小学科学教师入门十课
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|第四节|天文观察课

天文观察课型的教学通过对小学生身边常见的星体,如太阳、地球、月球、星星的观察活动,了解不同星体的运动特征,发现它们的运行规律。通过对这些星体运动的观察和观测,建构星体运动的模型,开展模拟实验活动,展开逻辑推理研究,将观察所得和观察解释结合起来,经历探究的历程,初步建立科学的宇宙空间观。

天文观察课主要包含以下四块内容:

一是对地球运动现象的观察。主要包括地球沿着地轴从西向东自转,形成有规律的昼夜交替现象,观察了解地球自转的方向、周期;了解地球自西向东公转的周期和规律,知道公转与四季形成之间的关系。

二是对太阳运动现象的观察。主要包括太阳每天在天空中东升西落的现象,物体影子在太阳光的照射下的变化,利用太阳辨别方向。

三是对月球运动现象的观察。描述月相的变化过程,了解月相的变化原因和规律,知道月球运动周期。

四是对星星和星座的观察。学会如何观察星星,认识不同的星座,重点认识大熊座、小熊座、猎户座,详细辨识北极星、北斗七星的方向和位置。

天文观察课需要在观察进程中培养学生的观察能力。具体来说,在观察太阳运动、影子变化的过程中,要做好记录,特别是影子的方向、长短的记录。对月球在天空中的位置变化和月相变化做好记录,特别是月相的变化,要持续观察记录一个月左右;当中如涉及阴天、雨天等特殊天气,要引导和激励学生坚持观察,体验科学研究的艰辛,尽量让所有学生经历一个完整的观察流程。

案例1——观察太阳
【案例背景】太阳是小学生最熟悉的天体之一。从早晨到傍晚,学生常常通过各种方法去观察太阳,可是很少会将零散的知识串成一个体系,缺少对太阳运动的理性认识,至多只是对太阳的东升西落有大致了解,但是对太阳运动造成自然界的相关变化并没有太多的认识,比如说不知道太阳和影子之间的联系,不知道太阳和时间之间的联系。这些规律性的认识要在观察活动中予以提炼,使学生实现从一般认识到规律性认识的转变。

【案例描述】

教学环节一:认识太阳的高度和方位

师:同学们,除了阴天你们每天都能见到太阳,太阳每天是从同一个地方出来的吗?

生:我认为太阳应该是从同一个地方出来的。

师:如何判断是不是同一个位置呢?

生:我们可以每天观察太阳出来的位置。

生:我们可以看看太阳的高度。

生:还可以看看太阳出来的方向。

师:如何辨别太阳的高度呢?

生:我们可以借助身边的树木和建筑的高度来比照。

师:换了一个地点怎么判断呢?是否可以不借助建筑,只借助自己的身体呢?

生:我们可以用眼睛看。

师:这不太准确。我们可以借助自己的手臂和拳头。现在,让我们一起来试试用拳头测量一下教室里国旗的高度。

生:(全部参与测量)

师:学会用自己的拳头来做测量工具,我们可以用“几拳高”来描述一天当中任何时候的太阳位置。

教学环节二:认识阳光下影子的变化

师:伴随着太阳出来的,还有物体的影子,你们观察过物体的影子吗?影子一般在什么方向呢?

生:影子一般在人的后面。

师:树的影子呢?

生:在树的后面。

师:楼房的影子呢?

生:在楼房的后面。

师:有没有同学见过影子跑到大树、楼房的其他位置呢?

生:有,我看到学校楼房的影子有时在西面,有时在北面。

师:也就是说物体的影子会发生变化。这种变化的原因是什么呢?

生:因为太阳的位置会发生变化。

师:太阳位置的变化和影子的方向变化、长短变化有什么样的联系呢?我们一起来做个小实验研究一下。我们用铅笔和橡皮代表建筑物,用A4纸做记录纸,把铅笔插在橡皮上,将橡皮放在A4纸的中间部位,然后把不同时间段铅笔影子的方向和长度都记录下来,看看有什么发现。

生:(在不同的时间段观察、记录)

师:一节课完成不了对影子的观察,需要我们利用每个课间休息时间进行观察和记录。小组内的同学可以进行分工,确保每次都有观察者记录。

案例2——观察北斗七星和北极星
【案例背景】许多学生对于星空的认识都停留在表面。他们也许能够说出一些星星和星座的名称,但很少真正去观察天空。本课的教学目标首先要鼓励每一个学生能够在夜晚去观察星星。这里必然会遇到一些观察难题。第一个难题就是现代城市的光污染,让学生无法清晰地看到天空中的星星。第二个难题是孩子很少有机会走出高楼,在比较开阔的地带观察星空。同时,人们的生活节奏非常快,家长很少会陪同孩子去观察星空。这就需要科学老师做好沟通协调工作,尽可能动员家长在夜晚抽空陪同孩子观察星空。

【案例描述】

教学环节一:制造情境,走近星空

师:同学们,星空是个神奇的空间,有很多奇妙的现象,如果你站在夜晚的旷野里,你能够辨别东南西北四个方向吗?

生:能。

师:怎样才能知道呢?

生:指南针可以帮助我们。

师:如果不用指南针,还有什么方法能帮助我们?

生:通过天上的星星。

师:是的。今天这节课,我们就一起来认识天空中的星星,了解星星的名称和其中的奥秘,能帮助我们知道方向。

师:夜晚观察星星需要几个基本的条件:首先要在比较开阔的地方观察,在楼房里观察,视野会受到限制。其次要远离灯光明亮的地区。夜晚八点到九点是适合观察星星的时间,时间越晚观察效果越好。

教学环节二:认识北斗七星和北极星

师:怎样才能知道我们观察的星星是不是同一颗星星呢?

生:我们可以看它是不是在同一个方向。

生:我们可以看看它是不是在同一个高度。

师:同学们说得非常好,除此以外,我们还可以观察星星的亮度。有人把星空分成了88个区域,每个区域用动物或人名命名,比如大熊座和小熊座。今天我们就来认识大熊座中的北斗七星。北斗七星共有七颗星,外形像一个勺子(PPT出示北斗七星的图片)。你们猜猜看,北斗七星在天空中的样子一年四季有变化吗?

生:应该不会变化。

生:可能会发生变化。

师:我们来看看不同季节,北斗七星在星空中的位置。

生:我发现四季中北斗七星的方向不一样。

师:方向确实不一样,你们能够判断出它们分别是哪个季节吗?

生:(分组讨论不同指向的北斗七星与季节的联系,然后汇报)

师:我们可以根据北斗七星勺柄的指向来判断季节。勺柄指向东是春季,勺柄指向南是夏季,勺柄指向西是秋季,勺柄指向北就是冬季。

生:勺柄指向的东南西北,对应春夏秋冬。

师:是的,顺序是匹配的,这就是北斗七星的辨认规律。

生:(小组同学记忆辨认北斗七星的技巧)

师:利用北斗七星还可以辨识一颗非常著名的星星——北极星。由于它的位置一年四季几乎不会发生变化,所以它有夜间指路的作用。北极星属于小熊座,大家能看出北斗七星和北极星之间有什么联系吗?

生:(观察图片,讨论)好像看不出什么联系。

师:北斗七星的勺口最外侧两颗星和北极星是否在一条直线上?北极星距离北斗七星外侧的两颗星大概是几倍远?

生:大概是六倍远。

师:我们利用大熊座和小熊座之间的联系,可以清楚地认识北斗七星和北极星之间的联系。

教学环节三:观察汇报,交流评价

师:最近一段时间,我们一起观察了天空中的星座。你们在观察的过程中,遇到过哪些困难,有哪些意外发现?

生:我观察了,但是看不清。

生:上周周末去老家,我发现天上的星星特别亮,但还是没找到北极星。

生:我发现很多星座与老师上课展示的星座对不上号,不能准确辨认。

师:是的,在茫茫的星空中要准确找到指定的星座不是件容易的事,需要有辨认技巧。技巧是在多次辨认的过程中训练出来的,经常观察就能够熟练。为了更好地交流星座观察,我们将在班级QQ群设立一个星座观察相册,当你观察到了认识的星座,就用手机拍个照,和大家分享。对于连续观察超过一个月的同学,老师将给他颁发小奖状;对于支持我们观察活动的家长,老师会写感谢信。

案例3——观察月相
【案例背景】对月相的观察是学生非常熟悉的活动。中秋节、月全食、月偏食时他们都会有意无意地观察到月相的变化;在背诵的古诗文中也有很多关于月相变化的描述,如“小时不识月,呼作白玉盘”“月有阴晴圆缺,人有悲欢离合”。但是学生知道的只是零散的信息,缺少对月相的连续观察及对月相变化特征的细节辨认。所以观察月相活动是培养学生亲近科学、亲近自然的好机会,也是培养学生体悟科学研究活动需要耐心、持之以恒方有所得的好契机。

【案例描述】

教学环节一:制造情境,激发兴趣

师:天空中有一弯明月悬挂着,有哪位同学知道,月亮哪些时间是圆的?

生:农历十五的晚上,月亮是圆的。

生:不仅是中秋节的十五,农历每月的十五,月亮都是圆的。

师:我们把看到的月亮的形状变化称为月相的变化。老师今天给大家带来了一些月相图片,你能把它们按照一定的顺序排列起来吗?

生:(小组交流讨论)

师:我们请一个小组的同学来介绍一下排列的顺序,其他小组同学思考,你是否同意他们的观点,为什么?

生:(上台介绍,不同小组之间展开辩论)

师:究竟哪个小组的观点是正确的呢?我们需要在实践中观察,绘出正确的月相变化图。老师提出一个要求:每天都要观察并记录,并且要求实事求是。

教学环节二:探究成因,理解奥秘

师:月相的变化就是月亮的形状发生变化。那么月亮本身会发生变化吗?

生:不会。

师:那为什么月相在不同的日子会有不同的形状呢?你觉得月相的变化是什么原因造成的,或者说月相变化与哪些天体有关呢?

生:月相的变化与月亮自身的运动有关。

师:你是说月球围绕地球公转,所以引起月相变化吗?

生:是的。

师:还有其他观点吗?

生:与太阳有关,月球自己是不会发光的,它只能反射太阳的光线。

师:好的,除了认为月相的变化与太阳、月球有关,还有其他观点吗?

生:也许与地球有关。

师:月相变化究竟是怎样形成的呢?今天这节课我给大家带来篮球、乒乓球、手电筒。我们用手电筒模拟太阳,用乒乓球模拟月球,用篮球模拟地球。我们将月球围绕地球运转,观察月球被太阳照亮的情况。

师:老师和一位同学先一起演示一遍。请大家观察,月球在公转过程中被太阳照亮的部分在哪里?

生:(上台指出被照亮的部分)亮面占到月球的一半。

师:当月球转到其他位置呢?亮面的大小有变化吗?

生:还是照亮一半。

师:对,无论月球围绕地球运转到哪个位置,太阳照亮月球的面积都是球体的一半面积。我们再来观察一个现象:在月球运转的过程中,从固定的位置观察,总是能看到被太阳照亮的那一半月球吗?

生:不是的,亮面有时看到的多,有时看到的少。

师:多是多少?少是多少?

生:多的时候能看到全部半个球面,少的时候看不到。其他时候有多有少,大小不等。

师:让我们一起通过模拟实验来观察一下。以一号同学的位置为参考,什么时候能全部看到亮面?什么时候看不到?什么时候看到的是二分之一亮面?什么时候是大半个亮面?什么时候看到小半个亮面?

生:(开始分组模拟实验,观察月相变化过程)

师:请大家来汇报你们的观察发现。

生:我们小组发现,当月球转到一号同学的正对面时,可以观察到全部月相,是个圆形;当月球转到太阳和一号同学中间位置的时候,被太阳照亮的那一面正好背着一号同学,他什么也看不见;当月球转到一号同学的左右两个层面的时候,分别可以观察到亮面的二分之一;其余的都是在从多到少或者从少到多发生着变化。

师:你们同意他们小组的汇报结论吗?还有没有补充的?

生:同意。

师:那你们觉得月相的变化,是月球本身的原因,还是其他原因呢?

生:是观察者看到的月球被照亮面的面积大小变化造成的。

师:对,由于身处地球上的观察者的特定位置造成了观察角度变化,从而产生了月相的变化。现在我们一起来观察月相变化演示仪演示的月相的变化过程。

教学环节三:观察汇报,交流评价

师:我们观察了一个月的月相。今天来请大家互相交流一下。能够坚持每天都观察的同学举手。

生:(坚持观察的举手)

师:持之以恒、不半途而废是科学精神的重要体现。坚持观察一个月的同学,老师会授予他们“小小月相科学家”称号。

案例评析
天文观察课的案例1侧重于观察方法的指导,把简单的观察活动上升为科学的观测活动,需要严谨的科学方法。观察太阳高度的变化,需要用方位和高度来表述日常生活中通俗意义的“高度”,使其向着“太阳高度”这一科学概念发展。

案例2侧重于观察规律的指导,如何发现天体之间的联系,如北斗七星和北极星之间的关联,需要在观察的基础上进行推理和测量,以便获得更加理性的认识。案例2还有一个显著的特征,即强化了对课外天文观察的评价活动,避免了一个教学评价的盲区。教师充分利用QQ群的群相册功能收集观察的图片,适当评价。特别难能可贵的是,教师通过给家长写信,对家长的支持进行表扬和感激,既是对天文观察活动的推进,也是对家校交流工作的推进,真正做到了以科学教学为纽带的育人工作的协同发展。

案例3侧重于对天文现象——月相变化的探究。由于学生难以直接观察天体的相对运动,学生的空间想象能力较弱,不能很好地进行推理和演绎,这就需要借助模拟实验来开展学习活动。对于月相变化的成因涉及哪些天体,教师引导学生观察模拟实验,特别针对学生不易观察的特定现象设置了几个问题:什么时候能够观察到全部亮面、什么时候观察不到全部亮面、什么时候观察到一半亮面……这些问题很好地促进了学生对模拟实验的理解,让模拟操作活动和思维活动同步发展。

在天文观察课教学活动中,教师首先要把握学生的实际学习情况,紧密结合学生的年龄特征和思维特征进行有的放矢的教学活动,绝不能照本宣科、一讲到底,否则学生会稀里糊涂学完,对需要掌握的内容还是一知半解。在这类观察课中有以下几个方面值得注意:

1.把握好课内学习和课外学习的平衡
教师要分辨清楚课内和课外科学观察的侧重点:课内一般侧重于概念的习得,课外一般侧重于观测活动的实践参与。由于课外天文观察活动受到的制约因素较多,如天气、家庭成员的配合、时间安排、现场的可控性等,教师需要将课外观察活动与课内学习活动进行有效的衔接。其形式可以是汇报会,可以是观察记录图片展,时间可长可短,可在课堂上穿插进行。
2.注意激发学生的观察兴趣
由于课外观察活动不受教师的直接监管,加之学生耐性较差,很多时候对天文类观察活动提不起兴趣,或者开始热情很高,中间拖拖拉拉,结尾不了了之。教师要特别注意学生观察兴趣的培养,让他们通过观察活动,真正体验到大自然的神奇和伟大魅力,自发产生“我要认真观察”的情感和动力。可以配合图片资料、视频资料、学生小论文等形式,让学生将自己独特的观察体验表达出来,成为一个个有趣的观察记忆。
3.把握好天文观察的评价指导
天文观察活动在课外独立进行的比较多,更加需要教师对观察学习结果做出评价。首先是对个体付出的评价,对每一个学生的观察持续性、观察质量有个定量的评价,并能够纳入学期评价。其次是对观察成果的评价。可以通过小组的竞争,让他们及时展示自我的观察成果。教师可将学生的观察成果制作成微视频、小小手抄报、图片相册等,开展广泛的推介总结活动,让学生的天文观察活动在更大范围内得到宣传和展现,让科学教育的种子在学生心中萌芽。