太阳钟教学设计思路

3.2太阳钟

一、教材解读

在第一课学生通过各种方法感受了时间，本课是深入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可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怎么利用太阳来计时的。本课设计了三个活动，第一个是用太阳来计日。认识“日”是怎么来的，一日的12小时是怎么产生的。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。第三个活动是讨论与思考，包括太阳钟计时的原理和实际使用中存在的问题。

二、教学目标

1.科学概念：

（1）阳光下物体影子的方向、长短会慢慢地发生变化。

（2）“日晷”与“圭表”是根据日影长度制成的计时器。

2.过程与方法：

（1）观察太阳光影在一定时间内长短与方向的变化。

（2）制作简易的圭表或者日晷进行计时。

（3）讨论太阳光影是怎么被用来记录一天的时间的。

3.情感态度价值观：

（1）对古人研究时间的成果产生敬佩之情。

（2）感受人类对时间测量的探索过程。

（3）体验研究的乐趣。

三、教学重难点

重点：有关时间测量仪器的发展历史及日晷和圭表的使用方法。

难点：日晷和圭表的计时原理。

四、教学准备

教师：日晷和圭表的挂图、课件

小组：学生分组用日晷。

五、课时安排

一课时

六、教学过程

一、导入

师：“哪位同学能告诉我现在几点了？”

“你们是通过什么知道现在的时

间？”

“那么在古代，还没有手表的时候，人们又是怎样判断时间的变化呢？”这就是我们这节课要研究的问题。

古人最早利用什么计时？

二、探究新知

（一）用太阳来计时：

1.现代社会中，我们的生活、学习、工作、生产等等都离不开对时间的准确把握，想一想：我们有哪些时间单位？

提问：想一想，最早出现的两个时间单位是什么？你为什么这样认为？

讲述：自然界有许多周期现象，如太阳从东升起后又从西边降落，经过一个黑夜之后又从东边升起。古人最早用太阳来计时，日出而作，日落而息，昼夜交替就成了人类最早使用的时间单位——天。

2.确定出一天后，慢慢地需要对一天的时间进行划分，那古人又是怎么划分一天的呢？

阅读课本P52资料。

提出问题：白天和晚上每小时的时间怎么不一样长？

因为古埃及人在确定时间时，是把从日出到日落这段时间确定为白昼，从天黑到天亮这段时间确定为夜晚，白昼和黑夜各被分为12小时。但是，例如夏季的白昼比夜晚要长，而此时的白昼和夜晚仍然分别被分为12小时，所以白天和晚上每小时的时间经常会不一样长。

（二）用光影来计时：

1.师：后来古人又学会了更准确的计时方法——用光影来计时。

2.引导思考回忆：在太阳下，将一根木棒竖直地插在地上，地面上会有一个木棒的影子。随着时间的变化，影子会发生变化吗？影子的什么和什么会发生变化？是怎样变化的？有没有规律？

3.认识日晷

（1）大家可真厉害，古人也是像我们一样，通过长时间的观察，发现了日影的变化规律，利用这个规律就有了一个伟大的发明——日晷，其他人就可以利用日晷来判断准确的时间。

下面让我们一起来认识一下日晷（学生阅读67页资料）：日晷利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。呈南高北低，倾斜地安放于石台上，使晷针指向北极星。世界上最早的日晷诞生于六千年前的巴比伦王国，一直沿用了几千年。

（2）那么该怎样使用日晷来判断时间呢？

请四人小组讨论一下。

根据学生汇报，师生共同小结方法，重点介绍水平式日晷的使用方法。

课件出示方法：当太阳光照射到晷针，晷面就出现晷针的倒影，倒影指向晷

面的刻度就是当时的时间。晷针的影子投在晷面上，并随太阳在天空中的方向移动。人们据晷针影子在晷面上的位置来确定时间。在中国古代，人们把一昼夜分为十二时辰：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥

（3）圭表的计时原理是阳光下物体影子长度的变化规律。

小结：无论圭表、还是日晷，它们都是利用了太阳光影来计时，所以把它们统称为太阳钟。（板书课题）

四、制作太阳钟

1.学习了那么多关于太阳钟的知识，那么大家想自己来制作一个太阳钟吗？

2.课件演示制作方法：利用锤子，将钉子垂直钉于圆心处。

3.确定刻度

利用指南针找到正北方向，将太阳钟钟面上的字母“N”正对北方，平放于地面。这时，在钟面上就会出现小竹棒的影子，将影子与圆心连上一条直线，并在直线处记录下此刻的准确时间。

4.课外活动

利用相同的方法，确定一天中每个整点时小竹棒影子的位置，继续完成日晷的制作。

四、延伸：

1.在白天人们是怎样利用太阳来计时的？

“太阳钟”在实际使用中会有哪些问题？

2.讨论交流

阴天又怎么知道时间？晚上有怎么知道时间？

七、板书设计

太阳钟

太

阳：

东

西

影子方向：

西

东

影子长短：：

长

短

长

八、精品作业设计

1.完成配套作业相关作业。

2.课外作业：做一个“太阳钟”，并在实践中检验。

九、拓展资源

1.

你听说过圭表吗

东汉铜圭表

圭表是中国最古老的计时仪器，实际发明年代已经不可考了，但是可以知道的是，圭表的使用在商代及周代已经有相当的发展并且是重要的计时方式。圭表是以太阳为观测目标的计时仪器，结构相当的简单，所谓的圭表就是由“表”所发展而来，再由圭表发展演变为日晷。“表”，最初就只是一根直立于地上的竹竿或石柱，即为我们所熟知的“竿影测日”，利用竿影的变化来了解时间的变化。

远古的人们在平日生活中发现太阳照射下物体的影子，会随着太阳的所在位置而改变其影子方向与长短，并且有一定的规律，如在北半球夏至时竿影或圭表的影子为一年中最短，北半球冬至时则正好相反，竿影或圭表的影子为一年中最长。因此，逐渐就有人想到利用竹竿或石柱来专门作为观测日影变化的工具，这就是“表”的由来。表的结构虽然简单，但是用途非常多，经过多年的使用后，人们能更纯熟地使用表，从而可以依据影子方向与长短变化定出了方向、节气、时刻、地域等。圭表是由直立放置的表和一个正南北方向平放的圭

(或叫做尺)所组成，很早就成为制定历法的重要工具，利用这种工具中国人测出一个回归年长度为365.25日。

2.

你知道日晷吗

赤道式日晷

日晷又称“日规”，是我国古代利用日影测定时刻的一种计时仪器。日晷是在圭表的基础上发展起来的一种计时器，能够更准确地测定不同时刻的时间。日晷有一根固定的臂或针，还有一个刻有数字和分度的盘，将盘分成许多份，观察日影投在盘上的位置，就能分辨出不同的时间。日晷的计时精度能准确到刻（15分钟）。

为了抵挡风的侵蚀，通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做

“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极，这种“日晷”被称为赤道式日晷。晷影在晷面上的方位角和时角相等，故晷影所指时刻为等分刻度形式。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。

赤道式日晷设计制作比较简单，在不同地区安装时，只要调节晷面的倾斜度与当地天赤道面重合就可以使用了。郭守敬纪念馆第一展院就存放着一台赤道式日晷，以邢台地方真太阳时为依据，制定出相应的等分刻度，读出几时几刻，再根据时差曲线，换算成北京时间，与现在钟表上的时刻基本吻合，可见赤道式日晷现在不仅具有观赏性、还具有实用性。

3.

为什么有些日晷的晷面是水平的

水平式日晷

日晷有许多种不同的形式，基本上可以分为地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷和卯酉式日晷等，我们看到的晷面水平的日晷是地平式的。

地平式日晷在春秋时期就已发明使用了，它是在一个特制的石板或木板面上，中间垂直立一细柱，把石面水平放置，面上标明刻度，这样就成为了一个日晷，昼间看晷针投影到哪个刻度上就知道是什么时间。

在中国古代，隋代以前因为没有解决地平日晷晷面刻度与太阳周日视运动相对应的关系，不能正确完成它的测时功能，所以地平式日晷并没有真正被运用。而赤道式日晷尽管安装比较复杂，但在刻度上则相对简单，所以中国古代流行赤道式日晷。古代西方人已经掌握了投影几何知识，地平式日晷的刻度问题就不难解决了，因此奥古斯都留下的世界上最大的日晷就是地平式的，采用的是不均匀的刻度。

现在有些公园里面有地平式日晷，鸡首充当晷针，日晷四周排列许多标志石

(大理石材质)充当时间刻度，还可以当椅子休息，真是一举两得。如果约朋友下午两点在公园见面，只需坐在两点的标志石上，当鸡首的影子照过来时，朋友守时的话就应该出现了。

4.

我们常常会利用太阳来估计时间，具体怎么判断呢

太阳在头顶上时是中午12点左右。在春秋季节，特别是在春分秋分左右时，太阳升起的时间大约是早上6点，太阳下山的时间大约是晚上6点，而太阳在半空的位置，分别是上午9时与下午3时。但是因为季节不同太阳升起和落下的时间也会不同，同时太阳高度受地球纬度的影响，时区由纬度决定，因此这个判断方法并不是很准确，只能知道大概的时间。

5.

神奇的太阳钟

在地中海上位于利比亚与西西里岛之间的马尔他岛，埋藏着神奇的史前建筑。最令人不可理解的是岛上的“蒙娜亚德拉”神庙，这座庙宇又被称为“太阳神”庙。一个名叫保罗·麦克列夫的马尔他绘图员仔细地测量了这座神庙后发现，这座神庙实际上是一座相当精确的太阳钟。根据太阳光线投射在神庙内的祭坛和石柱上的位置，可以准确地显示夏至、冬至等主要节令。而更令人震惊的是，从太阳光线与祭坛的关系推测，可得出结论：这座神庙是公元前10205年建成的，离现在已经整整1.2万年了。1.2万年以前，神庙的建造者们居然能有那么高深的天文学和历法知识，能够周密地计算出太阳光线的位置，设计出那么精确的太阳钟和日历柱，实在令人无法解释。