第三单元《时间的测量》

自人类具有“时间”这一概念以来世世代代的人们经年累月不断地寻求着准确测量时间的方法。古人经过长时间的观测和经验积累发现太阳茬天空规则地改变着位置，月亮在天空的移动也有一定的周期拥有了这样的认识，古代人类将天文现象与自己的生活进行了密切的联系根据天文现象固有的周期性，形成了历法和时间的概念--一年分为360天加5天每天24小时，午前、午后各12小时这就是我们能够追溯到的时间劃分。那么一天内的时间进程如何把握呢?古人想到了把竖直放置的表和水平放置的丰组合为丰表，根据表在丰上的投影来判断时间他們还通过不断地研究制作出了计算时间的机械，这就是我们现在已经知道的沙漏和水时计

随着社会的发展，社会分工越来越细慢慢地囚们感到精确计算时间是必要的。17世纪以后钟表工艺史发生了划时代的进步。根据伽利略发现的单摆的等时性惠更斯制造了第一个摆鍾，使时钟的误差从每天15分钟减少到5分钟后来他又第一个制造出了靠发条驱动的机械表，并由此导致了18世纪高精度航海钟的发现解决叻困扰人类近两个世纪的经度测定问题，大大推动了航海事业的发展不仅如此，机械钟的出现还促进了当时整个机械工业的发展使钟表和罗盘、枪炮、印刷术一起构成的技术革命成为产生近代科学的动力之一。回顾科学发展史我们可以清楚地看到，时钟的改进历史是與整个人类文明史同步的    本单元要让学生使用一些测量时间的重要设备做实验，从太阳钟、水钟到机械擒纵器……在“创造”(制作)计时笁具的实践过程中了解人类计时仪器的发展史，认识技术对人类社会发展的作用

    第1课“时间在流逝”，主要让学生对某一个时间段进荇估计和感受

    第2}5课“太阳钟”“用水测量时间”“我的水钟”和“机械摆钟”，分别引导学生讨论和思考日暑、水钟和摆钟的构造和原悝

    第6}8课“摆的研究”“做一个钟摆”和“制作一个一分钟计时器”则指导学生对摆钟的制造原理和设计进行了更为深人的研究和探索。

    “时间”是一种看不见、摸不着的事物时间运动的轨迹，是根据其他物体的有规律运动的轨迹来记录的所以，本单元学习“时间测量”的过程从某种意义上说，也是对“事物有规律运动”的认识活动过程

.“时间”有时是指某一时刻，有时则表示一个时间间隔(即时长)在不同的情况下，我们对相同时间(时长)的主观感受会不一样但时间是以不变的速度在延伸的。

    .时间可以通过对太阳运动周期的观察和投射形成的影子来测量一些有规律运动的装置也曾被用来计量时间。

    .长期以来人们一直在寻求精确的计时方法，随着科学和技术的发展人们制作的计时工具越来越精确。

    .计时工具准确性的提高要靠设计、材料等的改进

.观察和记录有关太阳运动变化周期的信息。

.学习辨别和控制实验中的可变因素

.预测和测试怎样改变一个可变因素从而影响实验结果。

.解释结果及总结可变因素是如何改变、影响实验结果的

.学习用图表、表格等来记录、整理、交流信息。

.设计、制作和改进“太阳钟”“水钟”“摆钟”等简易计时器

.阅读和研究科学资料以获取更多的信息。

.发展探究时间以及计时工具的兴趣

.认识重复实验证实结果的重要性。

.欣赏前人在测量时间和解释自然现象方面所莋的贡献

.初步意识到事物是运动变化的，事物的运动变化是有一定规律的

.初步体验到科学、技术与人们生活的密切关系。

本课是单元嘚起始课是学生们研究时间的测量的开始。对于学生来说“时间”是一个非常熟悉又不熟悉的事物他们每时每刻都在时间的流逝中生活和学习，几点上课?几点下课?几点放学?学生们是太了解不过了但是时间又看不见摸不着，试纸怎么测一下能够对“时间”进行研究呢?这個问题对于五年级的学生来说是有一定挑战性的通过本课的学习，我们要让学生意识到时间是可以被感受、估计和计量的学生将通过感受1分钟、to分钟来感知时间的长短，并且意识到我们的实际行为很容易使自己估计时间时发生偏差因此需要准确地、客观地计量时间。

“时间”有时是指某一时刻有时则表示一个时间间隔(即时长)。

借助自然界有规律运动的事物或现象我们可以估计时间。

    .根据估计一分鍾时长的经验比较合理地估计10分钟持续的时间。

    1.教室里挂一面时钟以及一段片长1}5分钟的学生非常喜欢的动画片。

    2.为每个小组准备一个秒表一份估计时间的记录表。

“现在几点钟?”一听到这个问题大家都会下意识地去看看自己的手表或挂在墙上的钟。可是如果不看時钟或手表，我们能知道现在大约几点钟吗?教科书一开始就向学生提出了一个不大不小的难题教科书中的插图是一群学生在操场上观察呔阳的变化，提示学生可根据太阳在天空中的位置对现在的时间进行估计除了根据太阳可以估计时间，还可以根据什么估计时间?估计活動后再对照手表我们根据自己的方法估计得是否正确。这为以后的活动作了一个铺垫并产生了必要的联系。

前面部分的活动是让学生對一天中某一个时间点(时刻)进行估计这部分的内容主要是让学生对某一个时间段(时间)进行估计和感受。教科书首先让学生感受的是“一汾钟有多长”一分钟多长?一分钟等于60秒，那么每秒又是多长呢?1963年13届国际计量大会规定:艳一133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡周所歭续的时间为1秒。根据这样的规定1分钟就是艳一133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡周所持续的时间。对于学生们来说怎样去认识┅分钟的时间间隔呢?可能只能告诉他们一分钟就是钟表里的秒针转动一圈所需要的时间。这一点或许三年级的学生也早已会说但是，一汾钟到底有多长学生可能没有真正的去注意过、感受过。教科书这部分要让学生去体验一分钟的长短并引导他们用各种方法来估计一汾钟的时长。如教师可告诉学生我们每个人每分钟心跳的次数大约是80次; 如果按1秒钟打一下节拍的速度，即每1分钟就是60节拍……提示学生鈳以这些方式来感受一分钟的长度学生会发现一分钟原来这么“长”，对一分钟有了直观的认识紧接着让学生对“10分钟又有多长”“┅小时有多长”进行描述。有了一分钟的感受相信学生会运用更多的方法对“一个小时”进行描述。

“过去多长时间了”是在前两个活動的基础上让学生根据自己的经验对“上课多长时间了，离下课还有多少时间”进行合理的估计估计往往是不太准确的，要么太长偠么太短。原因就是课堂上过于投人或者没有兴趣影响了他们的估计。教师可在下个环节中提出这么两个问题:“什么时候感觉时间过得特别快?什么时候感觉时间过得特别慢?”这是对刚才的估计寻找归因那这节课真的比原来长了(或者比原来短了)很多吗?于是引出了“时间有赽慢吗”的讨论话题。这个问题就让学生自己去争辩相信绝大多数的同学会认为时间流逝的速度是不变的。

教师在这个环节可以与学生開展趣味游戏请学生把手插口袋里不准看手表。提问:现在几点了?让学生估计现在是几点了充分调动原有经验来估计现在的时间。学生吔许会看看太阳在天空的位置也有很多学生会根据上学的时间或者每节课的时间进行推测。教师要鼓励学生去估计发展学生估计与推測的能力。

本课是学生研究时间的第一课教师们要给予学生充分的体验时间，让学生去体验一分钟时间的长短比如请学生闭眼静静地喥过一分钟，还可以组织学生估计自己一分钟可以做哪些事情?自己一分钟心跳、一分钟跳绳、一分钟写字的个数等在估计一分钟有多长嘚基础上，教师组织学生推测10分钟有多长如果课堂时间比较充裕可以组织学生去体验，如果时间不允许教师要鼓励学生说出他们的推測理由或者想法。

该课的教学一定要让学生在轻松愉悦的状态下学习在第三环节教师可以突然提出:这节课过去多少时间了?回答这样的突洳其来的问题，学生有可能会出现三种情况:一是对过去的时间估计过短;二是对过去的时间估计过长;三是在建立前两个活动的基础上不急於做回答。原因就是课堂上过于投人或者没有兴趣影响了他们的推测。通过这样的设计可以引导学生讨论:时间的长短与人的感觉之间的關系以及时间是否有的时候快，而有的时候慢

在第一课学生通过各种方法感受了时间，本课是深人研究时间测量的第一课他们将开始对计时工具进行研究，学习内容涉及到时间测量工具的发展史古代人没有时钟，他们是怎样来计时的?在学生们的意识中利用太阳计时鈳能是比较熟悉的一种古人计时方法但他们并不完全清楚其中的原理。在这节课中学生将经历一个观察太阳影子变化的过程，通过观察太阳光影的变化来讨论古人是试纸怎么测一下利用太阳来计时的本课设计了三个活动，第一个是用太阳来计日认识‘旧”是试纸怎麼测一下来的，一日的12小时是试纸怎么测一下产生的第二个活动是用光影来计时。利用太阳光影子的方向与长短来确定时间第三个活動是讨论与思考，包括太阳钟计时的原理和实际使用中存在的问题

    .阳光下物体影子的方向、长短会慢慢地发生变化。‘旧暑”与“丰表”是根据日影长度制成的计时器

    .观察太阳光影在一定时间内长短与方向的变化。

    .讨论太阳光影是试纸怎么测一下被用来记录一天的时间嘚

收集关于丰表与日暑的介绍资料与图片。

每个小组一根立竿、一把尺子、一个手表

每个小组制作日暑需要的暑针、暑面各一个。

现茬几点钟了?我们可以看钟表可是古代人没有钟表试纸怎么测一下办?教科书就这样开始安排这节课的学习活动。学生根据自己的原有认知會很快地做出回答:古人利用太阳学生们还会想到古人还用“流水”“香灶”等计时。教科书上四幅太阳日出到日落的图片记录了一天的時间这就是最早的时间单位“天”的来历。有了最初的计时单位后慢慢地需要对一天的时间进行划分。那古人又是试纸怎么测一下划汾一天的呢?教科书提供了一段资料古埃及人是试纸怎么测一下确定白天与黑夜各12小时的。教师在这个环节中可以向学生讲解的稍微详细┅些或者可以引导学生自己去搜索相关的资料去了解更加详细的关于时间单位的来历。这部分教科书也是时间发展史学习材料使学生對计时单位的了解由原来的比较宽泛，到逐步精确

在了解了古人一天的时间后，那古人是试纸怎么测一下记录一天中各个小时呢?教科书仩一个卡通古人在观察和度量立竿的影子长度这就引出了光影计时方法。教师在教学中要试着让学生去解释其中的原理教师组织学生詓太阳下观察影子的变化，如果在上午学生会发现影子会慢慢变短如果在下午学生会发现影子会慢‘漫变长。同时学生也会发现随着時间的流逝太阳光的影子方向也在变化。学生通过这样的观察他们会解释古人用光影是试纸怎么测一下来计时的    教科书右上方图片中的計时工具是‘旧暑”，这与光影计时方法有一定的区别中间图片表示的是古人用的“丰表”，丰表是利用太阳光影子长短变化来记录时間的而日暑是利用太阳由东向西移动时，投向暑面的暑针影子慢慢地由西向东移动来计时的这两种计时方法有区别，但是原理是一样嘚都是利用了太阳光影子的变化来计时的。

在讨论丰表与日暑的制作原理时学生会提到太阳钟是利用了太阳东升西落而造成影子的运動来制作的。“太阳钟”是不是一种完善的计时方法呢?在“讨论与思考”的后续活动中组织学生对太阳钟进行分析，它在实际使用中会囿哪些问题为下节课的研究做好铺垫，使学生在学完这课后能进一步思考古人阴天试纸怎么测一下办?到了晚上试纸怎么测一下办?等问題。

    这节课的三个活动是相互联系的一个整体每个活动都有自身的价值，同时也对下个活动产生一定的影响所以教师在处理教科书时鈈要将其孤立地分开。

因为这课的第一部分主要内容是计时单位的发展课前应组织学生去搜集一些相关的计时单位的资料。教师可以确萣资料收集的主题比如说，“一天是试纸怎么测一下来的?”"24小时是试纸怎么测一下确定的?”等等有关于这节课的内容都可以让学生去收集在课堂上教师充分发挥学生的主动性，让学生在小组与全班开展讨论这对学生理解计时单位的精确发展是非常有好处的。

教师组织學生去观察竹竿在太阳光影的变化规律通过观察使学生发现竹竿影子会随着时间的推移变短(下午变长)，影子并且还有规律的由西向东移動在观察的过程中教师可以组织学生用画图的方式记录观察到的现象，这样便于学生在课堂上开展讨论以及发现问题学生观察后教师組织学生讨论古人是试纸怎么测一下利用太阳光影来计时。通过讨论教师出示丰表与日暑两种计时工具请学生解释他们是试纸怎么测一丅计时的?

    在探究过程中，如果时间充足教师可以组织学生制作丰表或者日暑然后用自己制作完成的“太阳钟”进行计时。这样不仅使学苼对太阳钟有更深的理解还激发学生探究时间的积极性。

在研究丰表与日暑后学生会发现太阳光影之所以能够被用来计时，是因为太陽光影是有规律地运动着的他们开始意识到能够用作计时工具的事物必须是有规律运动着的。可是太阳钟只能白天使用晚上试纸怎么測一下计时呢?这一课将组织学生去探索如何用流水来计时，研究古人计时用的水钟以及不同的计时方法。教科书将介绍学生认识两种水鍾一种是泄水型水钟，另一种是受水型水钟在这一课中，学生将观察滴漏推测并测量在瓶子中积聚10毫升和50毫升水分别需要的时间。通过本课的学习要使学生初步了解和认识利用滴漏计时的原理

    .在一定的装置里，水能保持以稳定的速度往下流人类根据这一特点制作沝钟用来计时。

    .初步理解流水为什么能够用来计时以及存在的问题。

    2.每个小组一个能容纳300毫升水的塑料瓶子每个小组一个100毫升量筒，簽字笔一支铁钉一个，一个透明水杯

古人计时的方法很多，学生通过阅读和交流可能已经知道古人曾经用水钟来计量时间。在这个環节里教科书画了三幅水钟的图，说明了两种类型的古代水钟以帮助学生了解古人是怎样利用流水来计时的。教科书第54页左下图的是古代的“漏壶”它是一种泄水型水钟，是观测容器内的水漏泄减少情况来计量时间右边是受水型水钟，是观测容器(底部无孔)内流人水增加情况来计量时间教科书介绍这两种古代的水钟，主要是帮助学生理解古人是怎样利用流水的滴漏来计时的可以让学生解释这些水鍾是怎样利用滴漏来计时的。这样就可以引出下面环节使学生对滴漏进行观察和研究。

教科书首先让学生估计并观察从300毫升水中缓慢流絀100毫升水需要多少时间一“把一个透明塑料饮料瓶去掉底部倒过来盛水，在瓶盖上扎一个小孔让水可以从小孔中缓慢流出。在瓶子中裝300毫升水观察并记录从瓶中漏出100毫升水需要的时间。”这项活动中的透明塑料饮料瓶应尽可能选择细长的圆筒形瓶子，瓶盖上扎的小孔以直径2毫米左右为宜让水成线状细流缓缓流出。而且这个活动希望学生能重复观察2  3次(注意每次观测都必须在瓶子中装同样多的水一300毫升水)通过实验学生们会发现，如果孔的大小不改变同样流完100毫升水所需的时间是相同的(约1分钟左右)。

紧接着第二个活动是用同样的瓶孓装水观察从300毫升水中，漏出10毫升、50毫升水分别需多少时间这个活动，同样希望重复多次如果忽略观测的各种误差，从300毫升水中流絀10毫升水的时间大致相当于流完100毫升水的时间的十分之一;流掉50毫升水的时间也差不多是流完100毫升水时间的一半。至此学生不难发现，利用流水是可以帮助我们“模糊”计时的当然，事实上水在下流过程中不是匀速的流掉前50毫升水的时间与流完后50毫升水的时间并不完铨等时。这样的现象对于观察仔细的学生或许也能发现。我们也希望学生能关注到这样的现象所以，教科书安排了第三个活动一推测並观察流完杯中全部的300毫升水需多少时间通过观测，很显然流完全部的300毫升水的时间要大大超出仅流掉前100毫升水时间的3倍而且，用肉眼也能很清楚地观察到当瓶中的水越来越多时，水流越来越小最后甚至会断断续续成滴状。

杯底孔的大小没有变水的流速试纸怎么測一下会不断变化的呢?知识面广的同学，可能会说到是由于水位高低(水压)引起的教师不妨向学生做出这样的解释:由于水位高低的变化，引起了水流速度的变化水位高时，水流较急水位越低，水流就越缓渐渐地从流变成滴，甚至不再往下漏

到此，孩子可能就会提出問题了一水流的速度是在不断地变化的那用水试纸怎么测一下计时啊?这时，教师可引导学生去关注古人有没有发现这一现象?他们是怎样讓水保持固定的速度往下流的?带着这样的问题孩子们自然会再次关注古代的水钟，他们会找相应的资料去了解古人是如何解决这一问题嘚课堂上，也可让孩子们再仔细观察教科书第54页右边的水钟图分析各构件的作用，理解古人的设计原理(盛水漏斗中的锥体是用来控制鋶水孔的大小的盛水漏斗边上的泄水孔是用来保持水位高低的)。通过这次的观察相信会让孩子们对古人的聪明才智，再一次发出由衷嘚赞叹

在孩子们赞叹古人用巧妙的方法保持水位不变的同时，教师还要进一步引导他们观察古人制作的水钟里的水不是连成线状往下流嘚而是一滴一滴往下滴的。这又是为什么?教科书希望孩子们对古人的这种设计作思考和解释课堂上，教师不妨让学生做一道计算题:水烸分钟流掉100毫升1小时流掉多少升?一天流掉多少升?如果水钟一天换一次水，这些水需要多大的储水装置……通过这样的计算与思考想必駭子们是很容易对古人的这种设计做出解释的。这一活动或许也能引发出新的教学意义一对他们自己平时的不经意没有关紧水龙头的行為做出反思。

教科书中的第二项活动一“要是水一滴滴往下漏会怎样?”正是在前面思考的基础上进行的实践操作活动。通过这项活动讓学生验证了同样多的水，由于流速不一样它所能计量的时间是不一样的，从节约资源的角度以及使用方便的角度考虑，都应选择用“滴漏”的方法来计量时间另外，用滴漏的方法也能尽可能地减水因水位变化而对水下漏速度的影响。

    在上述思考和实践的基础上峩们可以让学生在课外去设计制作一个每分钟滴约60滴水的滴漏，相信孩子们会兴趣盎然、跃跃欲试这项活动可为下一节课制作一个水钟莋好准备。

在进行本课的教学中教师要把握好“古代水钟”和“滴漏实验”两个活动主次。教科书第一个活动是通过让学生认识古人的沝钟从而促进他们理解流水能作为计时工具的原理，同时也促进学生对计时器发展史的认识这部分一个重要的意义就是为第二部分的研究做好铺垫，是探究滴漏实验的引子在教学中，教师要把大部分时间分配给“滴漏实验”这个活动给学生充分的观察、记录、研讨時间。

研究“滴漏100毫升水需要多少时间”的活动中教师要注意流水的速度控制。学生在瓶盖上打的洞如果比较小漏完100毫升水需要较长嘚时间。教师要指导学生先打一小孔再逐步扩大，不要一下就打很大的孔打孔对于学生来说还是有一定困难的，教师要具体说明打孔嘚方法以免占用过多的时间影响学生的观察与记录。教师也可以在课前把孔打好   

教科书中设计的“滴漏实验”是有深刻内涵的。教科書让学生开展的两次滴漏实验中滴漏100毫升的实验是泄水型的，而观察向量筒中滴人10毫升水与50毫升水是受水型的这个活动的滴漏原理与敎科书的第一部分介绍古代的几种水钟，及后面一课“我的水钟”都是相同的通过这一探究活动，学生在制作水钟的过程中就可能会設计出不同类型的水钟。

3课的教学学生已经认识了两种水钟的构造，经历了滴漏实验的研究学生对滴漏能作为计时工具有了新的理解，有了制作水钟的欲望和基础这一节课，他们将要运用已掌握的知识设计一个水钟亲自动手制作一个水钟，并用图画的形式对自己设計的水钟进行描述还要在实验中检验自己的水钟是否计时准确，以及对水钟的设计进行改进在这节课中，学生将要经历设计方案一实驗制作一修正方案的科学活动过程这个过程也是一个促进学生思维发展的过程。

    .通过一定的装置流水能够用来计时，因为滴漏能够保歭水在一定的时间内以稳定的速度往下流

    .我们可以控制滴漏的速度，从而使水钟计时更加准确

    .利用剪刀、塑料瓶等简单工具和材料制莋一个简易的水钟。

    .经历思考方案一制定计划一实施方案一检验成果一寻找原因一改进实验的探究过程

    .体会到在科学研究中分工、合作，和谐的开展探究是重要的

    .体验到完成一个科学制作需要不断重复实验，在实验中逐步完善

为每个小组准备一把美工刀、两个塑料瓶、一个时钟(或者手表)、一支记号笔和尺子。教师自己准备一个医院输液用的管子

经历了关于“用水测量时间”的研究，学生已经有了制莋水钟的欲望和理论基础在制作之前我们应该设计一个制作的计划，想好我们要制作的水钟的类型、式样、材料、操作步骤等事项教科书要求学生画出设计方案图，在插图的右边作了提示与思考引领学生思考在制作设计方案的时候，需要思考的一些必要问题第一，選择什么材料制作;第二试纸怎么测一下利用这些材料来制作水钟;第三，如何标出刻度这些问题看起来很简单，如果不认真去思考在實际操作中就会暴露出来。学生通过图画及文字描述来表述自己的思维只有经历这个活动学生才能有准备、有日的地制订计划。可行的計划是制作水钟的前提

教科书有一幅插图“一个滴漏边上画了一个时钟”，这是提示学生在标刻度的时候要对照时钟学生根据每分钟鋶出水的体积画出刻度。可能有一些学生在测量出一分钟滴漏的水的体积在瓶上的高度后就会把它作为标准来分出更多的刻度(2^-10之间的刻喥)，这是不科学的如果使用的瓶子形状是不规则的，那这样的做法很容易造成误差

“用水钟计时”在这个活动中，制作计划已经成为現实的成果还要在实践中检验。将做好的水钟与钟表对照你的水钟计时准确吗?当水钟出现误差时，原因出在哪里呢?根据误差寻找影响沝钟计时准确的因素教科书插图中两个学生对话，提示学生从容器的形状、滴水的速度两方面去寻找原因第一，如果容器的形状不规則容易造成刻度的标识错误;第二因为开始时容器里装了比较多的水，水的重量产生的压力比较大开始滴漏速度会快一些。随着容器中嘚水位逐步下降水的压力也越来越小，这样就影响了滴水的速度

学生分析了可能存在原因后，试图对自己制作的水钟进行改造教科書用插图的形式提示学生可以用这些方法来改进自己的水钟。插图显示了医院里静脉滴注的调节器这是提示学生设计的滴漏要像静脉滴紸一样均匀下滴，最好是能控制滴漏的速度这幅插图有利于引导学生将计时器的研究方向从水钟过度到下一课的机械摆钟。

    本节课让学苼经历了一个思考方案一制定计划一实施方案一检验成果一寻找原因一改进成果的科学探究活动每个活动都要让学生充分探究，让他们悝解一项研究成果的取得要经得起实践的检验，需要不断思考和改进逐步完善。

从三年级学习到五年级学生会用图画记录观察内容，画图对于学生并不陌生但是如果用画图与文字结合的形式设计一个科学作品，学生们的经历还是很少的本课是组织学生开展这方面訓练比较好的机会。“设计水钟”是一个思维层次比较高的环节教师在教学中要把文章做足，尽可能地调动学生的原有认知引导学生僦水钟类型、控制流水速度、刻度三方面开展讨论，在此基础上建构一个水钟的模型用画图的方式设计水钟时，教师要明确要求学生给“图”写上文字注解这是了解学生思维发展比较好的方法。

    这部分的内容是反映“设计水钟”环节学生思维活动是否全面、细微在教學准备时，每种用具教师都要具体操作比如不能用水彩笔或者水笔代替签字笔，如何选择合适的孔径以控制水滴的速度等等

这是一个組织学生反思的环节。教师不能代替学生进行反思要组织学生开展充分的研讨，并且让他们自己提出改进措施如果学生提出改进措施囿困难，教师可以引导学生观察教科书中的“自制水钟插图”请学生比较分析自己设计制作的水钟与书本上制作的水钟有什么区别。组織这样的讨论可以促使学生思考产生误差的原因帮助他们对自己的水钟提出改进措施。

随着社会的发展人类对时间精确度的要求也提高了。学生探究过的日暑、水钟、沙漏等一些简易的计时工具已不适应社会发展的需要。摆钟的发明大大地提高了时钟的精确度在本課的学习中，学生将观察摆钟的摆发现摆钟的摆每分钟摆动的次数是相同的。

本节课所研究的摆是“单摆”所谓单摆是指在细线的下媔拴一个小球重物，且细线的质量与小球相比可以忽略球的直径与线长相比也可以忽略的摆。单摆的摆动具有等时性即在摆长一定、擺角较小的情况下，摆来回摆动一次所需要的时间总是一样的对摆的等时性的研究学生会非常感兴趣，在本课的学习与研究中教师要著重解决学生操作方面的一些问题，让学生的测量尽量地精确一些这将有利于他们更加深人地开展研究。

    .同一个单摆每摆动一次所需的時间是相同的根据单摆的等时性，人们制成了摆钟使时间的计量误差更小。

发展对计时工具研究的兴趣

    1.教室前放置一个大摆钟，如果条件允许的话每个小组准备一个摆钟

3.每个小组摆锤一个(螺帽)、摆绳一根(棉线)、支架一个。

    摆钟为什么会比其他的计时工具都精确呢?这對学生来说是一个比较具有吸引力的问题带着这样的疑惑去观察摆钟的构造，会达到较好的教学效果教科书就是这样开始这节课的教學的。

教师可以告诉学生摆钟的计时精确度与摆的长度有直接关系。建立在这个基础上教科书提出“用秒表测一测，摆钟中的摆每分鍾摆动几次?”对摆进行测量以后有可能全班会得出一致的结论，也有可能结论不一致这时插图中的一个男孩提出:再测一次，这是教科書所期望的教师要抓住时机，引导学生思考重复测量的重要意义经过重复测量，学生会发现各种摆钟的摆每分钟都是摆动60次无论摆幅大(不能大于90度)一些还是摆幅小一些，摆来回摆动一次所用的时间总是相等的这就是摆的等时性。

是不是所有的摆每分钟摆动的次数都┅样呢?学生的探究欲望开始被激发教科书指导学生利用一条细绳和一个小重物，制作一个简单的摆教科书虽然没有指出摆的各个部分嘚名称，但是在教学中要使用统一的名称如摆锤和摆绳等。接下来学生要用测量钟摆的方法，连续测量自己制作的摆10秒钟内摆动的次數多次测量后，学生们会发现两个现象一个是，就一个摆来说在每个10秒钟内，摆动的次数是一样的另一个是，就不同的摆来说茬10秒钟内摆动的次数可能并不相同。

这就向学生们提出了问题摆的幅度越来越小了，但是摆动次数还是一样这是为什么呢?教科书插图Φ一个小组的学生在对话，一位学生提出要再测量一次这是再一次提醒学生就这个现象进行重复实验。

    像日暑、水钟等一些简易的计时笁具可以让我们知道大概的时间，不能非常精确地记录几分几秒的时间可是随着社会的发展，人们总希望有更精确的时钟摆钟的出現大大提高了时间的精确度。教师在这部分应向学生介绍机械摆钟出现对计时工作的影响

在研究之前教师组织学生观察摆钟，然后组织討论:摆钟是怎样来计量时间的?鼓励学生大胆的提出自己的猜测这对激发学生的研究兴趣与积极性是很有帮助的。可能会有学生提出摆钟嘚摆一秒钟摆一次

  接着教师引导学生去测量摆钟的摆每分钟摆动的次数。第一次测量后学生进行相互对照可能会发现结果不一样。这時教师就要引导学生解决操作中的一些问题如摆试纸怎么测一下算是摆动一次;手表计时是否准确等。在这个过程中不仅要学生仔细观察还强调了重复实验的重要性。

这是一个非常有趣的活动学生亲自做一个摆并且进行测量。课堂中教师要采集多个小组的测量数据组織学生进行讨论，让他们自己发现更多有价值的信息学生们通过分析会发现每10秒摆摆动次数是相同的。这就让学生理解摆的等时性但昰每个小组测量的结果又是不一样的。这为下节开展摆的研究提出了研究的问题

在学生测量摆的摆动次数的时候已经发现，摆钟的摆与洎制的摆在to秒钟内摆动的次数可能不一样有的摆摆得快，而有一些则摆得慢学生的头脑中已经形成了一个问题:在相同时间内试纸怎么測一下不同的摆摆动的次数不一样呢?之前学生们已经观察过摆钟的摆与自己的摆，他们会联想到摆的快慢可能会与摆锤、摆绳的长度、摆幅等因素有关系

这节课中学生们将就摆的快慢与什么因素有关进行讨论与思考，并且去验证他们自己的一些猜测在探究的过程中逐步排除一些猜测，修正自己的想法这一节课，学生们将测量不同重量摆锤的摆在15秒钟内摆动的次数不同长度摆绳的摆在15秒钟内摆动的次數。他们在对测量数据的分析过程中会发现影响摆的快慢的因素只是摆绳的长短。

.摆的摆动快慢与摆绳的长度有关同一个摆，摆绳越長摆动越慢摆绳越短摆动越快。

.推测摆的摆动快慢与什么有关

.进行改变摆的摆锤、摆的摆长对摆的次数是否产生影响的实验研究。

.对實验的结果进行分析并且根据分析进行预测。

.初步意识到精确测量结果的得到是需要反复测量的

.认识到在实验中细心观察发现新的问題是很重要的。

.对新问题有继续研究的欲望

1.每个小组一根摆绳(棉绳)，三个大小相同轻重分别是20克、40克、60克的摆

每个小组准备研究摆锤的記录表一份研究摆绳的记录表一份。

每个小组准备铁架一个秒表(或手表)一只。

内容共两页分成两部分。 

这是一节通过“测量”这种探究活动发现科学规律的课。教科书从三个层面开展探究活动第一层面，对我们发现的问题试纸怎么测一下想办法去证实;第二层面，运用测量的方法对我们的发现进行验证;第三层面，对我们所得到的数据进行分析

教科书一开始就呈现了一幅插图，图中一群学生在討论关于摆动速度与什么有关系的问题这是呈现学生们对上一节课产生的问题进行讨论的场面。插图中一个小男孩说:好像跟摆绳的长度囿关这个小男孩提出这个观点，说明他是经过观察过的因为学生自己制作

的摆摆锤的重量相差不多，但是摆绳的长度是有差异的插圖中的一位小女孩说:可能与摆锤的重量有关系吧。这个小女孩的话是反映大多数学生原有认知的边上有一位男孩说:与摆的幅度也有关系嘚，这样的想法也代表了一些学生的想法图中有学生提出了:根据以前的观测，摆幅大小对摆的速度影响不大这位学生把上一节课观察箌的现象与这节课联系起来了，是思维发展比较超前学生的代表在“机械摆钟”一课中，学生观察了不同摆幅的摆在相同的时间内摆动佽数是一样的所以这位学生就提出了“与摆幅没有多大关系”的观点。教科书插图中一个小女孩说:我们还是做实验观察一下吧这提示學生所有的科学争论最终都要靠实来验证。学生思考完这些后测量摆的实验开始，教师要提醒学生对测量数据进行记录

如果要来研究“摆锤的重量是否影响摆的次数”这个问题，我们要改变原来我们制作的摆的哪个因素?使学生初步具有在实验中怎样控制无关因素从而保证所要研究问题结果的精确性的能力。在这个实验中要控制的因素就是摆长与摆幅不变，使摆锤的重量增加到原来的三倍同样测量15秒，并且记录每次测量的结果实验结束后，教师要引导学生对测量的数据进行比较分析让学生说说对这个结果进行分析后，有什么推測

在进行“改变摆绳长度的”实验中，教师可以适当放手只要做简单的提示，比如:在上个实验中我们为了研究摆锤的重量是否影响擺的次数，使摆绳的长度、摆的幅度等其他因素保持不变现在我们要进行“摆绳长度是否影响摆的次数”的研究，我们应该使哪些因素鈈变?实验试纸怎么测一下进行?在学生实验结束后引导学生对实验所测的数据进行分析。比较两次实验让学生谈谈有什么发现?虽然实验結果在教师的心中是清楚的，但是这是个不完全归纳的实验可以引导学生对实验结果进行大胆的推测。

    这两个实验教科书期望教师在學生的探究过程中起到一个“扶、引、放”的作用。在实验过程中教师是参与者，和合作者根据学生的实验情况，不断提出探究性问題引导学生探索对实验变量的控制，对实验结果做出分析并能够利用实验的结果进行推测。

教科书设置了几个连续递进的问题引导學生在“用摆做实验”后，进行思考与讨论把两张实验记录放在一起，你觉得哪种摆的速度比较快?哪种摆的速度比较慢?摆的快慢与绳长囿关吗?与摆锤有关吗?对这些问题你是试纸怎么测一下思考的这就是教科书想达到的一个结果，学生能根据自己的原有知识、对实验结果進行分析与思考并进行科学的推测。

教科书最后的一幅照片是摆绳长度相同的两个摆，但摆锤的长短不一样一个摆锤比较长，另一個摆锤比较短教科书引导学生推测这个两个摆的摆动速度，大多数学生肯定会认为这两个摆摆动速度是一样的因为他们的摆绳是一样嘚。但是如果学生们去测量会发现短摆锤的摆摆动的速度快这样的测量结果与学生刚刚实验的结果产生了矛盾冲突，之前的实验结果表奣摆动次数是与摆锤没有关系的而这个实验表明又有关系。这使学生们百思不得其解教科书试图通过这样的活动让学生真正理解摆绳嘚长度不等于摆的长度。

1.讨论摆摆动次数与什么因素有关系

在上一节课中学生们已经发现不同的摆摆动速度不一样，他们对这个问题已經产生了探究的欲望这个活动学生们就这个问题开展讨论，教师在教学中要给予学生充分的讨论时间让学生充分调动原有的认知，开展头脑思维风暴通过讨论与辩论使学生达成共识，摆动速度与摆幅的关系不大从而排除了学生在下面活动中对摆幅的研究。

    2.关于摆锤偅量是否影响摆动频率的变量控制实验

让学生理解探究活动的日的对开展实验是很重要的。在教学中组织学生开展这样的讨论如果要研究摆锤的轻重与摆动速度的关系，我们要测量和记录哪些数据?通过讨论使学生明白如何控制变量来研究摆锤与摆长也许五年级的学生怹们能够说出，如果要研究摆长与摆动速度的关系摆锤的轻重、大小要保持不变，而摆绳的长度是要变化的但是在实际操作中学生们往往会忽视另外的变量，比如说“计时”学生就很难把握。

教科书上建议学生开展三次实验分别是摆锤原重摆动次数，摆锤两倍重量擺动次数摆锤三倍重量摆动次数。教师要注意操作性问题:改变摆锤的轻重但不能改变摆长。如果为了增加摆锤的重量而改变了摆锤的夶小与长短结果是改变了摆长，造成测量数据的不准确

这是一个分析实验数据的环节。展示各组学生实验数据并组织学生自行分析:擺的快慢与绳长有关吗?与摆锤的重量有关吗?

学生得出摆绳的长短是影响摆快慢的因素后，教师出示一个摆绳一样长但是摆锤不一样长的擺，请学生推测他们的摆动快慢会怎样?教师可以进行演示测量使学生理解摆长不等于摆绳的长度，真正的摆长是支架到摆锤重心的距离

学生们通过研究已经发现，摆的摆动快慢与摆长有关摆长越长摆得就越慢，摆长越短摆得就越快但是教科书又为学生们的研究设置叻新问题，如果在30厘米长的木条(或塑料棒)上固定一块金属圆片该怎样控制这个摆的摆动快慢呢?

在本节课中，学生们将用调节摆长的方法來调节摆的快慢经过这节课的研究学生将能够更好地理解钟摆，并学会控制钟摆的快慢根据前面的学习基础，学生们也将制作一个每汾钟摆动30次的摆也就是摆钟的摆。

摆的摆动快慢与摆长有关

同一个摆，摆长越长摆动越慢，摆长越短摆动越快。

.在真实的情境中研究摆长如何影响摆动次数对钟摆不断地调整直至每分钟正好摆动30次。

运用测量与比较的方法来研究钟摆的摆动快慢

认识到细心观察與准确测量的重要性。

对新问题的研究保持积极的探究欲望

每个小组一根宽1厘米、长30厘米的木条。

每个小组一只计时器(秒表或者手表)

烸个小组提供一个摆锤(可以固定在木条上，并且能够灵活的移动)

内容共两页，分成两部分

教科书上出示了两个特殊的摆，他们的摆锤汾别是粗细相同的木条长度分别是20厘米与30厘米。这两个摆展现在学生面前学生会难以区分哪部分是摆长哪部分是摆锤。这两个摆如果擺动起来在同样的时间里哪个摆摆动的次数多，哪个摆摆动的次数少呢?在预测这两个摆的时候将会进行较深人的思考。通过测量发现朩条长度为30厘米的摆摆动的速度要比长度为20厘米的摆摆的慢。这应在学生的预测之中

如果在30厘米长的木条上固定一块金属圆片，这个擺的摆动速度有变化吗?把金属圆片固定在木条上使木条的重心发生了变化，摆长就发生了变化从而使摆的摆动速度也会发生变化。如果原来木条的重心到固定点的距离大于固定了金属片后的重心到固定点的距离原来木条摆动的速度将要比改变后的摆摆动速度慢。如果原来木条的重心到固定点的距离小于固定了金属片后的重心到固定点的距离原来木条摆动的速度将要比改变后的摆摆动速度快。

金属片凅定在各个位置摆的摆动速度是怎样发生变化的?教科书引导学生去测量三个数值分别是把金属片中心固定在10厘米、20厘米、30厘米处的摆动周期。学生通过测量会发现金属圆片固定的位置离支点越近摆的速度就越快

通过前面的活动学生已经能够通过调节摆长来调节摆的速度叻。这个活动中要让学生制作一个每分钟能够摆动30次的摆在制作前学生要进行思考，每分钟摆动30次的摆估计金属片应该调整在哪个位置这个活动与前面测量金属圆片放置在10厘米、20厘米、30厘米处的摆动周期的活动联系起来。对这三组数据进行比较引导学生确定一个预测嘚数值，经过调试制作成每分钟摆30次的摆。

    提供给学生的木条一定要直粗细大小也要一样。教科书使用的固定金属片可以用易拉罐的底来做要做到能够自由移动。使学生能够比较容易控制摆长

    这是一个很有意思的活动。让学生观察两个比较特殊的摆做出推测，并紦预测的理由与大家分享这会使学生们把自己的思维活动展现在同伴面前。对测量的结果进行解释与讨论可能使学生们对如何确定摆長的思路逐步地清晰。

这个活动分为两个层次一个层次是比较固定了金属圆片与没有固定金属圆片的摆有什么差异。另一个层次是测量金属圆片固定在不同位置对摆快慢的影响可先引导学生思考和讨论，再组织学生根据讨论结果进行准确的测量重点在测量后对数据的汾析上，使学生进一步理解摆长对摆动速度的影响能根据需要确定一个摆的摆长。

这个活动的关键是要让学生不经测量就去预测每分钟擺动30次的摆摆长是多少引导学生只结合他们的测量结果进行预测。让学生在实际操作中不断地修正自己的认识制作出每分钟摆动30次的擺。

第8课制作一个一分钟计时器

    由于摆具有等时性长期以来人们用它来制作钟表。但是要使摆钟能精确计时还必须利用机械技术。

    组織学生观察摆钟的内部构造了解摆钟是怎样利用齿轮操纵器完成计时工作的。通过观察学生要自己亲手制作一个摆钟。并对自己制作嘚摆钟进行测量他们将通过这一过程充分认识到技术在人类社会发展中的作用。

.机械摆钟是摆锤与齿轮操纵器联合工作的

.观察摆钟内蔀的构造。

.制作一个计时一分钟的简易摆钟

.体验研究计时工具带来的乐趣。

.认识到科学必须与技术结合才能更好地造福人类

    2.每个小组┅张硬纸板，一根木条(或者塑料条)一个摆锤。

    3.每个小组一个秒表(或者手表)一把剪刀，一个钩码一根棉线、一个胶带纸。

在这部分主偠是引导学生观察摆钟的内部构造通过观察摆钟的内部构造让学生理解摆钟是试纸怎么测一下利用摆来计时的。摆钟的几个部件主要是:齒轮操纵器、摆锤、垂体、齿轮摆钟的整个计时过程是这样的，垂体利用本身受到的向下的重力来转动齿轮齿轮转动时，摆锤同时摆動使得齿轮操纵器的倒钩松开，这样齿轮就转动一个齿从而就带动指针转动一秒钟。

教科书上呈现了齿轮操纵器工作的整个过程第┅幅图，是摆钟开始工作第二幅图，是钟摆摆动到左边时长针部分的操纵器倒钩会松开，垂体的拉力会让齿轮往前转动一齿第三幅圖，当钟摆往右摆动时右边的齿轮又会前进一齿。教科书上呈现完整的工作过程是要让学生们观察清楚，并理解摆钟的计时原理

学苼们在第七课已经会制作一个一分钟摆30次的摆。在这里学生们理解摆钟一分钟60秒但是摆锤却一分钟只需摆30次的道理。学生在这个活动中偠亲手制作一个摆钟并且对自己的摆钟进行检测。

1.观察摆钟齿轮操纵器

    教师提供给每个小组一个摆钟内部构造模型组织学生观察摆钟嘚内部构造，让学生讨论摆钟是试纸怎么测一下利用摆锤摆动来计时的让学生自己去发现、理解摆钟的计时原理，要让学生对自己观察與讨论的结果进行描述说明摆钟是怎样利用摆锤的摆动来计时的。

    教师要提示学生观察摆钟内部的几个主要部件:摆锤、垂体、齿轮操纵器、齿轮并引导学生观察这些部件在摆钟工作时是试纸怎么测一下运动的。要求学生们用语言进行描述

引导学生思考:摆锤只需摆30次，擺钟就是一分钟(60秒)这是为什么?请学生就这个问题开展交流，使学生进一步理解摆钟的计时原理在充分讨论后组织学生制作一分钟计时器，要注意留给学生充分的时间

    学生制作过程的顺利与否，关键在于教师提供给他们的材料给学生准备的纸板硬度要强，不能用瓦楞紙齿轮不能太大，因为硬纸板不能支撑太重的物体在制作过程中，齿轮的齿数是学生比较容易忽视的齿轮的齿数太密或太疏，都会影响计时的准确性

    评价是在教学中一直进行的，并且被整合人教学过程之中成为教学不可分割的一个组成部分。在指导学生学习的同時也在评价他们在教学中既要评价学生的学习成果又要评价学生的学习过程。对本单元比较有效的几种评价策略是:

学习作品分析学习莋品蕴涵了学生写的也囊括了学生所做的，是记录学生朝着单元概念日标发展的实物一包括记录单与学生活动作品记录单是指学生的记錄表格、绘画、绘图;学生活动作品是指学生的科学制作、科学调查报告等。在本单元的学习中学生们第一次比较深人的用绘图的方法设計方案。第四课“我的水钟”中学生们利用绘图的方式记录教师要仔细分析学生这些绘图方案，并且在课堂上与学生们分享这些代表了怹们思维水平的记录

    这个单元中教科书设计了大量的表格帮助学生观察记录。这些记录表记录学生对摆的研究逐步的深人教师要及时保存这些记录表，以便对学生整个单元课程的学习进行记录当学生在回顾先前学习的内容时，记录表格也可以反映出他们的学习

科学淛作，在本单元也多次出现如第四课学生要设计制作一个水钟，并且检验水钟计时的准确性在第八课中学生要制作一个计时一分钟的機械摆钟。学生对这些作品的制作都为教师提供了很好的评价时机。“水钟”的制作是学生观察古代水钟研究滴漏现象的成果反映。洏“机械摆钟”的制作是学生对摆研究成果的综合反映教师可以通过分析这些科学制作来评价学生对本单元的学习情况，了解学生们科學思维的进展

人类的日常生活、科研、导航及测绘等等工作都离不开时间。时间的计量涉及两个量:历元和时间间隔任何具有周期性变囮的自然现象都可以用来测量时间。人类从以地球自转为基准来计量时间发展到机械钟、石英钟、乃至原子钟经历了约3500年的发展变化进程。

在公元前1500年出现的日暑是人类最古老的计时工具。埃及人首先开始使用这项技术然后在整个地中海地区普及开来。日暑是以太阳投向刻度盘的阴影为基础的通常由铜制的指针(暑针)和石制的圆盘(暑面)组成。当太阳光照在日暑上时暑针的影子就会投向暑面，太阳由東向西移动时投向暑面的暑针影子也会慢慢地由西向东移动。于是移动着的暑针影子好像是现代钟表的指针，暑面则是钟表的表面鉯此来显示时刻。

在公元前1400年出现的漏壶(沙漏或者滴漏)是第一个摆脱天文现象的计时仪器。它是根据流沙从一个容器滴漏到另一个容器嘚数量来计量时间的古代人设计的“五轮沙漏”通过流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里，以此来驱动初轮从而带动各级机械齒轮的依次旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮中轮的轴心上有一根指针，指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动以此来顯示时刻，这种古老的显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同

在公元1088年，中国宋朝的机械师苏颂发明的“水运仪象台”(水钟)被认為是第一架真正的机械钟它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器，咜实际上就是一座小型的天文台这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神

    1400年，第一批机械钟开始在欧洲流行其始祖由意大利人乔瓦尼·唐迪于1364年制成，他首次在机械钟里引人了轮式钟摆

1511年，荷铸人彼得·亨莱茵制成了第一块怀表但它只有时针而没有分针和秒针。J环表和钟的结构其实是完全一样的所不同的是它利用螺旋弹簧制成的发条驱动，从而摆脱了傳统的钟摆它靠小巧的“体形”，轻松进人人们的口袋

1656年，有摆的挂钟(或座钟)产生于荷铸天文学家、物理学家克里斯蒂安·惠更斯的实验室内。它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自此以后人类掌握了比较精确的测量时间的方法。

Ostron诞生其價格在当时相当于一部汽车。石英手表的发明是基于科学家们发现处于电路之中的石英晶体能产生频率稳定的振动以及可以通过特殊的切割方式来控制石英晶体振动的频率

日暑又称‘旧规”，是我国古代利用日影测量时刻的一种计时仪器通常由铜制的指针(暑针)和石制的圓盘(暑面)组成，在暑面的正反两面刻划出12个大格每个大格代表两个小时。当太阳光照在日暑上时暑针的影子就会投向暑面。太阳由东姠西移动时投向暑面的暑针影子也会慢慢地由西向东移动。移动着的暑针影子就好像是现代钟表的指针暑面也就好比是钟表的表面，鉯此来显示时刻

日暑依暑面所放位置的不同，可分成地平日暑(暑面水平放置而暑针指向北极其暑面和暑针夹角就是当地的地理纬度)、赤道日暑(暑针平行地球自转轴而暑面呈现北低南高状摆放，其暑面和暑针垂直)等

水钟在我国古代又叫做“刻漏”，是根据滴水的等时性原理来计时的滴水记时有两种方法，一种是利用特殊容器记录水漏完的时间(泄水型)另一种是底部不开口的容器，记录它用多少时间把沝接满(受水型)我国的水钟，最先是泄水型的后来发展成泄水型与受水型同时并用。

右图中的刻漏主要由几个铜水壶组成，所以又叫“漏壶”除了最底下的那个，每个壶的底部都有一个小眼水从最高的壶里，经过下面的各个壶滴到最低的壶里滴得又细又均匀。最低的壶里有一个铜人手里捧着一支能够浮动的木箭，壶里水多了木箭浮起来，根据它上面的刻度就可以知道时间了。

    以摆作为振动系统的钟通常都带有报时功能，所以又称自鸣钟

1582-}-1583年，意大利物理学家和天文学家伽利略发现了摆的等时性年，荷铸物理学家和天文學家惠更斯利用摆的等时性原理发明了摆钟后经不断改进，沿用至今摆钟可根据用途和要求制成座钟、挂钟、落地钟、天文钟等型式。摆钟的报时方式通常为机械打点报时也有用电子扩音报时的。近代帝王宫廷中使用的摆钟常附有一套机械传动机构，以精工制作的囚物、山水、飞禽、走兽等活动形象进行报时摆钟是机械钟，现在有的石英电子钟虽然也装有摆锤或扭摆，但只起装饰作用

摆钟的機芯结构通常包括走时和报时两大系统。走时系统包括走时原动系、传动系、擒纵调速系、上条拨针系和指针系5个部分其中擒纵调速系甴擒纵机构和摆锤振动系统组成，合称擒纵调速器;报时系统由报时原动机构、传动机构、控制机构、打点机构和调速器5个部分组成

摆钟昰利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间的。一般来说摆的重要是确定的，调节摆的摆长使摆长减短，时钟变快反之则变慢。對精密摆钟也有用附加重物法来微调摆的振动周期。摆钟放置在不同的地理位置(不同的地球纬度和海拔高度)中摆锤的重力加速度会发苼变化从而影响其振动周期。摆钟放置在不同温度和气压的环境中也会引起振动周期的变化。温度变化会引起摆的各部分尺寸包括摆的擺长发生变化一般是温度升高，摆胀长而使钟变慢;反之则摆缩短而钟变快因此，精密摆钟常用不同的线胀系数的材料制成温度补偿管以补偿温度影响。气压的变化会引起

空气阻力和空气密度的变化从而引起振动周期的变化。因此精密的摆钟常将摆安装在恒压的壳體中，以消除气压影响

摆的振动幅度影响到钟的等时性。振幅愈小振幅变化所造成的日差变化愈小，即等时性愈好因而精密摆钟常采用长摆杆小摆幅。但是小摆幅对外界来的震动和撞击很敏感，因而对安装环境要求很高摆钟的走时日差一般可以达到20秒/天以内，精密摆钟达千分之几秒

    所谓时间基准，就是在当代被人们确认为是最精确的时间尺度长期以来，人们一直在寻求着这样的时间尺度

在遠古时期，人类以太阳的东升西落作为时间尺度;公元前2世纪人们发明了地平日暑，一天差15分钟;一千多年前的希腊和我国的北宋时期能笁巧匠们曾设计出水钟，精确到每日10分钟误差;六百多年前机械钟问世，并将昼夜分为24小时;到了17世纪单摆用于机械钟，使计时精度提高菦一百倍;到了20世纪的30年代石英晶体震荡器出现，对于精密的石英钟三百年只差一秒……

自17世纪以来，天文学家们以地球自转和世界时莋为时间尺度:当地球绕轴自转一周地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。1820年法国科学院囸式提出:一个平太阳日的1/86400为一个平太阳秒称为世界时秒长。

由于地球自转季节性变化、不规则变化和长期减慢所以世界时每天可精确箌1X10-。但是社会的进步和科学技术(特别是航天、空间物理、军事等)的飞速发展使人们对时间尺度的精度需求越来越高。

1953年是时频科学的一個新的里程碑世界上第一台原子钟在美国哥伦比亚大学由三位科学家研制成功，其中有一位科学家是我们中国人叫王天眷(后来回国，哆年从事祖国的频标事业)原子钟的出现标志着一门崭新的学科:量子电子学诞生。1963年13届国际计量大会决定:艳原子}S 133基态的两个超精细能级间躍迁辐射震荡周所持续的时间为1秒此定义一直延用至今。所以从1963年后，时间基准的名称应该由PR 1 MAR Y CI_CX'K来代替它指的是实验室型大艳钟。就巳发表的资料来看德联邦的“联邦技术物理研究院”的PTB-Ca T、美国国家标准局的SIBS-6及加拿大国家研究院的}IRC-Cs V的准确度均已达到10-'‘量级。我国计量院的Cs }

对于大艳钟这样的一级时间标准世界上只有少数几个国家的时频实验室拥有，而且有的还不能长期可靠地工作。但是对于世界仩大多数没有大艳钟的实验室也可以有自己的时间尺度。其方法是:用多台商品型艳钟(日前5071n型小艳钟的准确度为1X10-' z)构成平均时间尺度实验室嘚小艳钟越多，时间尺度的稳定性就越好有了这样高稳定度的时间尺度，也可以满足国防、科研、航天等方面的急需例如:我们国家授時中心有六台小艳钟，组成我们的地方原子时尺度其稳定度为10 -'‘量级。国外有的实验室有几十、乃至几百台小艳钟那么，稳定度就更高了

    社会在进步，科技在发展人类对新的时间基准的研究仍在继续，大艳钟作为PR I MA-RY CI_(X'K的地位受到严重冲击例如:原子喷泉、光频标就是它嘚强力对手。喷泉钟的准确度进人10-''最好的达到1X10-''(美国标准与技术研究院)。光抽运艳束基准频标的准确度也进人10-''(法国巴黎时间频率实验室)

    洇此，不久的将来喷泉钟或光频标完全国家授时中,I'" 5071艳钟组有可能取代日前的微波频标，成为新一代的时间频率基准

苏颂，字子容生於宋真宗天禧四年(公元1020年)，泉州南宁(今福建省泉州一带)人后来迁居润州丹阳(今江苏省镇江一带)。

苏颂23岁考中了进士开始进人仕途。起初他做过宿州(今安徽宿县)观察推官、江宁知县、南京留守推官等副职。由于他办事谨慎周密很受当时任南京留守的欧阳修的赏识。

宋仁宗皇佑五年(公元1053年)苏颂34岁的时候，调到京城开封担任馆阁校勘、集贤校理等官职，负责编定书籍前后共有九年多时间。苏颂充分利用这一难得机会发奋读书，不仅博览了秘阁中各种藏书而且还每天背诵二千言，回家后默写下来作为自己的藏书，多年如一日從不间断。通过长期刻苦努力使他积累了非常渊博的知识，对于历代的典章制度尤其熟悉

1094年)，苏颂被耀升做刑部尚书、尚书左亚后來又做了宰相。元佑八年(公元1093年)辞去官职专门从事《新仪象法要》一书的撰写工作，绍圣三年(公元1096年)完成全书绍圣四年(公元1097年)，朝廷叒启用苏颂封官太子少师。宋徽宗建中靖国元年(公元1101年)苏颂就去世了。

    苏颂在他的一生中致力于科学研究工作，在药物学和天文学、机械制造学方面取得了杰出的成就

苏颂对药物学的贡献和当时的历史条件有关。宋朝对药物学比较重视仁宗嘉佑年间，苏颂奉命负責整理校定以前的药书于是他组织和领导了一批医官和文臣，于嘉佑二年(公元1057年)首先完成了《开宝本草》(《开宝本草》是宋太祖开宝六姩(公元973年)编成的在当时是相当完整的药书)的增补工作共收药物1 082种，称为《嘉佑补注本草》稍后，苏颂又编著了我国古代有名的《图经夲草》二十一卷《图经本草》是根据当时郡县所产药材的实物绘图和具体说明汇编起来的，书中有文有图具有比较大的科学价值和实鼡价值。后来《图经本草》虽然失传了但是它的主要内容仍保存在后人的各种本草著作中。例如李时珍在他闻名中外的《本草纲日》里吔引用了《图经本草》的不少内容

除了在本草学方面，苏颂的重要功绩是继承和发扬了汉唐以来天文学上的成果在他的倡议和领导下，于宋元佑三年(公元1088年)创制了一座杰出的天文计时仪器一水运仪象台设在当时的京城开封。水运仪象台的制成体现了我国古代机械工程技术的卓越成就，堪称中古时代中国时钟的登峰造极之作

苏颂在领导建造水运仪象台的过程中，不仅表现出是一个学识渊博的科学家同时又是一个卓越的科学活动的组织者。苏颂首先推荐起用了有真才实学的吏部令史韩公廉又组织当时太史局的一些年轻的生员、学苼共同合作。苏颂等人在设计制造新仪器过程中认真吸收各家之长，加以创新

水运仪象台是一座底是正方形、下宽上窄略有收分的木結构建筑，高大约12米底宽大约7米，共分三大层顶部有一架体}