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1、第九章第九章 9.3 银河系银河系 宇宙宇宙执教：上海市闵行区诸翟学校 乔利亚一、教学任务分析一、教学任务分析 “银河系、宇宙”是拓展型课程中的教学内容，属于宏观的物质结构，天体物理的范畴。 “银河系、宇宙”是物质主题下的二级主题。物质主题主要是让学生对物质结构的尺度有一个初步的认识，物质结构大到宇宙，小到微观粒子分子原子等。空间尺度的数量级从到。随着人类认识能力的提高，这个范围还会扩大。学生在科学的学习中对光年、银河系的形状大小和宇宙的起源已有一些初步认识。本节课通过进一步学习银河系、宇宙的基础知识，认识宏观的物质结构，感悟科学的宇宙观。这部分内容是物理学研究物体运动的一般规律和物质结构的重
2、要组成部分，是现代物理学研究的前沿领域天体物理学的基础。本节课以人类对宏观的物质结构的认识历程为主线，以银河系模拟实验和膨胀的宇宙模型模拟实验为基础，多媒体课件为手段，有关银河系的资料为辅助，让学生了解天体物理学的发展是人们在长期观察天体运行的基础上，逐渐认识银河系的结构和宇宙的过程。 本节课的教学要求学生通过模拟星系旋转实验，了解螺旋星系的形状和构成，知道银河系属于螺旋星系。通过简单的模型模拟宇宙的膨胀，了解人类对宇宙的认识，体验天体物理研究的曲折复杂过程，激发学生对科学研究的热情。 二、教学目标二、教学目标 1、知识与技能、知识与技能 （1）知道银河系的构成和星系分类。 （2）知道人类对宇
3、宙的初步认识。 2、过程与方法、过程与方法 （1）通过模拟实验，感受用模拟方法认识银河系空间结构的过程。 （2）通过模拟宇宙的膨胀，认识人类对宇宙探索的方法建立模型。 3、情感、态度与价值观、情感、态度与价值观 （1）通过了解人类对宇宙奥秘的探索过程，感知人类在探索宇宙奥秘过程中付出的艰辛努力和取得的部分成果，养成敢于质疑、勇于实践的科学态度。（2）通过了解人类对宇宙的最新探索，激发对宇宙奥秘的好奇心和物理学习的兴趣，感悟科学的宇宙观。三、教学重点和难点三、教学重点和难点 重点重点：银河系的特征。 难点难点：银河系的空间结构。 四、教学资源四、教学资源 1、器材：一次性塑料杯子、水、豆粉、筷子
4、、塑料小勺、气球、记号笔、60 厘米长的线和米尺。 2、课件：自制 PPT 幻灯片。 3、录像：关于银河系、星系和宇宙的视频。 五、教学设计思路五、教学设计思路 本设计的基本思路是：以介绍人类对银河系认识历程为主线，以“水漩涡中的豆粉运动”模拟实验为突破点，学生通过观看介绍银河系的视频及阅读关于银河系的资料，认识银河系结构和特征。通过教师介绍河外星系，学生认识不同星系形状和哈勃星系分类标准。学生通过简单的“吹大气球”模拟试验，模拟宇宙膨胀的情形，推测宇宙的起源。学生通过了解介绍天体物理的最新研究成果，激发探索太空的兴趣。本节课要突出的重点是银河系的特征。方法是：（1）教师介绍人类对银河系的认识
5、经历了长期观察、不断探索、大胆推测、及时修正、逐渐接近和认识银河系的真相的过程。（2）学生进行“水漩涡中的豆粉运动”模拟实验，模拟银河系恒星的运动，认识银河系的形状。 （3）运用银河系运行的模拟 flash 动画，让学生了解银河系的结构与特点。 本节课要突破的难点是银河系的空间结构。方法是利用“水漩涡中的豆粉运动”的模拟实验：豆粉颗粒相当于数千亿的恒星，水漩涡中心相当于银河系中心旋转，学生从正面和侧面观察，模拟银河系的正面和侧面形状，认识银河系属于螺旋星系。本设计通过两个模拟实验使学生形象化理解银河系、宇宙中天体运动规律和结构，运用多媒体介绍人类对银河系、宇宙曲折的探索过程，使学生了解最前沿的
6、研究领域“天体物理”关于宇宙学的最新进展，激起求知欲与探索宇宙的热情。 完成本设计的内容需要 1 课时。 六、教学流程六、教学流程 1.教学流程图教学流程图 情景 I 视频 1情景 II视频 2星系的结 构与特点活动 I学生实验 1情景 视频 3银河系 结构活动学生实验 2活动学生讨论情景 视频 4膨胀的宇 宙2、教学流程图说明、教学流程图说明 情景情景 视频 1 利用多媒体介绍从古至今人类对银河系的认识过程，了解人类曲折的探索过程和取得的成果。活动活动 学生实验 1学生模拟星系旋转，了解螺旋星系的构成，认识银河系属于螺旋星系。情景情景 视频 2播放银河系行星运行的 flash 动画，了解银河
7、系结构。活动活动 学生讨论分析人类积累的银河系有关资料，了解银河系的结构与特点。情景情景 视频 3哈勃星系分类法，各种类型星系的照片展示。活动活动 学生实验 2利用实物模拟的方法将膨胀的宇宙转化为直观的实物模拟实验。情景情景 视频 4播放膨胀的宇宙视频，使学生了解现代物理学最前沿的研究领域天体物理的最新进展。3、教学主要环节、教学主要环节 本设计可分为两个主要的教学环节。第一环节，通过介绍人类认识银河系过程，学生模拟实验和阅读，认识银河系结构和特征。 第二环节，通过介绍河外星系，学生了解不同星系形状和星系分类方法。通过模拟试验，学生了解宇宙膨胀的情形，以及天体物理的最新研究成果，激发探索太空的
8、兴趣。七、教案示例七、教案示例（一）引入（一）引入我们乘坐宇宙飞船，离开“太阳系”引出课题“银河系、宇宙” 。（二）新课（二）新课1银河系形状银河系形状（1）视频 1利用多媒体介绍从公元前 324 年亚里士多、托勒密的认为地球是宇宙中心的“地心说” ；公元 1579 年哥白尼的认为太阳是宇宙中心的“日心说” ；1610 年，意大利伽利略用望远镜证明“日心说”，太阳是宇宙的中心。1875 年英国天文学家威廉赫歇尔绘出扁平状银河系图。第一次提出了太阳系以外的新的天体系统，太阳在银河系的中心，是宇宙的中心，具有划时代的意义，人类认识的飞跃。1918 年美国天文学家沙普进行了四年认真的天体观测，否定了
9、太阳在银河系中心的观点，提出了太阳系在银河系的边缘人马座附近的观点。1926 年瑞典天文学家得布拉德认为银河系在转动，1927 荷兰天文学家奥尔特认为银河系绕着中心在自转。（2）学生模拟实验 1做法：用筷子快速搅动杯子里面的水，使水形成圆向流动的漩涡，随后将 1/2 调羹“豆粉”从中央撒入杯中，豆粉相当于数千亿的恒星。观察：停止搅动，观察“豆粉”颗粒在水漩涡中的情况，漩涡中心相当于银河系的中心，并把所看到的正面和侧面的形状画下来。 讨论：比较自己所画的图与所展示的银河系照片之间的异同，认识银河系的形状特征。了解引力和旋转速度影响星系的结构。（3）视频 2 播放银河系行星运行的 flash 动画
10、，认识银河系的形状及特征。结论；银河系的形状是中间厚边缘薄的螺旋形状。结论；银河系的形状是中间厚边缘薄的螺旋形状。2银河系结构银河系结构根据人类积累的银河系有关资料，讨论回答关于银河系宽厚是多少光年？银河系大约有多少颗恒星？太阳系位于银河系什么位置？距离银河系的中心有多远？宽 10 万光年、厚 1 万光年，银河系大约有 1000 多亿颗恒星，太阳系位于银河系的一个旋臂中，距银河系中心 2.6 万光年。结论：银河系是一个中间厚边缘薄的庞大的旋涡星系，他包容了约结论：银河系是一个中间厚边缘薄的庞大的旋涡星系，他包容了约 1500 亿颗恒星和无亿颗恒星和无数弥漫的气体、尘埃物质。数弥漫的气体、尘埃物
11、质。3河外星系特征河外星系特征（1）问题银河系以外是否有星系？各星系的特征是否相同？恒星数量是否一样多？（2）视频 31923 年美国天文学家哈勃首先发现银河系外的河外星系造父变星。应用视频和图片，介绍哈勃星系分类法。结论：星系是由一大群运动着的恒星，大量的气体和尘埃组成的物质系统。哈勃星系结论：星系是由一大群运动着的恒星，大量的气体和尘埃组成的物质系统。哈勃星系分类分类：螺旋星系，椭圆星系，棒圆星系，不规则星系和星云。螺旋星系，椭圆星系，棒圆星系，不规则星系和星云。4膨胀的宇宙膨胀的宇宙（1）问题你认为由星系组成的宇宙是静态不变的，还是不断变化的？是膨胀的还是缩小的？（）学生模拟实验 2做法
12、：请每组学生将一气球吹到直径 10 厘米，用笔在气球上分散画 6 个点记为 A-F，A 为银河系，其余代表其他河外星系。观察：记录六个点之间的距离，再次吹气直径增加 5 厘米，再次测量点之间的距离。重复三次。讨论：每次测量时，银河系与其他星系之间的距离是如何变化的，模拟宇宙的膨胀。（3）视频应用视频和图片，讲解天体物理理论，科学家根据观测到星系之间距离是增大的，从而提出宇宙是在膨胀，因此提出宇宙大爆炸理论。以及对宇宙探索的最新成果，使学生了解最前沿的天体物理研究领域。结论：宇宙是由大量星系和星云组成的物质系统，并且处在不断膨胀过程中。结论：宇宙是由大量星系和星云组成的物质系统，并且处在不断膨胀过程中。（三）知识运用（三）知识运用4宇宙之大，无奇不有。对茫茫宇宙来讲，我们只认识了其中很小的一部分。宇宙会永远膨胀下去吗？宇宙有没有边界？这一切都是谜，需要人类进行永恒地探索。5作业布置：小组查找资料，搜集二至三个有关“银河系” 、 “宇宙”的謎。
