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单元视角找灵动，内涵挖掘求创新

范文

纪峥斌

教科版五年级下册《时间的测量》单元中的第五课《机械摆钟》，在各类科学课教学比赛、研讨活动中被演绎过无数次。教师在网络上输入课题就能发现大量的教案、课件等资料，它已经成为经典课例的代表。既然是经典课例，是不是不再有突破的可能了？著名的教育家叶圣陶说过：“教学有法，教无定法，贵在得法。”综观《机械摆钟》一课的经典课例，虽数量众多，但大同小异。其教学设计基本是按教材编排进行的，鲜有从“时间的测量”这一单元角度宏观考察这个教学内容，缺乏灵动与创新。因此，对于《机械摆钟》这样的经典课例，教师要进一步挖掘其丰富的内涵，从教材的基本结构、教学线索以及应用大数据分析三个方面予以突破，以达到教学创新与实效。

一、将教学方式从科学验证调整为科学探究

《时间的测量》单元是以“创造计时工具及发展史，认识技术对人类社会发展的作用”为教材编排线索层层推进的。鉴于这样的认识，《机械摆钟》一课的设计往往先是出现摆钟，让学生探究摆钟的摆每分钟摆动的次数是相同的，由此引申到验证单摆的等时性。若按照教材编排设计教学思路，则本课属于典型的科学验证课。

这种教学设计的好处在于学生可以通过对钟摆每分钟摆动次数的严谨研究，知道单位时间内钟摆的摆动次数是相同的。这个结论一旦形成共识，有利于后面单摆的等时性实验验证，因为学生有思维惯性。既然在第一部分“观察钟摆”中，学生发现单摆每分钟摆动的次数是一样的，就会自觉地推导出后续单摆每分钟摆动次数也是一样的。即使出现误差（少许不等时），也会将记录数据进行惯性美化，从而得出整齐合一的实验结论。但这种设计有个缺陷，由于学生在课堂上缺少研究经历，所以思维的广度与深度会被压缩。

那么能否将这节科学验证课调整为科学探究课，让学生像科学家那样对未知领域进行研究？于是，教师把第一部分“观察钟摆”与第二部分“观察我们的摆”的教学次序进行调整，引导学生先进行單摆的研究，再进行摆钟的设计与创造，就此历经人类对摆的等时性进行研究的过程，从中发现规律并进行实践应用。这种设计思路的优点就是独立性较强，以往按照科学验证课进行的教学设计，须历经本单元前4课的知识铺垫，使学生对人类创造计时工具有个完整的认识过程，否则直接出现机械摆钟就会非常牵强。但是将《机械摆钟》调整为科学探究课，只要符合学生认知状况，就可以不经铺垫直接开展教学。

二、将科学史教学作为贯穿课堂的主线索

当前的小学科学教育将科学史的发展放在比较重要的位置。《机械摆钟》的科学史教学存在一明一暗两条线索。明线是指人类探索精确计时方法的过程，这也是教学目标之一。暗线是指牛顿、伽利略、惠更斯这三位科学家对摆的研究有着交集。基于对《机械摆钟》明暗两条线索的分析和科学探究课的教学方向，教师将科学史教学作为贯穿整堂课的主线索，确定了如下教学流程。

教师先用“牛顿从苹果落地中发现万有引力”的故事导入教学，激励学生学习科学家善于观察、善于思考的优秀品质，再用伽利略发现单摆规律的事例引出研究主题，引导学生了解机械摆钟的构造，测量机械摆钟每分钟摆动次数，研究并发现单摆的等时性，经历科学家的研究过程，这也是重点、难点所在。接着，教师采用倒叙法引导学生回顾人类探索时间计量工具的发展史：从日晷到水钟，从蜡烛到沙漏……无论设计多么巧妙，一天的时间误差至少在15分钟以上。随着科学技术的发展，人们制作的计时工具越来越精确，惠更斯研究出了机械摆钟，将一天内的误差缩小到10秒钟以内，这是划时代的飞跃，所以说机械摆钟的发明在科学史上具有重大意义。这时，教师让学生讨论“为什么在当今生活中却很少见到机械摆钟”的问题，由此引导学生发现，因为有更精准更方便的计时工具被不断地发明出来，如电子钟、手机以及2000万年都不差1秒的原子钟等。最后教师补充了伽利略单摆与牛顿摆的知识。历史上，惠更斯出生于伽利略的晚年，牛顿则在伽利略去世后次年出生。伽利略研究出了单摆等时性原理，但终其一生也没能制造出机械摆钟。惠更斯是在伽利略去世14年后才研制出了世界上第一台机械摆钟，使摆的等时性得以实践应用，他是介于伽利略与牛顿之间的重要的物理学先驱。牛顿也研究过摆，后人将其发明的装置称为“牛顿摆”。摆的研究将三位科学家串联起来，首尾呼应，使学生理解了科学的本质和科学家的探究精神。

科学教师在课堂教学中引入科学家的发明故事、史料图片、逸闻趣事等科学史教学内容，以达到活跃课堂气氛、吸引学生注意力、了解知识形成的背景、促进科学知识理解的目的。更为重要的是，科学史教育作为贯穿《机械摆钟》教学的主线，有助于学生理解科学的本质，即理解科学家用研究自然界获得的科学证据，提出各种理论的过程、方法，以及他们所具备的科学探究精神，为学生掌握基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神奠定了基础。

三、将解读大数据能力的培养作为教学创新点

《机械摆钟》教学的重点和难点是研究并发现单摆的等时性，这也是调整教材前两部分教学次序的主因，即让学生经历科学家研究未知领域的过程。众所周知，如果测量实验指导不明确，特别是计时与计数的配合没有交代清楚，学生所测量的单位时间内摆动次数的数据会不一样，也就无法得出摆的等时性结论。

为了做到精准配合，在学生明确计时、记录各1人，计数2人的小组分工后，教师结合板书进行指导（见图1）：第1个10秒的实验，计时与计数的学生同时喊“3—2—1—0”，当喊到“0”时掐下秒表，在摆锤最高点放手（手指板书），这个很简单，相信难不倒学生。难的是在摆不停的情况下，第2个10秒实验中计时与计数的学生怎么做到精准配合？教师抛出问题后，并没有让学生立即回答，而是给予充分讨论的时间，从而得出“秒表归零，同步计时与计数”的结论。这个指导环节看似简单，实则很重要，否则学生难以配合，会产生数据无法集中、难以分析的现象。因此，对于教学难点，教师要给学生提供充足的研究时间。

本课采用大数据分析法，每个小组得出的实验结果要进行相互比较，所以教师要求各小组控制实验变量，即每组的摆要一样。于是，学生提出：实验用的摆锤应该一样;在摆绳上做记号，做到每组长度一样;在固定杆子上做记号，确保摆绳固定位置全班一样。此时再将摆锤拉到铁架台杆子后放手，各小组的摆幅也就一样了（见图2）。如此获得的各小组实验数据就可以进行相互比较了（见下表）。

教师请学生观察实验数据，从中发现规律。学生发现，控制实验变量后，摆在10秒摆动的次数都是8左右;摆的摆幅变小了，但摆的次数基本不变。为了验证这一结论，教师出示了其他12所学校做同样实验后得到的数据。为了让数据更为直观，教师运用Excel数据处理办法，将条件格式设置成“8”，于是数据库中凡是“8”的格子就会显示同一种颜色。通过Excel数据显示，学生发现各学校实验的结果基本上也是8次，是等时的。由大面积的色块所带来的视觉冲击，促使学生加深了对摆的等时性的理解。教师顺势总结：我们发现，同一个摆，在连续摆动的过程中，相同时间内摆动的次数是一样的。这就是伽利略研究出的摆的等时性。

教学到此并未戛然而止，教师又进行追问：“为什么有些小组的实验数据不是8次？问题在哪里？”学生就此进行反思分析，指出误差的出现有可能是秒表没掐准，也有可能是计时和计数的学生没有配合好。值得注意的是，学生在归因时只注意了偶然误差，即寻找到的是一些做得不规范的地方，随机性大;且从表述内容看，大多在“指责”他人不规范。这时，教师需要及时反问：“怎么听来都是别人做得不规范？请仔细想想，自己在这个实验中有没有可以做得更好的地方？”从而引导学生从自身找原因，发现问题，培养学生严谨的科学态度和科学探究精神。

此外，从十几次试教的情况看，没有一个学生提到系统误差的内容，如实验装置是否规范，是否有垂直摆、平行摆的现象，各组摆绳、摆幅是否完全一模一样等。这是一个有趣的现象，说明要让五年级学生考虑到系统误差的因素，难度确实不小。

以上三点的思考与实践，经课堂教学验证是有效的，学生对科学的认识有了进一步加深。当然，教学有法而教无定法。这样的教学设计是对经典课例的一次探索和挑战，也希望有更多的教师对此提出有效建议，不断完善。

（浙江省宁波市鄞州区潘火街道东南小学???315100）

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