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《3.3 人类对宇宙的探索（2）——银河系和河外星系》教学设计
课程名称 3.3 人类对宇宙的探索（2）——银河系和河外星系 课程类型 新授课
教学目标 1.科学观念：知道星系是由单颗恒星、恒星系统、星团、尘埃和气体在引力作用下聚集形成的大型天体系统，分为螺旋星系、椭圆星系和不规则星系；知道银河系是由众多恒星及星际物质组成的巨大螺旋星系（直径约1.0×10 光年，中心厚度约1.2×10 光年，侧面呈扁圆盘状、俯视呈螺旋结构）；知道太阳只是银河系内几千亿颗普通恒星之一，距银河系中心约2.6×10 光年、约2.4亿年绕银心一圈，离太阳最近的恒星是比邻星（4.22光年）；知道银河系只是宇宙上千亿个星系中的一个普通星系，仙女星系是河外星系（距地球约250万光年）。 2.科学思维：运用转换法把无法直接观测的银河系结构转换为看得见的扁圆盘和旋涡模型来理解；梳理宇宙的结构层次（地月系→太阳系→银河系→河外星系→宇宙），发展宏观空间思维能力；理解“看得更远就是看到更久以前”——遥远天体的光信息记录的是过去发生的事件。 3.探究实践：能用北斗七星斗前两星连线延伸5倍距离找到北极星；能观测北斗七星并记录其斗柄在不同季节的指向；能完成关于银河系、河外星系和天体系统层次的练习。 4.态度责任：通过“太阳不在银河系中心，人类又一次破除自己位于宇宙中心的观念”，感受人类认识不断自我突破、勇于修正的精神；通过“时光回溯”的科学阅读，培养宏大的时空观和探索宇宙的求知欲。
教学重难点 （一）教学重点： 1.银河系的组成、大小和形状；太阳系在银河系中的位置。 2.宇宙的结构层次（地月系→太阳系→银河系→河外星系→宇宙）。 3.北斗七星与北极星的辨认方法。 （二）教学难点： 运用转换法理解银河系的螺旋结构和太阳系位于旋臂上的位置；理解光年作为距离单位的含义及“观测遥远天体即观测其过去”的光信息延迟问题。
教学过程 【环节一】情景导入 宇宙有多大？最初人们认为地球是宇宙的中心，太阳、月球、5颗行星和6000多颗静止不动的恒星构成了宇宙。后来，人们认识到宇宙由银河系等星系组成，银河系由几千亿颗像太阳一样的恒星组成。提出问题：银河系有多大？它的中心在哪里？地球位于银河系的何处？让学生带着这些问题进入本课学习。 【环节二】新知探究 一、星系 （1）核心知识点： 含义：星系是由单颗恒星、恒星系统、星团、尘埃和气体在引力作用下聚集在一起形成的大型天体系统。 分类：天文学家把大多数星系分为三类——螺旋星系、椭圆星系和不规则星系。 （2）学生活动： 观察不同类型星系的图片，尝试按螺旋、椭圆、不规则三类进行分类。 （3）教师指导：强调星系是宇宙的基本结构单元，银河系就是其中的一个星系。 二、银河系 （1）核心知识点： 科学思维｜转换法：银河系用肉眼很难看到其结构，在认知过程中要将其转换成看得见的、熟悉的事物，因此用扁圆盘和旋涡来理解银河系的结构。 组成：银河系是由众多恒星及星际物质组成的一个巨大星系，所有的恒星都围绕银河系的中心旋转。 大小：直径约为1.0×10 光年，中心厚度约为1.2×10 光年，自中心向边缘逐渐变薄。 形状：银河系是一个螺旋星系；从侧面看呈扁圆盘状，从上往下看能看到螺旋结构。我们无法在地球上看到银河系的螺旋结构，因为太阳系位于银河系的一条旋臂上。 太阳系的位置：我们的太阳系处在银河系之中；太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星；太阳远离银河系的中心，它与银河系中心的距离约2.6×10 光年，约2.4亿年绕银河系中心转一圈。 恒星彼此相距很远，离太阳最近的恒星是比邻星，与太阳相距4.22光年。 太阳不在银河系的中心，人类又一次破除自己位于宇宙中心的观念。 当我们仰望夏季的夜空，看到横跨夜空的那条银河时，其实我们正在银河系内部观察我们生存的这个星系。 （2）学生活动： 观察银河系的侧视图和俯视图（模拟图），分别从侧面和上方描述银河系的形状与结构。 讨论：为什么我们在地球上看不到银河系的螺旋结构？ （3）教师指导：用“转换法”引导学生借助扁圆盘＋旋涡的模型理解银河系结构；强调我们看到的“银河”是星系内部的星光，太阳系位于旋臂上，因此无法“跳出”看到全貌。 三、河外星系 （1）核心知识点： 银河系虽然很大，但在整个宇宙中显得微不足道；银河系只是广阔深空中上千亿个星系中的一个普通星系；银河系和银河系外的河外星系构成了广阔无垠的宇宙。 仙女星系：天文学家很早就意识到银河系外有其他星系。1919年，哈勃用当时最大且最先进的天文望远镜测定了仙女座大星云（星系）的距离，发现这个距离远大于银河系的直径，因此推断仙女星系一定位于银河系之外。 宇宙中有上千亿个星系，每个星系中同样含有数量巨大的恒星；例如，天文学家估计北斗七星范围内存在100多万个星系。 （2）学生活动： 比较银河系与仙女星系的尺度，梳理宇宙结构层次：地月系→太阳系→银河系→河外星系→宇宙。 （3）教师指导：强调“银河系只是一个普通星系”，再次呼应地球、太阳都不是宇宙中心的观念。 四、观测北极星 （1）核心知识点： 面向北天星空，先找到大熊星座；北斗七星在天空中呈斗状，很容易认出；其斗柄在不同季节指向不同：在晚上八九点钟观测，春天斗柄朝东，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北（口诀：东南西北，春夏秋冬）。 把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离就能找到北极星。 口诀：认星先从北斗来，由北往西再展开。 （2）学生活动： 在晴朗的夜晚（或用星图软件）观测北斗七星，用斗前两星延伸法找到北极星，记录观测结果。 记录北斗七星斗柄在四季的指向，理解斗柄指向变化的原因。 （3）教师指导：强调北极星是辨认正北方向的最佳参照物；说明斗柄指向随季节变化与地球公转有关。 五、时光回溯（科学阅读） （1）核心知识点： 遥远天体发出的光，有的需要几百万年甚至几十亿年才能到达地球；在能够“观察”得更远的望远镜的帮助下，科学家可以从事更早年代的宇宙研究。例如，仙女星系到地球的距离约为250万光年，即仙女星系发出的光需要传播250万年才能到达地球——我们现在看到的仙女星系，是它250万年前发出的光，光信息记录的是250万年前仙女星系上发生的事件。 （2）学生活动： 思考：我们现在看到的仙女星系是它“现在”的样子吗？光信息记录的是什么时期发生的事件？ 讨论：为什么说“望向更远的空间，就是望向更久以前的时间”？ （3）教师指导：结合光速有限和光年的含义，讲清天文观测“时光回溯”的本质，体会望远镜是“时间机器”。 【环节三】课堂小结 引导学生回顾本课核心内容：星系的含义和分类是什么？银河系的组成、大小和形状是怎样的？太阳系在银河系中的位置如何？河外星系有哪些？宇宙的结构层次是什么？学生梳理知识框架，教师总结强调宇宙结构层次和“时光回溯”思想。 【环节四】作业设计 完成课件“小试牛刀”练习： 1.开普勒62E行星与其绕转恒星组成的天体系统，相当于宇宙结构层次中的（B）太阳系级别（恒星＋绕转行星）。 2.所示天体系统（包含众多恒星的巨大星系）为（C）银河系。 3.下列说法错误的是（C）太阳黑子、日珥等太阳活动对人类的生产、生活没有影响（太阳活动对人类生产生活有明显影响）。 4.有关说法正确的是（B）晴朗的夜晚，我们看到的星星多数是恒星。（金星是行星，不能作指北参照；天体系统由大到小应为宇宙＞银河系＞太阳系；北斗七星排成斗状是视投影结果，各星距地球并不相同。） 5.由开普勒186F的信息（与地球质量、体积大小相近）推断，正确的是（B）该行星上可能有液态水。 6.《流浪地球2》中地球飞向比邻星（距太阳4.2光年）并成为其行星，能正确反映比邻星（作为地球新的中心恒星）所在最低一级天体系统的是（B）②（恒星—行星系统级别，即太阳系级别）。
板书设计 3.3 人类对宇宙的探索（2）——银河系和河外星系 一、星系：恒星、星团、尘埃、气体在引力作用下聚集的大型天体系统 1.分类：螺旋星系、椭圆星系、不规则星系 二、银河系 1.组成：众多恒星＋星际物质，绕银心旋转 2.大小：直径1.0×10 光年；中心厚度1.2×10 光年 3.形状：螺旋星系（侧面扁圆盘，俯视螺旋） 4.太阳系位置：距银心约2.6×10 光年；约2.4亿年一圈；比邻星4.22光年 5.太阳不在银河系中心 三、河外星系 1.银河系只是上千亿个星系中的一个 2.仙女星系：哈勃（1919）证实在银河系之外，约250万光年 四、宇宙结构层次：地月系→太阳系→银河系→河外星系→宇宙 五、认星：北斗斗前两星延伸5倍→北极星；斗柄指向春东、夏南、秋西、冬北 六、时光回溯：看到250万年前的仙女星系（光信息延迟）
教学反思 1. 效果评估： （1）知识掌握：大部分学生能梳理宇宙结构层次，知道银河系的大小、形状和太阳系在银河系中的位置；部分学生对光年尺度的大数概念缺乏直观感受。 （2）探究实践：利用北斗七星找北极星的观测活动成功率高，学生对实际观星兴趣浓厚；斗柄四季指向的记录为后续学习地球公转埋下伏笔。 （3）思维培养：转换法帮助学生把抽象的银河系结构转化为扁圆盘和旋涡模型；“时光回溯”阅读建立了“看得更远就是看到更久以前”的时空观念。 （4）态度责任：通过“人类又一次破除自己位于宇宙中心的观念”，学生体会到科学认识不断自我突破的精神。 2. 改进方向： （1）光年等大尺度概念可设计“光传播时间阶梯”对比（日—地约8分钟、比邻星4.22年、仙女星系250万年、银河系直径10万光年），增强尺度感。 （2）北斗七星与北极星的观测可布置为课外任务，提供观测记录卡并回收交流。 （3）可借助星图软件展示从银河系外“俯视”银河系的虚拟视角，配合转换法理解螺旋结构。 （4）可补充河外星系的更多实例（如肉眼可见的仙女座大星云），增强知识的真实感。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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