地理與數學物理知識脫節現象及對策探討

顧中正

[摘 ? 要]地理學是一門研究人類賴以生存和發展的地理環境，以及人類與地理環境之間關系的科學，高中地理特別是必修1自然地理部分與高中數學、物理相結合的內容比較多。然而，在高一必修1地理新課的教學過程中，不同學科知識存在脫節現象，這給地理必修1的教學帶來了難度，特別是增加了學生的學習難度。文章以魯教版高中地理必修1教材為例，淺析如何處理教材，教授好這部分知識，巧妙處理好地理教學中遇到的不同步的理科知識。

[關鍵詞]高中地理;魯教版;必修1;數學;物理

[中圖分類號] ? ?G633.55 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）25-0081-03

古詩有云：“地轉天旋，萬事開頭難。”任何事物，開頭確實很難，比如高中地理必修1的自然地理部分，學生普遍覺得很難學，這是什么原因呢？該如何改變這一局面，讓學生不要上高中一開始接觸地理學科就產生畏懼之感？

地理學是一門研究人類賴以生存和發展的地理環境，以及人類與地理環境之間關系的科學，高中地理特別是必修1自然地理部分與高中數學、物理相結合的內容比較多，如行星運動、行星運動軌道平面與形狀、地球自轉與公轉、太陽能量來源的機理、正午太陽高度、地理緯度等。高中地理中還用到不少物理概念（如力、角速度、線速度、周期、參照物等）和物理規律（如萬有引力、開普勒第二定律、力的合成與分解等），同時也用到了一些數學概念（如二面角、線面角等）和數學原理（如偏心率等）。然而，在高一必修1地理新課的教學過程中，不同學科知識存在脫節現象，這無疑給必修1的教學帶來了難度，更主要的是增加了學生的學習難度，所以，學生感覺必修1自然地理比較難也并不奇怪。

那么，教師該如何處理教材，如何教授這部分知識，才能巧妙處理好地理教學中遇到的不同步的理科知識呢？

一、做到心中有數，了解地理學科與數學、物理學科有哪些知識存在聯系

比如，在高一上學期學地球的自轉運動時，會用到物理上的角速度和線速度，而物理中的這一知識點需要到高一下學期才學習;學地球的公轉運動時，會用到數學中的橢圓及焦點，而這一內容是在高一下學期學習;學地球的自轉和公轉的關系時，將用到數學立體幾何中的面面角，這又是高一下學期才學習的內容;學地方時中的時區的劃分時會用到數學里的等差數列;學大氣運動中風的形成時，會用到物理中的合成與分解;等等。

現將國標魯教版高中地理必修1所聯系的物理學、數學知識在物理、數學教材中的分布（見表1、表2）呈現如下：

從表1、表2可以看出，學生在高一上學期學習的地理知識，其中所涉及的物理、數學內容卻遍及高中階段的前前后后，有的知識在物理、數學中還屬于教學難點，這必將給地理教學帶來很多的困難，使學生學習起來有畏難情緒，影響學習的自信心，甚至導致一些學生本想學文科，但是由于認為地理難學而放棄學文科，調查也證實了這種現象存在的普遍性。

二、借助可利用的教學資源，處理好地理教學中與數學、物理不同步的理科知識

人類生活在自然地理環境中，就會受到自然環境與社會環境的影響和制約，而地球作為自然地理環境載體，其本身又是宇宙天體中的一員，其運動和變化又受到其他天體的影響，因此高中地理必修1教材把“從宇宙看地球”作為全書的第一單元，作為高中地理學習的開始，這是基于地理學科知識的系統性考慮的，但是相關地理學習要用到物理和數學知識。與此相關的物理和數學知識在高中物理、數學教材中的編排也是基于這兩門學科和教學考慮的。學生在學習這些地理知識的時候，會存在畏難情緒，影響學習地理的信心，真是“萬事開頭難”啊！但是，作為教師，可以全盤考慮，借助資源，弄清原理，仔細講解。

[例1]地球公轉的橢圓軌道的講解

高中地理必修1第一單元，講述地球公轉路線的特點是近似正圓的橢圓軌道，太陽位于橢圓的兩個焦點中的一個焦點上。關于橢圓及其焦點的知識，學生在數學課上還未涉及，為此我事先準備了一根線繩，在上課時讓一名學生在黑板上幫我固定線繩的兩端，我用粉筆繃緊繩子，移動粉筆就畫出了一個橢圓。我告訴學生，固定線繩的兩個端點，就稱為橢圓的兩個焦點。這樣，用直觀的演示，解釋了地理教師用語言無法闡述清楚的學生還未學到的數學問題，便于學生理解掌握地球公轉軌道的特點，且學生記憶深刻。

[例2]地球自轉角速度和線速度

必修1第一單元涉及地球的運動，地球自轉的線速度和角速度是重點知識，與之對應的物理知識在高一第二學期才學習，但為了使學生能夠透徹理解其特征和規律，要求教師必須講解。教師在具體講解時，不能引入物理上那些新的、陌生的名稱與概念，比如勻速圓周運動、矢量、標量等等，因為物理在高中階段是很多學生都感覺比較困難的學科。地理教師只要能夠巧妙地對概念加以轉化，直接應用，就不但不會給學生增加難度，反而會讓他們感覺學習地理輕松而有樂趣。

所以，在涉及線速度和角速度的定義時，教師可以邊講邊用地球儀演示：地球表面各點除南北極點外，都在繞同一個自轉軸旋轉，當我們從極點觀察地球的自轉時（將地軸北端指向學生），每一點運動的軌跡就相當于其所在的緯線圈（畫圓講解），轉一周（圈）360°，所用時間是1個恒星日（約24小時），所以其角速度就是360°/1恒星日（≈15°/小時）;轉一周（圈）經過的距離就是緯線圈的長度，所用時間也是1恒星日（約24小時），所以其線速度就是緯線長/1恒星日（線速度大小與緯線長有關：線速度從赤道向南北兩極逐漸遞減）。

三、轉換角色，換位思考

教師在教學時應該站在學生的認知角度，避免使用理科專業術語，真正因材施教。教師在講述時，對于不同步的理科知識要盡量化繁為簡，去粗取精，并以通俗易懂的語言簡要講解，一帶而過。這一環節尤為重要，是處理好地理教學中不同步理科知識的關鍵，成功與否，在此一舉。教師在處理時，切忌如同專業學科教師那樣詳細分析，或是像門外漢那樣避開不講;可以設置懸念，引導學生學會思考，這樣既能解決實際問題，又能節約較多的教學時間，而且非常有利于培養學生探求知識的興趣，方便學生今后各學科的靈活學習和綜合能力的培養。

[例3]正午太陽高度的變化規律

“同一天，正午太陽高度由太陽直射點所在緯度向南北兩側遞減”及其推論一“夏至日時，太陽直射北回歸線，此時，北回歸線及其以北地區，正午太陽高度達到一年中的最大值，南半球各緯度達到一年中的最小值”，以上規律可以用幾何學的原理，輔以化繁為簡、變曲為直的方法，便于學生理解掌握。

如圖1，化曲線為直線，太陽直射在赤道上的A點，A、B、C三點的正午太陽高度可近似等于直線上A′、B′、C′的太陽高度。從圖中很明顯得出∠1>∠2>∠3（三角形的外角大于任何一個不相鄰的內角，這是初中數學知識），這樣就證明了正午太陽高度的變化規律。

至于推論一的理解，見圖2：太陽直射在北回歸線上，A為北回歸線以北的某一點，∠1、∠2、∠3分別為太陽直射北回歸線、赤道、南回歸線上時A點的正午太陽高度，且太陽只能在南北回歸線之間移動。從圖中可直觀地看出∠1>∠2>∠3，同理，可證明推論一的后半部分。

[例4]風的形成

風的形成，是必修1第二單元的重點、難點所在。學生若沒有弄懂，對實際風向的判斷往往會出錯，搞清楚了，就能為后面學習氣旋、反氣旋及大氣環境中的風向判斷打下良好的基礎。對此，可利用物理中力的合成、分解以及力的平衡原理進行分析：在沒有摩擦力等外力的情況下，空氣質點受水平氣壓梯度力和地轉偏向力的作用，發生運動偏轉，最后風向平行于等壓線。此時，水平氣壓梯度力與地轉偏向力的大小相等、方向相反，合力為零，二力達到平衡狀態。如高空大氣中的風向，是氣壓梯度力和地轉偏向力共同作用的結果，風向與等壓線平行。

而近地面的風，還受到摩擦力的影響。大氣的運動需要考慮摩擦力、水平氣壓梯度力和地轉偏向力的共同作用（如圖3）。

因為摩擦力永遠和運動方向相反，即與風向相反，而地轉偏向力又在運動方向偏右側90°（北半球）或偏左側90°（南半球），所以，摩擦力與地轉偏向力的合力和水平氣壓梯度力達到平衡時，風是斜穿等壓線吹的。一般摩擦力的影響可達離地面1500米左右的高度，在這范圍內的風向都斜穿等壓線。摩擦力愈大，風向與等壓線之間的夾角愈大;摩擦力愈小，其夾角愈小（如圖4）。教師應讓學生對風的形成過程及原理掌握得清楚，理解得透徹，實現對知識的遷移運用，提高綜合能力。

高中地理學科是一門綜合性非常強的學科，以著名科學家錢學森的話來說，它是一個“開放的復雜巨系統”，融合了多學科的知識。教師不要讓地理與數學物理知識的脫節成為學生快樂學習地理的障礙，應幫助學生對各學科知識融會貫通，從而提高學生綜合運用知識的能力，也努力讓“萬事開頭難”不要這么難！

（責任編輯 ? 周侯辰）