古代科技史与小学科学教学结合：馆校合作项目式学习流程解析

本文的目录结构

概括

古代科技史和博物馆是小学科学教学的重要资源。因此，将古代科技史与场馆资源相结合，结合实际情况开展学习任务，引导学生进行科学探究，促进学生核心能力的形成，增强民族自豪感。感觉。以《我是迪德尔科普解说员》为例，从“挖掘古代科技史来确定项目主题；挖掘真人真事来确定教学转型发展点；结合学习条件来确定项目主题”。教学难点；项目式教学活动的系统设计，从“驾驶问题的确定与表达”四个维度阐述了图书馆与学校结合开展项目式学习的一般流程。

关键词

古代科学技术史；小学科学；基于项目的学习；馆校合作；水钟计时

中国古代科学技术史既包括科学史，又包括技术史。中国的思想、文化、人文史也包含在科学技术史之中，是科学技术史的重要组成部分。中国科学技术的萌芽可以追溯到先秦时期。到了隋唐时期，中国的科学技术已经领先世界，各国祝贺的场面充分展现了当时国家的威望。一方面，科学技术史材料被纳入国家课程，因为它们承载着重要的科学原理和技术智慧；另一方面，各博物馆、科技馆收藏了有关科技史的重要文物，为青少年提供了宝贵的学习环境。丰富的学习资源，互动性、体验性、趣味性。因此，以中国古代科技史为素材，结合国家课程标准的实际要求，利用各场馆丰富的资源开展教学活动，对于培养学生的核心能力具有重要意义。和综合素质[1]。那么，如何将场馆资源融入教学，挖掘古代科技史的教育价值呢？以《我是滴滴科普讲解员》项目式课程教学设计为例，提出一些思考，以期为图书馆与学校联合资源开发提供参考。

1、深入挖掘古代科技史，确定项目主题

古人依靠自己的智慧和对大自然的观察，创造了多种计时工具和方法。这些工具和方法在古代社会发挥了重要作用。它们不仅帮助人们合理安排日常生活，而且在农业生产、天文观测等方面发挥着不可或缺的作用。

水计量工具作为重要的技术神器，其设计、生产、迭代过程能够很好地承载技术与工程领域核心知识的教学；另外，在教材版《科学（五年级第一卷）》的“测量时间”单元中，“用水测量时间”和“我们的水钟”两课也使用了与古代水钟相关的素材[ 2]。因此，沙漏这一古老的天文仪器不仅可以帮助学生了解水计时的科学原理，还可以引导学生了解中国古代科技史的演变，感受古人的智慧。它可以用作一个很好的项目主题。

2、挖掘真实人物、真实故事，确定教学转型发展点

现代人推测，利用水来测量时间源于古人发现有缝隙的陶器不断漏水。当稳定量的水流入或流出容器并积累到一定量时，就会表现出容器内水位的规律变化，从而发现水位变化与时间的关系。关系。西汉时期出现了青铜漏壶（一级滴漏，又称漏刻）。往锅里加水，水就会从锅底的滴管漏出来。壶内放置一艘浮箭船，其上竖立有刻度的箭尺。在锅上加一个有孔的盖子，露出箭头，这样它就可以随着水位下降指示时间的变化。这种漏水也称为沉箭漏水（见图1左）。但人们在使用时发现箭舟很容易吸附在壶壁上，于是进行了相应的改进，出现了浮箭漏水的现象（见图1右）。浮箭漏水为受水滴漏。下面有一个接水盆，盆内放有箭船，上面立有刻度的箭尺。随着上面水壶不断滴水，水壶里的箭船慢慢浮了起来。显示锅边缘的箭头上的刻度可以指示时间。这一改进解决了浮筒吸附在锅内壁的问题。但浮箭漏水存在水流不均匀的问题。水壶水位高时，滴水速度快；水位低时，滴水速度慢，影响计时的准确性。为了保证播种釜内的水以均匀的速度滴出，古人进一步在播种釜的上方增加了补水釜，以不断补充水分，同时增加了排水孔和配水釜，以保证播种釜内的水分均匀。播种釜内的水位保持不变。为了进一步减少计时误差，甚至还有第四级滴水。滴水计时的历史从西汉一直延续到清末。它是中国古代生产生活、礼仪活动、天文测量的重要工具[3-5]。

图1 两个漏壶示意图

通过梳理，可以得出滴水的核心改进点有三个：一是为了保证计时刻度的准确性，一级滴水需要选择上下厚度相同的漏壶；其次，为了保证箭舟不会吸附在壶壁上，将沉箭漏改为浮箭漏；三是播种釜滴水速度不均匀，增加了连续补水的补水釜和控制水位的泄水孔和分水釜。

这三个核心改进点也是本项目教学设计中的重要发展点：第一，在组织探究活动时，教师可以提供多种不同的塑料瓶，让学生首先思考并选择适合使用的——一级滴头和二级滴头。滴水的塑料瓶；其次，教师可以引导学生自主探索，发现“二次滴水”“使用过程中滴水速度不均匀”导致计时不准确的问题，让学生思考如何解决；第三，教师可以提供多个塑料瓶作为播种水壶，让学生自己搭建问题，发现问题并思考如何解决。第四，教师可以引导学生思考设计排水孔和分水器来控制水位。

3 根据学业条件确定教学难点

确定教学转型的重要发展点，然后进行学术调查，主要通过访谈和问卷调查的方式了解学生对水基计时的认识。结果如下。

其中，67%的学生认为浇水时机的关键问题是滴水的等时性； 80%的学生能够讲解一级、二级滴水原理并画图； 32%的学生可以从书本中学习。他们在网络上见过古代沙漏，10%的学生在博物馆或科技馆里见过。通过对学生知识库的梳理，得出学生可以画出一级、二级滴水示意图（见图2），但将示意图转化为实物模型时需要老师指导。此外，学生们知道用水测量时间的关键，但未能将其应用到示意图中。没有学生独立画三级和四级点滴。因此，控制水滴的速度、保证水计时的准确性对于学生的学习非常重要。课堂的主要障碍是教学的重点和难点。

图2 学生对问卷结果的回顾

4、项目式教学活动系统设计驱动问题的确定与表达

4.1 项目介绍

本项目以铜壶滴水为研究对象，让学生作为“滴漏科普讲解员”，向同龄人讲解元代铜壶的滴水现象。教师引导学生拆解任务，首先确定讲解内容，其次构建模型并进行探索性实验。探索喝水计时的科学原理，最后策划组织一场3分钟的科普讲解。基于本次活动，本项目的驱动议题设定为：作为科普者向同行讲解元代铜壶的漏水现象，自主设计讲解的内容和形式，讲解时间为3分钟。

4.2 项目规划

本项目的任务是要求学生独立策划一篇关于滴水的科普讲解。教师需要引导学生重演科技史上的滴水演变，感受古人的智慧，建立家国情怀。因此，项目的规划可以对应滴水的演变。 。结合滴水演化历史的回顾和滴水的核心改进点，确定本项目包含6个主要教学环节。

第一环节：任务发布与任务拆解。发布任务卡“我是滴滴的科普员”，要求学生担任本次展览的科普员，向其他同学介绍滴滴，完成介绍计划，介绍时间为3分钟。学生根据任务要求，在老师的指导下对任务进行拆解，明确需要解决的问题。

第二部分：学生利用学习单中的相关材料进行科普阅读，观看老师提供的视频材料，从中提取关键信息，初步确定讲解内容。

环节3：构建模型并验证科学原理。这个过程就是带领学生重演古代科技史上点滴改进的过程。设计了四项活动。这个环节也是本项目中需要老师带领学生突破的重点和难点。

第 4 节：总结。学生以AB演讲的形式相互讲解点滴计时的问题及解决方案，制定评价卡，实施自评和互评。

第五环节：学生进行小组讨论，设计科普讲解的方法和内容，撰写演讲稿，准备讲解。

第六环节：学生成果交流展示。学生可以自行或与小组成员一起去科技馆或博物馆讲解铜壶滴水的科普并录制视频。本环节还包括学生的交流、反思、自评和互评。

项目计划如图3所示，任务分解及活动安排如表1所示。

图3 项目规划

表1 项目任务分解及活动安排

4.3 项目式教学活动设计及驱动问题的确定与表达

（一）项目指导和情况分析，解决项目澄清问题

在这个环节中，老师发放任务卡（见图4）并组织学生对项目进行拆解，梳理出三个问题：你在这个项目中扮演什么角色？您想在这个项目中完成哪些任务？完成这个大任务需要几步？之后老师将任务分解内容整理成板书，方便后续任务的完成（见图5）。

图4 任务卡

图5 板书拆解

（2）任务一：阅读材料后初步确定讲解内容

教师提供相应的信息卡并组织学生阅读信息卡并观看视频。学生根据刚才讨论的内容分析可以回答的部分，教师组织学生回答并记录这些问题（见图6）。

图6 学生提取信息示例

(3)任务2构建模型验证科学原理

任务2主要包括4项活动。

活动一：教师组织学生交流讨论问题：一、一级滴水（沉箭漏）的计时原理是什么？二、如何利用模型来验证其时序原理？第三，你是如何建立你的模型的？ ？模拟了哪些部分？这时，老师提供了两种不同类型的塑料瓶供学生选择。最后，根据模型原型的相似性，学生们选择了上下厚度均匀的材料进行搭建（见图7）。

图7 学生选择上下厚度均匀的材料搭建一级滴水模型

活动二：教师组织学生进行探究实验，引导学生探索一级滴漏（沉箭漏）如何计时，并提醒学生在探索过程中注意会发现哪些问题。学生们对实验数据进行梳理和探究，发现：随着水位下降和时间累积，在相同的时间间隔内，水位下降的高度变得越来越小。

活动三：教师引导学生沟通讨论如何保证滴水计时准确。学生指出：要想保证滴水的计时准确，就需要保证水以匀速滴出，即必须保证水壶内的水位保持不变。

活动四：学生进行探究性实验并回答问题。一、如何改善多级滴漏，保证水壶水位保持不变？其次，探究多级滴漏孔的作用和位置，并在学习表中标记出来。如果学生在探究中遇到问题，教师可以提供日常生活中洗手盆的相关知识，作为学习支架。

经过讨论，学生们得出了这样的结论：第一，要不断往锅里加水，补充锅里滴出来的水。然而，经过实验，你会发现你可能加得太多了。这时可以在确定的水位上加一。排水孔，让多余的水逸出。其次，在确定的水位处加排水孔，使排水孔外接配水盆（见图8）。

图8 学生讨论并记录排水孔的位置

（4）任务三：总结并解释科学原理

在任务3中，首先组织学生演讲。学生和伙伴互相介绍铜壶滴水的结构和原理。持续时间为3分钟。之后，让老师组织学生观察并讲解古希腊发明家克特斯比乌斯制造的水钟的原理[6]。

上面的水箱向下滴水，下面的活塞有规律地运动，使水以恒定的速度滴入大水箱中。大水箱中的浮塞漂浮起来，让上面连接的小人指示时间，因为它类似于古代的滴水原理。学生对其原理的解读可以作为教学评价的依据之一。学生在对比中还可以发现，古希腊水钟实际上借鉴了中国古代水钟的原理。在此基础上，实现了水钟的自动清零，省去了每天从水壶里倒水的过程。

（5）任务四：设计科普讲解的内容和方法分组讨论

教师分组讨论科普讲解的方法和内容，撰写科普讲解演讲稿。教师可以提供评价量表，引导学生重点关注要点（见表2）。

表2 “我是点滴科学讲解员”评价量规

（六）展示成果并前往会场科普讲解

最后一个环节是结果的交换和展示。学生走进博物馆、科技馆的点滴展区进行科普讲解，并在成果展示交流后进行总结和反思。教师可以向学生提供评估卡（见图9）。

图9 评估卡

5 项目特色及思考

一是依托古代科学技术史，深入探讨解决问题的思路，明确内容的重要价值[7-12]。在设计教学活动之前，老师对滴水的内容进行了丰富的本体探索，深入探讨了滴水的原理和改进过程。即老师模拟“古代滴水设计师”，与原型充分对比时序要求，了解改进的核心点。这种研究过程实际上是教师根据项目式学习的研究逻辑进行项目研究。其研究方法适合迁移到任何古代技术和产品的研究。

其次，以解决问题的思路系统地设计教学活动。教师针对本体探索中发现的核心改进点设计梯度活动，并借助支架直接转化为学生的模拟活动，让学生在模型模拟过程中体验科学原理并理解科学原理。它的技术要素，更重要的是感受到古人的智慧。此外，活动之间的梯度关系也体现了“活动即评价”的理念。学生可以通过讲解古希腊水钟、撰写说明等活动加深对科学原理的理解。教师还可以根据学生的表现开展活动。评价实现教学互学互鉴。

三是充分挖掘场馆资源，将项目展示区定位为场馆解说员。在实际实施这个项目时，教师可以采用分散的方式，让学生选择讲解的场地。不同的学生去不同的博物馆。这可以让学生了解导师的工作，进一步激发他们对不同场地的理解。资源深度挖掘。

参考

[1]杨红.科技史在小学科学教学中的整合与应用[J].甘肃教育研究，2022（5）：58-60。

[2]义务教育教材·科学(五年级第一卷)[M].北京：教育科学出版社，2020。

[3] 华同旭.中国打底裤的历史[J]．中国计量，2003(8)：37-40。

[4] 李卓正.劈砍：一种历史悠久的工具[J].力学与实践，2007（3）：88-91。

[5]刘先周.我国古代计时器的发明[J].清华大学学报（自然科学版），1975（2）：20-47。

[6] 马戈雷塔·梅切尔斯卡。不可思议的发明[M].乌兰、李佳译.贵阳：贵州人民出版社，2017：36-37。

[7] 魏锐，朱野，党玉杰，等。项目式课程开发促进学生“学会思考”[J].基础教育课程，2023（22）：4-11。

[8] 王兰，郭晓丽，魏锐，等。博物馆与学校合作的科普教育项目化课程设计——以《南水北调》为例[J].中国现代教育装备，2024（20）：23-27。

[9] 潘虹，赵亚平，郝亮，等。 《探索神奇液晶》项目式教学设计[J].中国现代教育装备，2024(2):21-25。

[10] 郝亮，赵亚平，潘虹，等。关键词： 黑白液晶显示器, 设计与制作, 项目化课程教学, 案例分析中国现代教育装备，2024(4):24-28。

[11] 赵亚平，郝亮，于美娜，等。 《彩色液晶显示器设计与制作》项目化课程教学设计与反思[J].中国现代教育装备，2024(6):19-23。

[12] 袁晓，赵亚平，潘虹，等。液晶屏设计与制造创意产品项目化教学案例研究[J].中国现代教育，2024(8):24-28。

基金项目：北京市科委、中关村科技园区管委会项目“北京特色科技教育课程开发与科技教师能力提升”（编号：20220266011）；海淀区教育科学“十四五”规划项目“项目式学习”“水生生态科学教育特色课程开发与实践研究”（编号：HDGH20230540）；中国科技馆“馆校合作提升中小学教师科学教育实践能力培训体系研究与实践”。