5.1《從托勒密到開普勒》教學(xué)設(shè)計

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1、陜西府谷中學(xué)物理教研組資料——教學(xué)設(shè)計 5.1《從托勒密到開普勒》教學(xué)設(shè)計　 【設(shè)計理念】　　 設(shè)計理念是：提出問題→認(rèn)識發(fā)展到合理解釋。從托勒密研究解釋→哥白尼的研究成果→開普勒的三大定律→太陽是中心的認(rèn)識發(fā)展過程。重點使學(xué)生掌握開普勒三大定律，體現(xiàn)了科學(xué)精神推動了認(rèn)識發(fā)展?！　? 【教材分析】　　 本節(jié)內(nèi)容對全章教學(xué)起到引領(lǐng)的作用，同時又為本章重點內(nèi)容萬有引力定律的學(xué)習(xí)起到了鋪墊作用。本節(jié)內(nèi)容的突出特點是：知識容量很少，但學(xué)史內(nèi)容非常豐富。充分利用本節(jié)內(nèi)容可以較好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。因此，本節(jié)的教學(xué)設(shè)計應(yīng)立足于對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、科學(xué)思想方法的教育。讓學(xué)生在科學(xué)家關(guān)于天體運(yùn)動

2、的研究歷史中，感悟科學(xué)家求真、求簡的科學(xué)思想和科學(xué)精神。從學(xué)生已經(jīng)具有的知識基礎(chǔ)來講，學(xué)生對有關(guān)科學(xué)家的事例可能略知一二，但對科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造內(nèi)容的了解還不夠系統(tǒng)和準(zhǔn)確。因此，在教學(xué)過程中可以事先布置給學(xué)生一些學(xué)習(xí)任務(wù)，如閱讀教科書“人類對行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識”并查找關(guān)于描述天體運(yùn)動的歷史資料，在課堂上進(jìn)行交流。這樣做，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生獲取資料，合作交流的能力；另一方面，在整體背景下實施教學(xué)，有利于提高學(xué)生的認(rèn)知水平?！　? 【學(xué)情分析】　　 本節(jié)前學(xué)生已經(jīng)知道了解地球圍繞太陽運(yùn)動，月球圍繞地球運(yùn)動的相關(guān)常識。但對托勒密的地心說和開普勒的三大定律知道甚微，通過教師的引領(lǐng)、師生互動、美

3、麗傳說的故事講解，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，對本節(jié)課產(chǎn)生興趣。引導(dǎo)學(xué)生了解人們對宇宙認(rèn)識的托勒密的地心說和和哥白尼的日心說觀點，學(xué)生能夠了解歷史上人們對星體運(yùn)動的認(rèn)識過程，對開普勒行星運(yùn)動三大定律掌握?！　? 【教學(xué)目標(biāo)】　　 知識與技能：　　 1、了解人類對天體運(yùn)行探究的歷史?！　? 2、知道托勒密、哥白尼、第谷、開普勒的研究過程、研究結(jié)果及其歷史意義。　　 3、掌握開普勒行星運(yùn)動三定律，會運(yùn)用它分析求解行星運(yùn)行周期及軌道半徑等問題。　　 過程與方法：　　 通過對人類對天體運(yùn)行研究歷史的回顧，體會觀察與探究方法、模型與數(shù)學(xué)方法的意義，養(yǎng)成觀察與探究及數(shù)理結(jié)合的習(xí)慣與意識?！　? 情感

4、態(tài)度與價值觀：　　 體會科學(xué)研究的艱辛及真理的來之不易，感悟科學(xué)家百折不撓獻(xiàn)身真理的態(tài)度和精神，體會物理發(fā)展對社會進(jìn)步及文化與思想發(fā)展的推動作用?！　? 【重點難點】　　 教學(xué)重點：　　 開普勒行星運(yùn)動三定律.　　 教學(xué)難點：　　 對開普勒行星運(yùn)動三定律的理解和科學(xué)思想方法的滲透，用開普勒定律解決有關(guān)天體運(yùn)動問題 　　 【教學(xué)環(huán)境】 多媒體教室課件資料　　 【教學(xué)方法】 講授、討論、交流、引導(dǎo)法　　 【教學(xué)思路】　　 通過對地心說、日心說的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解托勒密的地心說體系錯誤的。但在預(yù)報行的位置上起過較好的作用。對發(fā)展天文學(xué)研究方法有一定的積極意義?！　? 哥白尼糾正了

5、地心說的錯誤，提出了日心說體系，這標(biāo)志著人類宇宙的這次革命性的進(jìn)步是一次偉大的飛躍。但日心說仍然與事實不符，有很大的局限性?！　? 本節(jié)課的重點應(yīng)放在行星運(yùn)動三大定律的內(nèi)容上，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對定律的理解，為下節(jié)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。還應(yīng)使學(xué)生了解科學(xué)家們在探索路上的合作精神，認(rèn)識探索的艱辛和人的主觀能動性。感受科學(xué)家成功的喜悅，贊賞各位科學(xué)家的巨大貢獻(xiàn)?！　? 【教學(xué)過程】　　 環(huán)節(jié)一：導(dǎo)入新課　　 播放璀璨星空的視頻　　 【百度視頻】　　 【學(xué)生活動】 看視頻思考并討論：行星在運(yùn)動過程中遵循什么規(guī)律以及如何發(fā)現(xiàn)這些規(guī)律的？　　 【教師活動】 從本節(jié)課開始，我們將開始了解人類對天體運(yùn)

6、行規(guī)律認(rèn)識的歷史，探究掌握與天體運(yùn)行有關(guān)的物理規(guī)律與方法，領(lǐng)略第谷、開普勒、牛頓等科學(xué)巨匠的科學(xué)風(fēng)采?！　? 【設(shè)計意圖】 通過引課，美麗又神秘的星空從感官上直接激發(fā)學(xué)生探索行星運(yùn)動的好奇心。使學(xué)生產(chǎn)生遐想，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣?！　? 環(huán)節(jié)二：新課教學(xué)　　 托勒密的宇宙模型---地心體系---九重天模型　　 【教師活動】請同學(xué)們閱讀課文《托米勒集古代天文學(xué)研究之大成》。閱讀交流后請同學(xué)們思考，并回答下列問題：（教師用投影片出示思考題）　　 1.古代人對天體運(yùn)動存在哪些看法？　　 2.托勒密的“地心說”觀點是什么？　　 3.該種學(xué)說統(tǒng)治時間更長？為什么?　　 ? 【學(xué)生活動】學(xué)生認(rèn)真

7、看課本，閱讀交流后回答：（師生互動）　　 1、元前400年。古希臘天文學(xué)家認(rèn)為天體是一個透明的球殼，所有的天體在球殼上，圍繞地球做圓周運(yùn)動；　　 2、公元150年，古希臘天文學(xué)家托米勒構(gòu)建的宇宙“地心體系”---九重天模型?！　? 3、預(yù)報較長時間內(nèi)的行星位置、日食和月食的發(fā)生，順利解釋許多天文現(xiàn)象。在由于符合人們坐地觀天的習(xí)慣、地球不動、宇宙中心的觀念，一直傳到15世紀(jì)。歷經(jīng)近1400年。　　 4、評價：雖然現(xiàn)在認(rèn)為“地心說”是錯誤的，但在天文學(xué)研究方法上有一定的積極意義，對恒星進(jìn)行定位坐標(biāo)系，至今還在應(yīng)用?！　? 【設(shè)計意圖】使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，了解古人的研究成果，了解托米勒宇宙“地心

8、體系”---九重天模型?！　? 環(huán)節(jié)三：哥白尼的“日心體系”說---太陽模型　　 【教師活動】請同學(xué)們認(rèn)真閱讀課本第80頁《哥白尼迎來了科學(xué)的春天》學(xué)生思考下列問題：　　 1、哥白尼認(rèn)為宇宙的中心是什么？　　 2、僅從參考系的選取來說，兩學(xué)說中的參考系，哪個選取較好？為什么?　　 【學(xué)生活動】學(xué)生認(rèn)真閱讀課本，閱讀完畢后，同伴交流并回答問題。　　 ? 1、哥白尼《天體運(yùn)行論》提出：太陽位于宇宙的中心，且是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動。這就是哥白尼的“日心體系”說---太陽系模型。計算出了每顆行星繞太陽運(yùn)行的周期和距離。這是人類第一次給出了宇宙大小的尺度?！　? 2、托勒密

9、理論：地球位于宇宙的中心，而且是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動。地心說的錯誤在于地球并不是靜止的，如果用相對運(yùn)動的觀點，地球為參考系研究其他天體的運(yùn)動會更復(fù)雜?！　? 3、取太陽為參考系較好。因為把地球作為參考系，各行星與恒星的運(yùn)動會更復(fù)雜?！　? 【設(shè)計意圖】是學(xué)生了解哥白尼的“日心說”，這是天文學(xué)上的一次革命，打破了神學(xué)對科學(xué)的禁錮，更重要的是有力的推導(dǎo)了歐洲文藝復(fù)興時代思想解放的浪潮。　　 環(huán)節(jié)四.開普勒提出行星運(yùn)動三定律　　 【教師活動】[教師引領(lǐng)]哥白尼的“日心體系”說---太陽系模型，雖然取得了很大的成功，但沒有逃脫天體做勻速圓周運(yùn)動的束縛。而和丹麥天文學(xué)家第谷

10、的觀察數(shù)據(jù)不符。請同學(xué)們閱讀課本第81頁，并交流、討論下列問題　　 1、“日心說”的觀點絕對正確嗎？　　 2、誰又提出了新的觀點？提出三定律所經(jīng)歷的過程是什么？　　 ? 【學(xué)生活動】學(xué)生認(rèn)真閱讀課本，同伴交流并回答上述問題。　　 1哥白尼的日心說也有缺點和錯誤，這就是：(1)太陽是宇宙的中心，實際上，太陽只是太陽系中的一個中心天體，不是宇宙的中心；（2）沿用了行星在圓形軌道作勻速圓周運(yùn)動的舊觀念，實際上行星軌道是橢圓的，速度的大小也不是恒定的。　　 2開普勒提出了新的觀點。開普勒的研究，主要應(yīng)了解他在科學(xué)上的刻苦鉆研精神，他堅信第谷觀察的準(zhǔn)確性，后人稱：是第谷的眼睛與開普勒的頭腦相

11、結(jié)合發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動定律。他們是科學(xué)合作的典范?！　? 【教師活動】教師強(qiáng)調(diào)：同學(xué)們，前人的這種對問題的一絲不茍、孜孜以求的精神值得大家學(xué)習(xí).我們對待學(xué)習(xí)更應(yīng)該是腳踏實地，認(rèn)認(rèn)真真，不放過一點疑問，要有熱愛科學(xué)、探索真理的熱情及堅強(qiáng)的品質(zhì)，來實現(xiàn)你的人生價值?！　? 教師提出問題：三定律的內(nèi)容各是什么？各揭示了什么規(guī)律？　　 【學(xué)生活動】學(xué)生參考課本第81頁，回答提問：　　 開普勒第一定律（軌道定律）所有的行星圍繞太陽運(yùn)行的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個公共焦點上?！　? ? 第一定律揭示了行星運(yùn)動的軌跡以及與太陽的相對位置；　　 教師強(qiáng)調(diào)：行星運(yùn)動的軌道不是正圓，行星與太陽的距離

12、一直在變。有時遠(yuǎn)離太陽，有時靠近太陽。它的速度的大小、方向時刻在改變。(數(shù)學(xué)中未學(xué)橢圓，播放Flash課件，這樣效果很好，很直觀，讓同學(xué)能看到三維的立體畫面，讓同學(xué)們的感性認(rèn)識又提高一步。)　　 開普勒第二定律（面積定律）對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積?！　? ? 第二定律揭示了，行星運(yùn)動的快慢；　　 開普勒第三定律（周期定律）所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。　　? 教師強(qiáng)調(diào)：　　 每個行星的橢圓軌道只有一個，但是它們運(yùn)動的軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值是相等的。我們用a表示橢圓的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，表達(dá)式

13、可為：a3/T2=k要求學(xué)生理解a3/T2=k中各字母的物理意義?！　? 第三定律揭示了，半長軸與周期之間的關(guān)系?！　? 【教師活動】.顯然K是一個與行星本身無關(guān)的量，同學(xué)們想一想，K有可能與什么有關(guān)呢？k取決于中心天體（太陽）有關(guān)而與繞行天體（行星）無關(guān)的常數(shù)。第二節(jié)課學(xué)習(xí)后，同學(xué)們將能詳細(xì)的理解k的有關(guān)物理量?！　? 【學(xué)生活動】認(rèn)真聽講，做好筆記?！　? 【教師活動】衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動規(guī)律是否遵循行星運(yùn)動三定律？為什么？　　 開普勒行星運(yùn)動三定律，雖然是由行星運(yùn)動總結(jié)出的規(guī)律，但它不僅適用于行星的運(yùn)動也適用于其他天體系統(tǒng)的運(yùn)動，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船以及其他探測器相對于各自的系統(tǒng)等。所

14、以衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動規(guī)律遵循行星運(yùn)動三定律?！　? 設(shè)計意圖：鍛煉學(xué)生閱讀理解能力，使學(xué)生能正確理解行星運(yùn)動三定律。同時展現(xiàn)人類探究自然科學(xué)、追求真理的艱辛歷程和堅忍不拔的精神，體現(xiàn)了科學(xué)的發(fā)展和人類認(rèn)識的不斷擴(kuò)展與深化?！　? 環(huán)節(jié)五.課堂練習(xí)　　 【教師活動】請同學(xué)們用“P80頁信息瀏覽中的數(shù)據(jù)，對照開普勒定律。對各行星的運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略評估?！　? 【學(xué)生活動】在練習(xí)本上計算（教師巡回檢查）　　 設(shè)計意圖：加深理解定律?！　? 環(huán)節(jié)六： 小結(jié)及評價　　 對本節(jié)的主要內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)：　　 1、托勒密的宇宙模型---地心體系---九重天模型　　 2、哥白尼的“日心體系”說---太陽模型

15、　　 3、開普勒行星運(yùn)動三定律　　 同時練習(xí) 檢測學(xué)生對本節(jié)知識的理解和掌握情況，對教師教學(xué)做出評價?！　? 環(huán)節(jié)七：.家庭作業(yè)及活動　　 書面作業(yè)：課本第82頁：2、3題。　　 課后交流：請去圖書館或上網(wǎng)收集有關(guān)人類對天體運(yùn)動研究中的有關(guān)故事，在同學(xué)們之間交流。　　 板書設(shè)計：　　 ?　　 　?　 【教學(xué)反思】　　 本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容知識容量很少，主要都是學(xué)史教學(xué)，需要大量的史實資料，借助網(wǎng)絡(luò)多媒體這個平臺，為本節(jié)課的教學(xué)展開了方便之門。同時，將宇宙中行星的運(yùn)動生動地展示給學(xué)生，不但其容易理解，更可以激發(fā)學(xué)生認(rèn)識自然的樂趣和提高從事科學(xué)研究的信心。將枯燥的學(xué)史通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)合成一個生動的探究過程，把握學(xué)生的認(rèn)知心理，為今后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)?！　? 第8頁