呈现的两种方法只是供学生解决问题时参考，相当于是有序思考解决问题的举例。

2.2指向科学概念

本单元教学内容的明线是沿着计时工具发明的历史顺序，开展技术与工程实践的体验式学习，也隐含着让学生获得科学概念的学习活动。教学中，教师要有意识地引导学生在实践的基础上研讨，把他们的认识引向科学概念。

学生通过对各种计时工具的探究和实践，完成了水钟、钟摆的设计制作。这些制作活动是在获得相关科学认识，利用掌握的科学原理基础上完成的。所以，这些工程实践活动能够帮助学生形成科学概念：科学发现的知识可以用于开发技术和产品，为人类服务;技术发明通常蕴含着一定的科学原理。

本单元介绍了古人曾使用过的多种计时工具，学生仿照古人用多种不同的方法来计量时间，经历了7个主要的探究体验活动（见表2），通过这些活动学生认识：不仅可以通过对太阳运动周期的观察和投射形成的影子来测量时间，一些有规律运动的装置（燃香、沙漏、滴漏、单摆等）也曾被用来计量时间;时间虽是一种看不见、摸不着的事物，但时间运动的轨迹，可以根据其他物体的有规律运动轨迹来记录。

本单元包含多个对“有规律运动的事物和现象”的认识活动，引导学生认识到：事物是运动变化的，事物的运动变化有一定规律。

2.3发展科学思维

在本单元的学习中，学生会重复人类计时工具发展的几个比较典型的阶段：从燃香钟到水钟，再到摆钟。如同古人一样，学生通过亲历探究实践活动，会发现一些计时方法的局限和不足，产生想要改进计时工具的内在需求。

在研究同一种计时工具时，学生的认知和思维是不断向前推进的。例如，研究水钟，一开始发现初始水位高度和孔径不变，流出相同多的水，时间是相等的;继而发现水位变化后，水流速度并不是相等的;最后认识到只有保持水位不变时，水流速度才是相等的。再如，对于单摆的研究，学生开始发现同一个单摆摆动起来时具有等时性（相同时间内摆动次数相同），但是不同的单摆的摆动次数却不同。学生进一步研究发现，摆绳长度会影响单摆摆动的快慢，继而又会发现摆的快慢也受摆锤长度的影响……他们通过对影响钟摆运动快慢因素的持续探究，对“摆”的认识不断修正、完善。这个过程是学生不断发现问题、不断探究、不断获得新认识的过程，是他们对摆运动规律的研究逐步深入、逐步获得新发现的过程，是从表象认知逐步走向本质认识的思维过程。

3结语

本单元是学生理解“科学上的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的”这一观点很好的材料。学生经历了连续的“不断修正、完善自己科学理论”的过程，能够意识到自己对一个事物和现象的认识是逐步发展的，人类对世界的认识也需逐步完善，且永无止境。进而认识到所谓的“科学理论”只是某个特定时期人们的共识，即“科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的”。我们现在认为的科学结论，会随着科学的深入研究和发展，不断被更新甚至颠覆。这样教学，有利于学生对科学本质的理解。

本单元通过一系列模仿制作、创意制造诸如水钟、摆钟等计时工具，突出对学生技术工程实践能力培养。同时，本单元引导学生通过实验探究，理解计时工具蕴含的科学原理，体验科学技术与社会生活的关系：人类社会生活的需求推动了科学技术的发展，科学技术的进步改善了人们的生活，促进了社会的发展。

参考文献

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