初中一年级科学“地球仪与地图：认识我们的世界”教学设计

初中一年级科学“地球仪与地图：认识我们的世界”教学设计

一、课标解读与设计理念

  本教学设计严格依据《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“地球与宇宙科学”领域的内容要求，核心是帮助学生形成“宇宙中的地球”这一大概念。具体涉及“地球是一颗行星”和“人类生存需要不同形式的能源”两个核心概念下的“地球的圈层结构”与“人类活动对环境的影响”等学习内容。本课“地球仪与地图”作为该领域的起始关键课，不仅是地理空间认知的工具启蒙，更是引导学生从宇宙视角审视地球家园、建立宏观空间观念的基石。

  设计理念上，本课摒弃传统的知识传授模式，秉持“素养导向、学生中心、实践育人”的原则，深度融合STEM教育理念与探究式学习。通过创设真实问题情境，引导学生在动手操作（制作）、动脑思辨（比较）、动口表达（交流）和动眼观察（读图）的多元实践活动中，主动建构关于地球模型和地理表达的知识体系。教学强调跨学科整合，将数学的比例尺、几何概念，信息技术的数字地图应用，乃至艺术的设计美感融入科学学习，旨在培养学生综合运用知识解决实际问题的能力，发展包括空间想象、模型构建、批判性思维和信息处理在内的核心素养。

二、学情分析

  教学对象为初中一年级学生，其认知发展处于皮亚杰理论中的形式运算阶段初期，抽象逻辑思维能力开始迅速发展，但仍需具体经验和直观表象的有力支撑。

  知识经验方面：学生在小学阶段已通过《科学》或《社会》课程，对地球的形状、大小、海陆分布有了初步的感性认识，接触过简单的地图和地球仪，知道“上北下南左西右东”等基本方位概念。但对于地球仪上经纬网系统的科学内涵、地图制作背后的数学原理（投影变形）及其与实际空间关系的精确对应，缺乏系统、深入的理解。部分学生可能使用过电子地图导航，但对传统纸质地图的判读技能较为生疏。

  能力与心理特征：该年龄段学生好奇心强，乐于动手和参与互动，对探索“世界是什么样的”抱有浓厚兴趣。但他们空间观念的个体差异较大，将三维球面信息转化为二维平面图形的能力普遍较弱，理解抽象的经纬网坐标系和地图投影变形存在一定困难。同时，他们的团队协作意识和系统性思维仍在形成中。

  因此，教学设计需充分激活学生的前概念，提供大量直观教具和数字化资源，搭建从具体到抽象的认知阶梯，并通过有挑战性的任务驱动，让学生在“做中学”、“用中学”，化解难点，实现认知跃迁。

三、教学目标

  基于以上分析，设定如下三维教学目标：

  1.科学观念

    理解地球仪是一种按照一定比例缩小的、能直观反映地球基本面貌和运动特征的科学模型。

    知道地图是将地球表面全部或一部分按照一定的数学法则，运用符号系统概括表达在平面上的图形。

    初步认识地球仪和地图在呈现地理信息上的主要异同（如形状、变形、信息量等），体会模型与实体、球面与平面的辩证关系。

    了解常见地图（如世界政区图、地形图）和地球仪的基本用途。

  2.科学思维

    通过观察、比较地球仪与不同类型地图，发展分析、对比、归纳的思维能力。

    在制作简易地球仪和尝试“剥桔皮”模拟地图投影的活动中，初步建立模型建构思想和空间转换思维。

    运用地球仪和地图解决简单的定位、寻路、比较距离等实际问题，发展地理空间推理能力和问题解决能力。

    能够批判性地思考不同地图的优缺点及其适用场景。

  3.探究实践

    能正确观察和使用地球仪，识别经线、纬线、赤道、两极等基本要素。

    学会在地图上运用比例尺计算实际距离，根据指向标或经纬网判别方向。

    能够小组合作，利用简单材料制作一个标有主要经纬线的简易地球仪模型。

    尝试使用数字地球软件（如GoogleEarth）或在线地图服务，进行基本的浏览、搜索和测量操作。

  4.态度责任

    激发从太空视角观察和认识地球的兴趣，感受地球的渺小与独特，增进热爱地球家园的情感。

    认识到地球仪和地图作为人类认识世界的重要工具，其发展凝聚了无数探索者的智慧，体会科学技术的进步对人类认知的推动作用。

    在小组合作制作与讨论中，培养严谨求实的科学态度、合作交流的意识和精益求精的工匠精神。

四、教学重难点

  教学重点：

    1.地球仪作为地球科学模型的价值和核心要素（地轴、两极、经纬网）。

    2.地图的基本要素（比例尺、方向、图例）及其使用技能。

    3.地球仪与地图在呈现地理信息上的本质区别与联系。

  教学难点：

    1.理解地图投影必然产生变形，以及不同投影方式变形特点的差异（形状、面积、方向）。

    2.建立经纬网的空间概念，并能够在地球仪和地图上运用经纬网进行初步的定位与描述。

    3.实现从三维球面到二维平面的空间思维转换。

五、教学准备

  1.教师准备：

    专业教学地球仪（可拆卸、带光照演示功能）数个。

    多种类型地图实物或高清大图：世界政区图（麦卡托投影）、世界地形图（等积投影）、两半球图、校园或本市交通图。

    “剥桔皮”模拟投影教具：数个球形水果（如橙子）、油性笔、小刀、展平的白纸。

    多媒体课件：包含地球卫星照片、地球仪发展简史动画、不同地图投影的动态变形演示、GoogleEarth操作演示视频等。

    数字教学设备及软件：联网电脑、投影仪、GoogleEarth专业版或类似软件。

    学生实践活动材料包（按小组配备）：泡沫塑料球或气球（作为地球模型坯体）、细铁丝（作地轴）、彩色记号笔、白胶、打印好的极简版经纬网贴纸或绘制模板、小型手钻、量角器、直尺、线绳。

    评价工具：课堂观察记录表、小组活动评价量规、学生自我反思单。

  2.学生准备：

    复习小学有关地球形状和基本方位的知识。

    预习课本相关内容，提出自己关于地球仪和地图的疑问。

    分组（4-6人一组），明确小组内分工（如材料员、记录员、操作员、汇报员等）。

六、教学过程

  本教学过程设计为两个连堂课时（共90分钟），采用“情境激趣-问题驱动-探究建构-迁移应用-反思拓展”的递进式结构。

  第一课时：初识模型，探秘地球仪

  环节一：创设情境，仰望我们的家园（约8分钟）

    教师活动：播放一段从国际空间站拍摄的地球全景视频，配以宏大的音乐。画面从深邃宇宙逐渐拉近，展现蓝色星球的全貌、旋转的云层、昼夜交界线。视频结束，定格在一张高清的地球照片上。

    教师提问：“同学们，这就是我们赖以生存的家园——地球。当我们双脚牢牢站在地面上时，我们感受到的是一个平坦、广阔的世界。但视频告诉我们，从太空看，地球是一个巨大的球体。我们无法真正飞上太空去观察，那么，科学家们是如何在教室里、在书桌上研究这个巨大星球的整体特征的呢？”

    学生活动：观看视频，感受震撼。思考并回答教师提问，可能会提到“地球仪”、“卫星地图”等。

    教师引导：“今天，我们就来认识和制作两位帮助我们‘认识世界’的‘老朋友’与‘好帮手’——地球仪和地图。首先，让我们从最接近地球真实样貌的模型——地球仪开始探索。”

    设计意图：利用震撼的视觉冲击，激发学习兴趣和探究欲望，引出“如何研究巨大地球”的核心问题，自然过渡到“模型”这一科学方法。

  环节二：观察探究，解密地球仪的奥秘（约22分钟）

    任务一：自由观察，记录特征。

    教师活动：将学生分为若干小组，每组发放一个教学地球仪。提出驱动性问题：“请小组成员轮流观察地球仪，尽可能多地找出它的特征，并思考：地球仪为什么要设计成这样？这些设计反映了地球的哪些真实情况？”

    学生活动：小组合作，多角度观察、触摸、转动地球仪，记录发现的特征（如：是个球体、有支架斜着固定、上面画有大陆和海洋、有很多纵横交错的线、有数字标注、可以转动等）。

    任务二：聚焦要素，深度研讨。

    教师活动：邀请2-3个小组分享初步发现，并将关键词（如“球体”、“倾斜的轴”、“线”、“数字”）写在黑板上。然后，引导学生聚焦几个核心要素进行深度探究：

    1.地轴与两极：提问：“地球仪为什么是斜着固定在支架上的？这个倾斜的‘轴’和两端的点模拟了什么？”结合地球公转轨道面（黄道面）的示意图，解释地轴倾斜与四季形成的关系（此处为伏笔，点到即止）。让学生用手指指出北极点和南极点。

    2.经纬网系统：这是本环节的重中之重。提问：“球体表面这些纵横交错的线有什么作用？如果没有这些线，我们如何描述北京和杭州的相对位置？”引导学生理解这些线是为了精确定位。详细讲解：

      纬线：定义（与地轴垂直的圆圈）、特点（长度不等，赤道最长；指示东西方向）。介绍赤道、北回归线、南回归线、北极圈、南极圈几条特殊纬线及其地理意义（如五带分界）。

      经线：定义（连接南北两极的半圆）、特点（长度相等；指示南北方向）。介绍本初子午线（0°经线）和180°经线，东西经的划分。通过让学生找出本组地球仪上标注的经度值，理解经度的递变规律。

      经纬度坐标：通过游戏方式强化。教师快速报出几个著名城市的经纬度近似值（如北京：40°N，116°E；伦敦：51°N，0°），小组竞赛看谁最先在地球仪上找到。让学生体会经纬网是地球表面的“坐标系”。

    3.海陆分布与比例尺：观察地球仪上各大洲、大洋的形状和相对位置，与之前看到的太空照片对比。注意地球仪上是否标有比例尺，理解“按比例缩小”的概念。

    学生活动：跟随教师引导，深入观察、思考、回答。动手在地球仪上指认要素，参与坐标定位游戏，在互动中逐步建构关于地轴、两极、经纬网的科学概念。

    设计意图：通过从自由观察到聚焦核心的探究路径，让学生自主发现地球仪的关键特征，教师再通过问题链和精讲点拨，将学生的感性认识提升到理性认知，重点攻克“经纬网”这一抽象概念。

  环节三：动手建模，制作简易地球仪（约15分钟）

    教师活动：提出挑战性任务：“理解了地球仪的构成原理，现在我们尝试做一个小小‘制图师’，小组合作制作一个简易地球仪模型。要求：1.体现地球的球体形状和地轴倾斜（约23.5°）。2.尽可能准确地标出赤道、本初子午线。3.作品稳固、美观。”

    展示材料包，简要说明关键步骤和安全注意事项（如使用手钻、铁丝时的安全）。提供技术支援：如何利用量角器和线绳确保地轴倾斜角度？如何将打印的经纬网模板贴合到球体上？

    学生活动：小组分工协作，依据任务要求和材料，讨论制作方案。动手操作：固定地轴、调整倾角、绘制或粘贴主要经纬线（至少赤道和本初子午线）。在此过程中，不断回顾和运用刚刚学到的知识，将概念转化为实物。

    教师巡视指导，及时发现并解决各小组遇到的困难，鼓励创新方法，提醒记录制作过程中的问题和心得。

    设计意图：这是“做中学”理念的集中体现。通过亲手制作，将抽象的空间概念（地轴倾斜、经纬网）具象化、实物化，极大地深化了学生对地球仪模型的理解，培养了动手能力、解决问题能力和团队协作精神。

  第二课时：从球面到平面，驾驭地图

  环节四：比较质疑，引出地图的挑战（约10分钟）

    教师活动：展示学生上节课制作的地球仪（选几个有代表性的）。表扬大家的成果，并提问：“地球仪很直观，但它携带方便吗？能轻易看到整个地球的背面吗？能把它展开平铺在桌面上详细研究某一区域吗？”

    学生思考回答，意识到地球仪的局限性（体积大、只能看到一半、不便测量详细距离等）。

    教师顺势展示一张大幅世界地图（如麦卡托投影世界政区图）。“为了解决这些问题，人类发明了地图——将球面信息‘搬’到平面上。但请大家仔细观察这幅世界地图，和你们手中的地球仪对比，有什么不同？哪个更‘真实’？”

    引导学生关注：1.形状：格陵兰岛在地图上看起来和非洲差不多大，在地球仪上呢？2.方向：所有经线在地图上都是平行竖线，这真实吗？3.高纬度地区的变形。

    学生活动：对比观察地球仪和世界地图，积极发现差异（“格陵兰变大了！”“南极洲形状好奇怪！”“经线怎么不交汇了？”），产生认知冲突和强烈疑问：“为什么地图会‘失真’？”

    设计意图：通过对比制造认知冲突，让学生强烈感受到从球面到平面转换带来的问题，自然引出地图投影的核心概念，激发探究“地图如何制成”及“为何变形”的动力。

  环节五：探究建构，理解地图投影与要素（约25分钟）

    活动一：“剥桔皮”模拟实验——体验投影之难。

    教师活动：分发橙子和油性笔。指导学生在橙子表面画上一个简单的陆地轮廓（如一个圆圈代表大洲），然后尝试将橙子皮完整剥下并尽可能平整地铺在白纸上。

    学生活动：动手操作。他们会发现无论如何努力，橙皮都无法完全平整展开而不发生撕裂或重叠。铺平后的“大陆”形状发生了严重拉伸或压缩。

    教师总结：“这就是地图学家面临的根本难题——‘球面不可展’。为了将球面展成平面，必须采取某种‘妥协’，或拉伸、或压缩、或撕裂。这种将球面坐标转换为平面坐标的数学方法，就叫做‘地图投影’。任何平面地图都存在变形，没有一种投影能同时保持形状、面积、距离、方向全部不变。”

    利用多媒体动画，动态演示几种常见投影（麦卡托投影——保持方向/形状，但面积变形大；等积投影——保持面积准确，但形状变形大）的变形过程及其原理。联系之前观察的地图，解释其采用的投影类型及变形特点。

    活动二：解密地图“三要素”——掌握使用钥匙。

    教师活动：既然地图必然有变形和简化，那么我们如何正确使用它？关键在于读懂地图的“语言”，即地图三要素：比例尺、方向、图例。

    1.比例尺：展示校园平面图。讲解比例尺的三种表示方法（数字式、线段式、文字式），并通过例题演示如何利用比例尺计算实地距离和图上距离。小组竞赛：测量地图上两点间图上距离，计算实际距离。

    2.方向：复习一般定向法（“上北下南左西右东”）。重点讲解在有指向标的地图上如何判读方向（指向标箭头指北）。在经纬网地图上，强调“经线指示南北，纬线指示东西”。

    3.图例和注记：展示地形图、交通图等，识别常用图例符号（如首都、城市、铁路、山脉、河流等）。理解注记的作用。

    学生活动：参与“剥桔皮”实验，直观感受投影变形。观看动画，理解变形原理。通过练习，掌握比例尺计算和在不同类型地图上判别方向的方法，识别常见图例。

    设计意图：用低成本实验化解抽象难题，让学生亲身体验“球面不可展”，为理解投影变形奠定感性基础。动画演示提升理解深度。系统学习地图三要素，是培养学生地图阅读技能的核心，为后续应用扫清障碍。

  环节六：迁移应用，解决真实问题（约20分钟）

    教师活动：创设综合性问题情境：“学校科学社团计划组织一次‘模拟环球航行’主题研学活动。你们小组作为策划团队，需要完成以下任务：

    任务1（基础应用）：利用世界地图，规划一条从上海出发，途经东京、夏威夷、洛杉矶、伦敦，最后返回上海的航线。估算本次航行的总航程大约是多少公里？（需使用比例尺）

    任务2（对比分析）：在规划过程中，使用地球仪和世界地图分别查看航线，比较在哪种工具上规划的航线更直观？哪种工具上测量的航程更接近真实？（提示：考虑大圆航线）

    任务3（技术拓展）：使用教室电脑上的GoogleEarth软件，找到我们学校的具体位置，并尝试从卫星视角‘飞往’上述某个城市（如洛杉矶），感受从三维球面到实地景观的浏览体验。”

    学生活动：小组合作，选取合适的地图工具（政区图或地形图），运用所学技能进行测量、计算、规划、对比。操作数字地球软件，进行探索。讨论并形成小组方案，准备汇报。

    教师巡视，提供必要的数据支持和技术指导，鼓励学生之间的辩论（如关于航程估算的差异）。

    设计意图：通过设计真实的、综合性的、有挑战性的任务，驱动学生主动、综合地运用本课所学的关于地球仪和地图的知识与技能。在解决实际问题的过程中，深化对两者优劣和适用场景的理解，实现知识的内化与迁移。引入数字地球工具，连接传统知识与现代科技，拓宽视野。

  环节七：总结反思，拓展延伸（约5分钟）

    教师活动：邀请1-2个小组简要汇报任务成果和过程中的思考。然后引导学生共同梳理本课知识脉络，形成概念图（板书或课件展示）：从“认识地球需要模型”开始，分支为“地球仪（三维模型，直观但有局限）”和“地图（二维表达，方便但需投影）”，两者在要素、用途上既有区别又相互联系，都是我们认识世界、探索未知的强力工具。

    提问升华：“从古老的羊皮地图、郑和的航海图，到今天的GPS导航和数字地球，人类描绘世界的工具在不断革新。未来，‘地图’会变成什么样子？它如何帮助我们更好地理解这个复杂的、联系日益紧密的世界，并应对全球性挑战（如气候变化、资源分布）？”

    布置开放性作业：1.完善本组的简易地球仪，增加更多地理信息（如标出七大洲四大洋、我国的位置）。2.选择一种你感兴趣的地图投影（如摩尔维德投影、古德分瓣投影），查阅资料，了解其特点和用途，制作一张简易的知识卡片。3.（选做）尝试使用在线地图制作工具，为你熟悉的街区或校园绘制一张带有自定义图例的简易专题地图。

    学生活动：参与总结，回顾学习历程。思考教师提出的拓展性问题，激发课后继续探索的兴趣。记录作业要求。

    设计意图：通过系统总结，帮助学生构建完整的知识体系。通过前瞻性提问和开放性作业，将课堂学习延伸到课外，鼓励学生持续关注地理信息技术的发展，培养终身学习和探索的意识。

七、板书设计

  板书采用动态生成与最终凝练相结合的方式，主体部分如下：

认识我们的世界：地球仪与地图

一、地球仪——地球的科学模型

  特点：球体、按比例缩小

  核心要素：

    1.地轴与两极：倾斜约23.5°（与四季有关）

    2.经纬网：定位系统

      纬线（东西向）→纬度（赤道0°）

      经线（南北向）→经度（本初子午线0°）

  价值与局限：直观真实vs.携带不便、视野受限

二、地图——平面的地理表达

  根本挑战：球面不可展→地图投影（必然变形）

    例：麦卡托投影（保形/方向）vs.等积投影（保面积）

  使用钥匙：地图三要素

    1.比例尺：换算距离（公式：实际距离=图上距离÷比例尺）

    2.方向：一般定向法、指向标、经纬网

    3.图例与注记：识读符号

三、比较与选择

  根据需求