资源简介

4.2.2 地球的转动
教 案
一、基本信息
课题 4.2.2 地球的转动——地球公转效应 课型 新授课
课时 2课时 教材 浙教版七年级科学上册
第四章 多种多样的运动
年级 七年级 教法 模拟实验法、启发式教学、
探究式学习、多媒体辅助教学
教学重点 正午太阳高度随季节变化的规律；
昼夜长短随季节和纬度变化的规律；
二十四节气与地球公转的关系 教学难点 太阳直射点移动与正午太阳高度、
昼夜长短的关系；
模拟实验中太阳运动轨迹的建模理解；
南北半球昼夜长短的对称关系
教具准备 多媒体课件、透明半球模型、
手电筒、杆影记录纸、铁钉胶带、
昼夜长短演示圆盘和透明薄膜、
暗扣 学具准备 活动册中的杆影记录纸、
直尺、量角器
学情分析 学生在4.2.1已学过地球自转→昼夜交替，对地球运动有初步认识。本节学习公转效应：正午太阳高度、昼夜长短、二十四节气——这些概念与学生生活经验（夏天热冬天冷、昼长夜短等）紧密相关，但因果关系分析（为什么夏至正午太阳最高？为什么北半球夏至昼最长？）是理解难点。模拟实验降低抽象度，但学生需要清晰的引导。
二、核心素养目标
1. 科学观念
（1）理解太阳高度角的概念，知道正午太阳高度随季节和纬度变化的规律。
（2）知道地球公转导致昼夜长短变化，理解太阳直射点位置与昼夜长短的关系。
（3）知道二十四节气的划分依据及其与地球公转的关系，了解二十四节气的文化价值。
（4）理解地球公转效应（太阳高度变化、昼夜长短变化）对自然环境和人类活动的影响。
2. 科学思维
（1）通过杆影变化→太阳高度→季节变化的推理链，培养因果推理能力。
（2）通过北半球与南半球昼夜长短的对比分析，培养对称思维和空间想象能力。
（3）通过模拟实验的设计和实施，体会"建模—验证—结论"的科学方法。
3. 探究实践
（1）通过透明半球+手电筒模拟太阳运动轨迹，体验模拟实验的科学方法。
（2）通过圆盘+薄膜模型探究昼夜长短变化规律，培养动手操作和观察记录能力。
（3）能解读太阳直射点移动与昼夜长短变化的关系图。
4. 态度责任
（1）感受科学实验（模拟实验）在探索自然规律中的重要作用，培养实证精神。
（2）了解二十四节气中蕴含的古人智慧，增强对中华优秀传统文化的认同感。
（3）体会地球公转效应对生活的影响（季节变化、农作物种植等），建立科学服务于生活的意识。
三、教学重难点
教学重点：正午太阳高度随季节变化的规律；昼夜长短随季节和纬度变化的规律；二十四节气与地球公转的关系。
教学难点：太阳直射点移动与正午太阳高度、昼夜长短的因果关系；南北半球昼夜长短的对称关系；模拟实验中太阳运动轨迹的建模理解。
四、教学过程
第1课时：正午太阳高度变化
（一）情境导入（约5分钟）
【回顾+设问】上节课我们学习了地球自转产生昼夜交替，地球还在绕太阳公转。
展示课件问题：地球绕_______旋转叫地球自转，方向？周期？产生什么效应？
地球绕_______旋转叫地球公转，方向？周期？产生什么效应？
引出本课——地球公转效应：正午太阳高度变化、昼夜长短变化。
设计意图：以回顾自转→设问公转的方式，知识衔接自然，突出公转不同于自转的独特效应。
（二）新知探究
【环节1】太阳高度角的概念（约8分钟）
1. 太阳高度角（太阳高度）：太阳光线与地面的夹角。
在一天中，学校操场上旗杆的杆影长短在变化：日出时杆影较长→太阳逐渐升高→杆影逐渐变短→正午时杆影最短→太阳偏西→杆影又逐渐变长。
图1 一天中杆影长短变化示意图
2. 正午太阳高度：一天中杆影最短时（正午）的太阳高度。
3. 杆影长度与太阳高度的关系：太阳高度越大→杆影越短；太阳高度越小→杆影越长。
【理解要点】太阳高度 ≠ 气温。太阳高度是太阳光线与地面的夹角，不直接等于温度。正午太阳高度最大的时候杆影最短——这是测量的基本原理。
【环节2】模拟实验——探索太阳运动轨迹（约15分钟）
方法：模拟实验——模仿实验对象制作替代物，利用替代物进行实验，或模仿实验的某些条件进行实验。
实验步骤：
① 将铁钉由杆影记录纸背面穿过中央立杆点O，用胶带固定。
② 将透明半球盖在记录纸上，调整东西方位一致，胶带固定。
③ 手电筒紧贴透明半球东南侧最低位置，照射后杆影尖端与7:00的杆影顶点重合，在手电筒出光口旁标记时间（7:00）。
图2 透明半球模拟太阳运动轨迹实验装置
④ 按时间顺序重复标记，依次得到8:00、9:00……等各时刻太阳在透明半球上的位置。
⑤ 将标记点按时间顺序连接，即得当天太阳运行轨迹。
⑥ 更换不同节气的杆影记录纸（春分、夏至、冬至），重复实验。
【实验注意】①手电筒必须紧贴透明半球；②每标记一个时间，杆影尖端必须与记录纸上对应时间的杆影顶点重合；③东西方向不能弄反——日出东方，轨迹从东南→南→西南→西方。
实验结果——不同节气的太阳运动轨迹：
图3 太阳在不同节气的运动轨迹（北回归线视角）
春分、秋分：太阳正东升起、正西落下；
夏至：太阳东偏北升起、西偏北落下（日照时间最长）；
冬至：太阳东偏南升起、西偏南落下（日照时间最短）。
【环节3】正午太阳高度随季节变化的规律（约12分钟）
1. 随着太阳直射点的移动，同一地区的正午太阳高度不断变化：
北半球中高纬度：夏季正午太阳高度较大 → 冬季较小；
夏至日正午太阳高度最大，冬至日最小。
图4 北纬30°地区不同节气正午太阳高度示意图
2. 以杭州（北纬30°）为例：
夏至日正午太阳高度 ≈ 90° (30° 23.5°) = 83.5°（约一年中最大）
冬至日正午太阳高度 ≈ 90° (30°+23.5°) = 36.5°（约一年中最小）
春分、秋分日正午太阳高度 = 90° 30° = 60°
3. 正午杆影长度的季节变化：
夏季正午太阳高度大 → 杆影短
冬季正午太阳高度小 → 杆影长
同一地点，正午杆影夏至最短、冬至最长。
同一天，不同纬度，同样杆子正午杆影长度不同（纬度越高→正午太阳高度越小→杆影越长）。
【判断技巧】正午太阳高度H ≈ 90° |当地纬度 太阳直射纬度|。记住两个关键数字：夏至直射北回归线23.5°N，冬至直射南回归线23.5°S。代入公式即可算出正午太阳高度。
（四）第1课时小结（约3分钟）
回顾：太阳高度角定义→杆影与太阳高度的关系→模拟实验（太阳运动轨迹）→正午太阳高度季节变化规律→夏至最大、冬至最小。
第2课时：昼夜长短变化、二十四节气
（一）情境导入（约3分钟）
【生活经验】杭州夏天早上几点日出？冬天呢？不同季节日出时间相同吗？为什么夏季昼长夜短、冬季昼短夜长？
引出：地球公转导致昼夜长短随季节变化。
【环节1】地球公转与昼夜长短变化（约10分钟）
地球在自转的同时围绕太阳公转。除赤道外，各地夏季白昼时间比冬季长——夏季昼长夜短，冬季昼短夜长。
原因：太阳直射点的变化。当太阳直射北半球（春分→秋分），北半球各地昼长夜短；当太阳直射南半球（秋分→春分），北半球昼短夜长。
昼夜长短的演示实验：
① 用纸板剪圆盘，画经纬网。
② 剪透明薄膜（半径与圆盘相同），画夜半球、昼半球和太阳平行光。
图5 昼夜长短演示模型——圆盘+透明薄膜
③ 转动透明薄膜，依次将太阳光直射对准北回归线→赤道→南回归线→赤道→北回归线。
④ 观察昼半球和夜半球中各纬度纬线长短情况——
当某地纬线在昼半球部分 > 夜半球部分 → 该地昼长夜短。
有些地方太阳整日不落 → 极昼现象。
【环节2】昼夜长短的季节变化规律（约12分钟）
图6 太阳直射北回归线（夏至）昼夜长短示意图
北半球的昼夜长短变化规律：
① 春分日→秋分日（太阳直射北半球）：北半球昼长夜短。
夏至日：昼最长、夜最短（北极圈及以北出现极昼）。
② 秋分日→次年春分日（太阳直射南半球）：北半球昼短夜长。
冬至日：昼最短、夜最长（北极圈及以北出现极夜）。
③ 春分日和秋分日（太阳直射赤道）：全球各地昼夜等长。
④ 赤道上全年昼夜等长。
南半球情况：与北半球正好相反。北半球夏至（昼最长）→南半球冬至（昼最短）。
图7 太阳直射移动与昼夜长短变化图
【理解要点】核心记忆：太阳直射哪半球，哪半球就昼长夜短，且纬度越高昼越长（直至极昼）。赤道永远昼夜等长——因为赤道被晨昏线平分。
【例题精讲】（约10分钟）
例1：我国科学家去南极考察一般选在什么季节？为什么？
分析：南极位于南半球，北半球的冬季（11月至次年2月）恰是南半球的夏季，南极处于极昼期，白昼时间长，气温相对较高。因此选在北半球冬季前往。
例2：归纳杭州一年中的昼夜长短和正午太阳高度变化规律。
昼夜长短：春分秋分昼夜平分→夏至昼最长夜最短→冬至昼最短夜最长。
正午太阳高度：夏至最大（约83.5°）→冬至最小（约36.5°）→春分秋分居中（约60°）。
变化趋势：昼夜长短与正午太阳高度的变化趋势相反——夏至太阳高度最大&昼最长；冬至太阳高度最小&昼最短。
【环节3】二十四节气与地球公转（约10分钟）
二十四节气是中国古代劳动人民的智慧结晶，2016年被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。
图8 二十四节气图
1. 节气的由来：古人利用圭表、日晷测日影长度，将每年正午日影最长的一天定为冬至、最短的一天定为夏至；春、秋两季各有一天昼夜时间长短相等，定为春分和秋分。
商朝四节气→周朝八节气→秦汉二十四节气完全确立→公元前104年《太初历》明确位置。
2. 节气的划分依据：根据地球在黄道（绕太阳公转轨道）上的位置划分。视地球从春分点（黄经0°）出发，每前进15°为一个节气，运行一周360°为一回归年，共24个节气。
图9 二十四节气与黄经位置关系图
3. 节气日期在阳历中相对固定：立春在2月3—5日、夏至在6月21—22日等。
4. 二十四节气的价值：指导农业生产、影响衣食住行和文化观念。
图10 二十四节气的文化价值
【重点强调】二十四节气的本质是地球公转的反映。每个节气对应地球在公转轨道上的特定位置（黄经）。古人不了解地球绕太阳转，却通过长期观测总结出了精确的规律——这正是科学基于经验观察的魅力。
（三）巩固练习（约5分钟）
1. 归纳杭州一年的昼夜长短和正午太阳高度变化规律。（答案见课堂讲解）
2. 假如地球停止自转和公转，哪些现象将不会产生？可能产生哪些现象？
不会产生：昼夜交替、季节变化、正午太阳高度变化、昼夜长短变化、极昼极夜。
可能产生：极端温度、大气和水流变化、生态系统崩溃（此题为开放性思考题，意在让学生理解地球运动对生命的重要性）。
（四）课堂总结（约3分钟）
图11 课堂总结思维导图
本节课核心内容：
一、正午太阳高度变化——太阳高度角概念、杆影实验、夏季大冬季小、夏至最大冬至最小。
二、昼夜长短变化——太阳直射点决定、夏至北半球昼最长、冬至昼最短、春分秋分昼夜平分。
三、二十四节气——地球在黄道上每15°一个节气、指导农业生产、中华传统文化瑰宝。
五、板书设计
§4.2.2 地球公转效应
一、正午太阳高度变化
太阳高度角：太阳光线与地面夹角
杆影变化：太阳高度↑→杆影↓
季节规律：夏季大、冬季小 → 夏至最大、冬至最小
杭州(30°N)：夏至≈83.5°→冬至≈36.5°→春分秋分≈60°
二、昼夜长短变化
太阳直射北半球→北半球昼长夜短(夏至极值)
太阳直射南半球→北半球昼短夜长(冬至极值)
春分秋分→全球昼夜等长
赤道→全年昼夜等长
北极圈以北：夏至极昼、冬至极夜
南半球：与北半球相反
三、二十四节气与地球公转
6个关键节气：
春分(黄经0°)→夏至(90°)→秋分(180°)→冬至(270°)
每15°一个节气，共24个
价值：指导农业、影响生活、文化瑰宝
六、教学反思
1. 模拟实验（透明半球+手电筒）的实施效果如何？学生是否能通过动手操作理解太阳运动轨迹的成因？实验的难点在哪里（比如对齐东西方向、杆影顶点与记录图匹配）？
2. 正午太阳高度的计算公式（H≈90° |φ δ|）是否让学生理解了物理含义？还是停留在机械套公式？杆影长短变化与太阳高度的关系是否直观建立了？
3. 昼夜长短变化部分，学生对"太阳直射点决定昼夜长短"这一核心因果关系是否真正理解？南北半球的对称关系是否能正确推导？
4. 极昼极夜的概念是否清晰？学生是否理解"北极圈66.5°N"这一界限的意义？
5. 二十四节气的文化内涵和科学原理（地球在黄道上的位置每15°划分）是否都讲透了？学生对中国古代科学智慧的感受如何？
6. 两节课的容量是否适当？第2课时内容较多（昼夜长短+二十四节气），是否需要调整节奏？

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