5.4 《改进小水钟》（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三级漏刻保持水位稳定的原理，通过回顾上节课小水钟水流不均匀的问题导入，明确改进任务，搭建“发现问题-收集资料-设计方案”的学习支架，衔接“计时工具发展”单元知识脉络。 此资料特色在于融合科学思维与探究实践，引导学生用“结论-条件-预测-设计-检验”的演绎推理设计方案，制作分水装置并经历“测试-改进”迭代，渗透古人智慧培养态度责任。实例包括分析三级漏刻结构、密封吸管连接等，助学生提升工程思维与动手能力，为教师提供清晰教学流程与评价任务。

《改进小水钟》教学设计 教材来源：大象版小学六年级《科学》(上册) 教科书 内容来源：大象版六年级《科学》(上册) 第五单元 计时工具的发展 主  题：改进小水钟 教学课时：第1课时 授课对象：六年级学生 设 计 者：张崇阳/郑州市郑东新区文苑学校 【课标要求】 (一)学习内容及内容要求 13.2 工程的关键是设计 5～6年级：③基于有说服力的论证，认同或质疑某些设计方案，并初步判断其可行性和合理性。 13.3 工程是设计方案物化的结果 5～6年级：④利用工具制作简单的实物模型，根据实际反馈结果进行改进并展示。 (二)学业要求 5～6年级：能提出满足一定限制条件的简单工程问题，知道验收标准，了解设计方案中各种因素间的关系；能基于所学科学知识，应用创造性思维的基本方法提出多种设计方案，基于批判性思维评价并优化设计方案；能制作实物模型，并基于证据改进实物模型的设计和制作。 【教材分析】 本课是第五单元“计时工具的发展”的第4课，在第3课制作小水钟并发现“水流速度不均匀”问题的基础上，进一步改进小水钟。教材以“怎样使水流速度保持稳定”为核心任务，引导学生收集古人解决水位问题的资料，认识三级漏刻（天壶、平水壶、分水壶、受水壶）的设计，通过“演绎—预测—检验”的方法思考改进方案，制作带分水装置的水钟并检验效果。 本课的核心知识是三级漏刻保持水位稳定的工程原理与工程改进，课标对应内容要求“基于有说服力的论证，认同或质疑某些设计方案”“利用工具制作实物模型，根据反馈进行改进”。教材渗透演绎推理的应用：依据“水位变化导致水流速度不稳定”的结论，设计“保持水位不变”的方案，预测水流速度稳定，再检验效果，把科学思维与工程实践紧密结合。 【学情分析】 学生在第3课制作了小水钟，发现了水流速度不均匀、刻度不均匀的问题，对改进有迫切需求，但多数学生不知道怎样让水位保持稳定，更不了解古人三级漏刻的设计智慧。 六年级学生具备一定的分析和设计能力。本课的主要困难在于：一是理解三级漏刻“天壶供水、分水壶排水、平水壶保持水位”的系统设计思想；二是制作分水装置（在平水壶侧面开小口、接分水壶）的操作有一定难度。教学中要以资料分析为先导，让学生在理解原理的基础上动手改进。 【教学目标】 科学观念：知道古人设计了三级漏刻（天壶、平水壶、分水壶）来保持水位稳定，使水流速度均匀；知道改进工程问题可以从原理出发设计方案。 科学思维：能运用“结论—预测—检验”的演绎推理方法思考改进方案，能基于证据判断方案的合理性。 探究实践：能收集分析古人解决水位问题的资料，制作带分水装置的水钟，测试并改进。 态度责任：体会古人的工程智慧，养成依据科学原理解决实际问题的意识。 【评价任务】 能说出三级漏刻的结构和各部分的作用。 能说出改进水钟的设计思路（保持水位不变→水流速度稳定）。 能制作带分水装置的小水钟并测试改进效果。 能分析自己改进后水钟的优缺点并进一步改进。 【教学重点】 理解三级漏刻保持水位稳定的原理，改进小水钟使水流速度稳定。 【教学难点】 理解“保持水位不变→水流速度稳定”的改进思路，制作分水装置。 【学习过程】 课前准备：上节课制作的小水钟、塑料瓶、吸管、锥子、美工刀、水、电子秒表、多媒体课件、三级漏刻资料。 教学环节 教师活动 学生活动 评价与说明 环节一： 回顾问题 1. 回顾上节课：我们制作的小水钟存在什么问题？ 2. 组织交流：泄水型水钟刻度不均匀，水流越来越慢；受水型水钟计时有误差。 3. 提问：我们知道计时工具都是依据物体运动的等时性原理发明制作的。可是我们制作的小水钟水流速度不均匀，也就是不等时呀！怎样改进呢？ 4. 明确任务：收集资料，小组讨论：怎样改进自制的小水钟，使水流速度能够保持稳定？ 回顾小水钟的不足；明确改进任务“使水流速度稳定”；思考改进方向。 从学生制作的真实问题出发，激发改进动机，聚焦“水流速度稳定”这一核心问题。 环节二： 收集资料 认识三级漏刻 1. 组织学生收集古人解决水位问题的资料，交流发现：我收集到了古人解决水位问题的资料。 2. 出示三级漏刻结构图：为了保持漏壶的水位稳定（水位稳定的漏壶又称为平水壶），使流入受水壶的水流速度不变，古人设计了三级漏刻——在平水壶的上方加一个天壶，持续为平水壶供水；在平水壶侧面一定高度处接一分水壶，使天壶流下来的过多的水流入分水壶，这样就可保持平水壶的水位稳定。 3. 引导分析：天壶、平水壶、分水壶、受水壶各部分各起什么作用？为什么能保持水位稳定？ 4. 小结：三级漏刻通过“天壶供水、分水壶排水”保持平水壶水位稳定，从而使水流速度均匀。 收集分析古人资料；认识三级漏刻的结构（天壶、平水壶、分水壶、受水壶）；理解各部分的作用和水位稳定的原理。 从古人智慧中寻找改进思路，为设计提供借鉴，体会古代工程智慧。 环节三： 推理设计 方案 1. 运用演绎推理组织设计：依据的结论——水位变化，水流速度不稳定；具体条件——水位始终保持不变；预测——水流速度会保持稳定；具体设计——保持壶里水位不变；检验效果——壶里水位是否稳定不变、水流速度是否稳定、刻度是否均匀。 2. 组织学生依据推理设计改进方案：参考三级漏刻，在平水壶侧面开小口，用吸管连接分水壶，上方加天壶持续供水。 3. 小组讨论方案的合理性：怎样才能保证平水壶里水位稳定呢？ 4. 引导完善方案。 按照“结论—条件—预测—设计—检验”的思路设计改进方案；讨论方案的可行性和合理性；完善设计。 把演绎推理方法应用到工程设计，培养科学思维与工程思维融合。 环节四： 改进制作 1. 演示改进制作步骤：①在平水壶的侧面开一小口；②截取塑料瓶下半部分作为分水壶；③用吸管连接平水壶侧面的开口和分水壶；④把步骤②中的塑料瓶上半部分做成天壶并接到平水壶上方。 2. 强调美工刀、锥子使用安全。 3. 组织学生改进制作，巡回指导：吸管连接处要密封。 4. 提示：和同学比较制作的小水钟，看流速是否稳定。 按方案改进小水钟，制作带分水装置（天壶、平水壶、分水壶）的水钟；注意工具安全；比较各组的作品。 落实“根据方案进行制作”的工程实践能力，培养细致操作的工程态度。 环节五： 测试改进 1. 组织学生测试改进后的小水钟：水位是否稳定？水流速度是否均匀？刻度是否均匀？计时时长是否过短？分析其中的原因并改进。 2. 引导交流测试结果：经检验，带分水装置的水钟水位保持不变后，刻度均匀，计时也准确了；我测试的结果是，每十秒受水壶里水面上升的高度一样；我的小水钟本来只能计时三分钟，我降低了分水孔……；我的水钟平水壶里水面有时高于分水孔，有时低于分水孔，还得再改进。 3. 组织学生进一步调整改进。 测试改进后的小水钟，检验“水位稳定—刻度均匀—计时准确”；分析出现的问题（水位波动、计时时长不足等）并进一步调整；比较改进前后的效果。 通过测试检验设计，经历“改进—再测试”的迭代过程，培养分析问题和解决问题的能力。 环节六： 展示与改进 1. 组织学生展示改进后的小水钟，交流改进过程和发现。 2. 组织互评：水流速度稳定吗？刻度均匀吗？计时准确吗？ 3. 总结评价，反思工程过程：我们经历了“发现问题—设计方案—改进制作—测试迭代”的完整过程。 展示交流改进成果；互评；反思工程过程；完成评价表。 落实教材“展示与改进”板块，通过展示交流强化工程意识，梳理工程实践过程，培养反思能力。 环节七： 应用与迁移 带表盘水钟 1. 出示应用任务：观察这个带表盘和指针的水钟，分析它是怎样保持水流速度稳定的。 2. 组织观察分析：带表盘和指针的水钟上宽下窄，随着水位下降，漏壶的横截面积变小，水流速度保持不变，从而保证计时准确；表盘和指针使读时更方便。 3. 引导应用：可以尝试自选材料动手做一做，模仿这个设计改进自己的小水钟。 4. 布置课后任务：观察家里的钟表，找一找它们利用了什么计时原理。 观察分析带表盘指针水钟保持水流速度稳定的设计原理；尝试自选材料模仿制作；课后观察家里钟表的计时原理。 落实教材“应用与迁移”板块（最后一板块），把本课“保持水位稳定”的改进思路迁移到新的水钟设计，拓展工程视野。 【板书设计】 改进小水钟 问题：水位变化→水流速度不均匀 古人的办法：三级漏刻（天壶→平水壶→分水壶） 改进思路：保持水位不变→水流速度稳定 制作：平水壶侧面开小口+吸管接分水壶 检验：水位稳定？刻度均匀？计时准确？ 【教学反思】 本课在上一课的基础上进行工程改进，学生带着“怎样让水流速度稳定”的真实问题学习，动机强烈。三级漏刻资料让学生领略了古人的智慧，演绎推理设计环节让学生体会到“从原理出发设计方案”的方法，改进制作和测试让学生经历了完整的“设计—制作—检验—改进”迭代过程，工程思维得到发展。 教学中需要注意：一是三级漏刻原理较复杂，要用结构图分步讲解，让学生说清楚“天壶供水、分水壶排水、平水壶水位稳定”的关系；二是演绎推理环节要让学生完整经历“结论—条件—预测—设计—检验”的过程，不要只给结论；三是吸管连接处密封是关键，课前要试做并提供密封材料；四是测试时若水位控制不好，不要急于否定方案，引导学生分析是制作问题还是设计问题；五是“带表盘水钟”的分析可结合受水型水钟与浮舟结构，时间有限时留作拓展。 学科网（北京）股份有限公司 $