Sun Surveyor輔助“地球運動”教學淺探

龐 悅

（廣西南寧市第一中學， 廣西 南寧 530012）

Sun Surveyor輔助“地球運動”教學淺探

龐 悅

（廣西南寧市第一中學， 廣西 南寧 530012）

隨著手機、平板電腦的普及，數字化的教學資源從電腦軟件擴展到了移動端的應用程序。Sun Surveyor是一款適用于輔助“地球運動”教學的應用程序。文章在重點剖析“地球運動”的高考題考點、難點的基礎上，結合多個版本高中地理教材，歸納了“地球運動”是由兩個視角、兩個變量組成的動態(tài)規(guī)律，總結出在教學中存在教材缺少動態(tài)的生活化素材、教師亟需更合適的輔助教學資源、學生空間想象力達不到要求等問題，展開敘述了Sun Surveyor的教學優(yōu)勢，并配上具體的應用策略，充分證實了Sun Surveyor在輔助“地球運動”教學的實用性。

高中地理教學；地球運動；Sun Surveyor；地理高考

截至2014年6月，中國使用手機上網的網民比例為83.4%，已超越傳統(tǒng)電腦上網比例［1］。利用手機、平板電腦等移動終端輔助課堂教學儼然成為一種趨勢，主要表現(xiàn)為兩種形式：著眼于移動端的自身功能，實現(xiàn)交互式教學；或著眼于發(fā)掘可輔助中學地理教學的應用程序。本文為后者，推薦一款可輔助“地球運動”教學的應用程序Sun Surveyor。

一、Sun Surveyor的功能特點與優(yōu)勢

Sun Surveyor（中文譯為：太陽測量師），是一款適用于iOS和Android的應用程序，集合了3D羅盤、擴增實境、谷歌地圖等應用程序的特點。其主要功能是能夠選擇任意的地點、時間透過其3D羅盤、地圖、相機（擴增實境）及星歷表模式定位太陽和月亮的位置，甚至可以跟蹤其運動軌跡。［2］Sun Surveyor的主要表現(xiàn)形式有兩種：3D指南針、AR-擴增實境。

1.3D指南針

3D指南針，較傳統(tǒng)指南針的特點在于立體，加上了太陽運動軌跡，增強透視，多方位確定目標。屏幕水平放置時，如圖1左，屏幕豎直放置時，如圖1右。

圖1 Sun Surveyor 3D指南針界面圖

（1） 3D指南針的功能

Sun Surveyor的3D指南針界面簡潔，信息豐富、清晰。方向北可根據需要選擇磁北或正北；圓盤中心的綠針代表所定位的位置；綠針下方黑線代表物影；圓盤上的平面弧線代表日出到日落（可視為晝長）；圓盤上的立體弧線代表太陽一天的實時位置。左下角的數值涵蓋的數據有太陽高度角、日出時間、日落時間、物影比等。

Sun Surveyor的3D指南針有兩個可變量，一個是最下端的“時光機滑塊”，一個是左上角的“位置”。“時光機滑塊”是Sun Surveyor最主要的互動媒介，有三個跨度選擇，一小時、一天或一年。移動時光機滑塊，可看到太陽的即時位置。“位置”也有三種定位方式：①GPS定位當前位置；②地名搜索最接近的位置；③輸入精確的坐標取得定位。Sun Surveyor的工作原理也是根據這兩個變量呈現(xiàn)相應的畫面和數值。

（2） 3D指南針的優(yōu)勢

Sun Surveyor的3D指南針畫面簡潔，信息量大，從中可以看出太陽運動軌跡，日出日落方位、太陽高度角及其數值；物影長短及方位，甚至可以觀察到晝夜長短分布。這些信息都是“地球運動”的關鍵點。且3D指南針區(qū)別于教材中的地外視角，采用的是地面視角，便于學生直觀理解。除此之外，時光機滑塊提供三種跨度的選擇，可反映日變化和年變化規(guī)律。最重要的是，3D指南針提供的立體界面與高中地理教材所表達的意義相近，不會給學生造成混亂的視覺感受。

2.擴增實境

擴增實境（Augmented Reality，簡稱AR），于二十世紀九十年代提出，是一種實時計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。

（1） 擴增實境的功能

Sun Surveyor自帶擴增實境功能，透過攝像頭可以得到實時的情景，太陽路徑及相關數據會疊加在畫面上，這能最大程度上地實現(xiàn)太陽視運動規(guī)律的現(xiàn)實體驗。打開擴增實境（AR）攝影，將綠十字線對著某位置，然后移動滑塊可查看太陽何時會在那位置。

圖2 Sun Surveyor擴增實境界面圖

（2） 擴增實境的優(yōu)勢

理論聯(lián)系實際，是教學中的一個重要原則。擴增實境的實質是以虛擬的太陽路徑套疊在鏡頭下的真實情景，完美地將理論與實際結合。鏡頭捕捉到的畫面是學生日常生活的畫面，這樣一來，能促進學生的情感體驗，激發(fā)學生的好奇心，培養(yǎng)其懷疑求真，探索發(fā)現(xiàn)的學習精神；同時，在無形中讓學生明白理論都是來源于生活，學習理論是為了服務生活。

二、Sun Surveyor與高中地理“地球運動”的契合度分析

經研究調查表明，運用軟件輔助中學教學存在的普遍問題有兩種：一種是軟件本身的目的性不強，另一種是與教學內容的契合度不高。筆者就Sun Surveyor與高中地理“地球運動”進行契合度比較，得出如下結論：

第一，Sun Surveyor契合“地球運動”的學習思路：“地球運動”的知識特點是兩個變量——時間、空間，Sun Surveyor的操作頁面也是依靠時光機滑塊和位置兩個變量進行互動性操作。

第二，Sun Surveyor契合高中地理課本“地球運動”的知識體系：魯教版的太陽視運動配圖（圖3上）與Sun Surveyor的3D指南針界面（圖3下）十分相似。

圖3 魯教版教材太陽視運動示意圖與Sun Surveyor界面截圖對比

第三，Sun Surveyor可輔助理解“地球運動”大部分的知識點。2014年全國各省市的高考題“地球運動”中的考點，可直接借助Sun Surveyor輔助理解的超過半數，且皆為高頻考點，數據表明可直接借助Sun Surveyor輔助理解的占據知識點總數的65%。

綜上所述，Sun Surveyor契合高中地理“地球運動”的教學。

三、Sun Surveyor在教學中的應用實例分析

1.（正午）太陽高度角計算、大小比較

在人教版高中地理教材中，沒有專門解釋太陽高度角的定義，卻直接提出了正午太陽高度的變化規(guī)律。太陽高度角是一個十分重要的概念，在高考題中往往是線索，所以學生對太陽高度角的理解態(tài)度決定了對地球運動題目的思考角度。顯然，教師需要向學生提供圖片輔助解釋太陽高度角的概念。但是又存在以下問題：若從地外視角展示太陽高度角（如圖4上），只能體現(xiàn)出正午太陽高度角，往往會讓學生的理解產生誤區(qū)；而且，太陽高度角在一天中是一個變量，取值范圍為［-90°，90°］ ，如果簡單地用一個靜態(tài)幾何圖（如圖4下）是無法給學生現(xiàn)實體驗的，一旦脫離生活體驗，易造成太陽高度角概念理解上的抽象化。

圖4 太陽高度角示意圖

在教學中，教師可先提出概念：太陽高度角是我們觀察太陽時的仰角，也就是太陽光線與地面之間的夾角。再打開Sun Surveyor的3D指南針模式，豎直放置屏幕，讓學生找出太陽高度角。把時光機滑塊的跨度調為一天，完整地展示一天24小時太陽高度角數值的變化。在滑到一天中太陽高度角的最大值時，解釋此太陽高度角為正午太陽高度角，再把時光機滑塊的跨度調為一年，通過滑動滑塊展示一年正午太陽高度角的變化規(guī)律。或者，選定日期，改變“位置”，比較不同地點正午太陽高度的大小，再總結規(guī)律。

2.太陽方位（日出、日落方位）、太陽視運動軌跡

人教版、中圖版、湘教版的高中教材中，都沒有地球視運動相關內容的闡述，僅魯教版的單元活動“辨別地理方向”簡單涉及到相關內容。但經調查表明，學生在學習本節(jié)內容之前，對太陽視運動的理解有較大的出入。而且關于太陽視運動的內容，在歷年高考中考頻是最高的。故配以適當的圖片輔助學生理解，是十分必要的。

在教學中，教師可讓學生討論，是否留意過太陽一天中的運動軌跡，日出日落的方位又是怎樣的？學生憑借生活經驗猜測后，教師再借助Sun Surveyor展示太陽一天的視運動軌跡。位置：使用當前位置；時光機滑塊跨度：1天；通過滑動滑塊，演示一天的太陽視運動過程。讓學生記錄下日出日落方位。在設置中選擇顯示夏至、冬至、春分、秋分。這樣便于學生觀察同一地點，不同時期的太陽視運動軌跡情況。接著，根據教師需求，選擇不同緯度位置的地點（如南極點、堪培拉、曼谷），展示其四個時節(jié)太陽視運動軌跡及太陽方位。

3.物影方向、長短

物影方向與太陽方位是相反的，物影長短與太陽高度角成反比。因此，在教學中，一般不會單獨討論物影問題。但在高考題中，有關物影的內容卻喜歡單獨成題，而且，這類高考題由于貼近生活，難度適中，大都被評為好題（如2014年新課標Ⅰ卷、2014年安徽卷、2012年安徽卷等）［3］。可見，教師有必要適當補充物影專題的講解。

在Sun Surveyor中，綠針下方的黑影即代表物影。時光機滑塊跨度調為1天，教師可通過滑動滑塊來演示一天物影方向和長度的變化。以2014年安徽卷第29題為例，A選項的突破點在于北極點春分日影長是無限長，而圖片中影長是有限的。由于是特殊點產生的特殊效果，學生不易理解，教師可操作Sun Surveyor呈現(xiàn)具體畫面，便于學生理解。位置：北極點；日期：3月21日，影子應當是無限長，與題目中圖示不符。其他選項同理。

4.日出、日落時間

“日出、日落時間”這些字眼在高考題的題干或選項中常出現(xiàn)。這部分知識通常與時間計算、時差計算、晝夜長短計算、大小比較等知識一同考察，通常是作為輔助信息。

在Sun Surveyor的太陽運動路線上會有標注日出日落時間。當然，Sun Surveyor左下角也有明確的時間，精確到分鐘。教師可配合實際需要進行操作，就可得到直觀的畫面和數據，增強說服力。

5.晝夜長短計算和比較、晝夜變化規(guī)律

在晝夜交替、晝夜變化相關知識的教學中，一般采用側視圖、極點俯視圖、圓柱投影圖，這些都是地外視角的，利于學生的宏觀理解，但因與生活脫節(jié)，不利于學生的直觀感知。

Sun Surveyor提供了地面視角，教師可配合教材中地外視角進行教學。太陽視運動的立體弧線表示的是太陽在地平面以上的運動軌跡，換言之，即一天之中的白晝。而且，經過數學轉換，該立體弧線映射到平面上的弧線（即圓盤上的黃色平面弧線）可視為晝長，相對應的圓盤另一部分的灰色弧線可視為夜長。時光機滑塊跨度調為一年，滑動滑塊，可動態(tài)顯示晝夜變化，并對比晝夜長短。改變位置，滑動滑塊，總結晝夜變化規(guī)律。教師還可選擇特殊點（如極點）展示極晝極夜現(xiàn)象。

四、結語

“地球運動”主要是多變量、多視角的動態(tài)規(guī)律，在教學活動中存在許多問題。大部分教師會借助多媒體教學平臺，如PowerPoint、Flash等。Sun Surveyor作為操作簡單的軟件，在手機、平板電腦等移動電子產品普及的當下，課上教師可借此實時演示，課下學生可用之輔助學習。Sun Surveyor以其地面視角的展現(xiàn)方式，架起“地球運動”抽象的概念、規(guī)律與生活的橋梁，填補了學生理解上的鴻溝；又以其靈活的、交互性的展現(xiàn)方式，豐富地理學習內容，讓學生在充滿趣味性的教學過程中形成良好的地理思維方式和地理學習技巧。教師充分發(fā)掘利用Sun Surveyor的功能，并引導學生合理運用，可以提高學生發(fā)現(xiàn)地理問題與解決地理問題的能力。

［1］ 第34次中國互聯(lián)網絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告［EB/ OL］.http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj /jcsj/，2014-07-21.

［2］ Sun Surveyor官方網站［EB/OL］.http://www. sunsurveyor.com/.

［3］ 鄧謀雨.2014年全國文綜高考地理“好題”評析［J］.地理教育，2014（7）：82-86.