5.5 摆钟 教学设计-2026-2027学年科学六年级上册大象版

该小学科学教学设计聚焦摆的等时性及摆长对摆动快慢的影响，课堂导入通过回顾日晷、水钟不足，结合伽利略发现摆等时性和惠更斯发明摆钟的科学史视频或图文资料，构建科学推动技术发展的学习支架，衔接单元计时工具发展脉络。 特色以科学思维和探究实践为核心，通过控制变量实验让学生自主设计验证摆锤质量、摆幅、摆长对摆动快慢的影响，归纳推理得出摆长是唯一因素，再演绎应用制作10秒摆动10次的摆，渗透“稳定与变化”跨学科概念。科学史与原子钟资料激发态度责任，助力学生提升实验能力和科学观念，为教师提供可操作的探究式教学方案。

2026年版 大象版科学六年级上册 第五单元《计时工具的发展》 5.摆钟 教学设计 单元 《计时工具的发展》 课题 5.摆钟 课时 1 核心 概念 12．技术、工程与社会 学习内容 12.2 技术与工程改变了人们的生产和生活 内容要求 12.2高③知道技术对提高生产效率或工作效率的影响，举例说明应用适当技术可以提高效率或工作效率，应用所学科学原理设计并制作出可以提高效率的作品。 12.2高④初步认识技术与工程对科学发展的促进作用，应用仪器设备进行观察并进行记录；举例说明科学发现可以促进新技术发明（如激光的发明）。 教学目标 科学观念（对客观事物的总体认识） 科学思维（对客观事物的认识方式） 探究实践（科学探究能力 技术与工程实践能力 自主学习能力） 态度责任（科学态度 社会责任） 科学观念 通过阅读伽利略发现摆的等时性和惠更斯发明摆钟的科学史故事，说出摆具有等时性，利用摆的等时性能够制作摆钟；通过梳理计时工具的发展脉络，认识科学能促进技术发展；通过探究摆的等时性，理解“稳定与变化”的跨学科概念，知道“系统的稳定需要一定的条件”。 科学思维 能通过控制变量实验探究摆的快慢与哪些因素有关，能比较、分析实验数据并运用归纳推理得出结论；能基于摆的快慢与摆长的关系，利用演绎推理设计制作一个10秒摆动10次的摆；能分析科学实验中的变量控制。 探究实践 借助实验材料组装简易摆，测量单位时间内摆的摆动次数，开展控制变量实验活动；依据实验结论裁剪、调整摆线，动手调试出10秒摆动10次的摆，经历“明确任务—探究原理—设计制作—调试改进”的工程实践流程。 态度责任 乐于动手完成摆的制作；体会人类不断追求精准计时的探索精神，理解科学与工程技术相互促进、协同发展的关系。 教学 重点 通过控制变量实验探究摆的快慢与哪些因素有关，比较、分析实验数据并归纳推理得出摆长是影响摆动快慢的唯一因素； 利用演绎推理设计制作一个10秒摆动10次的摆。 教学 难点 破除摆锤、摆幅影响摆动快慢的错误认知，运用演绎推理逆向调试摆长； 通过探究摆的等时性，理解“稳定与变化”的跨学科概念。 教学 准备 教师：伽利略发现摆的等时性和惠更斯发明摆钟的科学史图文资料或视频、机械摆钟高清图片或视频、原子钟的图片或视频，多媒体课件等。 学生：铁架台、细线、不同质量的摆锤、直尺、量角器、秒表，实验记录单等。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 教学提醒与备注 一、情境引入（6分钟） 1．情境引入，聚焦新的计时工具——摆钟。 师：前面我们学习了日晷、水钟，大家发现水钟最大的问题是什么？ 生1：三级漏刻计时精度不高、计时时间不长。 生2：古代漏刻使用不方便，需要庞大的设备，需要定期加水、专人维护。 …… 师：古人一直缺少精确、使用方便的计时工具，无法满足人们对计时工具越来越高的需求，直到科学家伽利略偶然观察教堂里的吊灯发现了摆的等时性，后来惠更斯根据这条科学规律发明了世界第一台机械摆钟。（出示教材史料图片） 师：伽利略的科学发现直接催生全新的计时技术，这就是科学支撑技术发展的典型案例。今天我们就来探究摆和摆钟里的秘密，并且尝试制作一个10秒摆动10次的摆。板书课题《摆钟》。 【设计意图】借助阅读资料，学生了解伽利略发现摆的等时性原理，惠更斯发明摆钟的过程，揭示了科学与技术的关系，让学生快速建立科学原理推动技术发明的观念，紧扣单元技术工程主题。 二、设计与制作（28分钟） 1. 初步制作：发现不同的摆10秒摆动次数不同。 师：摆是由一根摆线和一个摆锤组成的，我们可以将摆线系在铁架台的横杆上，摆锤可以在三个摆锤中任选一个，然后用计时器测试它在10秒内摆动的次数。 师：怎么测量摆在10秒内摆动的次数？怎样算摆动一次？ 生：从左摆到右，再从右摆到左算摆动一次。 师：没错，一次完整的往复运动算摆动一次。为了实验的准确性，需要测几次？ 生：至少三次。 师：下面就请同学们开始吧，操作时注意让摆锤自然释放、不施加推力，每组重复测量 3 次，减少实验误差。 （学生开展实验并记录） 师：说一说你们的测试结果。 生1：我们组的摆平均10秒摆动12次。 生2：我们组的摆平均10秒摆动9次。 生3：我们组的摆平均10秒摆动15次。 师：分析你们组的数据，说说你们的发现。 生：同一个摆在相同时间内摆动的次数相同，但是不同的摆在相同的时间内摆动的次数可能不同。 师：没错，同一个摆在相同时间内摆动的次数相同，这就是摆的等时性。伽利略和惠更斯就是利用这样的原理发明了摆钟。不同的摆在相同时间内摆动次数不同，说明摆的摆动快慢和它自己的一些特征有关。 2.探究原理：探究摆的摆动快慢与什么因素有关。 师：不同的摆，为什么在相同时间内摆动次数会不同？你认为摆的摆动快慢与什么有关呢？ 生1：我认为与摆锤质量有关，摆锤越重，摆动越快。 生2：我认为与摆动幅度有关，拉得越高，摆动幅度越大，摆动就越快。 生3：我认为与摆线长短有关，摆线越短，摆动越快。 师：既然同学们提出了各自的假设，那么就请大家根据你们的假设来设计实验进行验证吧。 学生自主设计控制变量实验方案： 实验 1——探究摆的摆动快慢与摆锤质量的关系：不变量（摆线长度、摆幅），改变摆锤质量。用三个同体积同形状不同质量的摆锤分别进行实验，每个实验测量3次求平均值。 实验 2——探究摆的摆动快慢与摆动幅度的关系：不变量（摆线长度、摆锤），改变摆动幅度。用量角器测量最大摆动幅度，以3个不同的角度进行实验，每个实验测量3次求平均值。 实验 3——探究摆的摆动快慢与摆长的关系：不变量（摆锤、摆幅），改变摆线长短。用直尺准确测量摆长，以3个不同的摆长进行实验，每次实验测量3次求平均值。 师：根据你们的实验设计进行实验吧。注意测量摆长时从摆线顶端测量到摆锤的重心处。 （小组分工进行实验） 师：通过实验，你们小组有什么发现呢？ 生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆锤质量的关系，我们用3个质量不同的摆锤进行了实验，每个实验测量3次求平均值，结果都是10秒摆动了15次，所以我们得出的结论是摆的摆动快慢与摆锤质量没有关系。 师：其他探究摆动快慢与摆锤质量关系的小组，有不同的结论吗？ 生：没有。 师：有没有探究摆动快慢与摆动幅度的关系的小组？请汇报一下。 生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆动幅度的关系，我们分别测量了摆幅的角度为10°、20°、30°时的摆动快慢，每个角度测量3次求平均值，结果都是每10秒摆了12次。但是我们发现，将角度增大到60度时，每10秒摆次数减少到11次；角度增大到90度时，每10秒摆次数减少到10次。所以我们小组认为，摆幅较小时，摆的摆动快慢和摆幅没有关系；角度很大时，摆幅越大，摆动越慢。我们见过的摆钟，摆动幅度都不是很大，可能就是因为摆幅过大会影响摆的等时性。 师：你们的发现非常有意义，摆幅过大，会影响摆的等时性，所以摆钟的摆幅都不会太大。探究摆动快慢与摆长关系的小组有什么发现？ 生：我们小组探究的是摆的摆动快慢与摆长的关系，我们分别测量了摆长为10厘米、15厘米、20厘米时每10秒摆的次数，每个摆长的实验测量3次求平均值，发现摆长为10厘米、15厘米、20厘米时，每10秒摆动次数分别为16次、13次、11次。我们发现，摆长越长，摆动越慢。摆长20厘米，每10秒摆动11次，所以我们预测要做一个每秒摆动10次的摆，摆长应该比20厘米还要长一些。 …… 师：同学们的实验都做得很认真，通过我们的实验发现，在我们探究的几个因素中，摆线长短是影响摆动快慢的唯一因素。摆线越短，摆动越快；摆线越长，摆动越慢。 3.设计制作：根据发现的摆长与摆动快慢的关系设计一个10秒摆动10次的摆。 师：根据我们刚才探究摆动快慢与摆长关系的小组的实验结果，摆长为10厘米、15厘米、20厘米时，每10秒摆动次数分别为16次、13次、11次，请大家预测一下，摆长为多少厘米时，每10秒摆动次数刚好为10次，然后通过实验验证自己的预测。 （小组预测合适的摆长，并根据预测制作10秒摆动10次的摆） 生1：根据实验结果，我们小组预测摆长要比20厘米更长。我们将摆长调到22厘米，发现10秒摆动了10次之后又从左边摆到了右边，说明超过了10次，不到11次。 生2：我们小组将摆长调到了23厘米，10秒摆动了10次之后又从左边摆到了右边一半多点的地方，说明接近10次。 生3：我们小组将摆长调到了24厘米，10秒摆动了10次之后又从左边向右边摆动一点点，说明比10次稍多一点。 生4：我们小组将摆长调到了25厘米，刚好10秒摆动了10次。 师：根据同学们的测试结果，摆长25厘米的摆，刚好10秒摆10次，也就是每秒摆1次，我们可以用摆长25厘米的摆来计时了。如果同学们有兴趣，课后可以继续测试一下，看看这个摆长25厘米的摆，在1分钟、2分钟、5分钟内的摆动次数是不是60次、120次、300次。如果不是，应该怎样继续微调？ 【设计意图】 通过分析组内数据，引导学生进一步明确摆的等时性原理。同时鼓励学生对小组间的数据进行分析比较，激发学生继续探究的兴趣。 【设计意图】 学生自主设计对比实验，加强控制变量的科学思维，通过收集数据，归纳分析，最终得出摆动快慢只与摆线长短有关的结论。为后续制作、调试标准摆提供理论支撑。 【设计意图】 本环节将实验探究与工程制作有效衔接，从理论知识过渡到实践操作，初步训练学生依据科学规律逆向调整装置，完成工程设计“测试—调整”基础流程。 如果学生实验数据误差过大，考虑学生在实验操作时是否释放摆时施加推力、摆绳打结造成长度变化、计数起点混乱等问题。 教师可统一示范标准起摆动作，课前统一裁剪摆绳，规定以摆锤最低点作为计数起点，误差过大的小组允许重新复测。 针对部分学生无法完成摆长调试的问题。教师可提供长短两组对比摆同步摆动演示，直观呈现摆长与快慢关系，搭配分步引导提问，降低逆向推理的思维难度。 三、应用与迁移（3分钟） 1.应用与迁移：调节机械摆钟的快慢。 师：现在我们把知识迁移到生活中，有同学的家里可能有这种老式机械摆钟（展示机械摆钟图片）。如果机械摆钟走时不准，该怎么调节？ 生：根据“摆线越长，摆动越慢”的规律，如果摆钟走得慢了，可以把摆线调短一点；如果走得快了，可以把摆线调长一点。 师：（展示摆钟“摆线”部分特写）可是摆钟的“摆线”是一个金属条，长短是固定的，应该怎么办呢？ 生：我发现摆锤下面有个螺母，我猜想如果把这个螺母向上拧，相当于摆锤的重心上移了，也就是摆线变短了，这样就能使摆钟变快；相反，如果把螺母向下拧，就能使摆钟变慢。 师：你真善于观察、善于分析，能够把探究过程中发现摆动快慢与摆长的关系，经过分析、推理运用到真实摆钟快慢调整的实际问题中。 【设计意图】 创设生活化工程问题，完成从归纳规律到演绎应用的思维转换，达成“演绎与检验”核心认识发展目标；打通课堂模型与真实机械摆钟的联系，体现科学知识实用价值，落实教材“应用与迁移”育人功能。 四、阅读与新知（3分钟） 2.阅读与新知：原子钟。 师：我们这个单元设计制作了日晷、水钟，探究了摆钟的秘密。日晷和水钟的最小刻度是一刻钟，适合一天误差几分钟的计时用途；摆钟可以通过细致调节摆长来精准计时，每天误差可以不超过1分钟，甚至更精准。我们现在还在使用的石英钟的精度更高了，每天的误差以秒计。那大家知道吗，我们现在使用的智能手机每天的误差是多少？ 生：智能手机可以自动联网校正时间，所以基本上没有误差。 师：说得非常正确。目前，我国的智能手机主要是在联网的情况下通过位于中国科学院国家授时中心（陕西临潼）的铯原子钟和氢原子钟组来校正时间，或者在接收卫星信号的情况下通过北斗卫星导航系统的星载氢原子钟来校正时间。这些原子钟的精度能达到多少呢？请大家阅读教材《原子钟》对中国北斗卫星导航系统星载氢原子钟的介绍，和小贴士对锶87 原子光晶格钟的介绍，说说自己的感受。 （学生阅读《原子钟》和小贴士） 生1：北斗卫星导航系统星载氢原子钟上千万年误差不超过1秒，我们一生才100年左右，误差才十万分之一秒。 生2：锶87 原子光晶格钟160亿年误差仅1 秒，我们一生的误差还不到一亿分之一秒…… 师：从日晷、水钟到摆钟，再到石英钟、原子钟，人类的计时工具越来越精确，科学的进步推动着计时技术和计时工具的发展，计时工具的发展又反过来改变着我们的生活、促进着科学技术的发展。 【设计意图】 拓展计时工具发展脉络，串联单元全部课时内容，形成完整知识体系；拓展前沿计时工具，拓宽学生视野，再次强化科学技术相互促进、科技发展改变生活的观念。 五、整理 老师指导学生进行材料的整理。 培养学生使用材料的好习惯。 六、板书设计 5 摆钟的秘密 科学原理：摆具有等时性 工程任务：制作10秒摆动10次的摆 摆的快慢与什么因素有关？ 摆锤质量 摆幅大小 摆绳长短√ 学科网（北京）股份有限公司 $