拓展課程日晷教學完整設計方案一、課程概述日晷，作為華夏文明智慧的結晶，不僅是古人認知宇宙、丈量時間的偉大發(fā)明，更是融合了天文、數(shù)學、地理與藝術的綜合載體。本拓展課程旨在引導學生透過日晷這一古老的計時工具，探索光影與時間的奧秘，理解古人“天人合一”的宇宙觀，并通過親手制作與實踐，培養(yǎng)科學探究精神、動手能力及文化傳承意識。課程將從日晷的歷史文化背景出發(fā)，逐步深入其科學原理，最終落腳于實踐制作與觀測，力求使學生在體驗中學習，在探究中感悟。二、教學目標（一）知識與技能1.了解日晷的基本概念、主要類型（如赤道式日晷、地平式日晷等）及其在中外歷史上的應用與發(fā)展。2.理解日晷計時的核心原理，即地球自轉導致的太陽視運動與光影變化規(guī)律。3.掌握赤道式日晷的關鍵構成要素（晷盤、晷針、底座、刻度）及其功能。4.能夠根據當?shù)氐乩砭暥?，初步設計并動手制作一具簡易赤道式日晷模型。5.學會正確擺放日晷，并能初步利用其進行時間觀測與讀數(shù)。（二）過程與方法1.通過觀察、討論、查閱資料等方式，引導學生主動探究日晷的奧秘。2.在日晷制作過程中，培養(yǎng)學生的規(guī)劃能力、動手操作能力和解決實際問題的能力。3.通過小組合作，提升學生的溝通協(xié)作與團隊精神。4.鼓勵學生將所學知識應用于實踐，通過對日晷的觀測與調試，體驗科學探究的完整過程。（三）情感態(tài)度與價值觀1.感受古人的智慧與創(chuàng)造力，激發(fā)對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的自豪感與探究興趣。2.培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度和精益求精的工匠精神。3.引導學生關注自然現(xiàn)象與科學原理的聯(lián)系，提升科學素養(yǎng)。4.在實踐與創(chuàng)造中體驗成功的喜悅，增強自信心與學習主動性。三、教學對象本課程適用于初中年級學生，或具備相應認知水平與動手能力的小學高年級學生。課程內容可根據學生具體情況進行適當調整與深化。四、課時安排建議總課時為4-6課時（每課時45分鐘），具體分配可根據實際教學進度靈活調整：*第一課時：日晷的前世今生——歷史文化與基本認知*第二課時：光影的密碼——日晷計時原理與結構解析*第三、四課時：巧手制日晷——設計、制作與調試（可根據制作復雜度拆分或合并）*第五課時：日晷“上崗”記——觀測、校準與交流*第六課時（可選）：日晷的拓展與暢想——文化意義探討與創(chuàng)意設計五、教學重難點（一）教學重點1.日晷計時的基本原理：太陽的視運動與影子方向、長度變化的關系。2.赤道式日晷的結構特點及其與地球赤道、地軸的對應關系。3.簡易赤道式日晷的設計與制作過程。（二）教學難點1.理解晷面與晷針的傾斜角度（與當?shù)鼐暥鹊年P系）及其對計時準確性的影響。2.晷面刻度的劃分原理（十二時辰與二十四小時的對應，刻度均勻性的理解）。3.實際制作中日晷的水平調整、方向校準及晷針安裝的精確性。4.解釋不同季節(jié)、不同地點日晷計時的差異及局限性。六、教學準備（一）教師準備1.教學資源：*多媒體課件（PPT）：包含日晷圖片、視頻資料、歷史故事、原理示意圖、制作步驟分解等。*實物教具：各式日晷模型（若有條件）、大型演示用日晷半成品（用于關鍵步驟示范）。*圖文資料：日晷相關的歷史文獻片段、古人計時趣聞、不同文化中的日晷圖片集。2.材料工具（演示用及備用）：*晷盤材料：厚紙板、木板、塑料板、輕質金屬板等。*晷針材料：竹簽、細金屬棒、吸管（內插細鐵絲）等。*固定與連接材料：膠水、雙面膠、熱熔膠槍、小釘子、螺絲螺母等。*測量與繪圖工具：直尺、圓規(guī)、量角器、鉛筆、彩筆、剪刀、美工刀、砂紙等。*校準工具：指南針、水平儀（或自制簡易水平裝置）。3.場地布置：*理論課：普通教室，確保多媒體設備正常運行。*實踐課：美術教室或勞技教室，配備工作臺，確保通風良好，有足夠操作空間?？煞纸M圍坐，便于協(xié)作與交流。*觀測課：選擇校園內陽光充足、開闊無遮擋的平地（如操場、樓頂平臺）。（二）學生準備1.學習用品：筆記本、鉛筆、橡皮、直尺。2.制作材料（可提前告知學生準備，或由教師統(tǒng)一提供）：*晷盤基材：建議使用厚度5mm以上的硬紙板（如鞋盒蓋、快遞紙箱硬紙板），或輕質木板、塑料板。尺寸建議直徑15-25厘米。*晷針：長度適中的竹簽或細木棒（約10-15厘米），一端削尖。*固定材料：膠水（白乳膠或固體膠）、剪刀、美工刀（需在教師指導下安全使用）。*繪圖工具：圓規(guī)、量角器、彩色鉛筆、黑色水筆。*其他：小重物（用于穩(wěn)定底座，如石塊、沙袋，可選）、透明膠帶（用于臨時固定或標記）。*（可選）裝飾材料：顏料、彩紙、貼紙等。（三）安全提示*強調美工刀、剪刀等工具的安全使用規(guī)范，嚴禁嬉戲打鬧。*使用膠水等材料時注意保持衛(wèi)生，避免誤食。*戶外活動注意防曬，避免在強光下長時間直視太陽。七、教學過程第一課時：日晷的前世今生——歷史文化與基本認知1.導入新課（約10分鐘）*情境創(chuàng)設：提問“同學們，我們現(xiàn)在怎么知道時間？”（手表、手機、時鐘等）。“那么，在沒有這些現(xiàn)代工具的古代，人們是如何感知和記錄時間流逝的呢？”引導學生思考古代計時方法（如看太陽、燃香、滴水等）。*圖片/視頻展示：播放或展示不同造型、不同材質的日晷圖片或短視頻，引出“日晷”這一主題，激發(fā)學生好奇心。提問：“大家覺得這是什么？它有什么用？”*揭示課題：“這就是我們今天要探索的智慧瑰寶——日晷?！卑鍟n題。2.日晷的“成長史”（約15分鐘）*歷史溯源：簡述日晷的起源（可提及古埃及、古巴比倫的早期影子鐘，重點介紹中國古代日晷的發(fā)展，如漢代的“圭表”與“日晷”的關系，唐代的赤道式日晷等）。*文化意義：介紹日晷在古代社會的重要性，不僅是計時工具，還與歷法制定、祭祀活動、建筑規(guī)劃等息息相關，體現(xiàn)了古人“天人合一”的哲學思想?？纱┎逡粌蓚€與日晷相關的歷史故事或成語（如“一寸光陰一寸金”的由來，是否與日晷直接相關可辨析）。*世界之窗：簡要介紹其他古代文明（如古希臘、古羅馬）的日晷，展現(xiàn)人類對時間認知的共性與多樣性。3.日晷“大家族”（約15分鐘）*基本分類：結合圖片，介紹日晷的主要類型，如根據晷面擺放位置和朝向分為：赤道式日晷、地平式日晷、垂直式日晷（墻面日晷）、斜式日晷等。重點展示赤道式日晷，指出其是最常見、原理相對易懂且計時較為準確的一種。*共同特征：引導學生觀察各類日晷，總結其基本構成要素——晷盤（有刻度）、晷針（指向北極星方向）。*互動提問：“這些日晷看起來形態(tài)各異，它們是如何告訴我們時間的呢？”“它們的共同點是什么？不同點又可能帶來什么影響？”為下一課原理探究做鋪墊。4.課堂小結與預告（約5分鐘）*回顧本節(jié)課所學日晷的歷史、文化及基本類型。*布置簡短預習任務：觀察一天中陽光下物體影子的方向和長度是如何變化的，并做簡單記錄。*預告下節(jié)課將深入探究日晷計時的奧秘。第二課時：光影的密碼——日晷計時原理與結構解析1.復習回顧與問題聚焦（約5分鐘）*提問：“上節(jié)課我們認識了古代的計時工具——日晷，誰能說說日晷主要由哪幾部分組成？”*“同學們課前觀察了一天中影子的變化，誰來分享一下你的發(fā)現(xiàn)？”（影子方向、長短變化）*“日晷正是利用了這種光影變化來計時的。那么，這其中究竟蘊含著怎樣的科學道理呢？”2.探究日晷計時基本原理（約20分鐘）*模擬實驗/動畫演示：*利用手電筒（模擬太陽）照射一根直立的鉛筆（模擬晷針），觀察鉛筆在水平桌面（模擬簡化的晷面）上影子的方向和長度變化。*緩慢轉動手電筒（模擬太陽東升西落的視運動），引導學生觀察影子的移動方向和角度變化。*提問：影子的移動方向與“太陽”移動方向有何關系？（相反）影子的長短與“太陽”的“高度”有何關系？（“太陽”越高，影子越短）*聯(lián)系地球運動：*講解：我們看到的太陽東升西落，其實是地球自西向東自轉的結果。正是由于地球的自轉，使得太陽的視位置不斷變化，從而導致物體的影子也隨之變化。*日晷就是通過觀測晷針影子在晷面上的位置來確定時間的。*赤道式日晷的“秘密”：*展示地球儀，指出地球的赤道和地軸。*講解赤道式日晷的設計理念：晷面平行于地球赤道面，晷針指向北極星方向，即平行于地球自轉軸。*重點演示：為什么晷面要傾斜？（傾斜角度等于當?shù)鼐暥龋?。可以用一個圓盤代表晷面，一根軸代表晷針，調整圓盤與桌面的夾角，使其與地球儀上當?shù)鼐暥染€平行。*引導理解：在赤道式日晷上，由于晷面平行于赤道，太陽的周日視運動軌跡與晷面平行，因此晷針影子在晷面上的移動是均勻的，刻度也是均勻的。這是赤道式日晷的優(yōu)點。3.赤道式日晷結構詳解（約15分鐘）*晷盤：*形狀：通常為圓形或橢圓形（赤道式多為圓形）。*刻度：介紹古代的十二時辰（子、丑、寅、卯……亥）與現(xiàn)代二十四小時制的對應關系。展示晷面刻度圖，解釋刻度的劃分方法（將圓周等分為十二或二十四份）。強調赤道式日晷刻度的均勻性。*正反兩面：由于太陽在南北回歸線之間移動，赤道式日晷晷盤通常兩面都有刻度，分別用于春分到秋分（北半球，太陽在赤道以北，使用上盤）和秋分到春分（使用下盤）。*晷針：*材質：堅硬、細長、不易彎曲，能形成清晰影子。*安裝：垂直穿過晷盤中心，指向北極星（即與地軸平行）。其傾斜角度等于當?shù)鼐暥取?作用：形成投影，指示時間。*底座：*作用：支撐晷盤，保證晷盤水平（或按要求傾斜），并能固定方向（南北方向）。4.課堂小結與制作任務布置（約5分鐘）*總結本節(jié)課學習的日晷原理和結構要點。*明確告知學生下節(jié)課將動手制作簡易赤道式日晷，并簡要介紹制作的大致流程和所需材料，提醒學生做好準備。第三、四課時：巧手制日晷——設計、制作與調試1.制作前的規(guī)劃與指導（約10-15分鐘）*分組協(xié)作：可將學生分成4-6人小組，明確分工（如材料員、繪圖員、裁剪員、安裝員等），強調團隊合作。*設計方案：引導學生思考并簡單繪制自己小組日晷的設計草圖，包括晷盤大小、形狀、刻度樣式、底座設計等。鼓勵創(chuàng)新，但需符合基本原理。*制作步驟講解與示范（結合PPT或實物演示）：*步驟一：制作晷盤：*確定晷盤尺寸，在選定材料上畫圓（可用圓規(guī)或借助圓形物體描畫）。*確定晷盤中心。*繪制南北方向線（基線）。*根據當?shù)鼐暥龋嬎悴擞洺鲫忻鎽獌A斜的角度（此角度即為晷盤平面與水平面的夾角，等于90度減去當?shù)鼐暥?。例如，北?0度，晷面與水平面夾角為60度）。此步驟教師需重點指導，可在晷盤邊緣標記出傾斜方向。*繪制刻度：*先確定午時（正午）刻度線（與南北基線重合，指向正南）。*向左右兩側均勻劃分刻度，每一小時對應15度（360度/24小時）?？上葮擞浾c，再細分。*標注時辰名稱或現(xiàn)代時間數(shù)字。*步驟二：制作底座：*設計并制作一個能穩(wěn)定支撐晷盤，并能將晷盤傾斜至所需角度的底座?？梢允呛唵蔚娜切沃Ъ?，或帶坡度的平臺。*確保底座上表面（或支撐晷盤的部分）水平（可預留水平儀安裝位置或指導學生用簡易方法找平）。*步驟三：安裝晷針：*在晷盤中心垂直鉆孔或固定晷針。確保晷針垂直于晷盤平面，且指向準確（與底座的南北方向配合，最終指向北極星）。*晷針長度要適中，以能在晷面上形成清晰影子為宜。*步驟四：校準與調試：初步組裝完成后，檢查各部分是否牢固，晷面角度是否正確。2.學生分組制作（約60-70分鐘，可分兩課時進行）*學生根據設計方案和教師指導，分工合作進行制作。*教師巡視指導，及時解決學生在測量、繪圖、裁剪、安裝過程中遇到的問題。*重點關注：*晷盤刻度繪制的準確性。*晷面傾斜角度的計算與實現(xiàn)。*晷針安裝的垂直度和穩(wěn)固性。*工具使用的安全性。*鼓勵學生在保證基本功能的前提下，對晷盤進行美化裝飾（如繪制傳統(tǒng)紋樣、書寫與時間相關的詩詞警句等）。3.初步檢查與問題反饋（每課時結束前約5分鐘）*各組展示制作進展，教