资源简介

第一节 地球的宇宙环境
课程：初中地理
教材：初中地理人教版(2024)七年级上册
章节：第一节 地球的宇宙环境
教材分析
本节内容选自初中地理教材，围绕“地球在宇宙中的位置”和“人类的太空探索”两个主题展开。根据课程标准，教材旨在帮助学生建立地球是宇宙中一颗普通天体的基本认知，了解太阳系、银河系的层级关系，理解地球具备生命存在的基本条件。同时，教材通过介绍人类探索太空的重要事件和中国航天成就，激发学生的民族自豪感和探索精神。内容贴近学生生活，图文结合，有助于培养学生的空间观念和综合思维能力，落实“人地协调观”和“区域认知”等核心素养。
学情分析
学生在之前已经学习了地球的基本概况、经纬网、地图识别以及天气与气候等基础知识，具备了一定的空间认知能力和地理学习经验。此阶段的学生好奇心强，对未知宇宙充满兴趣，但抽象思维和空间想象力仍处于发展阶段，理解宇宙尺度、天体系统层次等内容存在一定难度。教材通过直观图示和贴近生活的描述，帮助学生建立宇宙与地球关系的整体认识，同时激发学生的探索欲望，培养科学探究精神。
教学目标
知识目标
通过观察示意图，说出地球在宇宙中的位置及太阳系八大行星的排列顺序。
借助图文资料，解释地球适宜生命存在的基本条件。
结合资料，列举人类探索太空的重要成就及意义。
核心素养
区域认知：通过图示理解太阳系、银河系与宇宙的空间层级关系。
综合思维：分析地球适宜生命存在的自然条件，理解各要素间的相互关系。
地理实践力：制作太阳系模型，展示八大行星的相对位置。
人地协调观：讨论太空探索对人类认识地球和保护地球的作用，增强科学探索意识。
重点难点
教学重点：
通过图文资料说出地球在宇宙中的位置。
列举人类太空探索的重要成就。
教学难点：
理解地球具备生命存在条件的原因。
课堂导入
材料
2023年4月24日中国航天日，我国公布"巡天"空间望远镜计划，这台相当于哈勃望远镜300倍视场的望远镜将于2024年发射，将帮助科学家研究宇宙起源、星系演化等重大问题。有趣的是，这个望远镜将与天宫空间站共轨飞行，需要时可以对接进行维修升级。
思考问题
为什么说太阳系只是银河系中"很小的一部分"？从空间望远镜的观测范围看，这说明了什么？
空间望远镜需要与空间站配合的设计，反映了人类太空探索面临哪些挑战？这如何体现教材中"探索精神"的主题？
答案分析
宇宙尺度认知：银河系直径约10万光年，包含上千亿颗恒星，而太阳系直径仅约1光年。空间望远镜能观测到数十亿光年外的星系，直观展现太阳系在银河系中的渺小位置，印证教材中"银河系只是宇宙一小部分"的结论。
技术挑战与精神：太空环境存在辐射、温差等极端条件，望远镜需要定期维护。这种创新设计既解决了设备寿命问题，也体现了人类用智慧克服困难的精神，呼应教材中"不断突破技术限制"的探索历程。
探究新知
地球在宇宙中
展示情景
“天问一号”成功登陆火星：中国首次火星探测任务全过程
2020年7月23日，中国在海南文昌航天发射场用“长征五号”遥四运载火箭成功发射“天问一号”探测器。这是中国首次独立开展的火星探测任务，标志着我国深空探测能力的重大突破。经过约7个月、跨越4.7亿公里的星际飞行，“天问一号”于2021年2月10日顺利进入火星轨道，并于2021年5月15日成功着陆在火星北半球的乌托邦平原南部预选着陆区，随后释放“祝融号”火星车开展科学探测。
整个任务包括“绕、着、巡”三大目标：环绕器对火星全球进行遥感观测，着陆器实现软着陆，火星车开展表面巡视探测。任务获取了大量关于火星地形地貌、土壤结构、大气环境、水冰分布等关键数据。例如，“祝融号”发现部分区域地表可能存在古代水流痕迹，为研究火星是否曾具备生命存在条件提供了重要线索。
这一事件不仅是中国航天史上的里程碑，也成为全球关注的科学盛事。它让我们更深刻地理解地球在宇宙中的位置，以及行星环境差异如何影响生命存在的可能性。
知识讲解
地球在宇宙中的位置与层级结构
情景分析：“天问一号”飞向火星的过程，本质上是人类从地球出发，探索太阳系中另一颗行星的壮举。这一过程凸显了地球作为太阳系八大行星之一的空间定位，也揭示了地球所处的宇宙层级结构。
宇宙→银河系→太阳系→地球：
“天问一号”从地球出发，穿越太阳系空间抵达火星，说明地球并非孤立存在，而是太阳系的一员。而太阳系本身只是银河系中数千亿恒星系统中的一个微小组成部分。银河系又只是可观测宇宙中数万亿星系之一。通过这次任务，学生可以直观理解教材中“太阳系是银河系的一小部分，银河系也只是茫茫宇宙的一小部分”的空间尺度概念。
行星的运行关系：
探测器需要精确计算地球与火星之间的相对位置和轨道周期（约26个月一次发射窗口），这体现了行星围绕太阳公转的规律性，呼应教材中“太阳吸引着行星……组成太阳系”的引力主导机制。
地球的特殊性与生命存在的条件
情景分析：中国选择火星作为探测目标，正是因为火星与地球在某些方面具有相似性，但又存在显著差异，这种对比恰恰突出了地球的独特性和适宜生命存在的条件。
距离适中，温度适宜：
教材指出地球“距离太阳不远不近”，使得表面平均温度维持在0–30℃之间，液态水得以存在。“天问一号”数据显示，火星虽也位于太阳系“宜居带”边缘，但由于质量较小、大气稀薄，表面平均温度低至-60℃，昼夜温差极大，难以维持稳定液态水。这反衬出地球在距离、质量和大气保持方面的优越性。
大气与水的存在：
“祝融号”探测到火星地下可能存在水冰，但没有发现活跃的水循环系统。相比之下，地球拥有浓厚的大气层（氮氧为主）和完整的水循环，这是生命得以孕育和延续的关键。通过对比火星的干冷环境与地球的湿润温暖，学生能深入理解“地球是迄今人类唯一的家园”的科学含义。
体积与质量的影响：
火星质量仅为地球的11%，引力较弱，无法长期保留厚重大气。而地球适中的体积和质量使其能通过引力束缚大气层，形成保护性屏障，减少宇宙辐射和小天体撞击的危害。
人类探索宇宙的意义与科技发展
情景分析：“天问一号”是中国自主设计、制造、发射并控制的深空探测任务，体现了现代地理学与航天科技、遥感技术、空间物理学的深度融合。
地理视角下的空间认知拓展：
传统地理学关注地球表层系统，而现代地理学已延伸至“行星地理”领域。“天问一号”获取的火星地形图、沙尘暴动态、极地冰盖变化等数据，本质上是一种“外星地理”研究，帮助我们以更广阔的视角反观地球的独特性。
技术支撑下的地理观测革命：
任务中使用的高分辨率相机、次表层探测雷达、气象监测仪等设备，代表了当代遥感与地理信息系统（GIS）技术的最高水平。这些技术不仅用于火星探测，也被广泛应用于地球资源调查、灾害预警、气候变化监测等领域，体现地理学科的现实价值。
问题探究
探究问题：如果火星未来经过“地球化改造”（terraforming）变得适合人类居住，地球是否还会是“人类唯一的家园”？请结合“天问一号”的探测成果和地球的特殊性进行分析。
参考答案：
目前来看，地球仍是人类唯一的宜居家园。尽管“天问一号”发现火星曾有水活动迹象，表明其过去可能具备一定生命支持条件，但现今火星环境极端恶劣——大气稀薄、温度极低、缺乏磁场保护、无稳定液态水。即使未来通过科技手段进行“地球化改造”，如释放温室气体增温、人工制造磁场、引入微生物改良土壤等，所需时间可能长达数百年甚至上千年，且成本极高、风险巨大。相比之下，地球拥有天然形成的完美平衡系统：适宜的温度、丰富的大气与水资源、稳定的生态系统。因此，在可预见的未来，保护地球生态环境远比寻找“第二个地球”更为现实和紧迫。
材料更换建议
NASA“毅力号”火星车发现古代湖床沉积物
电影《流浪地球》中的行星推进设想与真实天文知识对照
哈勃望远镜拍摄的“创生之柱”与恒星形成过程
人类的太空探索
展示情景
“天问一号”成功着陆火星：中国首次火星探测任务全过程
2021年5月15日，我国“天问一号”探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，标志着中国首次火星探测任务取得圆满成功。这是我国航天史上第一次实现地外行星的软着陆与巡视探测，使中国成为继美国之后第二个成功在火星表面运行巡视器的国家。
“天问一号”任务于2020年7月23日从海南文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，经过约7个月、4.7亿公里的星际飞行，于2021年2月10日顺利进入火星轨道。此后，探测器进行了为期3个月的轨道调整与着陆区详查，最终在5月15日实施“绕、着、巡”三步走中的关键一步——着陆。着陆后，“祝融号”火星车缓缓驶下着陆平台，开始对火星表面地形、土壤特性、水冰分布、大气环境等进行科学探测。
该任务不仅实现了我国深空探测能力的重大突破，还通过高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪等多种科学载荷，获取了大量关于火星地质结构、气候演变和潜在生命痕迹的第一手数据。整个任务过程充分体现了人类探索宇宙的科技实力与探索精神，也展现了我国在太空探索领域的系统性进步。
知识讲解
太空探索的发展历程与人类认知的拓展
情景分析：“天问一号”是中国深空探测的重要里程碑，它延续了自1957年人类发射第一颗人造卫星以来不断向宇宙深处进发的探索历程。从近地轨道到月球，再到火星，人类的太空探索逐步从“看得见”走向“走得进”，而“天问一号”的成功正是这一历史进程中的关键节点。
人类飞天梦想的历史延续：自古以来，中华民族就有“嫦娥奔月”“夸父逐日”的神话传说，反映了人类对太空的向往。“天问”之名源自屈原长诗《天问》，象征着对宇宙本源的追问，体现了文化传承与现代科技的融合。
太空探索的技术演进：从苏联发射第一颗人造卫星，到美国阿波罗登月，再到中国实现火星“绕、着、巡”一步到位，展示了人类在航天技术上的持续积累与跨越。
认知边界的拓展：通过“天问一号”传回的数据，科学家得以研究火星是否存在过宜居环境，进而帮助理解地球生命的起源与宇宙中生命的可能性。
中国太空探索的成就与地理科技应用
情景分析：“天问一号”任务是我国在人造卫星、载人航天、空间站建设之外，在深空探测领域取得的重大突破，集中体现了我国在航天工程、遥感技术、空间导航、地质探测等方面的综合能力。
多领域技术集成：任务涉及轨道设计（空间地理）、热控系统（应对火星昼夜温差达100℃以上）、自主避障着陆（基于地形图像识别）等多项地理相关技术。
遥感与地理信息系统（GIS）的应用：探测器搭载的高分辨率成像相机和光谱仪，可绘制火星表面地貌图、矿物分布图，类似于地球上的遥感监测，用于分析地表物质组成与演化过程。
选址的地理考量：选择乌托邦平原作为着陆点，因其地势平坦、海拔较低（有利于减速着陆）、且有科学证据表明可能存在地下冰层，具备较高的科研价值和工程安全性。
太空探索的意义与地球环境保护的启示
情景分析：火星曾拥有液态水和较厚大气层，但如今却变得寒冷干燥。通过对火星环境演变的研究，人类可以反观地球生态系统的变化规律，增强对地球可持续发展的认识。
比较行星学视角下的地球保护：火星是地球的“孪生兄弟”，研究其大气逃逸、水体消失的过程，有助于理解温室效应失控、气候剧变等可能威胁地球未来的风险。
资源开发与未来生存空间探索：火星探测为未来可能的星际移民和外星资源利用提供基础数据，同时也促使人类思考如何更合理地利用地球资源。
激发探索精神与科学素养：青少年通过关注“天问一号”任务，不仅能学习航天知识，更能培养勇于探索、尊重科学的精神品质。
问题探究
探究问题：为什么“天问一号”选择在乌托邦平原着陆？这一选址决策体现了哪些地理思维？
答案提示：
乌托邦平原位于火星北半球，是太阳系最大的撞击盆地之一，地势平坦开阔，有利于安全着陆；同时，NASA此前探测发现该区域地下可能存在大量水冰，具有重要的科学研究价值。这一选址体现了地理学中的“区位分析”思维——综合考虑自然条件（地形、气候）、资源分布（水冰）与任务目标（探测生命痕迹），进行空间决策的过程，与地球上城市选址、交通线路规划等具有相似逻辑。
材料更换建议
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课后任务
课后任务：探索太阳系与太空探索
1. 太阳系模型制作
小组合作，利用日常材料（如泡沫球、牙签、彩纸等）制作一个简易的太阳系模型。按照行星与太阳的距离和相对大小，合理排列各行星的位置，并标注名称。完成后，用手机拍摄模型照片，并附上简短的说明文字，解释地球在太阳系中的独特位置及其对生命的意义。
2. 太空探索时间轴设计
结合教材中提到的太空探索成就（如第一颗人造卫星、中国航天成就等），设计一份“人类太空探索时间轴”。可以用手绘或电子工具（如PPT）完成，标注重要事件的时间、国家和意义。完成后，在班级内展示并讨论：太空探索对人类未来的影响有哪些？
设计意图
通过模型制作和时间轴设计，学生能够直观理解太阳系的结构和地球的特殊性，同时了解人类太空探索的历程与意义。任务融合了科学、历史和技术，培养学生的动手能力、信息整合能力及跨学科思维。
板书设计
地球在宇宙中
宇宙结构：
恒星（太阳）→ 太阳系（行星系统）→ 银河系 → 宇宙
地球特殊性：
适中距离 → 适宜温度
适中体积 → 稳定大气层
→ 生命存在条件
太空探索：
1957第一颗卫星 → 载人航天/行星探测
科技进步/资源开发
中国成就：卫星→空间站→火星探测

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