地球公轉教學中學生演示活動啟示

甘肅省隴西縣第一中學（748100） 王瑞林

一、課前預設

1.課標要求

分析地球運動的地理意義（本節為公轉的特點，為課標要求的基礎性內容）。

2.活動建議

演示并表述地球公轉運動過程。

3.三維目標

（1）通過演示總結地球公轉的軌道、方向和速度的特點

（2）演示出公轉運動的動態變化過程，從中認識并表述公轉運動的特點

（3）通過演示激發學生探究天體運行規律的熱情，試圖鉆研天體運行相關問題

4.教學方法：

小組為單位，每組選兩人為一個演示組，采用組合動態演示。

5.教具

地球儀

6.預習提綱

（1）地球公轉的方向

（2）地球公轉的軌道特征，近日點，遠日點及特點

（3）地球公轉的周期，恒星年的概念，與自轉周期比較

（4）地球公轉的速度，角速度，線速度，平均狀況及變化

（5）黃赤交角，目前夾角的度數

二、課堂生成

（課堂片段）

教師提出預習要求，展示預習提綱。

5分鐘左右按安排的預習提綱預習課標要求內容；10～15分鐘分組商討如何演示地球公轉過程，教師提出演示要求，要求學生除演示外解釋演示過程代表的含義，演示時其余學生注意觀察，并找出其存在問題，提出質疑；學生代表進行點評，重在指出每組存在問題；教師小結，側重指出演示時各組的優勢。

演示者：學生兩人。

演示工具：地球儀。

演示片段：

課時進行到約15分鐘時開始展示，共有三組同學到講臺前空地進行演示。

第一組：甲同學手拿地球儀，很隨意，乙同學站到中間，一拳緊握成拳頭狀，伸平代表太陽；甲同學拿著地球儀繞乙同學逆時針轉了一圈，畫了個圓。隨后將教材中方向、周期、速度等內容表述了一遍。

部分同學馬上發現了問題，要求上前展示。

第二組：甲同學手握地球儀，并調整了地軸北端的方向，使其指向了本地正北方向；乙同學和第一組類似，居于中心，手握拳頭。甲同學開始繞轉，與第一組明顯不同，拿的地球儀并不隨自身轉圈而同步轉動，地軸北端始終指向一個方向，即當地正北方向，轉動過程中調整了距離，使與甲同學的距離時遠時近，逆時針轉了一圈，畫了個橢圓，然后解析說明：“地球繞太陽公轉的方向是自西向東；軌道是一個橢圓，太陽位于其中的一個焦點上，因此繞太陽公轉過程中，有時離太陽較近，有時離太陽較遠，出現了近日點和遠日點”。看來是看出了第一組的問題，吸取了第一組同學的教訓，進行了改進。

如前，仍有同學指出問題，要求展示。

第三組：甲同學手握地球儀，調整好地軸北端的方向，指令乙同學站到一個特定位置（正好地板上此處有兩條垂直的線條交叉，他讓乙同學站到了該交叉點的右側）；乙同學站到指定位置，有些特別，拿了個頭盔，頂到頭上，半蹲狀，使頭盔和甲同學手持地球儀保持同一高度。這時，甲同學在乙同學右邊為起點，并不急著邁腳，而是不慌不忙地把地球儀拿到身前，使調整好的地軸方向保持不變，另一只手先是比劃乙同學頭盔位置，然后平移到地球儀位置，讓同學們看到了是在赤道以南，隨后將地球儀輕輕一撥，使其逆時針轉了起來；然后邁腳向前繞乙同學轉。同時解說：地球一邊不停地繞自身的自轉軸旋轉，同時也在繞太陽公轉，他們的方向都相同，都是自西向東；由于公轉時地軸的方向始終不變，始終是斜著身子繞太陽公轉，太陽有時直射北半球，有時直射南半球。解說到這里正好到了另外一側，看位置他站到了和開始時距交叉點同樣遠的位置，明顯地距頭盔遠了。一邊解說，一邊還腳下調整著，一開始快速碎步，逐漸減慢，到左側附近時開始慢慢挪動，過后又慢慢加速，最后要結束時碎步小跑，惹得同學們大笑起來，趁此機會他馬上就說明了公轉速度變化以及太陽直射南北半球的時間，節氣與速度快慢、季節的關系。

學生代表點評提出問題或不足：

第一組問題：沒有遠近之分，沒有速度變化，握著的地球儀上地軸的方向也隨著他身子繞轉時同步轉動，并沒正確表示出公轉過程中的自轉狀況。

第二組問題：展示時速度快慢并未表現出來，依舊未表達出公轉時的自轉運動過程。

第三組問題：展示說明很到位，但不同時間或節氣太陽直射點的準確位置沒有或無法展示出來。

在分析問題后隨即對《普通高中課程標準實驗教科書●地理必修1》（人教社）P.14讀圖思考“北半球夏半年的日數是186天，冬半年的日數是179天。造成這種日數差異的原因是什么？”做了解釋。認為北半球夏半年地球距太陽較遠，公轉速度較慢，因此所花時間較長；北半球冬半年地球距太陽較近，公轉速度較快，所花時間較短。這樣原來教學中的難點問題迎刃而解。

我隨即提出問題：“那么為什么地球公轉到距太陽較遠時公轉速度較慢，較近時公轉速度較快？”，本來是想讓學生了解開普勒天體運行定律后思考探討問題，學生對此好象并不了解。于是我就介紹了開普勒第二定律：對于任意行星，其與太陽的連線在相等的時間內掃過的面積相等。然后和同學們一起分析了為什么近日點附近公轉速度快，遠日點附近公轉速度慢。沒想到一位同學馬上用能量守衡定律中動勢能轉化作了解釋，同學們致以熱烈掌聲。

課后我將兩種解析方法整理如下：

方法一：根據開普勒第二定律，行星與太陽相互繞轉時單位時間內掃過的面積相等。

如圖1所示：地球繞太陽公轉軌道（黃道）是一個近似于圓的橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上，這樣當地球繞太陽公轉過程中，有時離太陽較遠，有時離太陽較近，運行到A點時，離太陽最近，稱近日點，運行到B點時，離太陽最遠，稱遠日點。若單位時間內掃過的面積相等，則AOC和BOD面積相等，因而近日點附近時單位時間內走過的距離長，轉過的角度大。故離太陽較近時，地球公轉無論線速度和角速度都大于較遠時。

圖1 地球在公轉軌道上速度變化示意圖

方法二：用能量守衡定律來解釋，根據能量守衡定律，物體運動時機械能總和不變，即動能和勢能總和不變。天體相互繞轉時，距離增大，則勢能增大，故動能減小；距離減小時，勢能減小，因而動能增大。

根據E=1/2mv2可得知，動能與運動速度的平方成正比，因而動能增大，則運動速度加快，反之動能減小，運動速度減小。所以當地球運行到距太陽較遠的遠日點附近時，勢能增大，動能減小，因而運動速度減慢；反之地球運行到近日點附近時勢能減小，動能增大，運動速度加快。故地球公轉過程中在軌道上從春分點到秋分點經歷時間長，而從軌道的秋分點到春分點經歷時間短，即一年中太陽直射北半球經歷的時間長，直射南半球經歷的時間短，從而出現北極極晝期比極夜期長或北半球夏半年長于冬半年的現象。

三、課后回顧

1.學生所得

通過演示及歸納表述過程，明確了怎樣繞轉才能反映出地球公轉方向；演示中怎樣反映地球公轉軌道特點及距太陽的遠近；為什么在演示時不能勻速移動？從而明白距離不同速度不同；進而思考：為什么距離不同速度不同？角速度和線速度各有什么變化？北半球夏季和冬季繞轉速度有何不同？為什么地球繞太陽公轉時不同位置太陽有時直射北半球，有時直射南半球，有時直射赤道？進而思考太陽直射點南北移動產生什么現象。為后面的課標要求“地球公轉的地理意義”提供基礎和鋪墊，使學生很自然地產生對地球公轉地理意義探求的欲望和好奇心，從而潛移默化地引導學生進入主動探究過程。

2.教師感悟

與現代多媒體工具展示比較：不如多媒體形象、直觀、準確，但參與性強，可操作性強，能激發學生的求知欲和好勝心；通過親自操作、參與的過程體驗，升華為求知探究的行為；體現了學生積極參與的地理實驗性、探究性教學；多媒體只能作為教學輔助工具，但實體展示輔以引證說明可以成為教學中的主要手段。

3.啟示

本節內容是為課標要求“分析地球運動的地理意義”作鋪墊，屬于基礎性知識，若對本部分概念、特點了解和掌握不夠，則無法真正理解，更談不上分析其地理意義。以前授課時多注重分析而忽略了學生的認知層次和能力，說教較多，分析很細；看到學生也在積極思考，但始終似懂非懂，表情恍惚，從學生表情及課后的反映來看始終并未完全清楚。本節課讓學生在自己演示中主動思考、分析、感受動態變化過程；掌握動與靜的結合，如在拿著地球儀繞轉時地軸方向始終不變，這樣感受到公轉軌道面（黃道平面）與自轉軌道面（赤道平面）始終有一個夾角，即黃赤交角。這樣在繞轉過程中就有意識地注意保持這個交角，因而也就演示出了太陽有時直射北半球，有時直射南半球，因而能初步推理公轉的地理意義，起到意想不到的效果。故從本節課的片段來看學生積極參與、自主學習、合作探究的課改理念的進一步落實十分必要，體驗方式是現代化多媒體或是傳統的直接體驗方式并不重要，重要的是最終能激發學生的學習興趣，訓練思維，培養學生綜合分析解決問題的能力和終身學習、發展的能力。