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《4.2 地球的转动（2）——地球绕太阳公转》教学设计
课程名称 4.2 地球的转动（2）——地球绕太阳公转 课程类型 新授课
教学目标 1.科学观念：知道地球沿近似圆形的轨道不停地绕着太阳转动的运动称为公转；知道地球公转的特点：轨道是接近正圆的椭圆（太阳位于椭圆的一个焦点上）、方向自西向东（与自转方向一致）、周期约365天（一年）、公转时地轴呈倾斜状态且北端始终指向北极星附近（地轴与公转轨道面夹角为66.5°）；知道一年中太阳直射点在南、北回归线之间往返移动（春分、秋分直射赤道，夏至直射北回归线，冬至直射南回归线）；理解四季变化、正午太阳高度变化、昼夜长短变化、杆影长短变化的成因；知道太阳高度角（正午太阳高度）的含义及其变化规律。 2.科学思维：通过“太阳直射与斜射→单位面积接受能量多少”的分析，理解同一地点不同季节获得太阳辐射不同的原因；通过区分杆影一天中变化（自转）与季节变化（公转）的成因，培养多角度归因的思维方法；能用太阳高度变化解释杆影长短变化，建立“高度—影长”的反比关系。 3.探究实践：能用透明半球、记录纸、光源等器材完成模拟杆影变化的实验，记录并判断春分、夏至、冬至三日的太阳轨迹与杆影；能读取正午太阳高度年变化折线图，推断地点所在纬度；能完成关于公转、四季、太阳高度的练习。 4.态度责任：通过认识四季变化与杆影变化的科学解释，破除“天变地异”的朴素解释，树立用科学原理解释自然现象的意识；通过北回归线塔、小区楼间距等生活实例，体会地球运动知识在建筑规划中的应用价值。
教学重难点 （一）教学重点： 1.地球公转的特点（轨道、方向、周期、地轴倾斜且指向不变）。 2.太阳直射点在南、北回归线之间的往返移动；四季变化的成因。 3.正午太阳高度的含义及变化规律（夏至由北纬23.5°向两侧递减、冬至由南纬23.5°向两侧递减、二分日由赤道向两侧递减）；杆影长度与太阳高度的关系。 （二）教学难点： 区分杆影一天中变化的原因（自转）与季节变化的原因（公转）；理解地轴倾斜且指向不变导致太阳直射点移动的逻辑链条；模拟实验中判断三张杆影记录图对应的节气及“为何只需3张图”（春分与秋分杆影记录相同）。
教学过程 【环节一】情景导入 为什么夏天烈日炎炎、百花盛开，冬天却冰天雪地、万物蛰伏？为什么夏天的夜晚来得总是特别迟，而冬天的夜晚却降临得那么早？从“太阳的直射与斜射”切入：因为太阳光入射角度不同，地球表面单位面积接受的太阳光多少也不同——直射处太阳能量大，斜射处太阳能量少，从而引出地球公转及其产生的现象。 【环节二】新知探究 一、地球绕太阳公转 （1）核心知识点： 地球沿近似圆形的轨道不停地绕着太阳转动，这种运动称为公转。 轨道形状：地球的轨道是一个接近正圆的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。 公转方向：与自转方向一致，即自西向东。 公转周期：约为365天，即通常所说的一年。 公转时的姿态：地球公转时地轴呈倾斜状态，且地轴的北端始终指向北极星附近；地轴与地球公转轨道面之间的夹角为66.5°，地球以倾斜姿态绕太阳公转。 （2）学生活动： 用地球仪和光源演示地球绕太阳公转（保持地轴倾斜、指向不变），观察地轴与轨道面的夹角。 （3）教师指导：强调“地轴倾斜且指向不变”是理解四季变化的关键前提，可让学生反复演示体会。 二、公转产生的现象——四季的变化 （1）核心知识点： 四季的更替：春分日（太阳直射赤道）→夏至日（太阳直射北回归线，北半球照射时间长、太阳辐射多）→秋分日（太阳直射赤道）→冬至日（太阳直射南回归线，北半球照射时间短、太阳辐射少）→第二年春分日。 太阳直射点的移动：一年中，太阳直射点在南、北回归线之间往返移动；太阳直射点最北只能到达北回归线，最南只能到达南回归线。 （2）学生活动： 在公转示意图上标出二分二至日，说出各日太阳直射点的位置和北半球昼夜长短、太阳辐射的特点。 （3）教师指导：用“直射点位置＋照射时间”双因素解释四季，强调南北半球季节相反。 三、杆影变化（思考与讨论） （1）核心知识点： 引起杆影一天中变化的原因是地球自转：地球绕地轴不停地转动，使得太阳光与立杆处角度（太阳高度）发生变化，从而导致一天中杆影长度的变化。 引起杆影季节变化的原因是地球公转：地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的，且地球的自转轴与公转轨道面存在夹角，导致太阳直射点在南北回归线之间移动，从而引起正午太阳高度和昼夜长短的变化，使得不同季节的杆影长度不同；在北半球，夏季太阳高度较大、杆影较短，冬季太阳高度较小、杆影较长。 不同纬度太阳辐射的变化规律：赤道附近地区接受的太阳辐射较多（直射的机会多），随着纬度增加，太阳斜射得越来越厉害，地表接受的太阳辐射减少。 （2）学生活动： 思考与讨论：操场上的杆影一天中有明显的长短变化，一年四季中正午杆影也有明显的长短变化——引起杆影一天中变化的原因是什么？（地球自转） 思考与讨论：引起杆影季节变化的原因又是什么？（地球公转） （3）教师指导：对比“一天中变化（自转）”与“季节变化（公转）”的成因，这是本课重要的思维训练点。 四、探究活动——模拟杆影变化实验 （1）核心知识点 / 学生活动： 实验步骤：①固定记录纸；②固定透明半球；③光源照射；④记录杆影时间；⑤连接轨迹；⑥更换不同节气的杆影记录图纸，分别将手电筒出光口紧贴透明半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。 思考与讨论：若3张杆影记录图分别代表杭州市春分日、夏至日、冬至日的记录，如何判断哪一张是哪个节气？（根据标注的时间或太阳轨迹高度判断：从6时开始的太阳轨迹代表春分——春分时6时日出；太阳轨迹高度最高的代表夏至——照射时间长；轨迹高度最低的代表冬至——照射时间短） 讨论：一年有四个季节，为何本活动仅提供3张杆影记录图？（春分与秋分的杆影记录相同，一张即可代表） （3）教师指导：强调“太阳轨迹高度”与“日照时间”是判断节气的两个依据；说明春分与秋分对称性的由来。 五、太阳的运动轨迹与太阳高度 （1）核心知识点： 太阳运动轨迹的变化（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。 太阳高度角：太阳光线与地面的夹角，简称太阳高度。 太阳高度的特点：同一地点一天内太阳高度是不断变化的；日出日落时角度都为0°，当太阳位于正南或正北方向时，太阳高度最大。 正午太阳高度：在一日内，当太阳位于正南或正北方向时，太阳光线和地面夹角最大，称为正午太阳高度。 正午太阳高度的时间变化规律：（1）北半球夏至日，正午太阳高度由北纬23.5°向南北两侧递减；（2）北半球冬至日，由南纬23.5°向南北两侧递减；（3）春分日、秋分日，由赤道向南北两侧递减。 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°地区正午太阳高度夏至日约为83.5°、冬至日约为36.5°；南纬30°地区夏至日约为36.5°、冬至日约为83.5°。 （2）学生活动： 结合示意图说出二分二至日正午太阳高度最大的地点（直射点）及其递减规律。 计算/推理：北纬30°地区夏至日与冬至日的正午太阳高度为何相差悬殊？ （3）教师指导：用“直射点处90°、向两侧每差1°减1°”的规律帮助学生快速推算正午太阳高度。 六、杆影的变化（与太阳高度的关系） （1）核心知识点： 杆影的长度与太阳高度有关：太阳高度越大，影子越短；太阳高度越小，影子越长。 同一地点的杆影在一天中的变化：正午杆影朝正北或正南方向时最短，此时太阳位于该地正南或正北方向，太阳高度最大——与地球的自转运动有关。 同一地点的正午杆影长度一年变化：北半球中、高纬度，夏季正午的杆影比冬季正午的杆影短。 同一时间不同纬度杆影变化：正午太阳高度随着太阳直射点向南、北两侧递减，杆影也随之越来越长。 （2）学生活动： 观察一天中（早上、中午、傍晚）和一年中（夏天正午、冬天正午）杆影的变化图，总结规律。 解释生活现象：为什么杭州两幢居民楼之间的距离要依据冬至日的楼影来计算，才能保证底层住户全年都有阳光照射？ （3）教师指导：强调“影长与太阳高度成反比”是判断各类杆影问题的核心规律。 【环节三】课堂小结 引导学生回顾本课核心内容：地球公转有哪些特点？四季是如何产生的？太阳直射点如何移动？正午太阳高度有什么变化规律？杆影变化与自转、公转各有什么关系？学生梳理知识框架，教师总结强调“地轴倾斜指向不变→直射点移动→四季和太阳高度变化”的逻辑主线。 【环节四】作业设计 完成课件“小试牛刀”与提升训练： 1.2024年5月12日（春分后、夏至前），地球位置处于图中的（A）甲乙之间（按图中位置对应）。 2.地球沿①→②→③→④绕太阳公转，正确的是（D）地球从①处运行到②处，太阳直射点在地球表面向北移动。（公转方向自西向东；昼夜交替是自转产生的；6月21日接近夏至位置。） 3.汕头北回归线塔在夏至日一天之内影长变化的图像为（A）（正午影子最短、日出日落影子无限长）。 4.杭州某小区B楼（后楼）被A楼遮挡正午阳光最多的一天是（D）冬至日（正午太阳高度最小，影最长）。 5.根据某地正午太阳高度角年变化折线图，该地可能位于（A）20°S（一年中太阳两次直射，位于南回归线与赤道之间）。 6.提升训练（透明半球模拟装置）：（1）光线始终对准牙签顶端，纸板上出现影子，这是由于光在同一种均匀介质中是直线传播的；（2）能表示夏至日该地正午时刻旗杆影子的是OQ（正午影子最短）；（3）模拟冬至日杆影变化，应将光线与纸板的夹角调小些（太阳高度更小）；（4）为使底层住户全年有阳光，楼间距应依据冬至日的楼影来计算。
板书设计 4.2 地球的转动（2）——地球绕太阳公转 一、公转特点 1.轨道：接近正圆的椭圆（太阳在一个焦点上） 2.方向：自西向东；周期：约365天（一年） 3.姿态：地轴倾斜，北端始终指向北极星；地轴与轨道面夹角66.5° 二、四季与直射点 1.直射点：南、北回归线之间往返移动 2.春分/秋分：直射赤道；夏至：直射北回归线；冬至：直射南回归线 三、太阳高度与杆影 1.太阳高度角＝太阳光线与地面夹角；正午最大 2.规律：夏至由23.5°N向两侧递减；冬至由23.5°S向两侧递减；二分由赤道向两侧递减 3.影长与太阳高度成反比：一天变化←自转；季节变化←公转 4.北半球中高纬：夏影短、冬影长；楼间距按冬至日计算
教学反思 1. 效果评估： （1）知识掌握：大部分学生能说出公转的特点，能解释四季和杆影季节变化的成因，掌握正午太阳高度的变化规律；部分学生对“地轴指向不变”的演示和直射点移动的因果关系理解不够扎实。 （2）探究实践：模拟杆影实验学生操作较熟练，能根据太阳轨迹高度和日出时间判断节气；对“为何只需3张图”的回答体现了对称性思维的初步形成。 （3）思维培养：通过自转/公转双归因分析和“高度—影长”反比关系的应用，学生的多因素分析和推理能力得到明显锻炼。 （4）态度责任：北回归线塔、楼间距规划等实例让学生体会到地球运动知识的实际应用价值，学习兴趣浓厚。 2. 改进方向： （1）“地轴倾斜指向不变”可用激光笔标记地轴北端演示，强化空间表象。 （2）正午太阳高度推算可给出“90°－纬度差”的速算方法，降低计算难度。 （3）杆影实验可提供量角器测量太阳高度的改进方案，实现定性到定量的过渡。 （4）可结合节气文化（立春、夏至等传统节日）拓展四季知识，增强文化认同。
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