资源简介

4.2.2《地球的转动——正午太阳高度变化+昼夜长短变化》教学设计
一、教材分析
本节课选自地球公转相关内容，分为正午太阳高度变化、昼夜长短变化两大核心板块。教材以校园旗杆杆影生活化现象切入，设计模拟太阳轨迹动手实验，再搭配地球昼夜模型探究昼夜长短，将抽象的地球公转地理效应具象化。内容衔接地球自转、公转基础，是理解四季更替、五带划分的核心铺垫，兼具实验探究与规律总结，侧重培养学生模拟实验、读图归纳的科学能力，贴合七年级从具象到抽象的认知逻辑。
二、学情分析
七年级学生已掌握地球自转、公转基本概念，能分清昼夜交替、四季成因，但难以理解太阳高度、昼夜长短随季节变化的内在原理。学生对动手模拟实验、生活实景（早晚影子长短、夏天天黑晚）兴趣浓厚，但空间想象能力薄弱，很难自主建立 “太阳直射点移动 — 太阳高度 — 杆影长度 — 昼夜时长” 的逻辑链条，需借助模型、动手操作拆解难点。
三、教学目标
科学观念
1. 知道太阳高度角定义，理解正午太阳高度随季节、纬度变化规律，掌握杆影长度与太阳高度的反向关系。
2. 掌握二分二至日太阳直射点位置，明确全球昼夜长短随季节、南北半球的变化规律，区分极昼、极夜现象。
3. 能结合杭州本地，判断春分、夏至、冬至太阳运动轨迹、杆影、昼夜长短差异。
科学思维
1. 通过杆影模拟实验、昼夜模型推演，建立空间模型思维，推理太阳直射点移动带来的系列地理变化。
2. 对比二分二至日太阳轨迹、昼夜光照图，归纳共性与差异，形成对比归纳、逻辑推导的思维习惯。
实践探究
1. 能独立完成教材太阳轨迹模拟实验，规范操作手电筒、透明半球、杆影记录纸，记录不同时刻太阳方位。
2. 动手转动昼夜薄膜模型，观察不同直射点下各地昼夜纬线长短，自主总结昼夜长短变化规律，认识模拟实验的科学方法。
态度责任
1. 乐于观察生活中杆影、日出日落时长等地理现象，感受生活处处有科学。
2. 了解南极科考时间选择的现实意义，树立学以致用、科学探索自然的意识。
四、教学重点
1. 正午太阳高度季节变化规律、杆影长短变化规律。
2. 二分二至日全球昼夜长短分布规律，极昼极夜出现范围。
3. 模拟实验的操作方法与实验结论解读。
五、教学难点
1. 建立空间想象，理解太阳直射点移动如何同步影响太阳高度、昼夜长短。
2. 区分南北半球昼夜长短、正午太阳高度变化的相反规律。
六、教具准备
教师教具：多媒体课件、旗杆杆影实拍短视频、二分二至太阳运动轨迹动画、地球昼夜长短动态演示视频；透明半球、手电筒、杆影记录纸、地球经纬圆盘、昼夜透明薄膜模型。
学生分组教具：迷你透明半球、小手电筒、打印杆影记录图纸、简易地球昼夜模型。
七、教学过程
配套视频清单
1. 课前导入视频：校园旗杆一日杆影变化实拍（30s）
2. 实验演示视频：太阳轨迹模拟实验完整操作视频（3min）
3. 动态原理视频：地球公转 + 太阳直射点移动动态动画（4min）
4. 拓展视频：南极科考实景短视频（2min）
一、导入新课
教师活动：播放校园旗杆一日杆影实拍短视频，提问学生：视频里旗杆影子早晚长、中午最短，夏天正午影子和冬天正午影子长短一样吗？夏天傍晚六点天还亮，冬天五点就天黑，这两种现象背后是什么原因？板书课题：正午太阳高度变化与昼夜长短变化。
学生活动：观看视频，结合生活经验自由发言，分享自己观察到的影子、日出日落现象。
设计意图：用学生每天可见的校园实景导入，贴近生活，激发探究好奇心，直接抛出本节课两大探究主题。
知识点：一天内杆影正午最短，不同季节正午杆影长短不同；不同季节昼夜时长存在差异。
二、讲授新课
板块 1：正午太阳高度变化
环节 1：认识杆影与太阳高度
教师活动：展示教材文字，朗读一日内杆影变化规律，在黑板画图：立杆、太阳光线、地面夹角，讲解太阳高度角定义 —— 太阳光线与地面的夹角。提问：太阳越高，光线和地面夹角变大还是变小？影子会怎么变？结合画图演示，正午太阳高度是一天中最大太阳高度，对应一天最短杆影。
学生活动：对照教师板书画太阳高度示意图，口头回答太阳高度与杆影的反向关系。
设计意图：用简易绘图拆解抽象概念，建立 “太阳高度 — 杆影” 基础逻辑。
知识点：太阳高度角 = 太阳光线与地面夹角；太阳高度越大，杆影越短；正午太阳高度为一日最大值，正午杆影一日最短。
环节 2：分组模拟太阳轨迹探索实验
教师活动：分步讲解教材 8 步实验操作，同步播放实验演示视频，巡回指导各组操作：第一步固定杆影记录纸；第二步罩上透明半球对齐方位；第三步手电筒模拟太阳从东南低位升起；第四步标记 7 点杆影；依次记录全天时间点，最后连接太阳轨迹；更换春分、夏至、冬至三张杭州杆影图纸重复操作。巡视时纠正手电筒紧贴半球、方位对齐等操作错误，抛出思考题：杭州三张杆影图如何区分春分、夏至、冬至？
学生活动：4 人一组分工操作（固定图纸、手持手电筒、标记时间、记录轨迹），分别完成三个节气模拟，对比三张图纸正午杆影长度、太阳升起方位，小组讨论区分方法。
设计意图：完整落实教材探究活动，通过动手模拟把太阳周年运动可视化，锻炼分组探究能力。
知识点：
1. 模拟实验：用手电筒替代太阳、透明半球替代天空的科学探究方法。
2. 杭州（北半球中纬度）：夏至正午太阳高度最大，杆影最短，太阳东北升西北落；冬至正午太阳高度最小，杆影最长，太阳东南升西南落；春分、秋分太阳正东升正西落，正午杆影长度居中。
3. 四季仅展示 3 张图纸原因：春分、秋分太阳轨迹完全一致，昼夜等长、正午太阳高度相同，只需一张代表春秋分。
环节 3：正午太阳高度季节规律总结
教师活动：展示北回归线太阳运动轨迹图，对比夏至、二分、冬至三条太阳轨迹，总结北半球中高纬度规律：夏至正午太阳高度全年最大，冬至最小；夏季太阳高度大、杆影短，冬季太阳高度小、杆影长。补充北纬 30° 正午太阳高度数值案例辅助理解。
学生活动：在课本标注三条节气太阳轨迹特点，齐读季节变化规律。
设计意图：整合实验结论，提炼统一规律，强化记忆。
知识点：北半球中高纬度，正午太阳高度夏季大冬季小；夏至达最大值，冬至达最小值；杆影变化与太阳高度完全相反。
板块 2：昼夜长短变化
环节 1：昼夜长短现象引入
教师活动：提问导入，夏天放学天黑晚、冬天天黑早是什么原因？出示地球昼夜基础模型，讲解昼半球、夜半球定义，纬线落在昼半球部分更长则昼长夜短，反之昼短夜长；介绍极昼（整日不落）、极夜（整日不出）概念。
学生活动：结合自身生活体验回答问题，在图中区分昼半球、夜半球。
设计意图：延续生活化提问，衔接昼夜长短核心概念。
知识点：昼半球：太阳照射的半球；夜半球：未被太阳照射半球；极昼：全天白昼；极夜：全天黑夜。
环节 2：昼夜长短模拟模型探究
教师活动：展示教材圆盘经纬模型、透明薄膜教具，分步演示实验操作：薄膜绕 P 点旋转，依次将太阳光对准北回归线、赤道、南回归线、赤道、北回归线。每调整一个直射位置，引导学生观察纬线昼夜长短，依次抛出问题：太阳直射北半球时，北半球昼夜长短？直射南半球呢？二分日全球昼夜情况？北极圈极昼极夜何时出现？播放地球公转动态动画辅助理解。
学生活动：分组转动简易昼夜模型，观察不同直射点下昼夜分布，小组记录二分二至昼夜特点。
设计意图：模型动态演示突破空间想象难点，自主观察得出规律，替代单纯教师灌输。
知识点：
1. 春分 — 秋分（直射北半球）：北半球昼长夜短，夏至北半球昼最长，北极圈及以北极昼；
2. 秋分 — 次年春分（直射南半球）：北半球昼短夜长，冬至北半球昼最短，北极圈及以北极夜；
3. 春分、秋分直射赤道：全球昼夜平分；赤道全年昼夜等长；南半球昼夜变化与北半球完全相反。
环节 3：思考与讨论拓展
教师活动：出示思考题 “我国南极科考选什么季节？”，引导学生从南半球季节、极昼角度分析：我国冬季对应南半球夏季，南极出现极昼，白昼时间长，利于科考作业，播放南极科考短视频补充实景。
学生活动：独立思考后举手作答，完善答题逻辑。
设计意图：将地理规律结合现实应用，落实态度责任目标。
知识点：我国冬季适合南极科考，此时南半球夏季，南极圈内极昼，光照充足便于开展考察。
三、课堂练习
选择题（3 道）
1. 杭州下列日期正午杆影最短的是（）
A. 春分日 B. 夏至日 C. 秋分日 D. 冬至日
答案：B 解析：夏至北半球正午太阳高度最大，杆影最短。
2. 北极圈出现极夜现象的节气是（）
A. 夏至 B. 春分 C. 冬至 D. 秋分
答案：C 解析：冬至太阳直射南回归线，北极圈及以北全天黑夜，出现极夜。
3. 下列地点全年昼夜长短一致的是（）
A. 杭州 B. 北回归线 C. 赤道 D. 北极圈
答案：C 解析：赤道全年昼夜等长，无昼夜长短季节变化。
判断题（3 道）
1. 一天当中日出时分太阳高度最大，杆影最短。（×）
解析：正午太阳高度一日最大，正午杆影最短。
2. 春分、秋分两天全球各地昼夜长短相等。（√）
解析：两日太阳直射赤道，全球昼夜平分。
3. 冬至日杭州太阳从东北方向升起。（×）
解析：冬至北半球太阳东南升起、西南落下。
情境题（3 道）
1.情境：学校正午测量旗杆影子，发现夏季影子短、冬季影子长，请用正午太阳高度知识解释该现象。
答案：夏季北半球正午太阳高度大，太阳光线倾斜程度小，杆影短；冬季正午太阳高度小，光线倾斜大，杆影长。
2.情境：家住杭州的同学发现夏至早上 5 点天就亮，冬至早上 7 点多才日出，请分析昼夜长短差异成因。
答案：夏至太阳直射北半球，杭州昼长夜短，日出早；冬至直射南半球，杭州昼短夜长，日出晚。
3.情境：科考队计划前往南极开展冰川探测，请问选择我国哪个季节出发最合适，说明理由。
答案：冬季。我国冬季时南半球为夏季，南极圈内出现极昼，白昼时间长，便于野外科考作业。
四、课堂小结
本节课我们通过模拟实验学习了正午太阳高度变化，太阳高度越大杆影越短，夏至北半球正午太阳高度最大。同时探究了昼夜长短规律，直射北半球时北半球昼长夜短，二分日全球昼夜平分，赤道全年昼夜等长，南极科考适合我国冬季出发。
五、板书设计
正午太阳高度与昼夜长短变化
一、正午太阳高度
1. 定义：太阳光线与地面夹角
2. 规律（北半球）
夏至：高度最大，杆影最短；东北升西北落
冬至：高度最小，杆影最长；东南升西南落
春秋分：昼夜平分，正东升正西落
3. 实验：模拟实验（手电筒代太阳）
二、昼夜长短
1. 直射北半球（春 — 秋）：北半球昼长夜短，夏至极昼
2. 直射南半球（秋 — 次年春）：北半球昼短夜长，冬至极夜
3. 二分日：全球昼夜平分；赤道全年昼夜等长
4. 应用：我国冬季南极科考（极昼）
六、教学反思
成功之处
1. 以校园杆影生活实例贯穿课堂，搭配两段实景短视频，抽象的公转效应变得直观，学生课堂参与发言积极性高。
2. 完整落实教材两组模拟探究实验，分组动手操作让学生自主推导规律，避开纯理论讲解，贴合七年级具象化认知特点，大部分学生能准确区分二分二至杆影、昼夜特征。
3. 课堂练习分层清晰，选择、判断夯实基础，情境题结合本地杭州与南极科考，实现知识学以致用。
不足之处
1. 部分学生空间想象薄弱，难以自主理解 “太阳直射点移动同时影响太阳高度、昼夜长短” 的联动逻辑，仅能单独记忆两个板块规律，无法串联。
2. 分组实验时少数小组操作拖沓，手电筒角度、半球方位对齐出错，占用课堂讲解时间，后半段昼夜长短探究讨论时间被压缩。
3. 南北半球昼夜、太阳高度反向规律对比讲解篇幅不足，少数学生做题混淆南北半球差异。
教学建议
1. 课前制作简易动态教具，课中同步演示直射点移动、太阳高度、昼夜变化三者联动关系，帮助学生搭建完整逻辑链。
2. 课前提前培训小组实验操作员，简化实验操作步骤卡片分发各组，节省课堂操作时间，预留充足时间对比南北半球规律。
3. 增加南北半球对比表格板书，课后补充 1 道南北半球对比拓展习题，强化易混淆知识点区分。(共34张PPT)
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第四章 多种多样的运动
4.2《地球的转动》
（一）导入新课
视频里旗杆影子早晚长、中午最短，夏天正午影子和冬天正午影子长短一样吗？夏天傍晚六点天还亮，冬天五点就天黑，这两种现象背后是什么原因？
板块 3：正午太阳高度变化
1. 取描有不同时刻杆影的记录纸，将铁钉由杆影记录纸的背面穿过中央立杆点O，并用胶带固定（如图4.2-7）。
（二）新课讲授
2. 将固定好中央立杆的杆影记录图平放在桌面上，将标示太阳轨迹的透明半球盖在记录图上，调整记录图的东西方位，待其与透明半球的东西方位吻合，用胶带固定其位置（如图4.2-8）。
3. 一名同学将手电筒光源打开，并将手电筒紧贴透明半球上所标示的东南侧最低位置（如图4.2-9）。
4．此时光源照射中央立杆出现杆影，立杆尖端的影子应与下方轨迹图中7:00的杆影顶点重合，另一名同学在手电筒出光口旁用笔标记杆影时间（7:00）（如图4.2-10）。
5. 依杆影记录图上的时间顺序，重复步骤4，并将时间记录在模型上（如图4.2-11）。
6. 依照时间顺序，将透明半球上的标示点连接起来，此轨迹线即为记录杆影当日的“太阳运行轨迹”（如图4.2-12）。
7. 更换不同球上所标示的东侧与东北侧最低位置，重复步骤4～6，观察并记录太阳的方位（如图4.2-13）。
8. 若探索活动中的3张杆影记录图分别代表杭州市春分日、夏至日及冬至日的杆影记录，你如何判断哪一张是春分日、夏至日或冬至日？一年有春、夏、秋、冬四个季节，为何本活动中仅提供3张杆影记录图？
探索可知，太阳在不同季节的运动轨迹并不相同。例如，在北回归线上观察，春分、秋分时太阳由正东方升起，正西方落下；夏至时，太阳由东偏北方向升起，西偏北方向落下；冬至时，太阳由东偏南方向升起，西偏南方向落下，如图4.2-14所示。
地球上中、高纬度地区的正午太阳高度，夏季较大，冬季较小。北半球中、高纬度地区的正午太阳高度，夏至日最大，冬至日最小。如北纬30°地区的正午太阳高度，夏至日约为83.5°，冬至日约为36.5°。
板块 4：昼夜长短变化
1. 如图4.2-16A所示，用纸板剪一个圆盘，画上经纬网。
2. 如图4.2-16B所示，剪一块透明薄膜，其中圆的半径与图4.2-16A 中圆的半径一致，并画上夜半球、昼半球和太阳平行光。
3. 将透明薄膜覆盖在圆盘上，并用线在P点处将它们串接起来，使透明薄膜可围绕P点转动。
4. 根据地球公转运动的规律，转动透明薄膜，依次将太阳光直射位置对准北回归线、赤道、南回归线、赤道、北回归线，逐一观察昼半球和夜半球所在部分的纬线长短情况。
5. 北半球什么时候昼长于夜，什么时候夜长于昼？哪一天昼最长，
哪一天夜最长？什么时候昼夜平分？南半球和赤道上昼夜长短变化情况 又怎样？
我国科学家去南极考察一般选在什么季节比较好？说一说你选择的理由。
选我国冬季（南半球夏季）。此时太阳直射南半球，南极出现极昼，白昼时间长，便于开展科考作业；气温相对一年中更高，严寒程度减轻，海冰消融，船只更容易抵达南极沿岸，利于物资运输与野外考察。
太阳高度角越大，杆影越短；夏季正午太阳高度大于冬季，夏至正午高度最大、杆影最短。
知识点
板块 4：昼夜长短变化
查找当地的昼夜长短变化，并记下春分、夏至、秋分、冬至这四天的日出和日落时间，比较一年中白昼时间的长短变化，看看是否与表4.2-1（依据日出、日落测算）所列的数据相符。
1. 北京时间8点时，英国伦敦（中时区）、埃及开罗（东二区）、美国华盛顿（西五区）分别是几点？
区时计算（东八区北京时间 8:00）时区计算规则：东加西减，每相差 1 时区差 1 小时
伦敦（中时区，比东八区晚 8h）：\(8-8=0\)，当日 0 点开罗（东二区，比东八区晚 6h）：\(8-6=2\)，当日 2 点华盛顿（西五区，比东八区晚 13h）：\(8-13=-5\)，前一日 19 点
2.一年四季太阳直射点总是有规律地移动，请以示意图画出太阳直射点移动轨迹，标出北半球春分、夏至、秋分、冬至等节气，向他人描述太阳直射点移动的规律，解释直射点变化的原因。
示意图文字版轨迹
北回归线（夏至）→赤道（秋分）→南回归线（冬至）→赤道（春分）→北回归线
移动规律
春分直射赤道；夏至直射北回归线；秋分重回赤道；冬至直射南回归线，次年春分再返回赤道，全年往复。
变化原因
地球公转 + 地轴倾斜（黄赤交角），导致太阳直射点南北往复移动。
3.总结当地一年中昼夜长短和正午太阳高度的变化规律。
昼夜长短
春分、秋分昼夜等长；夏至昼最长夜最短；冬至昼最短夜最长；春→夏昼渐长，秋→冬昼渐短。
正午太阳高度
夏至高度最大，杆影最短；冬至高度最小，杆影最长；夏至到冬至持续减小，冬至到夏至持续增大。
4.假如地球停止自转和公转，哪些现象将不会产生？可能会产生哪些现象？
地球停止自转 + 公转的现象
不再产生的现象
昼夜交替、时差、日月星辰东升西落、四季更替、正午杆影季节变化、五带划分、昼夜长短变化。
会产生的现象
地球一面永久白昼、一面永久黑夜；向阳面极高温，背阳面极严寒，几乎无生命；地表大气、洋流极端紊乱。
①直射北半球，北半球昼长夜短；直射南半球，北半球昼短夜长；②极圈以内会出现极昼、极夜；③二十四节气由地球公转周期划分，指导农事生产。
知识点
课堂练习
1. 杭州下列日期正午杆影最短的是（ ）
A. 春分日 B. 夏至日 C. 秋分日 D. 冬至日
2. 北极圈出现极夜现象的节气是（ ）
A. 夏至 B. 春分 C. 冬至 D. 秋分
3. 下列地点全年昼夜长短一致的是（ ）
A. 杭州 B. 北回归线 C. 赤道 D. 北极圈
B
C
C
1. 一天当中日出时分太阳高度最大，杆影最短。（ ）
2. 春分、秋分两天全球各地昼夜长短相等。（ ）
3. 冬至日杭州太阳从东北方向升起。（ ）
判断题
×
√
×
1.情境：学校正午测量旗杆影子，发现夏季影子短、冬季影子长，请用正午太阳高度知识解释该现象。
答案：夏季北半球正午太阳高度大，太阳光线倾斜程度小，杆影短；冬季正午太阳高度小，光线倾斜大，杆影长。
三、情境题
2.情境：家住杭州的同学发现夏至早上 5 点天就亮，冬至早上 7 点多才日出，请分析昼夜长短差异成因。
答案：夏至太阳直射北半球，杭州昼长夜短，日出早；冬至直射南半球，杭州昼短夜长，日出晚。
3.情境：科考队计划前往南极开展冰川探测，请问选择我国哪个季节出发最合适，说明理由。
答案：冬季。我国冬季时南半球为夏季，南极圈内出现极昼，白昼时间长，便于野外科考作业。
本节课我们通过模拟实验学习了正午太阳高度变化，太阳高度越大杆影越短，夏至北半球正午太阳高度最大。同时探究了昼夜长短规律，直射北半球时北半球昼长夜短，二分日全球昼夜平分，赤道全年昼夜等长，南极科考适合我国冬季出发。
课堂小结
4.2.2 正午太阳高度与昼夜长短变化
一、正午太阳高度
1. 定义：太阳光线与地面夹角
2. 规律（北半球）
夏至：高度最大，杆影最短；东北升西北落
冬至：高度最小，杆影最长；东南升西南落
春秋分：昼夜平分，正东升正西落
3. 实验：模拟实验（手电筒代太阳）
二、昼夜长短
1. 直射北半球（春 — 秋）：北半球昼长夜短，夏至极昼
2. 直射南半球（秋 — 次年春）：北半球昼短夜长，冬至极夜
3. 二分日：全球昼夜平分；赤道全年昼夜等长
4. 应用：我国冬季南极科考（极昼）
板书设计

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