4.1《原子钟寻亲记》 教学设计-2024-2025学年科学四年级下册大象版（2017）

教学设计 课题 原子钟寻亲记 课型 新授课☑ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 1.教学内容分析 大象版科学四年级下册第四单元第1课《原子钟寻亲记》以拟人化故事为载体，巧妙融合科学知识与人文情感，通过“原子钟”寻找“时间家族”成员的线索，引导学生探索时间的精确测量原理及其现代应用。教材以原子钟的高精度特性为核心，串联起钟表发展史、原子振动规律等科学概念，借助生动的情节和类比（如石英钟、机械钟对比）降低抽象知识的理解难度，同时渗透科技发展对社会的影响。课程设计注重探究性与趣味性，通过问题链激发学生思考科学、技术与社会的关系，培养科学思维与创新意识。 2.学习者分析 学生已具备基础时间概念（时、分、秒）及简单计时工具（日晷、机械钟）的认知，但对原子钟等高精度计时原理缺乏了解，易将抽象概念（如原子振动）与生活经验割裂。学生思维以具体形象为主，对拟人化叙事、实验操作和科技应用场景（如导航、通信）兴趣浓厚，但可能对“时间误差”“频率稳定性”等专业术语理解困难。教学中需借助类比（如钟摆摆动对比原子振动）、多媒体动态演示及生活案例（如GPS定位依赖精确时间），化解微观科学与宏观应用的认知壁垒，同时通过小组探究“计时工具演变”等活动，衔接新旧知识，激发科学探究与技术创新的深层思考。 3.学习目标确定 科学观念：了解人类计时工具的发明和发展历史，认识有代表性的计时工具的结构、功能、优缺点及工作原因等。 科学思维：在认识某种计时工具的优缺点过程中，培养反思的意识与习惯 。 探究实践：能收集计时工具的信息，并对这些信息进行比较与分类；在教师引导下，能反映一些计时工具的部分科学原理。 态度责任：了解并认识到人类对产品不断改进以适应不断发展的需求，知道人类的需求是促进科学技术发展的关键因素。 4.学习重点难点 重点：了解人类计时工具的发明和发展历史，认识有代表性的计时工具的结构、功能、优缺点及工作原理等。 难点：能收集计时工具的信息，并对这些信息进行比较与分类。 5.学习评价设计 评价内容 评价指标 表现程度 自评 互评 师评 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 知道常见的计时工具 通过收集资料，知道常见的计时工具。 能 基本能 不能 展示出自己收集到的计时工具 能够把收集到的某一计时工具的资料展示给同学。 能 基本能 不能 学习收获 6.学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：引入新课 教师活动1 一、出示谜语：小小骏马不停蹄，日日夜夜不休息，蹄声哒哒似战鼓，提醒人们争朝夕。 ——打一物品 出示谜底：钟表 二、我是一个原子钟。虽然我们看起来没有钟的样子，却是现在最精确的计时工具。我很想了解自己的“家史”,我要穿越时空，去寻找我的祖先。 三、小贴士 铯原子钟是一种精密的计时器具。 日常生活中使用的时间精准到1分钟也就够了。但在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的要求就高得多。它们要求时间要准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。 为了适应这些高精度的要求，人们制造出了一系列精密的计时器具，铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。 在第13届国际度量衡会议上，“秒”被重新由铯原子钟来定义。 学生活动1 交流讨论，分享生活中自己了解的计时工具的知识，激发学生的学习兴趣 活动意图说明：通过谜语激发学生的学习兴趣，再通过“原子钟”寻找“时间家族”成员的故事为载体引出本节课的学习主题。 环节二：计时工具家族 教师活动2 一、从古至今，人类发明了很多测定时间的工具。收集资料，了解下面的这些计时工具。 （出示图片） 二、小贴士 播放视频《计时工具的进化史》 三、什么是最早的计时工具 日晷→水钟→蜡烛钟→香篆钟→沙漏→水运仪象台→钟摆→机械表→石英表→电子表 四、计时工具是怎样测量时间的呢？ 1、日晷 日晷，本义是指太阳的影子。 现代的日晷指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，又称“日规”。 其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针(表)和晷面(带刻度的表座)组成。 利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类沿用达几千年之久。 2、漏刻（水钟） 漏刻，也叫水钟。漏刻主要有泄水型和受水型两类。 早期的漏刻多为泄水型，水从漏壶底部侧面流泄，使浮在漏壶上面的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。 受水型，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶上面的漏箭随水面上升指示时间，提高了计时精度。 此计时工具从春秋战国时期一直沿用到宋朝。 3、蜡烛钟 蜡烛不仅仅可以用来照明，在古代，人们也把它当作时间测量工具。 因为蜡烛在单位时间内燃烧的长度大致相同。 所以古代的人们可以通过蜡烛燃烧的长度来计时。 4、沙漏 沙漏是根据从一个容器漏到另一个容器的沙量来计时。 西方沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成的。通过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底部玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。 一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球，该沙漏可以被颠倒以测量时间了，一般的沙漏有一个名义上的运行时间1分钟。 5、机械摆钟 摆钟是以伽利略发现的摆的摆动具有规则性这个原理为基础而发明的，运用发条原理。 时钟的体积大为缩小,放在房屋里既方便计时,又是一个不错的摆设装饰。 表盘有十二小时分割点,使得辨认时间清晰，直接，方便。侧面的旋钮方便对时,调时。 整点钟响报时,从听觉方面增强了与人之间的互动。滴滴答答,光阴流逝，珍惜珍惜。 6、石英表 石英表，又叫作石英振动式电子表，是腕表种类之一，英文名是quartz watch。 石英表是利用石英晶体有规律地震动计时的。 将石英晶体运用在钟表上是一种现代的发明，世界上第一个石英表是在瑞士制成的。 7、电子表 电子表的工作原理是电学振荡，使用液晶显示屏显示时间。 8、原子钟 原子钟是利用原子的一定共振频率而制造的精确度非常高的计时仪器。 第一个原子钟于1949年发明，现陈列于史密森尼学会。 美国国家标准局的铯原子钟,每年的误差只有300亿分之一秒。 学生活动2 学生根据生活经验分享讨论最早的计时工具和它们测量时间的方法。 根据时间对计时工具进行排序 了解计时工具是怎样测量时间的 活动意图说明：通过多种方式收集计时工具积累资料，如探访计时工具店、上网或到图书馆查阅资料等方法获取资料。在收集资料中调动学生脑海里已有的知识和经验，引导学生了解人类历史上都出现过哪些计时工具?它们出现的顺序大致是怎样的?最早的计时工具是什么等问题。 环节三：计时工具展示会 教师活动3 一、小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真聆听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称：沙漏（沙钟） 原理：根据一定数量的沙子从一个容器漏到另一个容器中所需的时间来计时。 精确值：一般沙漏一次运行时间是1分钟。 优缺点：短时计时比较准确。测量时间越长，越不准确。 示例： （一） 名称：日晷 原理：利用太阳的投影方向来测定并划分时刻。 精确值：最小精确值十五分钟 优缺点：不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份；缺点，是笨重，看不到阳光的阴雨天气和夜晚不能使用, （二） 名称：机械摆钟 原理：摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间。 精确值：机械摆钟摆动一次的时间大约为2秒，最小精确值是秒。 优缺点：辨认时间直接、方便，整点报时增强了与人的互动性。缺点是走时误差较大，需要定期调试。 （三） 名称：电子表 原理：电学振荡，使用液晶显示来显示时间. 精确值：电子手表在温度25~28℃℃时，一昼夜计时误差在一秒以内。 优缺点：当温度至0℃C以下或50℃C以上时，每昼夜会慢两秒钟。 （四） 名称：石英表 原理：石英表是利用石英晶体有规律的振动来计时。 精确值：最小精确值是1秒。 优缺点：计时准确，体积小，外观精美，但需要定期更换电池 学生活动3 学生讨论交流，分享自己知道的计时工具 活动意图说明：通过各学习小组选一种计时工具进行专项信息的收集，从名称、工作原理、精确值、优缺点等信息进行分类整理。 环节四：处理信息 教师活动4 一、比一比各种计时工具的最小精确值和工作特点，我们能发现什么? 计时工具 最小精确值 工作特点 沙漏 1分钟 流沙计时 秒表 0.01秒 振动计时 摆钟 1秒 摆锤摆动计时 日晷 15分钟 投影计时 …… 二、小贴士 最小精确值就是工具可以测量出来的最小单位。单位越小，精确度越高。 三、比较一下它们的异同，尝试自定标准进行分类。 按发明时间分 古代计时工具： 日晷、漏刻、沙漏、水钟、水运仪 近代计时工具： 自鸣式机械钟、怀表、机械摆钟、石英表、原子钟 四、如果还有其他问题，可以存入“问题银行” 问题银行存折 序号 存入问题 存入时间 提取时间 1 我们平时摆在家里的沙漏可以成计时1小时吗？ XX XX 2 可以将鱼缸里的水循环设备改成水钟吗？ XX XX 3 新买的电子表慢了怎么调整呢？ XX XX 4 自然界里还有哪些可以用做计时设备呢？ XX XX 5 …… 学生活动4 学生讨论并比较各种计时工具， 对自己知道的计时工具用不同的标准进行分类。 活动意图说明：通过用图表整理计时工具的有关信息进行最小精确值和工作特点方面的分项汇总整理。使学生对计时工具发展的规律有初步的认知,初步知道使用工具可以更加精确、便利和快捷。 7.板书设计 原子钟寻亲记 时间轴箭头‌：日晷→机械钟→石英钟→原子钟 工具 原理 优点 缺点 日晷 太阳影子 自然、简单 依赖天气 机械钟 齿轮传动 便携 误差大 石英钟 石英振动 较精确 温度影响 原子钟 原子振动 超高精度 技术复杂 8.作业与拓展学习设计 一、填空题 1.（ ）虽然看起来没有钟的样子，却是现在最精确的计时工具。 2.沙漏（沙钟）的原理是根据一定数量的沙子从一个容器漏到（ ）中所需的时间来计时。 3. （ ）就是工具可以测量出来的最小单位。单位越小,精确度越高。 二、判断题 1.沙漏短时计时较准确,测量时间越长越不准确。（ ） 2.日晷是最早的计时工具。（ ） 3.最小精确值越大,精确度越高。（ ） 4.电子手表是现在最为准确的计时工具。（ ） 5.人们最早使用的计时工具是日晷。（ ） 6.蜡烛钟是通过蜡烛燃烧的长度来计量时间的。（ ） 三、选择题 1.按照计时精确度由高到低排序,下列选项正确的是（ ）。 A.摆钟→沙漏→电子表 B.沙漏→电子表→摆钟 C.电子表→摆钟→沙漏 2.下列不属于计时工具的是（ ）。 A. 蜡烛 B.时辰 C.沙漏 3.下列计时工具中,精确度最高的是（ ）。 A. B. C. 参考答案 一、填空题 1、原子钟 2、另一个容器 3、最小精确值 二、判断题 1、✓ 2、✓ 3、╳ 4、✓ 5、✓ 6、╳ 三、选择题 1、C 2、B 3、A 作业布置：查阅资料试着制作日晷或沙漏。 学科网（北京）股份有限公司 $$