多維度理解地球運動中的難點問題

邢春雷

[摘要]地球運動是高中地理教學的難點內容。在地理教學中，教師可以引導學生從多維度去探究地球運動不易理解的問題，很多內容如果能與數學學科的有關知識相結合，更容易被學生掌握。從多維度分析和理解問題，不僅有利于解決地理學科中地球運動這一難點問題，也有利于解決其它問題。這種思維方式對于學生的終身發展是有益的。

[關鍵詞]多維度;地球運動;數學方法

高中地理中哪部分內容學生學起來最困難？答案毋庸置疑，就是地球運動。地球運動不僅是高中地理教學的重點內容，還是近年來全國卷和各地試卷中的高頻考點。為什么學生學起來很吃力呢？通過教學實踐我歸納為以下幾個原因：

首先，是學生缺乏空間想象能力。高中地理“地球運動”這一部分內容理科性質較強，對學生地理空間思維能力要求極高。對于學生而言，由于缺乏空間想象能力，無法成功地構建腦圖，因此對圖的判讀就不明朗。其次，部分學生對地圖的理解能力不強，通過畫圖、讀圖，最終掌握地理的思維方式和解決地理問題的能力欠缺。再次，也是最重要的一個原因，就是不善于聯系生活實際。地理學習一定要與生產實踐相聯系，特別是對于地球運動這部分內容而言，很多與生活息息相關的問題都可以通過我們掌握的地理知識去解決，而很多學生卻忽略了地理與生活的聯系。將地球運動的意義與生活實際相結合，這樣不僅可以將抽象的知識具體化和形象化，還可以加深學生對所學知識的印象，最重要的是可以讓學生在學習課本知識的同時，找到自然現象發生的根本原因，樹立人地協調觀。

怎樣使地球運動部分的內容簡單化？我覺得可以引導學生從多維度去探究地球運動中不易理解的問題。例如，第一個問題：“什么情況下正午太陽高度相等？”要先考慮好該用什么思維去解決這個問題。地理學科最重要的兩個要素就是時間與空間，地理現象的產生無非就是時間與空間的結合，所以，看待地理問題我們絕不能忽略時間與空間的重要性。解決上述問題，最好的辦法就是把它回歸到時間和空間層面上來，再借助正午太陽高度角的計算公式H=90°-|a±b|（a為所求地緯度，b為太陽直射點的緯度），探究同一時間、不同緯度地區有沒有可能出現正午太陽高度角相同的情況，同一緯度地區、不同時間有沒有可能出現正午太陽高度角相同的情況，這樣答案就很清晰了。同一時間，當兩個地區的緯度關于太陽直射點對稱時，所求地的緯度與太陽直射點的緯度差值是相等的，即正午太陽高度角相同。同一緯度地區，當兩個時間關于夏至日或冬至日對稱時，太陽直射點的緯度相同，所以，正午太陽高度角也是相同的。

此外，借助數學方法也可以更好地理解這個問題。圖一示意兩個關于太陽直射點P對稱的緯度地區，緯度分別為α和β，它們此時的正午太陽高度分別為H1和H2。那么，數學方法怎樣確定兩個緯度地區正午太陽高度角相等呢？通過讀圖我們可以觀察，圖中有兩個直角三角形，它們的斜邊是公共邊，直角邊長度相等，因此它們是全等三角形，所以∠1=∠2，而太陽光線是平行光線，所以，∠H1=∠1，∠H2=∠2，即得到∠H1=∠H2的結論。借助數學知識，我們可以很好地理解關于太陽直射點對稱的兩個緯度地區正午太陽高度角度的關系。

下面再舉一個例子：“為什么北極地區出現極晝時日出日落方向均是正北，日出日落時間是0時？”觀察圖二，此時北極地區出現極晝現象，點P為晨昏圈與出現極晝現象的最低緯度地區的切點，這個切點同時也是晨昏線與該地的交點，所以點P也代表著出現日出現象和日落現象。我們可以看出經過點P的太陽光線是沿著點P所在經線自北向南照射的，所以對于點P而言，當日出和日落時太陽光線就是正北方向。出現日出和日落現象時的時間為什么是0時呢？我們可以觀察點P所在經線的地方時，因為太陽直射點所在經線地方時為12時，點P所在經線與太陽直射點所在經線是兩條相對的經線，經度相差180°，所以點P所在經線地方時為0時，即對于出現極晝地區而言，日出日落時間為0時。再者，我們同樣可以借助數學方法計算出極晝地區出現日出和日落的時間，根據日出時間=12-1/2晝長，日落時間=12+1/2晝長，因為出現極晝現象，所以晝長取24，我們同樣可以得到日出時間為0時，日落時間為24時（0時）的結論。需要注意的是，極晝地區的日出和日落并不是真正意義上的日出和日落。

類似的，我們可以想象一下極夜地區的情況。極夜地區沒有日出日落之分，但我們可以考慮它首次迎接日出和日落的時間和方位。如圖二所示，我們以點Q為例，當太陽直射點向南移動，Q極夜現象消失，它就會迎來首次日出和日落。日出和日落的時間我們可以通過觀察點Q所在經線得到結論，Q所在經線恰好是太陽直射點所在經線，所以地方時為12時，即當極夜地區首次迎接日出和日落時，地方時為12時。同理，運用數學方法：日出時間=12-1/2晝長，日落時間=12+1/2晝長，因為是首次迎接日出，所以晝長很短很短，近似的晝長取0，代入上面式子也可以得到同樣的結論。此外，對于像晨昏線上太陽高度角為0°這樣很難理解的問題，也是可以通過數學方法解決的。在高中地理教學中，教師不要簡單地傳授單一的地理知識，而要結合其他學科知識不斷豐富地理教學的內容，讓學生明白知識的共通性。

下面我們再看一個問題：為什么晨昏線上太陽高度角為0°？要想理解這個問題，我覺得把數學中的立體幾何知識應用到這里再合適不過了。晨昏線上太陽高度角為0°，換句話說，太陽光線與地平線是重合的，怎樣證明呢？如圖三所示，我們在地表定義一點M，連接地心0與M，過點M作它的地平線，接下來我們運用數學方法來看，太陽光線垂直于晨線，垂直于昏線，所以垂直于晨線與昏線組成的平面，即垂直于晨昏圈，垂直于晨昏圈內所有線段，垂直于OM，所以太陽光線與地平線是平行且重合的。可見，數學方法在地球運動一節中的應用是非常廣泛的，要想學好地球運動的相關知識，一定不能把學生的思維固化，必須讓他們自己研究，有所創新。

從多維度分析問題，不僅有利于解決地理學科中地球運動這一難點問題，也有利于解決其他問題。這種思維方式對于學生的終身發展是有益的。在教學過程中，教師要注重培養學生從多維度分析和理解問題的能力，從而更好地提高學生的學習效率和綜合素質。

參考文獻：

[1]魚建英.用數學對稱原理解決地球運動的相關問題[J].地理教學，2015，（04）.

[2]梁瑩儀.高中地理“地球運動”教學策略[J].中學教學參考，2017，（13）.

[3]李俊婷.地球運動的地理意義——晝夜長短及其變化規律[J].多媒體教學，2016，（06）.

[4]劉谷.高中地理教育中“地球運動的意義”和生活實際的聯系[J].中國校外教育，2014，（01）.

[5]黃彩雯.高中地理核心素養運用之地球運動[J].文理導航，2017，（07）.

[6]許婉英.“地球運動的地理意義”內容詳析[J].教材新析，2012，（Z2）.

（責任編輯 趙永玲）