宇宙的起源教学设计

宇宙的起源教学设计
一、教材分析：
本节内容从古代人类对宇宙的认识、宇宙起源的证据、大爆炸宇宙论三方面介绍宇宙的起源。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。 大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
二、学情分析
学生通过七年级第三章《地球与宇宙》的学习已经对银河系，特别是太阳系有了一定的了解，但是书本中对于宇宙却涉及甚少，只简单的谈到了宇宙由河外星系和银河系组成，以及通过哈勃太空望远镜已经测得了距离地球最远的天体的是130亿光年。诸如宇宙有无中心，宇宙有无边界等问题却没有在当时解决，随着学生科学概念的发展，这些问题已经成为了他们迫切想解决的难题。
三、教学目标
1.知识与技能：了解大爆炸宇宙论的主要观点；
2.过程与方法：通过建立星系运动模型，能够准确说出星系运动的特点；
3.情感、态度与价值观：树立科学的宇宙观，以及热爱科学勇于探索的精神。
四、教学重难点
重点：星系运动特点和大爆炸宇宙论
难点：构建星系运动模型
五、教法学法
以“学生主体、教师主导”的教学方法，充分发挥学生的自主能力和创新能力，通过“实验—探究”的学习方法，充分调动学生的积极性，从而培养学生严谨的科学态度。
六、教学手段
“演示法”和“实验法”相结合的启发式教学方法
七、教具学具
多媒体课件、气球、马克笔
八、教学过程
【新课引入】
“请大家闭上眼睛，幻想我们正在一艘超级宇宙飞船上，周围浩瀚无边的星际，我们试图要穿梭到宇宙的起点！”
（“嘿，伙计们，赶快醒来！振奋人心的时刻就要到来了！我们已经旅行到了宇宙的边缘！”——我们在睡梦中被船长激动的大叫声中惊醒。飞船的前方，一个炫目的光点刺得大家睁不开眼！大家齐声惊呼：“我们到达宇宙的起点啦！” “赶快系好安全带！超级飞船——变形，加速，穿越宇宙的大爆炸！5，4，3，2，1，出发！”船长的话音刚落，飞船便一头扎进了那个耀眼的白点……）
师：好，请同学们睁开眼睛，那么这“白点”究竟是什么呢？我们今天就来学习一下《宇宙的起源》。
【知识回顾】：
【提问】：那么宇宙的概念到底是什么呢？
宇宙：宇宙是万物的总称，是空间和时间的统一。宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展当中，宇宙中有上千亿的星系，平均每一个星系又有上亿的恒星及各类天体。
一、古代人类对宇宙的认识
【提问】其实，自古以来，人类对于宇宙的探索从未停止过。当然也形成了许多关于宇宙起源的传说，中国自古流传着盘古开天地，欧洲也有上帝创造天地和万物的传说。那我们先来看一下这两个传说。
盘古开天地
古时候流传着一个盘古开天地的神话，说的是在天地开辟之前，宇宙不过是混混沌沌的一团气，里面没有光，没有声音。这时候，出了一个盘古氏，用大斧把这一团混沌劈了开来。轻的气往上浮，就成了天；重的气往下沉，就成了地。以后，天每天高出一丈，地每天加厚一丈，盘古氏本人也每天长高了一丈。这样过了一万八千年，天就很高很高，地就很厚很厚，盘古氏当然也成了顶天立地的巨人。后来，盘古氏死了，他的身体的各个部分就变成了太阳、月亮、星星、高山、河流、草木等等。 这就是开天辟地的神话。
上帝创造天地和万物
地球没有形成以前，世界是一片空荡虚无的空间。后来，上帝来到这世界，把它分为天地，命令道：“光啊！出来！”于是在黑暗中射出一道光，地球上就有了白天和黑夜。第二天，上帝创造了空气。第三天，上帝把地上的水聚起来，命令道：“陆地哟，出现吧！”于是陆地诞生了，海形成了。第四天，上帝创造了太阳、月亮和许多伴陪它们的星星。第五天，上帝创造了在天空中飞翔的鸟，创造了在水中生活的鱼类。第六天，上帝创造了各种昆虫、野兽和牲畜，最后，创造了人，让人来管理世上的一切。第七天，上帝对创造的一切感到非常满意，把第七天定为圣日，也就是人们所说的礼拜天，上帝休息了。
【提问】你还知道其他有关于宇宙创始的神话故事吗？
【讨论】古代人为什么会对宇宙的起源形成这样的认识？
古代人对自然界认识的水平与当时的科技发展水平相适应；
古人朴素的自然观和了解宇宙的共同愿望。
二、宇宙起源的证据
讲述：神话毕竟是神话。近现代的科学家们用先进的科学技术，对宇宙起源做了深入的研究，发现了许多关于宇宙起源的证据。
最重要的发现-----美国天文学家哈勃的发现。
【提问】 为了方便大家理解，我们先来听一个声音，看看大家能否从这个声音中获取什么信息？（多普勒效应）
【讨论】从刚才的声音当中，你能否判断出这辆骑车到底是怎么运动的呢？
骑车由近到远
【总结】没错，是不是骑车离我们越来越近的时候他的汽笛声音变的尖细，骑车离我们远去时，汽笛声变的低沉呢？
【讲述】其实不仅声波有这样的特性，光波也有。而且天文学家发现远星系光谱线会随着它离我们距离的远近而有规律地变化。离开我们而去的恒星 ( http: / / baike. / view / 1538.htm" \t "_blank )发出的光线的光谱向红光光谱方向移动（红移）。反之靠近我们的恒星的光线的光谱会向蓝光光谱方向移动（蓝移）
骑车 恒星
靠近 高亢 蓝移
远离 低沉 红移
【讲述】哈勃在此基础上，通过对星系光谱的研究发现了
1. 所有的星系都是远离我们而去的
3.星系间的距离在不断扩大
2. 星系离我们越远，他的退行速度越快
具体如何理解1、2两句话呢？
其实今天老师带来了一个flash，让大家来感受下……
【讨论】所有的星系都在离我们而去，是不是能够说明地球就是宇宙的中心？
不能，对于任何一个星系，其他星系都在离它远去，所以不能说明地球就是宇宙的中心。
对于第二句话的理解我们可以模拟小车甲、乙。小车甲以1米每秒的速度匀速直线运动，小车乙呢，他刚开始也是1米每秒，但是他是加速运动的，设他的加速度是1米每二次方秒，那么他第一秒的时候速度就变成了2米每秒，第二秒的时候变成了3米每秒，以此类推……那么随着时间的推移，小车乙是不是速度越来越快，那么两车间的距离是不是也就越来越大了。反过来说两车间的距离越大，小车乙是不是运动的速度越快呢？
对于星系运动的特点我们也可以构建一个气球模型。
【实验】
1.准备一只气球，在其表面画上一些小圆点。
2.用打气筒持续地向气球充气，使气球不断地膨胀。
3.观察气球在膨胀过程中各个小圆点间距离的变化。
4.分析各小圆点间距离变化的原因。
随着气球越来越大，黑点间的距离也……（学生补充）说明宇宙处于不断膨胀之中。（把气球的气放掉）也就是说假如时光倒退，宇宙中的星系就会聚集在一起，这就是著名的大爆炸宇宙论。大爆炸宇宙论也是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说。
三、大爆炸宇宙论
大爆炸宇宙论：大约150亿年前，我们所处的这个宇宙全部以粒子的形式、极高的密度和温度，被挤压在一个“原始火球”中。宇宙就是在这个大火球的爆炸中诞生的。爆炸引起宇宙的膨胀一直延续至今，仍将不断延续下去。
但是对于大爆炸之前，宇宙又是什么，科学家也没有统一的定论。
注：大爆炸是没有中心的爆炸，也就是说任何一个地方都有可能会发生爆炸。
【阅读】我们把宇宙演化简史列成下面的表格：
时 刻(大爆炸后的) 温 度(宇宙温度下降到) 密 度(宇宙密度下降到水密度的倍数) 宇宙内容物
0．01秒 10×1011K 3．8x109 光子、电子、正电子、中微子、反中微子和少量质子及中子，它们都处在热平衡中
0．12秒 3×1010K 3x107 光子、电子、正电子、中微子、反中微子和质子及中子(但质子数要增加一些，占质子与中子总数的62％)，它们都处在热平衡中
1．10秒 1×1010K 3．8x105 中微子和反中微子脱离热平衡。在质子和中子的总数中质子占76％
13．83秒 3×109K 电子和正电子脱离热平衡，质子占质子与中子总数的83％
3分47秒 9×108K 形成氦原子核，宇宙中幸存的中子全部被结合到氦原子核中(质子占质子与中子总数的87％)
34分41秒 3×108K 0．1 光子、中微子、反中微子、少量电子、氢原子核、氦原子核，不再处在热平衡
1万年 4000K 宇宙从辐射为主转向以实物为主
100万年 3000K 电子和原子核结合成为原子
100亿年 太阳诞生
150亿年 3K 地球上出现生命
【讨论】请你预测下宇宙的将来怎么样？
宇宙会永远的膨胀下去；
宇宙膨胀到一定的程度会塌缩而在大挤压中终结。
阅读：霍金——宇宙之迷的探索者
史蒂芬 霍金1942年1月8日出生于英国的牛津，那一天刚好是伽利略逝世300周年纪念日。童年的霍金热衷于搞清楚一切事情的来龙去脉，他提出黑洞理论和宇宙无边界的设想成为现代宇宙学的重要基石。
霍金的宇宙无边界设想：
宇宙是无边界的，它没有外面。
宇宙不是可以任意赋予初始条件或边界的一般系统。
中国主要有：盖天说、浑天说、宣夜说，并称为“论天三家”
1.盖天说是中国古代最早的一种宇宙结构学说。这一学说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上，地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方”说。
2. 浑天说引是我国古代的一种宇宙学说。由于古人只能在肉眼观察的基础上加以丰富的想像，来构想天体的构造。浑天说最初认为﹕地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上；后来又有发展，认为地球浮在气中，因此有可能回旋浮动，这就是“地有四游”的朴素地动说的先河。浑天说认为全天恒星都布于一个“天球”上，而日月五星则附丽于“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。
3. 宣夜说认为,所谓“天”，并没有一个固体的“天穹”，而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动。因此，宣夜说是中国古代一种朴素的无限宇宙观念。
当然，由于不只是中华民族，世界其他民族也有许多关于宇宙创始的神话传说。例如：
其他恒星世界
银河系
地月系
太阳
宇宙
其他行星和卫星等
河外星系