張芳 張軍霞

摘要《認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器》一課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了光和影子、觀測(cè)陽(yáng)光下影子的變化及水漏和沙漏的基礎(chǔ)上，研究日晷這種古老的計(jì)時(shí)工具的結(jié)構(gòu)和計(jì)時(shí)方法，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)和制作日晷，解決設(shè)計(jì)制作中的問題，培養(yǎng)他們的探究意識(shí)和創(chuàng)新能力。本課從分析認(rèn)識(shí)日晷的結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)日晷的使用方法與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，了解日晷計(jì)時(shí)的時(shí)候如何擺放，以及日晷的晷面與地平面的角度是如何設(shè)置的，并對(duì)計(jì)時(shí)工具產(chǎn)生持續(xù)的探究興趣和好奇心。

關(guān)鍵詞 模擬實(shí)驗(yàn) 探究意識(shí) 發(fā)展思維

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.008

Teaching Case and Analysis of“Understanding Simple Timer”

ZHANG Fang[1]， ZHANG Junxia[2]

（[1] Yichang Xiling District Lvluo Road Primary School， Yichang， Hubei 443000；[2] People’s Education Press Comprehensive Science Editorial Office， Beijing 100081）

Abstract： The lesson of "understanding simple timer" is to study the structure and timing method of sundi？ al， which is an ancient timing tool， on the basis of students learning light and shadow， observing the shadow changes in the sun and water and hourglass， and guiding students to design and make sundial creatively， solve the problems in design and production， and cultivate their exploration consciousness and innovation ability. This lesson starts from analyzing and understanding the structure of sundial， and guides students to summarize the re？ lationship between sundial usage and structure， how to place sundial timing， and how to set up sundial surface and ground plane， and generate continuous interest and curiosity about timing tools.

Keywords： simulation experiment； inquiry consciousness； development thinking

《認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器》一課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了光和影子、觀測(cè)陽(yáng)光下影子的變化及水漏和沙漏的基礎(chǔ)上，研究日晷這種古老的計(jì)時(shí)工具的結(jié)構(gòu)和計(jì)時(shí)方法，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)和制作日晷，解決設(shè)計(jì)制作中的問題，培養(yǎng)他們的探究意識(shí)和創(chuàng)新能力。本課從分析認(rèn)識(shí)日晷的結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)日晷的使用方法與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，了解日晷計(jì)時(shí)的時(shí)候如何擺放，以及日晷的晷面與地平面的角度是如何設(shè)置的，并對(duì)計(jì)時(shí)工具產(chǎn)生持續(xù)的探究興趣和好奇心。

學(xué)習(xí)本課之前，教師對(duì)學(xué)生的認(rèn)知能力做了調(diào)查，了解了他們的認(rèn)知基礎(chǔ)：知道影子形成的條件，以及光與影之間的相對(duì)位置關(guān)系；知道日晷是古人利用影子制作的測(cè)量?jī)x器，對(duì)古代和現(xiàn)代計(jì)時(shí)器有一定的了解；對(duì)沙漏、水漏結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體計(jì)時(shí)方法也有一定的思考。但學(xué)生對(duì)日晷的了解僅限于知道它是利用了陽(yáng)光下物體影子的變化，不具備設(shè)計(jì)、制作日晷以及改進(jìn)日晷的能力。基于對(duì)學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)的調(diào)查，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下教學(xué)過程。

教學(xué)過程

1.引入新課

從上一單元學(xué)習(xí)的陽(yáng)光下物體的影子變化，引出古人利用陽(yáng)光下影子的變化發(fā)明了計(jì)量時(shí)間的工具——日晷，提出問題：日晷由哪些部分組成？它是如何計(jì)時(shí)的？

2.開展科學(xué)探究

（1）探究日晷的組成部分

教師先提出問題：日是太陽(yáng)的意思，晷是什么意思？引起學(xué)生的好奇心。然后播放小視頻，讓學(xué)生了解日晷是利用太陽(yáng)影子計(jì)時(shí)的工具。學(xué)生通過觀察圖片，發(fā)現(xiàn)日晷是由晷針、晷盤、底座三部分組成。

（2）了解日晷是如何計(jì)時(shí)的

指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)一天中晷針影子在晷盤上的變化。教師提出問題：日晷是怎樣計(jì)時(shí)的？引導(dǎo)學(xué)生觀察日晷，學(xué)生總結(jié)得出：晷盤上有12時(shí)辰，每個(gè)時(shí)辰對(duì)應(yīng)的是兩小時(shí)，太陽(yáng)按東升西落的自然規(guī)律，將晷針的影子印在12時(shí)辰上，我們可以據(jù)此認(rèn)識(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

學(xué)生通過小組實(shí)驗(yàn)，模擬日晷一天的計(jì)時(shí)過程，認(rèn)識(shí)日晷的正確擺放方法。再讓學(xué)生探究晷盤和地平面的夾角對(duì)計(jì)時(shí)是否有影響。學(xué)生通過固定太陽(yáng)照射的位置，改變晷盤和地平面的夾角，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到晷盤和地平面的夾角的變化對(duì)計(jì)時(shí)是有影響的。然后，教師告訴學(xué)生只有在晷針和地平面的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥葧r(shí)，即晷盤和地平面的夾角為90°，減去當(dāng)?shù)鼐暥葧r(shí)，日晷才能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。最后指導(dǎo)學(xué)生使用日晷計(jì)量時(shí)間。

3.總結(jié)拓展

教師引導(dǎo)學(xué)生觀看圖片，了解各種各樣的日晷。最后提出以后的學(xué)習(xí)任務(wù)：利用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)和制作日晷。

教學(xué)策略

1.聯(lián)系舊知，導(dǎo)入新課

在上個(gè)單元“陽(yáng)光下的影子”的拓展與應(yīng)用環(huán)節(jié)中，學(xué)生了解到日晷是古人利用影子制作的測(cè)量工具。本課從上個(gè)單元的知識(shí)出發(fā)，利用小視頻引出本課內(nèi)容，既聯(lián)系了新舊知識(shí)，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.目標(biāo)導(dǎo)向，活動(dòng)有序

教學(xué)中，設(shè)計(jì)了四個(gè)活動(dòng)來完成教學(xué)目標(biāo)：

第一個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生通過觀察日晷，了解日晷的組成部分，對(duì)晷盤上的指針產(chǎn)生好奇。

第二個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生用手電筒模擬太陽(yáng)，探討日晷的計(jì)時(shí)原理，并思考：日晷要怎樣擺放才能計(jì)時(shí)？

第三個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生調(diào)整晷盤和地平面的角度，意識(shí)到這個(gè)角度變化對(duì)計(jì)時(shí)有影響。最后由教師告知學(xué)生怎樣設(shè)置角度才能做到準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。

第四個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生欣賞各種各樣的日晷，進(jìn)一步拓展學(xué)生對(duì)日晷的認(rèn)識(shí)，為后面設(shè)計(jì)制作日晷打下基礎(chǔ)。

這四個(gè)層層遞進(jìn)的有序活動(dòng)，讓學(xué)生的思維逐步得到發(fā)展，讓探究活動(dòng)真實(shí)有效。

3.合理引導(dǎo)，降低難度

對(duì)于四年級(jí)學(xué)生來說，認(rèn)識(shí)日晷的原理有一定難度，本課的知識(shí)難點(diǎn)是讓學(xué)生清楚12時(shí)辰對(duì)應(yīng)的時(shí)間和日晷一天中晷針影子的變化應(yīng)該是從辰時(shí)到申時(shí)。擺放日晷正確計(jì)時(shí)是本課活動(dòng)的難點(diǎn)。對(duì)于比較難的活動(dòng)，我逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生自主探究，然后分小組上臺(tái)交流，克服活動(dòng)中的困難。

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)晷盤和地平面的夾角是可以改變的，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，讓他們思考：夾角的改變對(duì)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)是否有影響？緊接著讓學(xué)生通過控制變量的方法進(jìn)行研究：控制太陽(yáng)照射的位置和晷盤的擺放方向不變，改變盤面和地面間的夾角度數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，給學(xué)生充足的時(shí)間，讓他們分小組上臺(tái)表述自己小組的發(fā)現(xiàn)，最后教師利用一些圖片告知學(xué)生晷針和地平面的夾角是當(dāng)?shù)氐木暥葧r(shí)才能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。對(duì)于這個(gè)活動(dòng)的難點(diǎn)，我沒有一開始就引導(dǎo)學(xué)生研究晷針和地平面的夾角，因?yàn)樗麄儾惶菀桌斫膺@個(gè)問題。我從學(xué)生容易看到的晷盤和地平面的夾角引導(dǎo)學(xué)生探究，然后過渡到這個(gè)夾角的度數(shù)，這樣學(xué)生理解起來比較容易。

4.重視探究，發(fā)展思維

教學(xué)中，我非常關(guān)注學(xué)生思維能力和動(dòng)手能力的發(fā)展。所有活動(dòng)都是先讓學(xué)生思考該怎么做，然后小組分工，合作完成。每一個(gè)活動(dòng)不管是開始前的思考還是結(jié)束后的分享，都盡可能給予充足的時(shí)間，學(xué)生自主探究，充分分享自己和小組的觀點(diǎn)，然后小組之間再補(bǔ)充。整節(jié)課能夠尊重學(xué)生的主體性，讓他們?cè)谒伎贾刑骄?，帶著收獲進(jìn)行分享。

教學(xué)評(píng)析

這節(jié)課屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域，本課的教學(xué)目標(biāo)為：

1.認(rèn)識(shí)日晷主要由晷盤和晷針組成，知道日晷是根據(jù)陽(yáng)光下晷針在晷盤上的影子所對(duì)應(yīng)的刻度來計(jì)時(shí)。

2.初步了解用日晷計(jì)時(shí)時(shí)，日晷的擺放位置和角度，以及日晷晷面與地平面的角度是如何設(shè)置的。

3.對(duì)計(jì)時(shí)工具表現(xiàn)出一定的興趣和好奇心。

4.認(rèn)識(shí)到使用計(jì)時(shí)工具可以使測(cè)量的結(jié)果更加精確。

其中第一和第二個(gè)教學(xué)目標(biāo)是本課的教學(xué)重點(diǎn)，第二個(gè)教學(xué)目標(biāo)是本課的教學(xué)難點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，突破教學(xué)難點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)了四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：

第一個(gè)環(huán)節(jié)，回顧上個(gè)單元了解的日晷，認(rèn)識(shí)日晷主要由晷盤和晷針組成，認(rèn)讀晷盤上的時(shí)辰，特別是將白天的關(guān)鍵時(shí)辰，如辰、午、申等，與學(xué)生平時(shí)熟悉的小時(shí)對(duì)應(yīng)起來，從而理解晷盤和晷針的作用。第一個(gè)環(huán)節(jié)能夠達(dá)成第一個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

第二個(gè)環(huán)節(jié)，用日晷模型模擬計(jì)時(shí)，在操作過程中認(rèn)識(shí)日晷的正確擺放方向。

第三個(gè)環(huán)節(jié)，通過改變晷面的傾斜角度，認(rèn)識(shí)到晷針與地平面需要一個(gè)合適的夾角，再通過教師的介紹，了解到這個(gè)夾角與當(dāng)?shù)鼐暥扔嘘P(guān)。第二和第三個(gè)環(huán)節(jié)，巧妙而有效地達(dá)成了第二個(gè)教學(xué)目標(biāo)，突破了教學(xué)難點(diǎn)。

第四個(gè)環(huán)節(jié)介紹了各種各樣的日晷，包括赤道日晷、平面日晷、垂直日等。這里特別介紹了冬季我國(guó)傳統(tǒng)的赤道日晷的晷針影子形成在晷盤的背面這一現(xiàn)象。第四個(gè)環(huán)節(jié)為本單元后續(xù)設(shè)計(jì)日晷提供了多樣的原型，有利于打開學(xué)生的設(shè)計(jì)思路。

其中，第二、第三個(gè)環(huán)節(jié)既落實(shí)了教學(xué)重點(diǎn)，又突破了教學(xué)難點(diǎn)。第二個(gè)環(huán)節(jié)首先利用學(xué)生對(duì)太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)和陽(yáng)光下影子變化規(guī)律的已有認(rèn)知，指導(dǎo)他們將日晷放在太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌道的北邊進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。本環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)記錄單能引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)生將晷盤分別朝向南、北、西、東等方向擺放，用手電筒模擬太陽(yáng)自東向西運(yùn)動(dòng)，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)晷盤朝北時(shí)，晷盤上的時(shí)辰數(shù)據(jù)才能與實(shí)際時(shí)間對(duì)應(yīng)。

需要特別指出的是，由于地軸與地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道面有個(gè)夾角，太陽(yáng)在天空中經(jīng)過的視運(yùn)動(dòng)軌跡并不是本課使用的模型那樣的垂直于地面的半圓面，而是略向南傾斜的半圓面。本課的垂直于地面的太陽(yáng)軌道模型僅是近似模擬，但不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第三個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生固定太陽(yáng)入射的角度，改變晷盤的傾斜角度，發(fā)現(xiàn)晷盤的傾斜角度發(fā)生變化時(shí)，投在晷盤上的影子位置會(huì)發(fā)生變化。太陽(yáng)入射位置不變，表示時(shí)間應(yīng)該是固定的。如果晷盤傾斜角度改變而晷針的影子位置不變時(shí)，說明晷盤的傾斜角度不影響計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，除正午外，晷盤傾斜角度的改變會(huì)影響計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性，這引發(fā)了學(xué)生對(duì)合適的角度應(yīng)該是多少的疑惑。此時(shí)正好可以告訴學(xué)生與緯度有關(guān)，這樣教學(xué)，體現(xiàn)了教師的合理引導(dǎo)。

古人對(duì)于日晷的使用經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的摸索過程，晷盤朝向北面時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)夏天影子落在晷盤的正面，冬天影子落在晷盤的反面，這樣四季都能比較準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)。小學(xué)生對(duì)緯度的認(rèn)識(shí)比較困難，教師做了一定的補(bǔ)充和說明，并不要求學(xué)生理解背后的科學(xué)道理，為他們后續(xù)設(shè)計(jì)和制作日晷奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。本課將自主探究和教師引導(dǎo)相結(jié)合，取得了較好的教學(xué)效果，完滿地達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。

根據(jù)以上分析，可以看出本課具有以下幾個(gè)方面的示范性：一是巧妙設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，利用近似的太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌道模型和日晷模型，直觀地再現(xiàn)日晷計(jì)時(shí)的情景。二是利用學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)中的記錄表，引導(dǎo)他們選擇合適的數(shù)據(jù)記錄，發(fā)現(xiàn)晷盤擺放的正確方向。三是通過一步一步地設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析與交流，不斷實(shí)現(xiàn)思維的推進(jìn)和認(rèn)識(shí)的深入。四是利用小組合作探究，引導(dǎo)學(xué)生相互演示交流，調(diào)動(dòng)生生互動(dòng)，體現(xiàn)學(xué)生的教學(xué)主體地位。五是呈現(xiàn)了多種日晷，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)做了很好的知識(shí)鋪墊。