初中七年级科学《认识地球：形状、大小与地球仪》探究式教案

初中七年级科学《认识地球：形状、大小与地球仪》探究式教案

一、教学设计理念

本教案以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为根本遵循，秉承“素养导向、综合学习、注重实践”的核心理念，构建以学生为主体的深度探究课堂。设计跳出单一知识传授的窠臼，将“地球的形状与大小”这一主题置于人类科学认知发展的宏大叙事中，引导七年级学生重演人类认识地球的关键科学史历程。通过跨学科融合（地理学、天文学、物理学、数学、历史学）的项目式探究活动，着力培养学生的科学观念、科学思维、探究实践能力以及严谨求实的科学态度与社会责任感。教学强调“做中学”“用中学”“创中学”，利用地球仪这一经典教具与现代信息技术（如卫星影像、模拟软件）相结合，帮助学生构建从感性体验到理性认知，从平面想象到空间建模的完整知识体系，最终实现对地球宏观特征的精准理解与空间表征能力的初步形成。

二、教学目标

1.科学观念

1.2.能准确描述地球的形状是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体（椭球体），并能列举至少三种支持地球是球体的证据。

2.3.能记忆并理解地球的平均半径、赤道周长、表面积等基本数据及其意义。

3.4.能说出地球仪的定义、主要构成要素（地轴、两极、经线、纬线、赤道），理解地球仪是地球的科学模型，并认识其作用与局限性。

5.科学思维

1.6.通过分析从“天圆地方”到“球体”认知转变的历史证据与推理过程，发展逻辑推理与批判性质疑的能力。

2.7.学会运用类比（如橙子、篮球）、建模（制作简易地球仪）等思维方法，将抽象的地球空间特征具体化、可视化。

3.8.通过比较地球实物与地球仪模型，初步建立模型与原型的关系意识，理解模型的简化与表征功能。

9.探究实践

1.10.能设计并实施简单的模拟实验（如海面船只观测、月食观测模拟），收集证据验证地球形状。

2.11.能运用比例尺概念，根据地球真实数据计算并在地球仪模型上进行标识，体验科学量化过程。

3.12.能熟练使用地球仪，识别基本要素，并利用其初步描述地理位置。

13.态度责任

1.14.感受人类探索自然奥秘的曲折与智慧，体会科学发展的螺旋式上升过程，培养对科学史的兴趣与尊重。

2.15.在小组合作制作、讨论、辩论中，培养团队协作精神与表达交流能力。

3.16.通过认识地球的渺小与唯一性，初步树立全球视野与保护地球家园的可持续发展观念。

三、学情分析

七年级学生处于由具体运算阶段向形式运算阶段过渡的关键期，其抽象逻辑思维开始发展但仍需具体经验支持。在知识前概念上，学生通过日常生活、小学科学及社会课程，普遍已知“地球是圆的”这一结论，但对其具体形状（椭球体）、大小尺度缺乏清晰、量化的认知，对“为何是球体”的证据链了解零散甚至存在误区（如“因为照片是圆的”）。空间想象能力相对薄弱，对经纬线、地球仪等空间表征工具的理解存在困难。同时，该年龄段学生好奇心强，乐于动手和参与角色扮演，对科学故事、实验探究有浓厚兴趣，但合作学习的有效性与深度有待引导和结构化设计。因此，教学需从挑战其前概念入手，通过丰富的感性材料、阶梯式探究任务和小组协作，引导其完成从“知道结论”到“理解证据与原理”的认知跃升。

四、教学重难点

1.教学重点：

1.2.地球形状（椭球体）的准确描述及其主要证据。

2.3.地球大小（平均半径、赤道周长）的量化认知。

3.4.地球仪的基本要素识别与模型意义理解。

5.教学难点：

1.6.理解“不规则球体/椭球体”与“正球体”的细微差别及其科学测量依据。

2.7.从科学史证据中提炼逻辑推理链条，构建对地球形状的理性证明。

3.8.建立地球实际空间与地球仪二维/三维表征之间的对应关系，理解经纬线系统的抽象性。

五、教学资源准备

1.教师准备：

1.2.多媒体课件（内含：古代不同文明对地球形状想象的图片、麦哲伦船队环球航行路线动画、从太空不同角度拍摄的地球高清视频、地球椭球体与正球体对比示意图、地球大小数据可视化图表）。

2.3.专业教学用地球仪（可拆卸、带照明）1个。

3.4.实验器材：大功率激光笔（模拟太阳平行光）、表面光滑的球体（如健身球，模拟地球）、小木块或乐高小人（模拟观察者）、手电筒、船只模型（带桅杆）、大水槽。

4.5.材料包（每组一份）：泡沫球（不同大小）、彩色颜料与笔、细铁丝（作地轴）、量角器、直尺、剪刀、胶带、印有大陆轮廓的贴纸或转印纸。

5.6.学习任务单（包含探究记录表、数据计算表、评价量表）。

7.学生准备：

1.8.预习课本相关章节，收集一个关于古人如何认识地球的小故事或一种观点。

2.9.自带一个橙子或小柑橘。

六、教学实施过程（两课时，共90分钟）

第一课时：追寻证据——揭秘地球的形状

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图与学科素养渗透

（一）情境导入

（5分钟）

1.展示冲突：屏幕上并排展示中国古代“天圆地方”盖天说图示、古印度“大象乌龟驮着平板”神话图、古希腊亚里士多德论证地球是球体的文字记载。

2.提问激疑：“同学们，如果时光倒流回两千年前，你生活在没有卫星、没有飞机的时代，你会相信哪种说法？你的理由是什么？”

3.引出主题：邀请2-3位学生简要分享课前收集的故事或观点。随后总结：“从想象到科学，人类认识地球形状走过了一条漫长而充满智慧的道路。今天，我们就化身科学侦探，沿着历史的线索，寻找证明地球形状的关键证据。”

1.观察图片与文字，联系课前准备，进行思考。

2.参与课堂讨论，大胆表达自己的初始判断与理由。

3.聆听同学分享，形成认知冲突，明确本课探究任务。

通过多元古代宇宙观的直观对比，制造认知冲突，激发探究兴趣。引导学生理解科学认识的历史性与发展性，培养批判性质疑的思维起点。

（二）探究活动一：

来自海平面的证据

（15分钟）

1.现象观察：播放一段现代高清视频：一艘巨轮从海平面远方驶来，总是先看到桅杆顶，再慢慢看到船身。反之，离去时船身先消失，桅杆后消失。

2.提出问题：“如果大地是平的，我们会看到什么现象？视频中的现象支持了哪种猜想？”

3.模拟实验：

a.介绍器材：大水槽（代表海平面）、船只模型（桅杆可标记）、观察者眼位（固定高度）。

b.分发任务单，指导各小组分别模拟“平面大地”和“曲面大地”两种情景下，船只由远及近时，观察到的桅杆和船身出现的顺序。

c.巡视指导，重点关注学生是否控制变量（眼位高度不变）。

4.分析论证：组织小组汇报实验结果。引导学生绘制简图解释：只有在曲面（球面）上，光线沿直线传播，才会产生视线逐渐“升起”的效果。

1.观看视频，描述关键现象。

2.基于现象进行推理，提出初步解释。

3.小组合作完成模拟实验，在任务单上记录两种模型下的观察现象，并拍照或画图记录。

4.汇报实验结果，尝试用光的直线传播原理配合图示进行解释。

将生活现象转化为可探究的科学问题。通过控制变量的模拟实验，将抽象推理具象化，培养观察、比较、归纳的探究能力。渗透物理学（光学）知识，体现学科融合。

（三）探究活动二：

来自星空的证据

（15分钟）

1.讲述科学史：简要介绍古希腊哲学家亚里士多德的贡献：他观察到开往北方的船只，其地平线上会出现新的北方星空（如北极星高度角增加）；而往南的船只，则能看到新的南方星空。同时，月食时地球投在月球上的影子总是圆形的。

2.挑战任务一（星空变化）：利用星图软件或动画，演示从赤道向北极点移动时，北极星高度角的变化。提问：“这个现象能用平面大地解释吗？为什么？”引导学生理解，只有球面才能导致不同纬度看到不同的星空区域。

3.挑战任务二（月食影子）：

a.演示实验：在暗室中，用大功率激光笔照射不同形状的物体（圆盘、球体、立方体），观察其在远处屏上投影的形状。强调光源需足够远以模拟太阳平行光。

b.关键提问：“只有球体的投影在任何角度都是圆形吗？圆盘可以吗？”引导学生进行思想实验，认识到只有球体在任意方向被平行光照射时，其影子边界才是圆弧。

c.联系实际：展示月食时地球影子的连续照片，印证其圆弧特征。

1.聆听科学史故事，理解古人观察的细致。

2.观察软件演示，思考并讨论星空变化与地球形状的逻辑关系。

3.观察教师演示实验，参与讨论。通过对比不同形状物体的投影，深刻理解“只有球体才能在任何方位投下圆形影子”这一关键论证。

融入科学史教育，让学生体会观察与推理的力量。通过现代技术还原古代观测，降低理解难度。演示实验设计精妙，直击核心逻辑，有效突破“圆形影子等于球体”这一常见思维浅层化误区，培养深度逻辑思维能力。

（四）归纳与过渡

（10分钟）

1.证据链梳理：引导学生回顾本课时找到的三个关键证据（海面航船、星空变化、月食影子），并在黑板上用思维导图形式构建证据链，说明每条证据如何否定了“平面说”并支持了“球体说”。

2.引入现代精确认知：“随着科技发展，我们对地球形状的认识更精确了。它是不是一个完美的正球体呢？”展示人造卫星测量数据图：赤道半径（约6378km）略大于极半径（约6357km）。

3.直观感知：拿出一个橙子，轻轻压其两端。“看，地球的形状更接近这样一个‘两极稍扁、赤道略鼓’的球体，我们称之为‘椭球体’或‘不规则球体’。这个差别虽然很小，但对精密测量至关重要。”

4.布置课后思考：“我们已经知道了地球的形状，那么它究竟有多大？古人又是如何测量这个庞然大物的？下节课我们将一起探究。”

1.跟随教师梳理，在任务单上完善证据链图示，形成结构化知识。

2.观察数据对比，感受科学测量的精确性。

3.通过观察橙子变形，直观理解“椭球体”概念。

4.记录课后思考问题，激发后续学习期待。

系统梳理证据，帮助学生构建完整的证明逻辑体系，提升科学思维的系统性。引入现代科学数据，体现科学的进步性。使用橙子类比，将微小的扁率差异可视化，化解抽象概念。设置悬念，为第二课时铺垫。

第二课时：量化认知与空间建模——地球的大小与地球仪

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图与学科素养渗透

（一）承前启后，聚焦大小

（5分钟）

1.快速回顾：通过提问方式，快速回顾上节课关于地球形状（椭球体）及其三大证据。

2.提出问题：“面对如此巨大的地球，古代科学家是如何测量其大小的？这听起来像是一个不可能完成的任务。”讲述埃拉托色尼测量地球周长的故事，配合动画演示其方法：利用夏至日正午太阳在赛恩（阿斯旺）直射井底，而在亚历山大城测得太阳光线与垂直方向有约7.2°夹角，根据两城距离估算周长。

3.揭示数据：公布现代精确测量结果：地球平均半径约为6371千米，赤道周长约为40076千米，表面积约为5.1亿平方千米。并通过类比（如“赤道长度可绕标准跑道10万圈”）帮助学生建立数量级概念。

1.回答提问，巩固旧知。

2.聆听科学史故事，观看动画，理解古人巧妙的几何测量方法，感受科学智慧。

3.记录关键数据，通过教师提供的生动类比，尝试想象地球的巨大尺度。

以著名的科学史案例导入，展现科学方法的威力，延续科学探索的叙事感。提供具体数据并结合生动类比，将抽象的“大”转化为相对可感知的概念，培养量化意识与数感。

（二）探究活动三：

制作我们的地球仪模型

（25分钟）

1.从实物到模型：“为了更方便地研究和学习地球，我们需要一个它的模型——地球仪。什么是模型？它和真实地球有何异同？”引导学生讨论得出：模型是简化、缩小的表示，能突出主要特征（如形状、大陆位置），但会忽略细节（如地形起伏）。

2.认识标准地球仪：展示专业教学地球仪，逐一介绍其核心要素：地轴（倾斜的旋转轴）、两极（北N/南S）、经线（连接两极的半圆，指示南北）、纬线（平行于赤道的圆，指示东西）、赤道（0°纬线，最长的纬线圈）。

3.项目任务发布：分组制作一个标有赤道和一条本初子午线（0°经线）的简易地球仪。

步骤指导：

a.确定比例尺：给定地球平均半径6371km，假设泡沫球半径3cm，计算比例尺约为1:2.12亿。引导学生理解比例尺意义。

b.安装地轴：将细铁丝穿过球心，模拟地轴，确保固定牢固。

c.标识关键线：

-赤道：用蓝色笔在球体最大周长处画一圈。

-两极：地轴与球面相交点标记为N和S。

-本初子午线：用红色笔从北极点出发，经过球面，连接至南极点画一条经线。

d.（进阶挑战）粘贴大陆轮廓：提供转印纸，小组合作，尝试将主要大陆的轮廓（已按相同比例缩小）贴到大致正确的位置（强调相对位置即可）。

4.巡视与指导：深入各小组，解决制作中的技术问题，引导学生关注地轴的倾斜角度（约23.5°）是否需要在模型中体现，引发思考。

1.讨论模型与实物的关系，理解模型的作用与局限性。

2.观察标准地球仪，认识其基本要素，并在任务单上标注。

3.小组合作完成地球仪制作项目：

a.计算比例尺，感受“缩小”的概念。

b.动手安装地轴。

c.精确测量并绘制赤道和本初子午线。

d.（可选）协作粘贴大陆轮廓，锻炼空间定位与手眼协调。

4.在制作过程中思考地轴倾斜的意义，为后续学习地球运动埋下伏笔。

这是本节课的核心实践活动。通过亲手制作模型，将之前所学的形状、大小知识综合应用，实现知识的内化与迁移。制作过程融合了数学计算（比例尺）、地理定位、手工技艺，是跨学科学习的典型体现。在“做”中深化对地球仪要素的理解，有效突破空间想象难点。合作过程培养团队协作与问题解决能力。

（三）探究活动四：

使用与思考地球仪

（10分钟）

1.操作演练：制作完成后，组织各小组进行“地球仪探秘”小竞赛。

-任务1：快速指出赤道、北极、南极。

-任务2：描述从你所在的城市（大致经纬度）出发，沿某条经线一直往北会到达哪里？

-任务3：想象一下，一架飞机从赤道沿本初子午线向北飞，它的航线在地球仪上是怎样的曲线？（引出“大圆航线”概念雏形）。

2.深度思辨：引导学生对比自己制作的地球仪和专业地球仪、卫星拍摄的地球照片。

-提问1：“我们的地球仪上，经线和纬线是真实存在的吗？”（明确：是人为设定的坐标网格，用于定位。）

-提问2：“地球仪完美地表示了地球吗？它有什么缺点？”（引导说出：无法表示细节地形；携带不便；展示的是地球“外面”，我们生活在“里面”；无法同时看到所有区域。）

-提问3：“既然有缺点，为什么我们还要用它？地图不是更方便吗？”（引导理解地球仪在保持形状、面积、方向、距离关系上比平面地图失真小，是学习全球性空间关系的理想工具。）

1.积极参与操作竞赛，熟练运用自己制作的地球仪，完成空间定位与路径描述的挑战任务。

2.在教师引导下进行深度思考与讨论：

-理解经纬线是人为的坐标系统。

-辩证地分析地球仪作为模型的优点与局限性。

-比较地球仪与地图的差异，初步认识不同空间表征工具的特点与适用场景。

通过竞赛激发兴趣，巩固对地球仪要素的识别与应用能力。思辨环节至关重要，引导学生超越工具使用层面，进入对科学模型本质的思考，培养批判性思维和元认知能力。理解模型的“简化”与“失真”，是形成科学建模思想的关键一步。

（四）总结拓展，情感升华

（5分钟）

1.知识结构化总结：师生共同总结本单元核心知识框架：从对地球形状的探究（证据与结论），到对其大小的量化认识，最后到用地球仪模型进行空间表征。强调“证据-模型-应用”的科学认知路径。

2.联系现代科技：简要展示GPS导航系统界面、谷歌地球软件的三维球体模式。指出：“今天，我们对地球的认知已经深入到毫米级，并实现了数字化、实时化。但地球仪作为经典的物理模型，其教育价值与直观魅力依然不可替代。”

3.情感价值引领：播放一段从国际空间站俯瞰地球的震撼视频（蓝色星球，无国界线条）。结语：“通过这两节课的探索，我们不仅认识了地球的形状、大小和模型，更重走了人类科学认知的一段伟大旅程。希望这颗在黑暗中闪耀的蓝色星球，能激发你们不断探索的好奇心，也提醒我们所有人，共同珍惜和保护这个在浩瀚宇宙中我们唯一的家园。”

1.参与总结，在脑海中形成完整的知识网络。

2.观看现代科技应用展示，感受科学与技术的结合。

3.观看地球视频，在震撼的视觉体验和教师话语中，升华对地球的科学认知与情感认同。

构建完整的知识体系，提升学习结构化水平。联系前沿科技，体现科学的时代性，拓宽学生视野。最后的情感升华，将科学教育延伸至生命教育、责任教育，落实科学态度与社会责任的培养目标，实现立德树人的根本宗旨。

七、教学评价设计

1.过程性评价：

1.2.课堂观察：教师通过巡视，记录学生在小组讨论、实验操作、模型制作、汇报展示中的参与度、合作情况、思维深度及科学用语规范性。

2.3.学习任务单：分析学生在探究活动记录表、数据计算、证据链图示、思辨问题回答等方面的完成质量，评估其对核心概念的理解程度和探究技能的掌握情况。

3.4.地球仪模型作品：根据“要素完整性（地轴、两极、赤道、本初子午线）、制作精度（比例协调、标识清晰）、合作过程”等维度进行小组作品评价。

5.总结性评价（课后作业）：

1.6.基础巩固：绘制一幅思维导图，总结证明地球是球体的多种证据。

2.7.应用实践：给定家乡城市的经纬度（近似值），在地球仪上找到其大致位置，并描述它位于哪个大洲、在赤道的南或北、本初子午线的东或西。

3.8.拓展探究（选做）：查阅资料，了解除了课堂提到的，还有哪些现代科技手段（如重力测量、卫星激光测距）能精确测定地球的形状和大小，撰写一份200字左右的简要报告。

八、板书设计（两课时统筹）

认识地球：从形状证据到空间模型

一、地球的形状：两极稍扁、赤道略鼓的椭球体

证据链：

航船现象→曲面（光直射）→否定“平面”

星空变化→球面观测差异

月食影子→平行光下唯球体投影恒圆

二、地球的大小（量化）

平均半径：约6371km