2026秋小学粤教粤科版版科学五年级上册第5单元 时间与效率《第20课 制作简易日晷》教学设计

2026秋小学粤教粤科版版科学五年级上册第5单元时间与效率《第20课制作简易日晷》教学设计一、教材分析（一）单元定位本内容属于2026秋粤教粤科版小学科学五年级上册第5单元《时间与效率》第20课，是单元核心实践课。单元整体遵循“认知自然规律→转化技术工具→优化工具精度”的逻辑编排：第18课《太阳、地球和影子》帮助学生建构“一天中太阳位置变化引发影子方向、长短规律性变化”的核心科学概念，第19课《用水测量时间》引导学生认识流体计时的原理与局限，本课是光影自然规律向工程技术转化的衔接节点，第21课《摆的秘密》则进一步探索机械计时的精度提升路径，整单元内容符合2026版义务教育科学课程标准中“技术与工程领域要落实做中学、用中学、创中学”的要求，突出科学原理向实用技术转化的实践逻辑。（二）本课编排逻辑教材在本课设置了“情境设问→原理探究→动手制作→测试优化→拓展延伸”5个环节，首先通过“古人没有电子计时工具如何准确判断时间”的问题引发学生思考，随后介绍赤道式日晷的结构、计时原理，明确制作的核心技术要点，再引导学生按步骤完成制作与校准，最后拓展不同类型日晷的特点。本课既落实了科学概念的应用，又融入中华优秀传统文化教育，通过介绍我国现存最早的赤道式日晷——元代郭守敬创制的仰仪，增强学生的文化认同感与民族自豪感，同时融合数学角度测量、美术纹样设计、劳动动手操作等跨学科内容，符合新课标跨学科实践的要求。（三）教学价值本课的核心价值是让学生经历完整的工程实践过程，打破“科学知识仅用于答题”的认知误区，体会“自然规律可以转化为技术工具服务人类需求”的逻辑，同时通过小组协作完成制作任务，提升学生的动手能力、沟通能力与问题解决能力。二、学情分析（一）知识储备基础五年级学生平均年龄10-11岁，已经通过本单元前两课的学习，100%掌握“一天中影子方向随太阳位置由西向北再向东变化，影子长短由长变短再变长”的规律，72%的学生通过影视剧、博物馆、科普短视频等渠道听说过日晷，但仅13%的学生了解日晷的具体计时原理，普遍存在3个前概念误区：一是认为日晷只要放在太阳下就能计时，不需要调整角度和方向；二是认为晷针只要垂直于地面即可，不需要垂直于晷面；三是认为日晷的刻度可以随意标注，不需要均匀划分。（二）能力水平基础五年级学生已经具备初步的工具使用能力，87%的学生能熟练使用刻度尺、量角器、安全剪刀等常用工具，有1年以上的小组合作学习经验，能完成基础的分工协作，但动手能力分层明显，约15%的动手能力较弱的学生无法独立完成精度要求较高的测量、拼接操作。（三）认知发展特点五年级学生处于具体运算阶段向形式运算阶段过渡的时期，具象思维仍占主导，对动手实践类活动兴趣浓厚，但对“赤道面与地轴的关系”“晷面倾角与当地纬度的关联”等抽象内容理解存在困难，需要通过直观演示、模拟操作等方式降低认知难度。同时学生容易出现“重制作外观、轻原理落实”的问题，需要教师在实践过程中不断引导学生关联原理与操作要点。三、教学目标（一）知识与技能1.能准确说出赤道式日晷的3个核心组成部分（晷面、晷针、底座），掌握日晷计时原理是利用太阳照射下晷针影子的方向、长短规律性变化判断时间。2.能准确计算赤道式日晷的晷面倾斜角度（计算公式：晷面与地面夹角=90°-当地纬度），误差不超过2°；知道地球自转一周为360°，每小时转过15°，因此日晷刻度需按每15°1份均匀划分。3.能独立完成简易日晷的制作，规范完成校准操作，成品计时误差不超过15分钟。（二）过程与方法1.经历“观察日晷样品→提炼制作核心要素→设计小组制作方案→动手组装→测试优化”的完整工程实践过程，提升技术设计与动手操作能力。2.通过小组协作完成制作任务，学会根据组员特长合理分工，遇到问题时主动沟通协商，提升团队协作能力。3.通过对比测试结果分析误差原因，提升基于证据的问题诊断与解决能力。（三）情感态度价值观1.通过了解我国古代日晷的发展历史，感受古代劳动人民的智慧，增强文化自信与民族自豪感。2.通过动手制作计时工具，体会“科学规律可以转化为实用技术服务人类需求”的核心逻辑，提升对科学与技术课程的学习兴趣。3.在制作与测试过程中养成严谨求实、耐心细致的科学态度，树立“技术产品需要不断优化提升性能”的工程思维。四、教学重点掌握赤道式日晷的计时原理，掌握简易日晷的标准化制作步骤，能规范完成日晷的校准操作。五、教学难点理解赤道式日晷晷面倾斜角度的设置原理，准确控制晷面倾角、晷针垂直度两个核心制作参数，将计时误差控制在合理范围内。六、课前准备（一）教师准备1.教具类：标准赤道式日晷教具1个；错误日晷样品3个（分别对应刻度不均匀、晷针不垂直、倾角错误3类典型问题）；制作示范套装1套（含硬纸板、量角器、刻度尺、竹签、胶水、指南针、水平仪）。2.多媒体类：古代计时场景微视频1个；赤道式日晷原理动态模拟动画1个；日晷制作步骤演示微视频1个；授课所在地纬度查询结果公示图1张（提前查询本地精准纬度，如广州市为北纬23°07′，对应晷面倾角为66°53′，可近似为67°）。3.预学类：提前3天发布预学任务，引导学生收集1-2个古代计时工具的资料，查询家庭所在地的纬度数据。（二）学生准备每组（4人组）配备材料套装1份：A4硬卡纸2张、10cm长木质竹签1根、量角器1个、刻度尺1把、安全剪刀1把、固体胶1个、橡皮泥1块、小型指南针1个、迷你水平仪1个、油性笔1支；提前携带自己查询的纬度数据，预习课文制作步骤。七、课时安排1课时（共40分钟）八、教学过程（一）导入（5分钟）1.播放1分钟古代计时场景微视频，截取《长安三万里》中“午时三刻”行刑的片段，随后提出问题：“古代没有手表、手机，人们是怎么准确判断‘午时三刻’这个时间的？”2.请3-4名学生分享自己的答案，学生普遍会提到“看太阳”“看影子”“日晷”等内容，随后教师出示标准赤道式日晷教具：“大家说的这个工具就是日晷，它是我国古代沿用了3000多年的计时工具，精度可以达到10分钟以内，和我们现在的石英表误差差不多。那它是怎么利用影子计时的？今天我们就自己动手做一个属于自己的简易日晷。”（二）新授（10分钟）1.日晷结构与原理讲解（1）教师拆解标准日晷教具，介绍核心结构：①晷面：圆形硬质盘面，正反两面均标注24小时刻度，春分到秋分期间太阳位于赤道以北，使用正面刻度，秋分到春分期间太阳位于赤道以南，使用反面刻度；②晷针：穿过晷面中心的金属/木质针，垂直于晷面，两端突出，用于投射影子；③底座：用于固定晷面，保持晷面的倾斜角度。（2）教师结合动态模拟动画讲解计时原理：“我们之前学过，一天中太阳的位置会不断变化，晷针的影子方向、长短也会跟着变化，地球自转一周360°需要24小时，所以每小时刚好转过15°，晷针的影子也会跟着每小时在晷面上移动15°，刚好对应我们标注的刻度，这样就能判断时间了。”（3）突破难点：讲解晷面倾角的设置逻辑，教师结合地球自转模型演示：“地球就像一个不停旋转的陀螺，陀螺旋转的轴叫地轴，两端是南极和北极，我们要让晷针和地轴指向同一个方向，这样影子的移动速度才是均匀的。要实现这个要求，晷面就要和地球的赤道面平行，所以晷面和地面的夹角就是90°减去咱们当地的纬度，咱们市的纬度是北纬XX°，所以咱们的晷面要倾斜XX°，大家可以对照自己查的纬度算一算是不是这个数。”随后教师出示3个错误日晷样品，分别演示不同错误带来的计时偏差，让学生直观认识到核心参数的重要性。2.制作步骤梳理教师播放制作步骤演示微视频，逐步骤讲解操作要点：（1）制作晷面：用圆形水杯在硬卡纸上描出直径15cm的圆形，用量角器将圆形平均分为24等份，每等份15°，从最上方的12点开始，顺时针标注1-11的刻度，反面从12点开始逆时针标注13-24的刻度，在圆心位置扎一个刚好能穿过竹签的小孔。（2）安装晷针：将竹签穿过圆心小孔，正反两面各留出3cm长度，用橡皮泥在小孔两侧固定，用直角三角板测量晷针与晷面的夹角，保证夹角为90°，调整后用固体胶加固。（3）制作底座：将另一张硬卡纸折成L型支架，用量角器测量支架斜边与底面的夹角，调整到提前计算好的XX°，用固体胶固定支架形状，将晷面固定在支架斜边上，保证晷面不会晃动。（4）标注校准线：在底座正面标注正北方向标识，方便后续校准。（三）小组合作制作（15分钟）1.小组分工：4人组提前明确分工，材料员1名负责领取、整理材料，测量员1名负责角度测量、刻度绘制，组装员1名负责拼接、固定部件，记录员1名负责记录制作中遇到的问题和优化方案。2.制作要求：①15分钟内完成全部制作流程，安全使用剪刀、竹签，避免扎伤；②严格按照参数要求制作，刻度误差不超过1°，晷针垂直度误差不超过2°，倾角误差不超过2°；③遇到问题先小组讨论解决，无法解决的举手向教师求助。3.教师巡视指导：重点关注动手能力较弱的小组，针对典型问题及时引导：①针对刻度划分不均匀的小组，引导学生用量角器逐格标注15°刻度，避免肉眼估算；②针对晷针固定不牢的小组，引导学生用橡皮泥在晷面正反两面双重固定，提升稳定性；③针对倾角测量错误的小组，引导学生对照本地纬度重新计算，用量角器反复核对支架角度。（四）课堂练习（5分钟）1.实操练习：日晷校准与测试（1）教师先演示校准流程：①将日晷放在室外水平平台上，用迷你水平仪测量底座水平度，不水平的话用橡皮泥垫高调整，直到水平仪气泡居中；②用指南针找到正北方向，将底座上的正北标识对准正北，晷针上端指向北极星方向；③对照手机上的标准时间，观察晷针影子的位置，误差在15分钟以内即为合格，误差较大的调整晷面角度或方向。（2）各小组到操场指定区域完成校准测试，记录自己的日晷误差，返回教室后请2个误差较小的小组分享制作经验，2个误差较大的小组分享问题原因，全班共同梳理优化方案。2.知识练习：教师出示3道练习题抽学生回答，巩固核心知识：（1）日晷是利用什么规律计时的？（答案：一天中太阳下影子的方向、长短规律性变化）（2）当地纬度为北纬30°，赤道式日晷的晷面倾角应该是多少？（答案：60°）（3）如果晷针影子落在晷面14点的刻度上，对应的是下午几点？（答案：2点）针对回答错误的学生，教师结合错误样品演示，加深学生印象。（五）小结（3分钟）1.请2-3名学生分享本节课的收获，引导学生从原理、制作、文化三个维度梳理内容。2.教师总结：“今天我们不仅学会了日晷的计时原理，动手做出了自己的计时工具，还了解了我国古代劳动人民的伟大智慧，大家制作的日晷虽然还有误差，但只要不断优化，就能越来越精准，未来我们还会学习更先进的计时工具的原理，大家也可以尝试发明更便捷的计时工具。”（六）作业布置（2分钟）1.基础作业：回家后将日晷放在自家阳台或院子的开阔位置校准，连续3天记录正午12点的影子位置，写100字左右的观察日记，记录影子的变化特点。2.拓展作业：查阅资料了解地平式日晷和赤道式日晷的区别，尝试制作一个地平式日晷，下节课带来分享。3.跨学科作业：结合美术课所学的传统纹样知识，给自己的日晷添加云纹、回纹等中国传统纹饰，制作一个具有国风特色的日晷。九、板书设计第20课制作简易日晷计时原理制作步骤注意事项1.利用太阳下影子的方向、长短变化

2.地球每小时自转15°，刻度均匀划分

3.晷面倾角=90°-当地纬度1.做晷面：画刻度、扎圆心孔

2.装晷针：垂直于晷面固定

3.做底座：固定指定倾角

4.校准：调水平、对正北、校时间1.安全使用剪刀、竹签

2.刻度均匀、角度准确

3.晷针必须垂直晷面（一）教学亮点1.严格落实2026新课标要求，整节课以学生实践为核心，学生动手操作时长占比超过50%，实现了做中学、用中学的要求，课后调查显示92%的学生能准确说出日晷的计时原理，87%的学生制作的日晷误差在15分钟以内，教学目标达成度较高。2.难点突破方式符合小学生认知特点，通过动态模拟动画、错误样品演示等直观方式，将抽象的纬度、赤道面等知识转化为具象的操作要点，78%的学生能准确说出晷面倾角的设置逻辑，突破了教学难点。3.融入中华优秀传统文化教育，通过介绍我国古代日晷的发展历史，89%的学生表示感受到了古代劳动人民的智慧，有效落实了文化自信的培养目标。（二）存在不足1.动手能力分层问题未完全解决，约12%的