小学科学五年级下册《地球的公转与四季更替》教案

小学科学五年级下册《地球的公转与四季更替》教案

一、课程背景与教学分析

（一）【基础】教材与课程标准深度解构

本课选自人教鄂教版五年级下册第一单元《昼夜与四季》中的第三课。在《义务教育科学课程标准（2022年版）》中，本课内容归属于“地球与宇宙科学”领域，核心概念为“宇宙中的地球”。课标明确指出，学生需要“知道地球围绕太阳公转，理解四季的形成与地球的公转有关”。本课是在学生学习了“白天与黑夜”（地球自转）、“谁先看到日出”（相对运动与自转方向）的基础上，进一步从空间维度拓展到时间维度，探究地球公转运动产生的宏观自然现象。本课不仅是对前一阶段“太阳高度角与影子长度关系”知识的迁移应用，更是为后续学习星系、宇宙探索等内容奠定空间想象与逻辑推理的基础，在整个小学科学体系中起着承上启下的关键作用。

（二）【重要】学情精准画像与教学难点定位

五年级学生正处于从具体运算向形式运算过渡的阶段。他们已经通过生活经验积累了关于四季的感性认识（春暖花开、夏热影短、秋凉叶落、冬寒影长），并且在四年级上册已学习了“太阳的位置与影子变化”的关系，知道“直射光线强、温度高，影子短；斜射光线弱、温度低，影子长”-1。这是本课教学的宝贵起点。

然而，【难点】在于学生普遍存在“远近决定冷热”的迷思概念，即误认为夏天热是因为地球离太阳近，冬天冷是因为离太阳远。这种前概念根深蒂固，且难以通过单纯讲述转变。此外，四季的形成涉及“地轴倾斜且方向不变”、“公转轨道”、“太阳直射点的回归运动”三个抽象维度的空间耦合，对学生的空间想象力构成了巨大挑战。学生往往难以在脑海中建立起“地轴倾斜”、“公转位置”与“正午太阳高度角变化”之间的动态因果联系-10。

（三）【核心素养指向】跨学科视野下的教学目标

1.科学观念：理解四季的形成是由于地球始终倾斜着身子（地轴倾斜约23.5度，且指向北极星方向不变）围绕太阳公转，导致太阳直射点在南北回归线之间往复移动，从而引起正午太阳高度角和昼夜长短的周期性变化。

2.科学思维：能够运用分析、比较、推理的方法，构建地球公转的物理模型；能够运用“太阳直射、斜射与温度关系”的前概念，通过模拟实验中的影长变化推断直射点位置，从而推断季节，培养模型思维和因果推理能力。

3.探究实践：能够小组合作设计并完成“模拟地球公转与四季形成”的对比实验（地轴倾斜vs地轴直立），规范操作，准确观察并记录不同位置标杆影子的长度，基于证据得出结论。

4.态度责任：在对宇宙世界的探究中保持好奇心和求知欲，敢于基于证据表达自己的观点，修正错误认知，初步认识到古人“二十四节气”是指导农事的智慧，感受自然规律的和谐之美。

二、教学准备与资源整合

（一）教师准备

1.【教具创新】改进型“四季模拟探究仪”：每组配备一个泡沫地球（用笔芯穿过球心，与水平面呈约66.5度夹角，模拟地轴倾斜，并在北半球中纬度地区垂直插入一根短牙签或小木棍作为“标杆”）、一个大功率手电筒或平行光源（模拟太阳）、一个用于固定光源的支架。另需准备一块较大的底板，上面画好椭圆形的公转轨道，并标记四个等分点：A（春分点）、B（夏至点）、C（秋分点）、D（冬至点）-1-3。

2.多媒体资源：高精度地球公转三维动画（重点展示地轴始终指向北极星、直射点移动）、不同纬度地区四季景观对比图、二十四节气微视频。

3.记录单：设计包含“地轴直立”和“地轴倾斜”两种情境下，四个位置标杆影长记录的对比表格。

（二）学生准备

1.知识储备：复习“太阳高度与影子长度”的关系；回顾上节课地球自转的相关知识。

2.分组分工：以4-5人为一组，明确组长、操作员（负责移动地球仪并保持地轴方向）、记录员（负责观察影长并记录）、汇报员等角色，实行角色轮换制。

三、【重中之重】教学实施过程（两课时连上，约70分钟）

（一）情境创设与问题聚焦——打破迷思，激发矛盾（8分钟）

1.图片导入：播放一组校园里同一棵树在春、夏、秋、冬四季的照片，引导学生描述其变化。提问：“是什么原因导致了地球上这周而复始的四季变化？”

2.迷思概念调查：教师呈现两种主流观点。观点一：因为地球离太阳的远近不同，夏天近、冬天远，所以产生了冷热变化。观点二：与远近无关，可能与太阳照射的角度有关。组织学生举手表态，支持哪种观点的人多？并请双方各派代表简述理由。

3.【热点】制造认知冲突：教师适时播放一个简短的天文科普片段，展示地球公转轨道实际上是近似正圆的椭圆，且1月初（近日点）是北半球的冬季，7月初（远日点）是北半球的夏季。这一铁证直接击碎了“远近决定论”。“这究竟是为什么？今天我们就当一回‘宇宙侦探’，通过模拟实验，还原地球在宇宙中的运动真相，揭开四季形成的神秘面纱。”——顺势板书课题《地球的公转与四季更替》。

（二）模型建构与猜想假设——化抽象为具体（10分钟）

1.建立空间模型：教师出示自制的“改进型四季模拟探究仪”。引导学生认识各部分的模拟对象：泡沫地球（地球）、穿过地球的笔芯（地轴，注意其倾斜角度）、北半球的小牙签（我们所在的位置，如北京）、手电筒（太阳）、底板上的椭圆轨道（公转轨道）及四个点（公转轨道上的四个关键位置）。

2.明确探究任务：如果我们把地球放在这四个不同的位置上，我们所在位置（牙签）的“太阳高度”会不会发生变化？我们看不到太阳高度，但能看到什么？引导学生回顾旧知——“影子的长短代表了太阳的倾斜程度，影子短说明阳光直射，温度高；影子长说明阳光斜射，温度低。”-1-9

3.提出猜想：请大家小组讨论，猜想一下，当地球在B点（夏至点）时，牙签的影子可能会是什么样？在D点（冬至点）时呢？为什么会有这样的差异？

（三）探究实践与证据收集——对比实验，建构新知（30分钟）

本环节采用“两级递进”式实验方案-9。

1.【实验一：地轴直立状态下的公转模拟（对照组）】（12分钟）

1.2.操作指令：首先，请各组将“地球仪”的“地轴”调整为直立状态（即笔芯垂直于桌面）。然后，保持这个状态，将地球仪依次放在A、B、C、D四个点上，注意移动过程中始终保持地轴指向同一个方向（如教室的北墙）。每次都要让“地球”上的牙签正对着手电筒（模拟正午时刻），仔细观察并比较牙签影子的长度。

2.3.观察发现：学生通过操作会发现，无论地球在哪个点，牙签影子的长度几乎是一样的。

3.4.小组研讨：为什么影子长度没有变化？这意味着太阳的照射角度如何？在这样的情况下，地球上还会有四季变化吗？

4.5.初步结论：如果地轴是直立的，地球无论公转到哪个位置，太阳始终直射赤道附近，同一地点正午太阳高度不变，温度也不会变化，因此不会形成四季-1。

6.【实验二：地轴倾斜状态下的公转模拟（实验组）】（15分钟）

1.7.操作指令（强调关键点）：现在，请将“地轴”调整为倾斜状态（保持约23.5度夹角），并确保在整个公转一周的过程中，地轴的倾斜方向始终不变，始终指向同一个方向（比如教室北墙上贴的“北极星”图标）。这是整个实验成败的【关键】。现在，请缓慢地将地球仪从A点向B、C、D点移动，每到一点，都让牙签正对手电筒，仔细观察影子的长短变化，并记录在实验记录单上。

2.8.学生分组实验，教师巡回指导。重点纠正学生在移动地球仪时不自觉地改变地轴指向的错误操作。鼓励学生发出惊叹：“哇，影子变短了！”“到这边又变长了！”

3.9.数据汇总与现象描述：请各小组汇报员汇报观察到的现象。汇总后得出统一结论：在B点（夏至位置），影子最短；在D点（冬至位置），影子最长；在A点和C点（春秋分位置），影子长度适中。

4.10.因果推理：教师引导学生根据“影子长短”反推“照射角度”和“温度”。

1.5.11.在B点，影子最短→太阳直射→获取热量多→温度高→此时北半球是【夏季】。

2.6.12.在D点，影子最长→太阳斜射厉害→获取热量少→温度低→此时北半球是【冬季】。

3.7.13.在A点和C点，影子长度居中→太阳照射角度适中→温度适中→分别是【春季】和【秋季】。

8.14.【非常重要】形成核心概念：通过对比实验，学生自主建构了核心科学概念——正是由于地球始终倾斜着身子，并且保持倾斜方向不变绕着太阳公转，才导致了太阳直射点在南北半球之间来回移动，使得同一地点在不同时期获得的热量不同，从而形成了春、夏、秋、冬四季更替。

（四）辨析论证与思维深化——突破难点，拓展视野（12分钟）

1.【难点】动画演示与模型校正：播放高精度的3D动画，将学生的模拟实验结果与宏观的天文现象进行印证。重点演示“直射点”是如何在南北回归线之间移动的。并指出，刚才实验中的A、B、C、D点分别对应二十四节气中的春分、夏至、秋分、冬至。

2.【跨学科视野】南半球为什么相反？：教师提问：“我们在北半球，B点影子最短是夏季。如果此时此刻有一个澳大利亚的小朋友也在做这个实验，他所在的南半球，影子会是什么样？是什么季节？”引导学生从模型中反向推理，理解南北半球季节相反的客观事实-10。

3.【文化浸润】“二十四节气”的科学内涵：教师简短介绍，我们古人通过长期的观测，也发现了这一规律，并总结出了指导农业生产的“二十四节气”。“清明前后，种瓜点豆”正是对太阳位置与季节变化规律的应用，这是中华民族的智慧结晶。

（五）总结评价与应用迁移（10分钟）

1.【高频考点】课堂总结与板书构建：师生共同构建思维导图式的板书，系统梳理“地球公转（一年）+地轴倾斜且方向不变→太阳直射点移动→正午太阳高度/影长变化+昼夜长短变化→太阳辐射量变化→四季形成”。

2.解释生活中的现象：再次回到课前的问题，解释为什么1月初地球离太阳最近，我们这儿却最冷？因为决定季节的关键不是距离，而是阳光直射还是斜射的角度。

3.拓展任务：极昼极夜现象是不是也与这个原理有关？布置课后探究任务——利用今天的模型，尝试解释为什么在北极点，夏天会有“午夜太阳”（极昼）现象。

四、板书设计

一、猜想：远近？角度？

二、验证：

（一）地轴直立→影长不变→无四季

（二）地轴倾斜→影长变化→有四李

B点（夏至）：影最短→直射→夏季

D点（冬至）：影最长→斜射→冬季

A/C点（春秋）：影适中→斜射→春秋

三、结论：

地球公转+地轴倾斜且方向不变=四季更替

五、教学评价设计

1.【过程性评价】：重点观察学生在小组实验中的参与度、操作的规范性（特别是能否保持地轴指向不变）、记录的准确性和合作的协调性。

2.【形成性评价】：通过课堂提问和辨析，即时检测学生对“影长与季节关系”的理解，以及能否修正“远近决定论”的迷思。

3.【终结性评价】：设计分层作业：

1.4.[基础]：用示意图画出地球公转到四个位置时，北半球某一点的影子长度。

2.5.[重要]：如果地轴不是倾斜23.5度，而是倾斜得更厉害（比如45度），地球上的四季景观还会和现在一样吗？可能会有哪些变化？

3.6.[挑战]：查阅资料，选择二十四节气中的一个，探究其背后的天文含义与农事指导意义