2.8 太阳钟（教学设计）科学苏教版四年级下册

8.太阳钟（教学教案） 四年级科学下册同步精品课堂（苏教版） 核心素养 科学观念：※知道阳光下物体影子长短与方向的变化规律。 科学思维：※知道日晷是古代人根据日影变化规律发明的计时工具。 探究实践：※会制作简易日晷，并了解日晷的种类和工作原理。 态度责任：※知道阳光下物体影子长短与方向的变化规律。重点 ※制作简易日晷，并了解日晷的种类和工作原理。难点 教学内容 本课属于技术设计课，教学内容分三个部分。 第一部分，研究影子形成的条件以及影子的长短、方向的变化规律，利用手电筒做光源，探究光源、物体、影子三者之间的关系。 第二部分，先用手电筒模拟太阳，观察物体影子的长短与方向随着“太阳”位置的变化而变化，并且发现这种变化是有规律的。然后组织学生进行真实环境下的影子测量，研究阳光下小棒影子变化的规律，这是一个长时间的测量，连续测量需要一整天。通过记录相关数据，综合分析这些数据，发现在一天中，被太阳照射到的物体投下的影子在不断有规律地变化。 第三部分，日晷的制作与使用。通过观察了解日晷的构造，通过阅读了解日晷的种类和工作原理，并通过动手制作，实际体验日晷的作用。人类发现太阳运行以及阳光下影子变化的规律，运用这一规律发明了日晷和圭表，来记录时间，最终形成历法。从探究影子变化的规律开始，到探究阳光下照射物体影子变化的规律，都需要学生在阳光下实际测量，收集影子长短和方向变化的数据。这些活动有助于学生理解科学活动的本质：通过实作，收集相关信息；通过分析，发现信息的内在联系；通过模型和数字化，形成技术产品，进而影响人类生活。 教学准备 教师材料：相关视频和图片。 学生分组材料：铅笔、手电筒、灯、影子模拟器、影子观察器、橡皮、指南针、影子观察记录纸、硬卡纸。 教学过程 活动一 研究影子方向与长短变化的规律 实验材料：手电筒、铅笔橡皮。 实验步骤：(1）用手电筒光照射一支竖立的铅笔，可以将铅笔竖直放在橡皮上，观察它的影子。 （2）改变照射的方向和高度，观察铅笔的影子有什么变化。 （3）试试在什么情况下，影子会不见。 实验现象：用手电筒照射铅笔能够看到影子，并且影子总是与手电筒光源的方向相反。当改变照射方向时，影子的方向也随之改变。当改变照射的高度时，影子的长短也会改变，照射高度越高，影子越短；照射高度越低，影子越长。 实验结论：光源与影子总在相对的方向上，当改变光源照射方向时，影子的方向也随之改变。当改变光源照射的高度时，影子的长短也会改变，照射高度越高，影子越短；照射高度越低，影子越长。 设计意图： 本活动意在结合学生的已有经验，通过模拟实验了解影子长短和方向变化的规律，为学习日晷的原理打下基础。 活动二 模拟阳光下物体影子的变化 1.用手电筒模拟太阳，观察物体影子的长短与方向是怎样随“太阳”的位置变化而改变的。 实验目的：探究影子的变化与太阳位置的关系。 实验材料：手电筒竹篾、小标杆（铅笔）。 实验步骤：(1）将小标杆放在桌子中央，接下来把竹篾弯成弧形放在小标杆的上方并固定在桌子上，在竹篾上标注好相应的整点时刻。 （2）把手电筒用细绳挂在竹篾上，打开手电筒，沿着竹篾的弧形移动，照射桌子中央的小标杆，观察小标杆影子的变化。 实验分析：实验中，手电筒代表太阳，竹篾代表太阳相对地球运动的轨迹。小标杆的作用是产生影子，代表地球上能产生影子的物体。在模拟实验中我们可以观察到，阳光下物体影子的方向随着太阳方向的改变而改变，影子的方向总是和太阳的方向相反。阳光下物体影子长短的变化是随太阳在天空中的位置变化而变化的。 实验结论：太阳位置最高时影子最短，太阳位置最低时影子最长。影子的方向和太阳的方向相反。 2.太阳的位置变化对物体影子的影响。 分 析 (1）影子的方向和太 阳位置的关系。早上太阳东升，影子朝西。随着中午的到来，太阳升至正南方向，影子朝北。下午太阳西下，影子朝东。影子的方向一直和太阳的方向相反。 （2）影子的长短和太阳高度的关系。早晨，太阳东升，影子朝西，太阳高度角小，影子长。随着中午的到来，太阳高度角慢慢变大，影子越来越短，到正午时太阳在正南方向，影子最短。傍晚，太阳西下，太阳高度角越来越小，影子越来越长。 结 论 阳光下物体影子的方向随着太阳方向的改变而改变，影子的方向总是和太阳的方向相反 ；阳光下物体影子的长短随着太阳高度的变化而变化，太阳位置最高时影子最短，太阳位置最低时影子最长。 设计意图： 从模拟实验到真实情境下的实际观察，发现阳光下物体影子变化的规律。 活动三 研究阳光下小棒影子的变化情况 1.研究阳光下小棒影子的变化。 探究问题：阳光下小棒影子有什么变化？ 实验材料：小棒（可以用铅笔或筷子代替）、橡皮、记录纸、指南针、笔。 实验步骤：(1）把小棒插在橡皮上，固定在记录纸的观察点上。选择空旷处放置，不要移动。 （2）利用指南针确定方向，并在记录纸上标出东、南、西、北四个方向。 （3）每隔1小时在记录纸上标出小棒的影子（画出阳光下小棒影子的长度和位置），并记下当时的时间。 实验记录： 阳光下物体影子的长短方向和温度的变化记录表 时间 8时 9时 10时 11时 12时 13时 14时 15时 16时 太阳方向 东 东 东偏南 东偏南 南（头顶上） 南（头顶斜上方） 南偏西 南偏西 偏西 影子方向 西 西 西偏北 西偏北 北 北 北偏东 北偏东 偏东 影子长度/厘米 21.7 13.8 10.2 8.3 8 9.2 12.1 18.6 32.8 实验分析：影子长短的变化是随着太阳在天空中的位置变化而变化的，太阳位置最高时（正午）影子最短，太阳位置最低时（傍晚）影子最长；同时在实验中也可以发现，上午影子逐渐变短，正午（太阳正当头顶时）影子最短，下午影子逐渐变长。但要注意的是当地的12时可能并不是太阳位置最高的时候。这是由于地球自西向东自转，各地的经度不一样，昼夜到来的时间也就不一样，正午的时间也会有所不同。 实验结论：影子的方向一直和太阳的方向相反，太阳的方向变化是东→南→西；影子的方向变化是西→北→东。 太阳的高度变化是低→高→低；影子的长短变化是长→短→长。 2.小棒影子的长短、方向与太阳的位置变化的关系 正午，太阳位置最高，影子最短，此时太阳的方向为南；上午，太阳逐渐升高，影子逐渐缩短，太阳的方向由东向南移动；下午，太阳逐渐下降，影子逐渐变长，太阳的方向由南向西移动。 活动四 了解日晷 1.日晷。 古代人早就注意到阳光下物体影子的变化与太阳的移动有关系，而且这种变化是有规律的，于是制造出了计时工具。这一类计时工具在西方被称为太阳钟，在中国被称为日晷。 日晷中的“日”指“太阳，晷”指“影子”，日晷的意思“太阳的影子”。日晷又称“日规”，是古代人们利用日影测得时刻的计时器。它是最古老的计时仪器之一。 虽然世界各地有许多不同类型的日晷，但是基本的构造却是相同的，都有一个晷针和承接晷针影子的晷面，晷面上刻着时刻的刻度。根据晷面所放角度不同可分成以下几种： 2.认识几种不同的日晷。 你认为这些计时工具是怎么工作的？它们有什么共同点？ （1）牛顿钟。 著名科学家牛顿小时候做过一个太阳钟，他在空地上垂直插一根小木棍，每隔两小时，在木棍的投影处放一块石头作为记号，并记下时间。他的太阳钟据说用了70年。人们把这个太阳钟称为“牛顿钟”。 特点：晷面为地面，晷针与地面（晷面）垂直。 （2）立式日晷。 这种日晷也称为“垂直式日晷”，一般安置在墙上。垂直式日晷分为三种，即“垂直向南日晷”“垂直向北日晷”“垂直向东和向西日晷”。 如今欧洲的一些国家，在一些古代或现代华丽的中层建筑的向南和向北（东西方向）以及向东和向西（南北方向）的墙上，附近有各种不同色调、大小和风格相异的日晷雕塑。 特点：晷面与地面垂直，晷针与晷面有一定角度。 （3）地平日晷。 地平日晷的重要特征是晷面必须严格水平。日晷的产生是从观察阳光下竖直物体影子的方向变化而开始的，最早的日晷就是地平日晷，它必须在使用其他计时工具进行精确计时的条件下，根据表影随时间变化的实际情况来进行刻画，这显然是不方便的，但如果采用均匀刻画的方法又会带来相当大的计时误差，这就是地平日晷的重大缺陷。 特点：晷面与地面平行，晷针与晷面有一定角度（通常与当地纬度值相同）。 无论是哪种日晷，其工作原理都是一样的：当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷盘（面），太阳由东向西移动，于是投向晷盘的晷针影子慢慢地由西向东移动。移动着的晷针影子好比现代钟表的指针，晷盘则好比钟表的表面，用来显示时刻。以中国古代日晷为例： 早晨，针影投向晷盘西端的卯时附近；当太阳到达正南最高位置（上中天）时，针影位于正北（下）方，指示当地的午时；午后，太阳西移，日影东斜，依次指向未、申、酉各个时辰。 设计意图： 通过阅读认识日晷，体会古人创造计时工具的智慧。 3.用硬卡纸和指南针制作一个地平日晷。 制作材料：硬纸板（卡纸）、指南针、量角器、圆规、笔、剪刀、胶水。 制作步骤：(1）如图所示，在一张半圆形的硬卡纸上标明刻度和方向。 （2）从左到右依次写上6~18，最中间的那条线正好代表中午12时。 （3）从一张硬纸板上剪下一块三角形的硬纸板作为晷针，其中一个角为当地纬度值。 （4）把三角形硬纸板竖直粘在印有刻度的半圆形卡纸上，并指向正北方。 （5）利用指南针确定方向，根据三角形硬纸板的投影，就可以确定当时的时间。 活动手册 课堂总结 本课通过实验和观察，了解物体影子的长短与方向随着太阳的位置的变化而变化，并发现这种变化是有规律的。本课通过学习了解各种日晷后，模仿古代人制造一个自己的日晷，知道日晷的工作原理是日影有规律的变化，感受古代人们探索科学世界的过程。 板书设计 1 学科网（北京）股份有限公司 $$