5.1《从托勒密到开普勒》教学设计

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陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计5.1《从托勒密到开普勒》教学设计　【设计理念】　　设计理念是：提出问题→认识发展到合理解释。从托勒密研究解释→哥白尼的研究成果→开普勒的三大定律→太阳是中心的认识发展过程。重点使学生掌握开普勒三大定律，体现了科学精神推动了认识发展。　　【教材分析】　　本节内容对全章教学起到引领的作用，同时又为本章重点内容万有引力定律的学习起到了铺垫作用。本节内容的突出特点是：知识容量很少，但学史内容非常丰富。充分利用本节内容可以较好的激发学生学习物理的兴趣。因此，本节的教学设计应立足于对学生进行科学精神、科学思想方法的教育。让学生在科学家关于天体运动的研究历史中，感悟科学家求真、求简的科学思想和科学精神。从学生已经具有的知识基础来讲，学生对有关科学家的事例可能略知一二，但对科学家的发现、发明、创造内容的了解还不够系统和准确。因此，在教学过程中可以事先布置给学生一些学习任务，如阅读教科书“人类对行星运动规律的认识”并查找关于描述天体运动的历史资料，在课堂上进行交流。这样做，一方面可以培养学生获取资料，合作交流的能力；另一方面，在整体背景下实施教学，有利于提高学生的认知水平。　　【学情分析】　　本节前学生已经知道了解地球围绕太阳运动，月球围绕地球运动的相关常识。但对托勒密的地心说和开普勒的三大定律知道甚微，通过教师的引领、师生互动、美丽传说的故事讲解，能够激发学生的学习潜能，对本节课产生兴趣。引导学生了解人们对宇宙认识的托勒密的地心说和和哥白尼的日心说观点，学生能够了解历史上人们对星体运动的认识过程，对开普勒行星运动三大定律掌握。　　【教学目标】　　知识与技能：　　1、了解人类对天体运行探究的历史。　　2、知道托勒密、哥白尼、第谷、开普勒的研究过程、研究结果及其历史意义。　　3、掌握开普勒行星运动三定律，会运用它分析求解行星运行周期及轨道半径等问题。　　过程与方法：　　通过对人类对天体运行研究历史的回顾，体会观察与探究方法、模型与数学方法的意义，养成观察与探究及数理结合的习惯与意识。　　情感态度与价值观：　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计体会科学研究的艰辛及真理的来之不易，感悟科学家百折不挠献身真理的态度和精神，体会物理发展对社会进步及文化与思想发展的推动作用。　　【重点难点】　　教学重点：　　开普勒行星运动三定律.　　教学难点：　　对开普勒行星运动三定律的理解和科学思想方法的渗透，用开普勒定律解决有关天体运动问题　　【教学环境】多媒体教室课件资料　　【教学方法】讲授、讨论、交流、引导法　　【教学思路】　　通过对地心说、日心说的学习，使学生了解托勒密的地心说体系错误的。但在预报行的位置上起过较好的作用。对发展天文学研究方法有一定的积极意义。　　哥白尼纠正了地心说的错误，提出了日心说体系，这标志着人类宇宙的这次革命性的进步是一次伟大的飞跃。但日心说仍然与事实不符，有很大的局限性。　　本节课的重点应放在行星运动三大定律的内容上，通过学习，使学生加深对定律的理解，为下节学习打好基础。还应使学生了解科学家们在探索路上的合作精神，认识探索的艰辛和人的主观能动性。感受科学家成功的喜悦，赞赏各位科学家的巨大贡献。　　【教学过程】　　环节一：导入新课　　播放璀璨星空的视频　　【百度视频】http://www.tudou.com/programs/view/6rFDMPS-rc4　　【学生活动】看视频思考并讨论：行星在运动过程中遵循什么规律以及如何发现这些规律的？　　【教师活动】从本节课开始，我们将开始了解人类对天体运行规律认识的历史，探究掌握与天体运行有关的物理规律与方法，领略第谷、开普勒、牛顿等科学巨匠的科学风采。　　【设计意图】通过引课，美丽又神秘的星空从感官上直接激发学生探索行星运动的好奇心。使学生产生遐想，激发学生学习兴趣。　　环节二：新课教学　　托勒密的宇宙模型---地心体系---九重天模型　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计【教师活动】请同学们阅读课文《托米勒集古代天文学研究之大成》。阅读交流后请同学们思考，并回答下列问题：（教师用投影片出示思考题）　　1.古代人对天体运动存在哪些看法？　　2.托勒密的“地心说”观点是什么？　　3.该种学说统治时间更长？为什么?　　 【学生活动】学生认真看课本，阅读交流后回答：（师生互动）　　1、元前400年。古希腊天文学家认为天体是一个透明的球壳，所有的天体在球壳上，围绕地球做圆周运动；　　2、公元150年，古希腊天文学家托米勒构建的宇宙“地心体系”---九重天模型。　　3、预报较长时间内的行星位置、日食和月食的发生，顺利解释许多天文现象。在由于符合人们坐地观天的习惯、地球不动、宇宙中心的观念，一直传到15世纪。历经近1400年。　　4、评价：虽然现在认为“地心说”是错误的，但在天文学研究方法上有一定的积极意义，对恒星进行定位坐标系，至今还在应用。　　【设计意图】使学生产生好奇心，了解古人的研究成果，了解托米勒宇宙“地心体系”---九重天模型。　　环节三：哥白尼的“日心体系”说---太阳模型　　【教师活动】请同学们认真阅读课本第80页《哥白尼迎来了科学的春天》学生思考下列问题：　　1、哥白尼认为宇宙的中心是什么？　　2、仅从参考系的选取来说，两学说中的参考系，哪个选取较好？为什么?　　【学生活动】学生认真阅读课本，阅读完毕后，同伴交流并回答问题。　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计 1、哥白尼《天体运行论》提出：太阳位于宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。这就是哥白尼的“日心体系”说---太阳系模型。计算出了每颗行星绕太阳运行的周期和距离。这是人类第一次给出了宇宙大小的尺度。　　2、托勒密理论：地球位于宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。地心说的错误在于地球并不是静止的，如果用相对运动的观点，地球为参考系研究其他天体的运动会更复杂。　　3、取太阳为参考系较好。因为把地球作为参考系，各行星与恒星的运动会更复杂。　　【设计意图】是学生了解哥白尼的“日心说”，这是天文学上的一次革命，打破了神学对科学的禁锢，更重要的是有力的推导了欧洲文艺复兴时代思想解放的浪潮。　　环节四.开普勒提出行星运动三定律　　【教师活动】[教师引领]哥白尼的“日心体系”说---太阳系模型，虽然取得了很大的成功，但没有逃脱天体做匀速圆周运动的束缚。而和丹麦天文学家第谷的观察数据不符。请同学们阅读课本第81页，并交流、讨论下列问题　　1、“日心说”的观点绝对正确吗？　　2、谁又提出了新的观点？提出三定律所经历的过程是什么？　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计 【学生活动】学生认真阅读课本，同伴交流并回答上述问题。　　1哥白尼的日心说也有缺点和错误，这就是：(1)太阳是宇宙的中心，实际上，太阳只是太阳系中的一个中心天体，不是宇宙的中心；（2）沿用了行星在圆形轨道作匀速圆周运动的旧观念，实际上行星轨道是椭圆的，速度的大小也不是恒定的。　　2开普勒提出了新的观点。开普勒的研究，主要应了解他在科学上的刻苦钻研精神，他坚信第谷观察的准确性，后人称：是第谷的眼睛与开普勒的头脑相结合发现了行星运动定律。他们是科学合作的典范。　　【教师活动】教师强调：同学们，前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习.我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现你的人生价值。　　教师提出问题：三定律的内容各是什么？各揭示了什么规律？　　【学生活动】学生参考课本第81页，回答提问：　　开普勒第一定律（轨道定律）所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个公共焦点上。　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计 第一定律揭示了行星运动的轨迹以及与太阳的相对位置；　　教师强调：行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变。有时远离太阳，有时靠近太阳。它的速度的大小、方向时刻在改变。(数学中未学椭圆，播放Flash课件，这样效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步。)　　开普勒第二定律（面积定律）对于每一颗行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。　　 第二定律揭示了，行星运动的快慢；　　开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。　　 教师强调：　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计每个行星的椭圆轨道只有一个，但是它们运动的轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值是相等的。我们用a表示椭圆的半长轴，T代表公转周期，表达式可为：a3/T2=k要求学生理解a3/T2=k中各字母的物理意义。　　第三定律揭示了，半长轴与周期之间的关系。　　【教师活动】.显然K是一个与行星本身无关的量，同学们想一想，K有可能与什么有关呢？k取决于中心天体（太阳）有关而与绕行天体（行星）无关的常数。第二节课学习后，同学们将能详细的理解k的有关物理量。　　【学生活动】认真听讲，做好笔记。　　【教师活动】卫星绕行星的运动规律是否遵循行星运动三定律？为什么？　　开普勒行星运动三定律，虽然是由行星运动总结出的规律，但它不仅适用于行星的运动也适用于其他天体系统的运动，如人造卫星、宇宙飞船以及其他探测器相对于各自的系统等。所以卫星绕行星的运动规律遵循行星运动三定律。　　设计意图：锻炼学生阅读理解能力，使学生能正确理解行星运动三定律。同时展现人类探究自然科学、追求真理的艰辛历程和坚忍不拔的精神，体现了科学的发展和人类认识的不断扩展与深化。　　环节五.课堂练习　　【教师活动】请同学们用“P80页信息浏览中的数据，对照开普勒定律。对各行星的运动数据进行粗略评估。　　【学生活动】在练习本上计算（教师巡回检查）　　设计意图：加深理解定律。　　环节六：小结及评价　　第8页 陕西府谷中学物理教研组资料——教学设计对本节的主要内容进行小结：　　1、托勒密的宇宙模型---地心体系---九重天模型　　2、哥白尼的“日心体系”说---太阳模型　　3、开普勒行星运动三定律　　同时练习检测学生对本节知识的理解和掌握情况，对教师教学做出评价。　　环节七：.家庭作业及活动　　书面作业：课本第82页：2、3题。　　课后交流：请去图书馆或上网收集有关人类对天体运动研究中的有关故事，在同学们之间交流。　　板书设计：　　 　　　 　【教学反思】　　本节课的教学内容知识容量很少，主要都是学史教学，需要大量的史实资料，借助网络多媒体这个平台，为本节课的教学展开了方便之门。同时，将宇宙中行星的运动生动地展示给学生，不但其容易理解，更可以激发学生认识自然的乐趣和提高从事科学研究的信心。将枯燥的学史通过网络结合成一个生动的探究过程，把握学生的认知心理，为今后的学习打下坚实的基础。　　第8页