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《证明地球在自转》教学设计 学段年级 小学五年级（下册） 学 科 科学 教材版本 教科版 课时说明 第四单元第3节 教师单位 北京师范大学南山附属学校（小学部） 教师姓名 李梦瑶 【教学内容分析】 本单元围绕着“地球的运动”主题进行，对于相对运动的思考方式要求非常高，但是 又没有上升到清晰掌握概念的程度，而是形成一个相对运动的认识，并且可以通过这个认 识进行推理，这是整个单元教学中比较困难的一个点，也是本节课的难点所在。如果想让 学生顺利理解人类利用“傅科摆”证明地球在自转，那么在实验体会的基础上就必须着重 增加思维引导的强度。 在教材内容的上下关联上：第一课“昼夜交替现象”，让学生摒弃常识束缚，通过现 象严密的推导出可能的运动模型，这里已经涉及到相对运动的概念。再经过模拟实验分析 哪些假设是可以推翻的，哪些是不能推翻的。在这个过程中认识到模拟实验是研究宇宙问 题的一种方法，同时也了解了如何建立模拟实验。这些学习方法和思维方式在本节课“证 明地球的自转”中也都有使用，提前打下了方法基础。 第二节“人类认识地球及其运动的历史”，又给本节课打下了历史背景基础，也隐含 了“学说的建立需要现实证据的支持”的观点，为本节课进一步建立“科学是需要证实 的”观点打下基础。本节课还应用到了“摆”这个工具，在上一个单元“时间的测量”的 学习中有四节课都涉及“摆”的内容，已经打下了知识基础。 【学习者分析】 在前面的学习中学生已经知道了：摆的概念和研究方法，初步建立了相对运动的概念， 理解了学说的建立需要现实证据，以及模拟实验的方法。本节课需要实验研究摆的摆动方 向不变的特性，并根据这个特性和“傅科摆”的现象，利用相对运动的思想，推理出地球 在自转，是一个比较有难度的问题。需要跟学生生活经验产生“联结”，才能更加顺利的 理解。 本节课主线任务是通过“摆不转动”和“傅科实验中摆转动的现象”推理出“地球转 动”，支线任务是实验得出“摆不转动”的结论，也需要大量的时间，需要采取策略帮助 学生保持学习思路的清晰。 对于学生来说旋转方式的相对运动还比较难以理解， 通过推理虽然可以得出地球在动 的结论但是依然不那么清晰明白，所以本节课需要增加更加直观的模拟，让学生对于傅科 摆证明地球自转的过程清晰呈现。 【教学目标】 一、知识与技能 （1）摆具有保持摆动方向不变的特点； （2）“傅科摆”摆动后，地面的刻度盘会与摆动方向发生偏移，这可以证明地球在 自转。 二、过程与方法 （1）通过摆的实验探究，了解摆的特点，并借此理解“傅科摆”的原理； （2）通过现场“傅科摆”的记录和提供的有关“傅科摆”的资料，进行分析和推理， 得出地球在自转的结论。 （3）通过模拟实验理解理解人类是如何直接证明地球在自转的。 三、情感态度价值观 （1）懂得地球自转是需要实证的，进一步理解科学是需要实证的； （2）认识到地球的自转虽然无法直接观察到，但通过实验，仍可以证实，这是人类 思维的力量。 四、思维目标 （1）通过“流程图”帮助学生梳理实验探究过程，保持学习思路的清晰； （2）通过“桥形图”培养类比的思维能力，在引入部分梳理人类认识地球自转的过 程，帮助学生建立科学是需要实证的认识；帮助学生利用生活经验推理地球在自转；帮助 学生梳理和理解模拟实验的方案。 重难点：理解傅科通过“傅科摆”证明地球在自转的推理过程。 【教学设计思路】 引入课题 → 聚焦问题 → 实验探究 → 分析推理 → 模拟验证 → 总结拓展 【教学过程】 一、引入： 回顾上一节课“人类认识地球及其运动的历史”内容，引出证实了地球自转的傅 科和他的“傅科摆”。用“桥形图”进行呈现，帮助学生理解科学是需要实证的， 并引出课题——“证明地球在自转”。 （设计意图：创建问题背景，引出课题。） 二、新授： 1. 聚焦问题：在卫星出现之前，被禁锢在地球表面的人们是怎样根据这个现象推理 出地球在自转的。 2. 播放视频“博物馆里傅科摆”，看到现象：摆的摆动方向会均匀缓慢的旋转。 根据现象提出问题：我们上一单元做摆的研究实验，正常情况下摆的摆动方向是 不变的，那如果摆的底座和支架旋转了呢？摆的摆动方向会随着底座转动吗？ （设计意图：现象引发兴趣，创建问题情境。） 3. “摆的实验”研究摆的摆动方向： （1）对于实验结果进行推测：拿出实验装置，提问引发认知冲突：如果我们旋转摆 的底座，摆的摆动方向会不会跟着底座旋转起来呢？一部分同学会认为可以跟随 旋转，一部分则认为不会旋转，因为跟底座不接触没关系，或是认为小范围跟随。 （设计意图：引发新知识与原认知的冲突，以及学生间不同认知的冲突，激发探 究兴趣。） （2）说明实验方法和注意事项，说明记录方法：填写“跟着旋转”、“基本不变”， 出现其他现象填写“其他”并需要口头进行具体描述； （设计意图：聚焦在是会跟着旋转还是不变，突出主要关注点，减少与主题无关 现象的影响） （3）分组实验，同时老师分组指导并拍摄视频； （4）汇总现象：每组派代表填写现象； （设计意图：可视化展示学生实验的现象，形成统一的认识或是体现少数冲突认 识，为少数问题的分析和同化过程打下基础，借此锻炼学生的批判性思维。） （5）分析结论：展示分组实验时拍摄的实验视频，并得出结论摆的摆动方向基本不 变，会有小范围的画圈但是不会跟随底座旋转。 （设计意图：完全符合现象实际的进行总结，体现对于证据的重视，呼应课程开 始时候提出的：科学需要实证。） 4. 呈现问题冲突： “傅科摆”转动了，但是摆动方向又不会变，这是怎么回事？ 引导学生思考生活中是否也有这样的事情发生：看起来他动了，但其实他没动。 有的学生会说出坐汽车的生活体验： “汽车与树”的实际例子（具体）； 有的学生还能说出“相对运动”，可以给予肯定，但是不必将概念说明清楚：这 确实是相对运动的现象（抽象）。 用“桥形图”进行类比的方式引导学生推理地球在自转（具体） 。 （设计意图：让难懂的推理过程与现实情境产生“联结”，利用“桥形图”让学 生进行类比，可以顺利完成推理。） 5. 模拟实验验证： （1）利用“桥形图”说明模拟的方案； （2）投屏演示模拟实验：以深圳为例进行模拟。 （设计意图：实际模拟加深理解人类是如何通过“傅科摆”的现象说明地球自转 的，利用实际现象帮助学生进行类比和推理。） 三、总结与拓展： 1. 总结“傅科摆”的现象可以证明地球在自转。 2. 地球自转情况的事实反应拓展：河流冲刷，马桶抽水的旋转方向，激发学生发现 地球自转证据的兴趣。 【板书设计】 【“思维发展型课堂”教学反思】  问题情境： 创设了两个问题情境： 1. 在引入部分介绍人类在认识地球自转的历史过程，通过背景情境的创设引出课题， 帮助学生聚焦问题：在卫星出现之前，被禁锢在地球表面的人们是怎样根据这个现象推理 出地球在自转的。学生在这个过程中不仅在情境中发问，而且加深了对于“科学需要实 证”的理解。 2. 在新授的开始播放视频“博物馆里傅科摆”，创设傅科的实验情境，帮助聚焦有 关摆的摆动方向的问题，引出后面的探究。学生通过现象的观察能够顺利聚焦到后面的实 验探究，活动目标更加明确。  认知冲突： 本课设计了两次认知冲突： 1. 在研究摆动方向规律的实验前让学生先进行推测，呈现原有认知，在实验验证的过程中 会出现原有认知与新认知的冲突；同时不同学生的不同认知也呈现了认知冲突。帮助 学生提高探究兴趣和参与度。学生们激烈讨论，仔细实验，对于实验的现象的记忆更 加深刻了。 2. “傅科摆”转动的现象与摆动方向不变的探究结论有冲突，提高了学生在重难点部分的 证实 注意力集中的程度，通过提炼让学生联系身边生活，在新知识与原有知识之间产生联 结，突破本课重难点。  可视化： 1. 为了梳理本节课的思维过程，利用“流程图”进行了可视化呈现实验探究过程：推测结 果→确定方法→探究实验→分析总结，让学生理清思路。但是为了不要打乱主线任务 的思路没有呈现在板书上，呈现在了课件中。 2. 在引入部分利用“桥形图”对于两个重要人物和贡献和经历进行了梳理和对比，帮助学 生理解了“科学需要实证”的观点并且引出课题：证明地球在自转，让学生认识到本 节课的意义和价值。 3. 在类比推理地球在自转的部分利用“桥形图”呈现，一个是将本节课的内容串连起来， 形成紧密联系，学生可以一目了然不胡乱；第二是，利用“桥形图”的类比作用，让 新的推理过程摆的摆动平面与地球表面形成了“相对旋转”，和原有经验汽车和树木 形成了“相对运动”，两种现象产生联系，顺利完成新的推理过程。 4. 在模拟实验部分利用“桥形图”对模拟方法中的原型和模拟物品进行可视化呈现，帮助 学生学习宇宙单元的模拟方法，帮助理解实验装置和实验现象的意义。  其他教学反思内容： 以往本节课都是让学生老师感到头痛的一节课，一是因为摆动方向不变的探究实 验不好做，由于摩擦等问题的影响，实验结果不够理想，不够明显；而是因为实验占 据很多时间，导致原来的主线思维过程被打断，以及通过“傅科摆”现象得出地球自 转结论的推理过程比较困难。所以上完这节课很多学生都会觉得迷迷糊糊，似懂非懂。 为了解决这些问题我进行了以下改进： 1. 将实验目标改进得简明化、大略化，因为实验仪器和学生理解水平的限制和综合考虑， 不能够完全研究得到摆的摆动方向的严密的规律，所以直接将实验目标改进为“摆的 摆动方向是否会旋转”的验证实验； 2. 实验总结时，既要得出主要结论，也要尊重实验事实，对学生提出的微小现象进行分析 讨论，锻炼学生进行批判性的思维和符合实际的分析能力； 3. 经过加强思维引导的改进，让学生能够紧扣本课的思维主线，作为重难点的推理过程也 变得更加轻松； 4. 增加了模拟实验环节，虽然推理上可以理解地球自转，但是很难弄懂，不够清晰和直观， 所以增加此环节。设计制作了演示教具，让学生可以在宇宙视角直观看到偏转现象的 发生。这个过程需要解释模拟器材的模拟方法，利用“桥形图”可以清晰的将这个过 程呈现。 【素材资源】 分组实验记录表： 摆的摆动方向是否会跟随底座旋转的实验记录表 （填写“跟着旋转”，“基本不变”，“其他”） 底座和支架的转动情况 摆的摆动方向 转动 90° 转动 180° 转动 360° 我的结论是 班级汇总记录表： 摆的摆动方向是否会跟随底座旋转的实验记录表 （在相应的现象下打“√”） 组别 摆动方向不变 跟随底座旋转 其他 第 1组 第 2组 第 3组 第 4组 第 5组 第 6组 第 7组 第 8组