作者：《小学拓展型课程校本教材》编写组
出版社：电子工业出版社
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小学科学探索三年级(上)试读：
丛书序
为贯彻落实《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中提出的“强化体育课和课外锻炼，促进青少年身心健康、体魄强健。改进美育教学，提高学生审美和人文素养。”的要求，推动小学体育、美育工作科学、有序、和谐地发展。2014年，北京联合大学作为市属综合性高校，积极投入到北京市教委组织的高等学校、社会力量参与小学体育、美育特色发展工作（以下简称“高参小”）中，广大高校教师在做好本职工作的同时，不遗余力地投身到小学特色建设中，围绕小学文化建设、学科课程教学、学生社团发展、教师培养培训、理论实践研究五个方面开展支持，取得了丰硕的成果，受到了小学师生的欢迎。以北京联合大学师范学院为主体推出了《小学拓展型课程校本教材丛书》，本套丛书即为“高参小”工作的阶段性成果之一。
本丛书充分考虑到小学体育与美育教育教学工作的现状与实际需求，遵循儿童在低中高年级不同年龄阶段的审美心理与认知特点，分别制定课程目标与实施方案。1～2年级的拓展课程，重点使孩子们适应学前教育向小学的转换，打好基础。以培养体育、美育兴趣为切入点，建立以体育、美育促进全面发展的意识，以丰富多彩的体美活动为拓展课程载体；3～4年级则结合低年级学生的潜能开发，使每个学生明晰个人发展目标，制定系统完善的培养方案，有针对性、个性化地培养，使每个学生都在成长；5～6年级时要求通过个性化培养，促进每名学生的体育素质、艺术素养、人文素养得到提升，并形成广泛的兴趣和爱好，基本掌握一至两项体育、艺术技能。
基于上述思考，本丛书共设计了体育教育、美术教育、音乐教育、科技教育、国学教育、心理健康教育等六个系列，各系列之间既有渐进的关联性，又有相对的独立性，读者可以根据自己的需求，选用不同的系列组合。各本教材作者均按照内容的相关性与呈现的逻辑性对内容进行了篇章的划分，便于教师与学生的使用。丛书语言生动，贴近小学生的日常生活，深入浅出，极具吸引力。
本丛书的作者均为高校与小学从教多年的一线骨干教师，教学经验丰富，课堂驾驭与教学反思能力突出，在开展“高参小”工作过程中，对小学拓展型课程有了更加深入的理解。
希望通过本丛书的出版，能够为加强和改进小学体育、美育工作，促进青少年身心健康成长，提高学生的审美和人文素养贡献我们的力量。丛书编委会2015/10/19
神奇的水车
中国自古就以农立国，与农业相关的科学技术取得了卓越的成就。水利作为农业中最不可缺的一环，各朝政府虽致力于兴修水利工程，不论是灌溉渠道或是运河都动员了大量的人力、物力和财力去营建。但是，这些渠道大都分布在各大农业区，至于高地或是离灌溉渠道及水源较远之地，显然是无法顾及。于是中国人善用其智慧，发明了另一种能引水灌溉的农具——水车。
同学们，今天我们就来一起学习一下有关水车的科学知识。
一、科学小故事
水车的先驱
民间最早的汲水用具是“桔槔”（见图1）。《庄子·外篇·天地篇》中，载子贡南游，返途路过汉阴时，看到一个老丈人辛苦的抱瓮汲水灌溉，事倍而工半，于是告诉老翁一种省力的器具，名曰之“槔”。它的制作方式是：“凿木为机，后重前轻，掣水若抽，数如沃汤。”也就是用一条横木支在木架上，一端挂着汲水的木桶，一端挂着重物，像杠杆似的，可以节省汲水的力量。从抱瓮灌地到桔槔汲水初步利用器械，可以说是水车发明的先躯。中国古代的“桔槔”
二、科学原理
1.水车概念
旧式灌溉机械。借用水力、人或畜力作为动力，通过管、筒、水槽等机件将水从低处提升到高处。
2.水车的发展阶段（1）水车发展第一阶段
中国正式记载中的水车，则大约到东汉时才产生。东汉末年灵帝时，命毕岚造“翻车”，已有轮轴槽板等基本装置。又有一说三国时魏人马均也有翻车的制造（《三国志·魏志》卷二九杜传裴松之注）。不论翻车究竟首创于何人之手，总之，从东汉到三国翻车正式的产生，可以视为中国水车成立的第一阶段。翻车（2）水车发展第二阶段
水车的发展到了唐宋时代，在轮轴应用方面有很大的进步，能利用水力为动力，作出了“筒车”，配合水池和连筒可以使低水高送。不仅功效更大，同时节约了宝贵的人力。南宋张孝祥〈题能仁院壁诗〉中大赞其曰：“转此大法轮，救汝旱岁苦。”可见此水车对农事帮助之大。这是中国水车发展的第二个阶段。筒车（3）水车发展第三阶段
到了元明时代，轮轴的发展更进步。一架水车不仅有一组齿轮，有多至三组，而有“水转翻车”、“牛转翻车”或“驴转翻车”，可以依风土地势交互为用。这项发展，使翻车的利用更有效益。翻车从东汉三国时代发明以来，一直停滞在人力的运转。至此，利用水力和兽力以为驱动，使人力终于从翻车脚踏板上解放。同时，也因转轴、竖轮、卧轮等的发展，使原先只用水力驱动的筒车，即使在水量较不丰沛的地方，也能利用兽力，而有所贡献。另外，则有“高转筒车”的出现。地势较陡峻而无法别开水塘的地方，也能低水高送，有所开发。这是中国水车发展的第三阶段。元明之后，中国水车的发展便再没有多少特殊的成就了。马转翻车
由上之言可知，水车一物在中国农业发展中实有大贡献。它使农作物所受的地形制约大为减轻，实现丘陵地和山坡地的开发。不仅用之于旱时汲水，低处积水时也可用之以排水。
3.水车的工作原理
水车一般都是建在水流湍急的地方，利用上游的水流推动水车运动，水车运动过程中将低位的水提升到高位，将水的动能转化为势能。工作原理：以下图为例，挡板起到了叶轮的作用，承受水的冲力（由水的动能（速度）提供），获得的能量使水车旋转起来。并克服水车转动的摩擦阻力，以及被提升的水对筒车的反力矩。当水车转过一定角度，原先浸在水里的竹筒（也就是水斗，已灌满了水）将离开水面被提升。此时，由于竹筒的筒口比筒底的位置高（这就是筒口要朝着筒车前进方向的原因），竹筒里会存一些水。当竹筒越过水车顶部（此时竹筒开始倒水）之后，筒口的位置相对于筒底开始降低，竹筒里的水就会倒进水槽里。水槽处于想要提升到的高位位置，也可以通过调整水槽的位置，使水槽能够接到更多的水。水车工作原理
4.水车的分类（1）翻车
翻车的车身是长形的木槽，里面有行道板，两端比槽板各短一尺，分别安置大齿轮和小齿轮（链轮）。行道板上下通周有用木销子连结起来的龙骨板叶，形成与链轮连接的板链。翻车装有小齿轮的一头置于水中，装有大齿轮的另一头靠在岸上，大齿轮连结着的大轴两旁有拐木，人们踩动或摇动拐木，大轴即带动齿轮和板链围绕行道板上下循环运动，把水刮上田岸。翻车（2）筒车
筒车的车身是一个水轮，轮辐装有受水板，轮周均匀地斜系着挹水筒。水轮通过延长的轮轴架于溪流两岸，轮的下部浸入水中，水流冲击受水板不停转动，周围的挹水筒低则舀水于河，高则泻水至田。筒车
三、科学实验制作
1.实验材料
铁轴、A型支架、水轮片、车身底座、水轮鼓。
2.实验步骤（1）把6片水轮叶片整齐地插入水轮鼓上。（2）把2片A型支架插入底座。（3）将铁轴穿过A型支架和水轮鼓，完成制作。
3.实验总结（1）水差越大，小水车转得越快。（2）流量越大，小水车转得越快。
四、课后思考
1.请说一说中国古代翻车和筒车的特点。
2.请说一说中国古代水车发展经历了三个阶段的特点。
海市蜃楼
一、科学小故事
一直流传着这样一个故事。从前，有一个骆驼队在炎气熏人的沙漠中踌躇前进。酷暑和干燥的天气使得旅行者疲乏不堪，皮袋中的水已经喝完了，嘴唇干得发裂，这时他们多么想能喝到一口清凉的水啊！突然，在遥远的前方沙漠间，出现了一个湖，湖的两岸高耸着宫殿和寺院，给他们带来了莫大的希望和清凉的预感，于是快速朝前奔去。走过一个沙丘又一个沙丘，但湖泊、宫殿和寺院仍在遥远的地方，忽暗忽亮，忽隐忽现。过了一会儿，突然湖水、宫殿、寺院全部消失得无影无踪了。
在平静无风的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等处偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称这种现象为海市蜃楼。山东蓬莱海面上常出现这种幻景。在古代传说中，认为蜃乃蛟龙之属，能吐气而成楼台城廓，又说海市是海上神仙的住所，它位在“虚无飘渺间”，因而得此名。宋朝沈括在《梦溪笔谈》中这样写道：“登州海中时有云气，为宫室台观，城堞人物，车马冠盖，历历可睹。”海市蜃楼海市蜃楼
二、科学原理
1.海市蜃楼概念
海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的。夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙（即蜃）吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”。海市蜃楼
2.海市蜃楼的形成
海市蜃楼是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，一般情况下空气的密度是随高度递减的，在空气密度反常分布（随高度递增）情况下，由物体发出的光线进入这种气层，因折射和全反射作用，使看到的物象与实际物体相比，发生了位置改变、大小改变、形状歪曲等现象。
海市蜃楼与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数海市蜃楼形成的气象条件。例如，夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到海市蜃楼。海市蜃楼成因示意
3.海市蜃楼的两种类型（1）上现蜃景（正像），多见于中、高纬度的海面或雪原，特别是在两极区域，当暖空气流到冷的海面或雪原上时，大气温度的铅直分布呈稳定的逆温层结，这时远处的冰山、岛屿、城廓或船只便呈现在上空，都成正像。中国山东蓬莱（古属登州）常见这种蜃景。海市蜃楼上现蜃景（2）下现蜃景（倒像），在沙漠或草原地区，由于正午或午后气温下热上冷的现象极为突出，以至局部地区在短时间内出现空气密度随高度而递增的反常现象。这时空气的层结极不稳定，其折射和全反射作用所产生的海市蜃楼为下现蜃景的镜像，称为下现蜃景（倒像）。海市蜃楼下现蜃景
三、唇景欣赏
汽车在高速公路上奔跑，白花花的太阳光炙烤着路面，只听见风的呼啸和马达的轰鸣。突然，前方不远处浮现出一滩水，正在前方行驶的汽车也在水中映出一清晰的倒影。但随着汽车的行驶，那滩水始终在前方，最后慢慢的消失。这是在高速公路上经常可以看到的现象。高速路上的海市蜃楼
2011年5月9日下午4时左右，海口市沿海出现海市蜃楼奇观。海口市海市蜃楼
2011年5月10日，广州塔出现“空中皇冠”奇景。广州塔海市蜃楼
2012年5月2日下午，广东汕头中环大厦西北方向天空出现连绵起伏的山脉。汕头海市蜃楼
2015年6月12日傍晚6时许，河北承德高新区惊现海市蜃楼。承德海市蜃楼
四、科学实验制作
1.实验材料
一个凹面镜，一个中间带孔的凹面镜，一张写了字的纸片。
2.实验步骤（1）将凹面镜放在桌面之上，把写好字的纸片放在凹面镜的中间位置。（2）将中间带孔的凹面镜盖在凹面镜之上，从侧面通过孔会看到倒像的纸片上的文字。
五、课后思考
1.下现蜃景经常在什么情况下发生？
2.上现蜃景经常在什么情况下发生？
奇妙的粉沫
一、科学小故事
寒冬季节，兔妈妈要出门去，她怕小兔一个人在家孤单，便给他堆了个雪人。用两个龙眼核做眼睛，使漂亮的雪孩子神采奕奕。兔妈妈走了，雪孩子开始活动，小兔和雪孩子一起滑雪，他们一会儿滑上山坡，一会儿又滑过树丛。后来，小兔玩累了，就回到小木屋睡觉。雪孩子在树林里和松鼠玩起来。雪越下越大，但小木屋里却温暖如春，原来屋里生着火炉。小兔睡着了，他翻了个身，被子滑下来被火烧着了。火势蔓延开来，小木屋窗户里冒出了浓烟。雪孩子看到小木屋着了火，立刻赶回来，冲进小木屋，将雪球扔向烈火，但火越烧越大。
雪孩子再次冲入大火，与大火搏斗，因为雪人是怕热的，雪水一下流满全身。这时，小兔醒了，叫着：“妈妈！”雪孩子看到小兔有危险，不顾一切地扑进大火，抱起小兔又冲出来。可是雪孩子的身子已越来越瘦小了，等他把小兔救出小木屋后，自己已化成一摊清水。兔妈妈回来了，看到小木屋被烧毁，急得到处寻找小兔。想不到小兔扑过来叫着：“妈妈！”兔妈妈喜出望外。可是小兔看着地上一汪清水和两个龙眼核，伤心地哭了。兔妈妈明白了，她安慰小兔说：“雪孩子还和我们在一起。”太阳出来了，水化为蒸汽腾起，幻化成一个雪孩子模样的云朵，徐徐升向高空。雪人和小兔子
二、科学原理
1.雪的概念
雪是水在空中凝结再落下的自然现象，或指落下的雪花。雪是水在固态的一种形式。雪只会在很冷的温度及温带气旋的影响下才会出现，因此亚热带地区和热带地区下雪的机会较微小。
2.雪的组成
雪（snow）是由大量白色不透明的冰晶（雪晶）和其聚合物（雪团）组成的降水。
水是地球上各种生灵存在的根本，水的变化和运动造就了我们今天的世界。在地球上，水是不断循环运动的，海洋和地面上的水受热蒸发到天空中，这些水汽又随着风运动到别的地方，当它们遇到冷空气，形成降水又重新回到地球表面。这种降水分为两种：一种是液态降水，这就是下雨；另一种是固态降水，这就是下雪或下冰雹等。
雪花多呈六角形，是因为冰的分子以六角形为最多。雪花的形状
3.雪的形成
云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象。在这种情况下冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以在混合云里当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。
4.雪的等级划分
由于降落到地面上的雪花的大小、形状，以及积雪的疏密程度不同，雪是以雪融化后的水来度量的。降雪分为小雪、中雪、大雪和暴雪四个等级。有时降雪量会远大于10毫米，因此很多地方和预报引入了大暴雪和特大暴雪这两个概念。
● 小雪：0.1～2.4毫米/天。
● 中雪：2.5～4.9毫米/天。
● 大雪：5.0～9.9毫米/天。
● 暴雪：大于等于10毫米/天。
● 大暴雪：24小时内降雪量20.0～30.0mm的降雪过程。
● 特大暴雪：24小时内降雪量30mm以上的降雪过程。
5.积雪的类型
根据积雪稳定程度，将我国积雪分为5种类型：
● 永久积雪：在雪平衡线以上降雪积累量大于当年消融量，积雪终年不化；
● 稳定积雪（连续积雪）：空间分布和积雪时间（60天以上）都比较连续的季节性积雪；
● 不稳定积雪（不连续积雪）：虽然每年都有降雪，而且气温较低，但在空间上积雪不连续，多呈斑状分布，在时间上积雪日数10～60天，且时断时续；
● 瞬间积雪：主要发生在华南、西南地区，这些地区平均气温较高，但在季风特别强盛的年份，因寒潮或强冷空气侵袭，发生大范围降雪，但很快消融，使地表出现短时（一般不超过10天）积雪；
● 无积雪：除个别海拔高的山岭外，多年无降雪。
雪灾主要发行在稳定积雪地区和不稳定积雪山区，偶尔出现在瞬时积雪地区。
三、雪的作用
1.雪的益处（1）雪有利于农作物的生长发育。雪是具有很好保温效果，被雪覆盖的小麦，可以在寒冬保护植物不被冻伤，来年开春雪水融化可以为植被提供良好的供水，大自然的力量绝对不是巧合，因雪的导热本领很差，土壤表面盖上一层雪被，可以减少土壤热量的外传，阻挡雪面上寒气的侵入，所以，受雪保护的庄稼可安全过冬。（2）积雪还能为农作物储蓄水分。此外，雪还能增强土壤肥力。据测定，每1升雪水里，约含氮化物7.5克。雪水渗入土壤，就等于施了一次氮肥。用雪水喂养家畜家禽、灌溉庄稼都可收到明显的效益。
民间的谚语，“瑞雪兆丰年”,“冬天麦盖三层被，来年枕著馒头睡”。雪覆盖植物雪覆盖农作物
2.雪的害处（1）对畜牧业造成影响，若下雪量过大，积雪过深，持续时间过长，会造成牲畜吃草困难，并且容易形成牲畜冻伤，牲畜存活率低，死亡率增加。（2）对航空业的影响，冬季降雪会使飞机表面形成结冰现象，不及时清除会有坠毁的危险。（3）对人们生活的影响，暴雪往往伴随大风、低温、冰冻等恶
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