设计一个计时器

指导教师：蔡莉芳

（本案例获2005年佛山市初中综合实践案例评比三等奖）

[活动方案设计说明]

早在三千年前的西周初期，中国人就发明了人类最原始的计时器。此后，计时器经历了“日晷” 、“滴漏”、 “水力浑仪”、 “沙漏”等漫长的演变。要求学生设计一个计时器的综合实践活动，旨在引导学生了解人类伟大的发明创造过程，体验创新、尝试的乐趣，感受合作交流、动手制作的乐趣。

第一阶段是活动的导入阶段，先向让学生了解钟表的发明制作历史，然后展示一些最近与计时相关的新闻，由此使学生对各种钟表的类型和制作原理有一定的思考。经过小组讨论后，制定活动计划；第二阶段是活动的展开阶段，小组成员按计划进行分工，制作出计时器；第三阶段是活动的总结汇报阶段，展示制作成果，交流心得和体会。    

[教学目标的设计]

一、学生学习目标

（一）知识目标：

1、了解计时器的发明和制作历史。

2、了解常见计时器的工作原理。

（二）能力目标：

1、通过浏览网页，培养查询、筛选信息的能力，学会使用搜索引擎等查询工具。

2、通过汇报交流，培养学生比较、分析、综合、概括和的能力和语言表达能力。

3、通过小组内汇报评价培养学生自我反思、公平评价能力。

（三）情感目标：

1、通过上网浏览，激发学生对细菌产生浓厚的兴趣。

2、在学习过程中培养学生自主探究的精神。

3、在小组协作学习的过程，培养学生团队协作的精神，初步养成自我反思的习惯。

二、教师教学目标

（一）通过对学生感兴趣的学习课题设计，提高设计课题能力。

（二）通过网络资源和多媒体教学的运用，提高信息技术教学的技能。

（三）通过评价活动的实施，不断改进和完善评价方式，重视对过程的评价，提高教学效能。

[教学策略]

（1）实施以教会学生学会学习为中心的学习活动，构建以学生为中心，以学生自主学习活动为基础的新型教学过程。本节课设计的任务是围绕着身边的生活而展开的，让学生感觉到学习的知识与生活息息相关，从而提高探究学习的兴趣；本节课的教学评价重视学生的思考和制作过程，对能努力将方案实现的同学进行表扬和对成品进行展览，使学生参与的积极性增强，使教学活动真正建立在学生自主活动和探索的基础上。

（2）学生个体在注重激烈的智力活动过程的同时，重视兴趣、情感、意志等非智力因素的培养。通过教师介绍激发学生的好奇心、冒险性，在积极的活动参与中不断提出新问题，探索新思路、新方法，获取新知识、新技能，解决学习、实践中的新问题，继而为终身学习打下扎实的基础。

（3）创设有利于学生主体精神、创新能力健康发展的宽松和谐的自主创新的课堂教学氛围。学生通过在小组、大组内互相沟通、互相碰撞，在感受集体温暖的同时获取集体智慧中的营养，以丰富个体的思维领域。同时，静态的集体心理气氛和动态的相互协作，更有利于发挥集体思维优势，共同探索和攻克难点，从而形成更好的集体自主创新的智力背景和心理场。

[教师准备]

（1）收集关于各种计时器的制作和历史资料。

（2）尝试制作鸡蛋计时器和沙漏计时器。

（3）制作本课的多媒体课件。

[教学设计]

本次综合实践活动共分三个阶段进行：第一阶段是活动导入阶段，学生了解各种计时器的原理并讨论实施方案；第二阶段是活动展开阶段，学生分小组按所制定的计划制作计时器；第三阶段是活动的总结阶段，展出优秀作品和论文并由制作者谈谈制作心得和感受。

一、活动导入阶段：了解各种计时器的计时原理

（一）目的：

1、了解机械钟表、电子钟表和古代计时器的工作原理；

2、理论联系实际，提高实践能力，提高分析、解决问题的能；

3、启发学生的创新意识；

4、学习画设计草图，完成活动计划。

（二）步骤：

1、教师简单讲解机械钟表和电子钟表的计时原理；

2、学生阅读两则新闻材料，以六人一小组，讨论古代计时器铜刻漏

和日晷的工作原理；

3、认识沙漏、香篆钟等计时器；

4、介绍鸡蛋计时器、水瓶计时器等几个简易设计器的设计范例；

5、分小组讨论，并完成实践计划和设计图。

（三）几种简易计时器的制作：

1、太阳钟

①花盆日晷：用一只花盘，在盆底的圆孔处插一根长棍。每过一个小时，在盆沿的阴影处做一个标记。

②贴窗日晷：拿一张明信片大小厚薄的硬纸片，在中间剪一个小开口。把一只不透明的塑料杯从中间剪开，其中的一半准确地贴在纸片开口处，杯的上面用一块半圆形硬纸板盖上，然后在杯的边缘贴一张纸条。每个小时在那张纸条上做一个时间标记。

2、水钟

①鸡蛋水钟：将一个生鸡蛋的底端轻轻敲破，让卵白和卵黄全部流出来，在另一段用解剖针钻一个小洞。在一个透明纸杯的底部剪下一个圆形（小于鸡蛋直径），作为鸡蛋的底座。在鸡蛋中装满水，每隔一个小时作在水杯外壁上作一个标记。

②铝罐水钟：（制作原理同上）

3、沙漏

利用两个饮料瓶的上部做成两个漏斗形状，瓶口相接，中间用胶片连接并在胶片上留一小孔。先封住一边漏斗，装满沙。然后套装在一个透明盒子中，尽量让沙在特定的时间里流完。这样就做出1分钟沙漏、2分钟沙漏或者5分钟沙漏等等。

4、香篆钟

找一支香，先用尺子量出它的长度。点燃五分钟以后，再量一下它的长度；过五分钟以后，又量一次。根据实验所得到的燃烧速度，比如，每五分钟燃烧掉1厘米，就可以在同样的香上每隔1厘米刻上一个刻度。只要看看香烧掉的长度，就可以知道已经过去了多少时间。

5、生物时钟（学生创意点子）

利用生物表现出来的一些节律行为，如开花时间、动物鸣叫时间等知道大概时间；通过人的脉搏频率、知了鸣叫频率，知道一分钟、五分钟等。

（四）分小组制定本次探究活动的计划

计划必须包含以下的要素：小组成员、制作材料、制作原理、制作步骤、使用说明。

二、活动展开阶段：

（一）目的：

1、理论联系实际，在实践中提高动手能力、判断能力和分析能力；

2、加深了解简易计时器的工作原理；

3、提高自主学习、合作交流的能力。

（二）过程

三、活动总结阶段

（一）目的：

1、培养学生实践能力；

2、培养学生语言表达能力和交往能力；

3、培养学生整理资料和撰写调查报告的能力；

（二）步骤：

1、导入；

2、回顾综合实践活动过程；

3、汇报制作情况，展示作品；

4、教师对活动进行小结，点评各小组作品和制作过程情况，将活动内容升华；

5、学生交流体会和感受，进行自评和互评并投票选出优秀小组。

6、优秀作品和论文展览。

[教学实施过程]

教师：请问大家，现在是几点？

学生：下午4点。

教师：大家是如何知道现在的时间？

有的学生回答是看手表，有的学生回答看挂钟。

教师：除了手表和挂钟，我们平时还会用到哪些计时工具？

学生纷纷回答秒表、闹钟、电子表、电子钟……

教师：非常好，但大家知道它们的计时原理吗？

学生议论纷纷：通过秒针、分针、时针的旋转；通过电池提供能量。

教师：不错，能答到一些。其实，根据钟表可分为机械钟表和电子钟表两类。（展示机械钟表图片）像这些生活中常用的各种台钟、闹钟、挂钟、座钟、落地钟等，就是机械钟表。它们是利用物体周期摆动的原理进行工作的。另外一类常见的钟表是电子钟表。（展示电子钟表图片）数显钟、电子表、石英表，都是我们常见的电子钟表。电子钟表的工作原理是根据“电生磁、磁生电”的物理现象设计而成。即由电能转换为磁能，再由磁能转换为机械能，带动时分针运转，达到计时目的。它们直接用发光管或液晶显示时间，不用机械传动。具有时、分、秒、日历、周历、月历等多种功能。

教师：计时器在我们生活中扮演着非常重要的角色，那同学们有没有想过，古代的人是用什么方法计时的呢？

学生纷纷回答：沙漏、日晷……

教师：好，下面我们先来看两则与古代计时器有关的新闻材料。（发放印发材料，展示图片）大家思考一下，这两种古代计时器的计时原理分别是什么？

学生阅读新闻材料并思考。

新闻材料一：钟鼓楼重演“漏刻计时” 传递旧时北京时间[图]

一位工作人员正在检查鼓楼上的铜刻漏，远处的铙神“负责”击铙报时。

昨天上午10时，钟鼓楼最新仿制的古代报时工具铜刻漏，准时击出八声铙响，随后，鼓楼上的二十五面更鼓，钟楼上的明代永乐年间大铜钟，一起敲响了108下钟鼓声。

这是自1924年钟鼓楼停止报时后，北京城第一次全面再现钟鼓楼漏刻计时、击鼓定更、撞钟报时的场景——

昨天上午近10时，在鼓楼二层“北京鼓楼仿制铜刻漏”揭幕仪式上，所有人的目光都聚集到最新仿制成功的铜刻漏上。铜刻漏里的细水柱均匀地流下，按照古刻制时间，距10时还有几十秒的时候，铜刻漏旁边的铙神准时张开双臂，敲响了第一下铙声，一下、二下、……八下，随后，旁边的二十五面更鼓敲起了报时鼓，接着，北面不远处的钟楼上，制作于明代永乐年间的大铜钟响起浑厚的钟声。“紧十八，慢十八，不紧不慢又十八”，按着这个古代报时的节奏，钟鼓齐鸣108声，把这个富有旧京情趣的报时声传向四面八方。

历史上钟鼓楼司时是由一套系统的器具组成，其中鼓楼上设铜刻漏及25面更鼓，钟楼悬挂报时铜钟，它们相互作用，缺一不可；作为元、明、清三代北京司时中心的钟鼓楼，漏刻计时、击鼓定更、撞钟报时的历史延续了六个多世纪，直到1924年才中断。钟鼓楼上的漏刻、更鼓曾多年遗失，而随着此次铜刻漏的仿制成功，全部的旧北京报时场面终于可以完整恢复了。

新闻材料二：北京挖出神秘石球 专家：可能是计时日晷

“我们工地最近挖出来一个奇怪的大石球，上面刻的花纹极像一种天文图。我们一共挖出了两个这种石球，其中一个还有个基座。”读者徐先生在打给本报的热线电话里绘声绘色地描述起石球的样子。

徐先生告诉记者，他们工地在朝阳门附近，前几天工人在挖土方的时候突然从地下7米左右的地方挖出个大石球，球下还连着一个基座。随后我们又在不远处挖到了另一个一模一样的石球，但底下的基座却怎么也找不到了。工地的有关领导得知情况后非常重视，让工人们把这两个石球抬到了安全的地方，还好好地用水给它们洗了个澡。

记者随后在工地内见到了这两个石球，其中一个直径大约有30多厘米，用一根金属棍和底下的基座相连。整个石球的表面被24条经线均分，在每条经线的中间都有大写的罗马数字和两个汉字。由于石球表面大部分已经被腐蚀，记者勉强可以看到“Ⅲ中初、Ⅰ未初、Ⅱ未正”等字。在现场的工人还告诉记者，刚出土时石球的顶部还有一根十多厘米长的金属杆，可是后来在挖掘的时候不小心碰掉了。

据有关文物专家称，这两个石球可能是中国古代的一种计时工具，可能和日晷的作用相近。但由于石球表面损坏严重，所以不能确切判断究竟是哪种日晷。而日晷又分很多种，我们最常见的是简平日晷，还有浑盖日晷、定南日晷等。同时在石球和基座上又没有任何文字表明其制造年份，所以不易确认石球的年龄。同时国家文物局的工作人员告诉记者，这两个石球应当算文物。而且根据国家有关法律规定，从地下挖掘出来的文物都应该归国家所有。

学生阅读了之后进行小组讨论，气氛热烈。

教师：经过大家刚才热烈的讨论后，相信对这两种古代计时器的工作原理已经有了答案。请同学来说一下。

学生甲：我们小组讨论的结果是铜刻漏的工作原理是水有规律地流进一个容器里，然后通过容器水面的高度来判断时间。

学生乙：我们小组觉得日晷的计时原理是太阳投射的影子的改变。

学生丙：老师，我有一个问题，日晷晚上可以看时间吗？

学生丁：我想，就是因为日晷晚上看不了时间，才发明了铜刻漏。

教师：刚才的几位同学积极思考和发言值得表扬。其实日晷是一种最古老的计时仪器，它的原理是通过太阳的投影和方位来计时，有的书上又称“太阳钟”（展示日晷的图片）。 康熙年间，日晷己耸立于北京紫禁城内太和殿前了，象征着皇帝执掌全国统一时刻的权力（展示故宫日晷的图片）。

古代还有一种刻漏，主要由几个铜水壶组成，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。

教师：那过去除了这两种计时器，还有哪些呢？

有的同学回答“沙漏”、有的同学回答“还有用那些拜神的香”……

教师：很好，我们一起再来看看这几种简易的计时器。（展示图片）

首先是利用沙的流动做成的计时器——沙漏，一边流完之后，倒立过来，让水流出去。反复做几次，水流完的时间总是一定的；第一次用几秒钟，第二次还是几秒钟。

铜刻漏早在我国在两千多年前就出现了，除了能用水来计时的“水钟”外，古人还发明了用火来计时的“火钟”。我国古代有一种“火闹钟”：把香放在一个船形的槽里，在香的某一点，用细线系上两个铜铃，横挂在放香的小“龙船”上。香从一头点起，烧到拴细线的地方把线烧断，两个铜铃就落在下面的金属盘里，人们听到响声，就知道预定的时刻到了。所以第二种简易计时器就是“香篆钟”。

我们这次综合实践活动的任务就是“设计一个计时器”。这里有老师在课前尝试制作的“鸡蛋计时器”和“水瓶沙漏”。请大家以小组为单位，先讨论制定一个活动计划，然后实施。两星期之后我们进行展示和交流。

（两星期之后）

教师：前两个星期，我们了解了几种简易计时器的制作方法，每个小组也讨论和制定了活动计划。同学们分小组采取了多种制作方式，有的制作出花盆日晷；有的制作出“贴窗日晷”；有的发现一些生物的节律也可以用作计时；还有发明出弹板、沙漏等结构复杂的计时器……这节课，我们就请各小组来展示自己的调查结果。

学生分组展示：

第一小组：水漏

我们找了一个空酒瓶子，灌满水以后，倒立过来，让水流出去。反复做几次，水流完的时间总是一定的；我们算了一下，如果水来到这个刻度，每次流完的时间是1分钟。虽然制作是简单了一些，但是可以用在一些一分钟比赛中，如“一分钟默写”、“一分钟问答”等。

第二小组：改良“鸡蛋计时器”

我们小组根据老师示范的“鸡蛋计时器”作了一些改良。就是我们用的不是清水，而是有颜色的水。像大家现在看到的就是加了红色颜料的水，这样是不是更明显呢？我们还标好了刻度，这个计时器可以计时4小时。当然也有些不足，我们小组的同学担心鸡蛋壳的裂缝会越来越大，导致时间不准。

第三小组：利用水钟原理的自动报时装置

我们小组设计的是一个“自动报时器”。大家看到我们的设计方案，这个容器底部有一个小孔，它滴下的水会到下面的另一个容器里，那里有一个浮球，当水面升到一定高度的时候，与浮球相连的金属棒就会就会将电路接通，使这个音乐电铃响起来。这可以用来测验或考试计时，可能当下课铃也可以。

第四小组：生物计时器

我们小组有这样一个设想，能不能利用我们曾经学过的“生物节律行为”进行计时。我们测了小组同学的脉搏，发现一分钟大约跳70次，所以我们如果数自己的脉搏35下，就是30秒。但可能紧张的时候会跳得快一些。

教师：刚才大家上来进行的汇报非常精彩。有些是作了大量资料收集，作出的作品；有些是进行了思考和改良，制作了效果更佳的创新作品；还有的同学运用到所学过的物理和生物知识，非常有创意。更值得肯定的是大家能进行制作的反思，把作品可能会存在的问题都想到了。在这两个星期里，相信大家收获的不仅仅是这一个小作品，可能更多的是在制作过程中伴随的思考和交流。下面老师想让各组同学先讨论制作中的收获和感想，大家一起来说说吧。

学生讨论：说说自己还调查到了哪些资料，以及是怎样获取的；也可以打破了小组的限制，与自己兴趣相投的同学讨论；还可以交换作品进行实验。

在讨论中完成自评、互评和优秀小组的投票。（学生自评互评表）

教师总结：同学们经过本次活动，知道了多种计时器的计时原理，也亲手制作了属于自己的计时器。我们其实可以总结出计时器的共同原理——运动，时间和运动有密切的关系，只有通过运动才能表现出流逝的时间。 更希望同学们将这次活动的创新精神带入平时的学习和生活中，感受学习知识、拥有智慧的快乐！

[教学点评]

这是一篇建立在良好实践基础之上的教学设计。一是通过生活来创设问题情景，既加强了科学与社会的联系，又能很好地利用无意识心理活动来激发学生的动机和兴趣；二是注重营造民主、和谐的课堂气氛，提供了一个让师生可以平等交流的学习平台，更能充分调动学生的积极性；三是通过小组的合作与交流，将学生本身也作为重要的教学资源，培养学生的合作意识、表达能力和创新思维。在综合实践活动中，随着学生实践能力的逐步提高，教师的组织管理作用逐步蜕变成引导和交流的合作方式。因此，在教学目标中，既有学生知识、能力、情感目标，也有教师提高教学技能的目标，在教学实施过程中也确实达到了“双赢”。

设计一个计时器