初中科学浙教版（2024）七年级上册（2024）人类对宇宙的探索教案设计

这是一份初中科学浙教版（2024）七年级上册（2024）人类对宇宙的探索教案设计，共5页。教案主要包含了设计意图等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
科学（浙教版）
年级
七年级
学期
秋季
课题
人类对宇宙的探索（第二课时）
教科书
书 名：义务教育教科书 科学 教材
出版社：浙江教育出版社 出版日期：2024年8月
教学简析
本课是七年级上册第3章第3节《人类对宇宙的探索》第二课时，是在了解地心说和日心说的基础上，认识宇宙的起源和演化历史。教材按照时间线索，先介绍了爱因斯坦基于广义相对论建构的一个静态的宇宙模型，再介绍了弗里德曼从广义相对论出发，得到了一个均匀地膨胀或收缩的宇宙模型。然后，在两个宇宙模型相互冲突的情况下，引导学生探索不同星系的退行速度与它们到地球的距离关系，得出了哈勃定律，建构了宇宙正在不断地膨胀模型。最后，让学生逆向推理，并基于加莫夫等人的元素生成理论，提出了宇宙大爆炸理论模型。让人们感受人类探索宇宙过程中的艰辛历程，进一步激发学生探索宇宙的兴趣。
学情分析
学生在前面的学习中已经知道了地心说和日心说，也通过书籍、网络对地月系、太阳系、银河系等有了一定的认识。但学生对爱因斯坦广义相对论、星系运动规律、大爆炸宇宙理论等了解的很有限，且七年级的学生空间想象能力、模型建构能力都尚显不足。所以，学生学习本节课的主要困难是“能通过对观测数据和图像的分析得出哈勃定律，能基于证据与解释，逐步建构宇宙热大爆炸理论。”
教学目标
1.科学观念：通过了解现代科学家的理论研究和天文学家的天文观测，认识宇宙的起源和演化历史；知道宇宙模型的不断更迭和现代宇宙正在不断地膨胀，形成初步的空间宇宙观。
2.科学思维：通过读图，分析、归纳得出星系运行规律；通过实验模拟、逻辑推理、理论辨析等，建构宇宙的静态模型、膨胀模型和大爆炸宇宙理论模型。
3.探究实践：通过探索宇宙的过去、现在和未来，理解探索宇宙不仅需要作出假设、收集证据、得出结论，而且需要基于新的证据，进行进一步的探究，并不断修正、完善宇宙学说。
4.态度责任：通过了解对科学家探索宇宙奥秘的过程，体会到人类对宇宙的认识过程是一个不断发展的过程，悟科学家不畏艰辛、敢于争论、追求真理的科学精神。
教学内容
教学重点：
认识宇宙的起源和演化历史。
2. 建构宇宙大爆炸理论模型。
教学难点：
1. 通过数据、图像分析得出哈勃定律。
2. 能基于证据与解释，逐步建构宇宙热大爆炸理论。
教学过程
聚焦：创设情境，聚焦问题
1.创设情境：科学家为了探索宇宙的奥秘，发明制造了很多观测仪器，同学们，你们看过“新一代太空望远镜——韦伯太空望远镜”拍摄的宇宙照片吗？它能无视尘埃的干扰，所拍摄的“创生之柱”是新恒星孕育的摇篮，图像清晰度远超以往，揭示了天体景象的新细节，向人类展示了宇宙的“鬼斧神工”，天体生物学家称其“壮观得无法形容”。第二张照片是车轮星系，它是位于玉夫座方向的一个相互作用星系，有一个明亮的核心，一个内环，外部还有一个星暴环，美得惊心动魄。
2.聚焦问题：目前，人们对宇宙已经有了一定的认识，但还有许多奥秘等待着我们去发现，请自主思考并说出你感兴趣的、想去探索的问题？
3.表达交流：有的同学可能会问“宇宙有多大？”，有的可能会问“什么是黑洞？”，有的则好奇“宇宙从哪里来？”，有的则很想知道“什么是超新星爆发？”，有的对“是否有外星人”很感兴趣，有的想了解“宇宙中时空穿越是否可行？”等等。
4.引出课题：我们把“ 研究宇宙的性质、结构和演化的科学”，称为“宇宙学”，同学们所好奇的这些方面都是宇宙学的研究内容。
【设计意图】利用太空望远镜韦伯拍摄的创生之柱和车轮星系创设真实情境，不仅激发学生的学习兴趣。而且让学生畅所欲言及顺利引出课题。
二、探究实践：师生共议，建构模型
（一）探索“宇宙正在不断地膨胀”
1.回顾历史：早在2300年前的古代中国，屈原用一篇长诗《天问》叩问宇宙苍穹：……九天之际，安放安属？隅隈多有，谁知其数？天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？…… 大约在《天问》创作后的200余年，古人又通过漫长的天象观测，设计制作了“二十八宿圆盘”，它是中国浑仪的始祖，是世界上现存最早的赤道式天体测量仪器。
2.视频观看：先观看视频《爱因斯坦的相对论》，再回答下面问题：（1）谁最早提出了时空的概念？并指出每个事件由几个坐标来进行描述？（2）依据研究对象的不同相对论分为哪两种？（3）爱因斯坦将广义相对论用于宇宙研究，建立了一个怎样的宇宙模型？
3.批判质疑：1915年，著名科学家爱因斯坦建立了广义相对论，他将广义相对论用于宇宙的研究，建构了一个有限无边、静态的宇宙模型。然而，1922年，苏联科学家弗里德曼从广义相对论出发，得到了一个均匀膨胀或收缩的宇宙模型。那到底谁的推断才是正确的呢？
4.探索活动：（1）牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？（2）哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？（3）星系距离地球的远近与其退行速度有什么关系？（4）请预测距离地球50亿光年的星系的退行速度？
5.视频观看：《哈勃定律》（通过视频观看，我们了解哈勃通过观测发现星系的光谱都有红移现象，即发现了银河系以外的大多数星系都在远离我们而去，且距离越远，退行速度越大。并在此基础上哈勃提出了著名的哈勃定律：星系的退行速度与它们到地球的距离成正比。v=Hd，其中v为星系退行速度，d为星系到观察者的距离，H为哈勃常数。）
6.思考讨论：1.哈勃定律反映了宇宙的整体性，展示了宇宙正在怎样变化中？2.几乎所有的星系都在退行，是否意味着地球处于宇宙的中心？你能借助怎样的实验进行模拟呢？
7.实验模拟：通过气球表面贴上一些圆形小纸片，小纸片代表星系。在圆形小纸片上用笔做记号，表示星系上的居民，记录相邻“星系”的位置和距离。用打气筒持续地向气球充气，使气球不断地胀大（即宇宙膨胀），观察气球在胀大过程中，各张圆形小纸片间距离的变化。这些“星系”之间的距离发生了怎样的变化？实验表面了什么？
8.科学阅读：教科书第121、122页中科学阅读之《爱因斯坦》，并回答下面两个问题：（1）爱因斯坦承认自己犯下的一个大错误是什么？（2）从中你受到怎样的启示？
【设计意图】通过视频观看、批判质疑等活动，认识了爱因斯坦的静态宇宙模型、弗里德曼的均匀膨胀或收缩的宇宙模型。通过思考讨论、实验模拟、探索活动等，了解哈勃通过观测得出了宇宙正在不断膨胀的模型。
（二）建构“宇宙起源的大爆炸理论”
1.逆向推理：既然宇宙在不断膨胀，让我们一起来逆向推理，这就意味着过去的宇宙比现在小。那么，时间越往前，星系之间的距离越小，再往前倒退至某一时间，宇宙就该密集在一个点上。 1948年，加莫夫等人建立的元素生成理论，为宇宙起源的大爆炸理论奠定了基础。宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于极高温、极高密度的“奇点”的大爆炸。
2.视频观看：《宇宙大爆炸理论》（通过视频观看，我们了解到有许多证据支持宇宙大爆炸理论。如宇宙一直在膨胀，宇宙中的微波背景辐射，宇宙的元素丰度，引力波的发现，等等。）
3.思考讨论：（1）宇宙大爆炸理论合理吗？（2）宇宙大爆炸理论面临哪些挑战？
4.读图解说：（1）宇宙演化年表中，重要的物质与能量演化事件有哪些？（2）宇宙大爆炸理论是描述宇宙从什么到什么状态的模型？（在宇宙演化年表中，重要的物质与能量演化事件主要有；在大爆炸后的100万年基本粒子形成，大爆炸后的4亿年第一批恒星诞生，大爆炸后的10亿年第一批恒星形成，大爆炸后的138亿年形成现代的星系。宇宙大爆炸理论是目前最准确的描述宇宙从诞生到当前状态的模型。）
【设计意图】通过逆向推理、视频观看、思考讨论等，逐步认识宇宙起源的热大爆炸理论，并且通过读图解说了解宇宙演化年表中重要的物质与能量演化事件。进而理解探索宇宙不仅需要作出假设、收集证据、得出结论，而且需要基于新的证据，进行进一步的探究，并不断修正、完善宇宙学说。
三、拓展：深化理解，迁移应用
角色扮演：以小组为单位，先通过书籍、互联网等搜索现代宇宙学的相关史料，再让小组成员分别扮演爱因斯坦、弗里德曼、哈勃、加莫夫、霍金等人，按照时间线索，生动演绎一些重要的历史事件，并着重阐述各自的理论研究或观测发现。
【设计意图】通过阅读相关科学史和进行角色扮演，了解对科学家探索宇宙奥秘的过程，体会到人类对宇宙的认识过程是一个不断发展的过程，悟科学家不畏艰辛、敢于争论、追求真理的科学精神。
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