《自制日地月模型

1、自制日地月模型-探究日食現(xiàn)象說課稿一、課標與教材（一）課標位置：13.在太陽系中，地球、月球和其他星球有規(guī)律的運動著描述月球、地球和太陽的相對大小和相對運動方式。（二）教材位置：首都師范大學出版社小學科學第五冊“星球探索”單元月食和日食。二、實驗器材自制日地月模型（見圖1）使用材料主要為木質(zhì)板和亞克力板，并配有電機、燈泡等電 器元件。該模型為手自一體的示意模型，既可自動實現(xiàn)月、地的運動，演示日地月三個天體 間的相對運動；又可以手動替換連接桿處的齒輪，改變齒輪形狀以此改變地、月的公轉(zhuǎn)軌道 形狀；通過調(diào)節(jié)月球吊盤和地球支撐軸的傾斜角度，實現(xiàn)改變模型白道面與黃道面的角度。 另配備小型攝像頭，實現(xiàn)圖像

2、信號與手機或電腦同步共享，學生在觀看時猶如置身其中，增 強學習代入感、體驗感，突出探究實踐。圖1模型主體材料三、實驗創(chuàng)新要求/改進要點（一）模型幫助學生呈現(xiàn)頭腦中對日食成因的認識，使其可視化。學生頭腦中對日食形成的認知各不相同，交流時僅用語言很難清晰描述出來。借助模型 手動功能就可以解決這一問題，學生可以任意調(diào)整天體的位置、軌道的角度等，將自己頭腦 中對日食成因的認識在日地月模型上呈現(xiàn)出來，使其可視化。（二）軌道模型可操作性強，多次分析論證，推進學生思維發(fā)展。在日食一課，教師通常用兩種方式支撐學生研究日食，第一種是借助三球儀觀察日食現(xiàn) 象，學生可以觀察到日地月三者之間的相對運動方式，但地球和月

3、球沿固定的軌道形狀、平 面與傾斜角度運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)軌道固定不變；第二種是借助模型進行遮擋，呈現(xiàn)日食現(xiàn)象，但也 只是進行了簡單的模擬，并沒有培養(yǎng)學生的思維能力。我認為這限制了學生學習空間，不能 滿足學生的學習需求，本模型就可以補齊這一“短板”，并通過論證式教學幫助學生思維的 發(fā)展，逐漸“走近”日食。當學生獲取大量事實資料，并進行多次推理論證后，形成新的認 知，模型可以將學生不斷修正對日食成因的現(xiàn)象進行呈現(xiàn)，學生則可以通過模擬現(xiàn)象判斷新 認知是否成立，這是個層層推進，逐步深入的論證過程，進而學生逐步從日地月三者一線即 可以出現(xiàn)日食的前概念朝向日月地的相對大小和相對運動方式這一科學概念深入發(fā)展，以此 提

4、升探究能力，推進科學思維的發(fā)展。（三）多角度觀察日食現(xiàn)象，拓寬學生觀察廣度。借助模型配備的小型攝像頭，既可以幫助學生模擬站在地球上觀察日食現(xiàn)象（見圖2）； 又可以置身在模型系統(tǒng)之外，模擬站在宇宙空間觀看三個天體的位置關(guān)系（見圖3），從不 同角度對日食形成進行觀察（見圖4），從而滲透宇宙是一個復雜系統(tǒng)的大宇宙觀，保持探 究宇宙奧妙的興趣和動力。圖2模擬地球視角圖3模擬宇宙視角1圖4模擬宇宙視角2四、實驗原理/實驗設計思路（一）實驗原理：日食現(xiàn)象為日地月三個天體處于某一相對位置時形成的天文現(xiàn)象，此時月 球位于地球和太陽之間，且太陽和月球均在黃道面和白道面交點附近。通過調(diào)整模型中三個 天體的位置、角

5、度，模擬出日食現(xiàn)象。（二）實驗設計思路：此模型在原有模型的基礎上進行創(chuàng)新，引導學生對日食現(xiàn)象的觀察， 形成對日食成因的初步認識，通過模型呈現(xiàn)一年12次日食；當模型呈現(xiàn)現(xiàn)象與事實發(fā)生沖 突時，學生會進一步推理論證，修正原有模型并產(chǎn)生新的認知。在對日食成因的持續(xù)研究過 程中，引導學生“走近”日食。五、實驗教學目標獲取日食資料，借助日地月模型模擬日食現(xiàn)象并分析解釋日食成因，經(jīng)歷推理論證的思 維過程，形成尊重事實，勇于實踐，樂于交流，敢于表達的科學態(tài)度，保持對探索宇宙奧妙 的濃厚興趣。六、實驗教學內(nèi)容本課借助此模型幫助學生開展對日食成因的探究學習，并根據(jù)事實資料進行推理論證， 認識到日食的形成與月球、

6、地球運轉(zhuǎn)軌道形狀、軌道角度有關(guān)，層層深入形成對日食成因的 認知。七、實驗教學過程（一）日食現(xiàn)象引入，暴露學生原認知。導入環(huán)節(jié)圍繞話題“日食是怎么產(chǎn)生的”開展教學活動，教師出示日食的圖片等呈現(xiàn)日 食現(xiàn)象，暴露學生原認知。學生認為日食的出現(xiàn)是日月地三者一線（見圖5），月球擋住了 太陽，認為是靜止的，而忽略了相對運動，沒有立體空間的構(gòu)建。于是教師利用模型將學生 的想法呈現(xiàn)出來,引發(fā)學生思考，開啟對日食成因的研究之旅。圖5學生前概念（二）依據(jù)事實證據(jù)，分析推理論證，探究日食現(xiàn)象。模型演示驗證新知，與事實產(chǎn)生認知沖突?；谀Ｐ脱菔緦W生修正了前概念，形成第一次新的認知：日食是在三個天體運動過程中 形成的，

7、進而學生操作模型演示，演示結(jié)果按照這樣的規(guī)律每個月應該發(fā)生一次日食，一年 發(fā)生十二次日食（見圖6）。圖6初次演示結(jié)果此時教師為學生提供近幾年世界各地日食發(fā)生時間表（見表1）,數(shù)據(jù)顯示大約一年只 出現(xiàn)約兩次日食現(xiàn)象，這與學生獲得的事實不符，引發(fā)認知沖突，從而使學生產(chǎn)生了進一步 探究的動力。表1近十年世界各地日食發(fā)生時間表2009.01.262011.06.012013.11.032016.03.092018.07.132009.07.222011.11.252014.04.292016.09.012018.08.112010.01.152012.05.202014.10.232017.02.26

8、2019.01.062010.07.112012.11.132015.03.202017.08.212019.07.022011.01.042013.05.102015.09.132018.02.152019.12.26模型輔助推理論證，對日食進一步的研究。繼而又推翻了自己的猜想。圖8橢圓形軌道用模型演示時學生發(fā)現(xiàn)，一年出現(xiàn)十二次日食的時候，地球和月球的公轉(zhuǎn)軌道都是正圓 形，于是學生猜想是否與天體公轉(zhuǎn)的軌道形狀有關(guān)呢？再次借助模型研究不同軌道形狀下日 食的出現(xiàn)次數(shù)，論證自己的想法。此時學生利用模型將其想法第三次呈現(xiàn)出來，通過調(diào)整齒 輪形狀改變地球和月球的公轉(zhuǎn)軌道，結(jié)果發(fā)現(xiàn)軌道無論是正圓形（見圖

9、7）還是橢圓形（見 圖8）并不會影響日食每月出現(xiàn)一次的結(jié)果，圖7正圓形軌道利用模型多次推理論證，逐漸“走近”日食形成的“真相”。（1）基于以上研究，學生繼續(xù)猜想：一年出現(xiàn)兩次日食可能與軌道的傾斜角度有關(guān)（見 圖9），地球公轉(zhuǎn)軌道和月球公轉(zhuǎn)軌道可能不在同一個平面上（見圖10）。教師引導學生再 次嘗試利用模型研究，調(diào)整軌道的傾斜角度，反復嘗試發(fā)現(xiàn)當兩個軌道有一定傾斜角度的時 候（見圖11），演示出現(xiàn)的現(xiàn)象才更符合一年出現(xiàn)兩次日食的事實。由此學生認識到日食的 形成與軌道的傾斜角度有關(guān)。圖9水平月球軌道圖10傾斜月球軌道圖11 一年兩次日食現(xiàn)象（2）教師為學生提供日全食、日環(huán)食、日偏食的資料，這又是怎

10、樣形成的？學生通過研 究發(fā)現(xiàn)：當月球離地球近時，攝像頭拍攝的影像是日全食；當月球離地球遠時，攝像頭拍攝 到的影像是日環(huán)食。出現(xiàn)日地月遠近變化的現(xiàn)象只有當公轉(zhuǎn)軌道的形狀為呈橢圓形才可以， 由此學生認識到日食的形成與軌道的形狀有關(guān)。對日食形成的研究，學生就像剝洋蔥一樣，層層深入，越來越接近日食形成的“真相”。（三）操作模型發(fā)現(xiàn)更多有趣的現(xiàn)象，延續(xù)探究宇宙奧秘興趣。任何的科學研究都是永無止境的，新的發(fā)現(xiàn)總是離真理更近一步！本課對日食成因的認 識還不能止步于此，這只是研究宇宙奧秘的“冰山一角”。因此在本課的第三個環(huán)節(jié)，教師 啟發(fā)學生思考在操作模型時有沒有新的發(fā)現(xiàn)，鼓勵學生利用模型按照今天用到的學習方法繼 續(xù)研究有趣的天文現(xiàn)象，保持研究的興趣與動力。八、實驗效果評價任何的科學發(fā)現(xiàn)都要經(jīng)得起批判質(zhì)疑、反復推理論證。小學科學教學應該鼓勵學生敢于 質(zhì)疑勇于探究，順應學生的思維發(fā)展并為學生開展探究活動創(chuàng)造條件。從模型演示到論證推理，