基于智能軟件的“太陽視運動”教學探索

武晨旭 王秋杰

在“互聯網+”時代，利用智能手機、平板電腦等電子設備中的應用程序嘗試輔助教學的地理課堂不斷增多，從常用的辦公軟件到復雜的專業軟件，越來越多的案例表明，基于移動互聯技術的現代媒體設備能夠明顯激發學生的學習興趣，提高課堂教學效率。本文以“地球運動之太陽視運動” 內容為例，借助智能軟件“Ephemeris”的功能，分析該軟件如何助力地理課堂教學。

一、軟件功能簡介

Ephemeris包含太陽、月球、銀河系的精確軌跡信息，可以幫助使用者觀察日出日落方位及時間，還可模擬任一時間或地點的太陽、月球運動軌跡，通過增強現實技術（AR）展示即時的太陽視運動軌跡。

（一）頁面介紹

軟件主界面由頂欄、邊欄、主屏幕和底欄組成（如圖1）。

（1）頂欄：包括菜單鍵和位置設定兩部分，可以通過使用設備位置獲取當前精確點位信息，也可通過輸入固定坐標手動定位，位置設定好之后在正上方能夠得到時區、經度、緯度等詳細信息。

（2）邊欄：包括太陽位置、太陽路徑、月球位置、月球路徑、銀河系中心位置、銀河系中心路徑以及黃金小時、藍色時刻、民用曙暮光等攝影愛好者常用信息等。輕按可以打開或關閉，向左滑動能獲取更加詳細的信息。再次點擊某一板塊，如日間信息，可以付費了解未來一段時間內的日出日落時間、晝長等信息。

（3）主屏幕：可以更改視圖模式、坐標方格。視圖模式包括增強現實（AR）、3D指南針、手動模式三種，同時可以選擇地平線以上視圖或實心球視圖兩種模型。

（4）底欄：主體為時間滑塊，是其最重要的交互模塊，有一小時、一天、一年三個時間尺度供選擇?；瑒訒r間滑塊，在主屏幕上可以觀察到太陽、月球、銀河系中心的位置變化。太陽高度、晝夜長短、日出日落方位也能根據位置和時間兩個變量呈現相應的畫面、數值變化。

（二）功能介紹

1.演示太陽、月球、銀河系中心的運動軌跡

使用者通過滑動時間滑塊，能夠模擬不同日期和不同地點太陽、月球、銀河系中心的軌跡，同時實時展示三者的位置，從日間信息中獲取當天日出日落時間、方位、正午太陽高度角等信息。除此之外，在教學中運用該軟件，還可以展示二分二至日時任意地區的太陽視運動軌跡（如圖2）。

2. 展示日出日落時間、晝長變化的數據

使用者點擊日間信息后，可以獲取不同時間段日出、日落時間及晝長變化的詳細信息。通過設置特殊時間如二分二至日，上下滑動該界面可以觀察日出日落時間及晝長變化趨勢，利用直觀的數據展示來驗證晝長變化規律。

二、智能軟件輔助下的教學案例

人教版普通高中地理教材（選擇性必修一）對于太陽視運動沒有進行系統的描述，僅僅涉及太陽高度的變化規律、正午太陽方位及正午太陽高度計算方法等較為零散的知識點，但在教材中卻出現了“北緯40°地區二分二至日”太陽視運動軌跡圖。筆者認為，學生只有系統學習過太陽視運動的相關原理，才能對這類圖像理解得更加透徹，在日常生活中也能更好地將理論與實踐結合起來。

太陽視運動的學習對于高二學生來講難度較大，它對學生的時間感、空間感要求極高，也很難直接感知。因此，對于該內容的講授，筆者主要借助智能軟件來輔助教學。Ephemeris軟件界面簡潔、操作簡便，能將太陽精確軌跡數據可視化、具象化，極大地提高本節課的教學效率。

（一）日間信息巧獲取，曲線選擇解難題

在復習回顧太陽高度角、正午太陽高度角、日出日落方位、正午太陽方位等知識后，教師引導學生從太陽高度入手，利用日出、正午、日落三個點位信息繪制簡單的太陽高度日變化曲線圖，讓學生通過繪制平面圖初步感受一天當中太陽的動態變化過程。學生自行操作智能軟件獲取繪圖所需的日間信息，如日出、日落時間及正午太陽高度信息（如圖3），按照標點、連線的畫圖步驟在學案中畫出太陽高度日變化曲線圖。學生標出三個特殊點后，會面臨曲線選擇問題（如圖4）。兩種不同凸向的曲線反映的單位時間太陽高度變化趨勢也有所差異。在曲線選擇方面，學生操作軟件并滑動底欄時間滑塊，對比日出、正午前后單位時間內太陽高度變化速率，從而選擇正確的曲線。曲線選擇問題的設置為地心天球模型的引入及進一步利用軟件展示太陽視運動軌跡作好鋪墊，將課堂教學順利引入下一環節。

（二）天球模型巧建立，軟件驗證固知識

天球是為研究天體的位置和運動而引進的一個假想圓球。它是一個與地球同球心，并具有相同自轉軸、半徑無限大的球體。日月星辰都可以當作投影在天球上的物體，它們相對于地球自東向西運動。以地球為中心搭建的地心天球模型，有助于學生從直觀的視覺角度來研究軟件中涉及的太陽視運動軌跡。圖形從平面到立體，從簡單到復雜，學生對太陽動態變化的感受逐漸變得立體化、具象化。利用該模型，可以模擬任意時間、地點的太陽視運動過程。例如，選取北極點為觀測點位，可知觀測點地平面與地球北極點相切（圖中綠色的面），將地球適度縮小的同時地平面下移，再加入二分二至日太陽運動軌跡，可獲得一半天空一半陸地的太陽視運動軌跡圖（如圖5）。對此，學生能夠通過利用智能軟件驗證理論的正確性。具體操作步驟如下：點擊主界面頂欄的設置位置按鈕，通過輸入固定坐標設置觀測點（北極點、赤道、北回歸線），通過滑動時間滑塊觀察真實太陽視運動軌跡（如圖6），并與課件上的模型圖片比對，驗證所學。同時，根據圖像歸納總結二分二至日時晝長、夜長、正午太陽方位等規律，生生評價，教師補充完善。

地心天球模型的建立，有利于學生從原理出發了解太陽視運動軌跡圖，并且促進學生對太陽高度、晝夜長短、日出日落方位等相關知識的進一步探究。學生利用軟件可以對課堂所學的相關知識、原理及現象進行驗證，達到鞏固新知的作用。

三、對智能軟件輔助地理教學的理性思考

（一）軟件與地理教學融合應用的價值體現

1.突破教學難點，提高課堂效率

太陽視運動軌跡作為地球運動中難度較高的學習內容，需要學生具備較強的抽象思維和時空想象力。學生在教師的引導下搭建地心天球模型，將太陽高度角、日出日落方位等相對獨立的知識點聯系起來構建太陽視運動軌跡圖，再通過軟件對所學原理進行演示與驗證，使得抽象概念具象化、復雜知識簡單化、教學效益最大化，最終達到深化理解的目的。

2.增強課堂魅力，激發學生學習興趣

現代信息技術優化了地理課堂，在教學內容、教學形式上作用非凡。智能軟件的融合，使抽象晦澀的教學內容直觀化、具象化，使原本單一、枯燥的教學形式變得多樣化和生動化。活動環節涉及軟件的操作與展示，有效吸引了學生的注意力，激發了學生的求知欲。在興趣的加持下，學生的學習效率達到最佳狀態。

3.課堂歸還學生，釋放學生天性

教學的目的不在于傳授知識，而是要喚醒學生自主學習、團結協作的意識。本節課的教學要充分發揮學生的主體地位，使學生在主動投入的狀態下學習，體現以學生為主體的課堂構建。筆者深刻記得學生在觀看與操作軟件時的驚奇感與興奮感。運用軟件探究問題、繪制圖像時，學生的積極性與主動性被充分調動。由此可見，軟件與地理課堂的融合釋放了學生自主學習的天性。

4.踐行TPACK理論，內化融合理念

TPACK（technological pedagogical content knowledge，整合技術的學科教學知識）理論涉及學科內容知識、教學法知識、技術知識三要素，提倡教師將信息技術融入具體學科內容的教學法知識當中。在整合技術的教學法知識（TPK）方面，軟件與地理教學的融合提高了直觀演示法的教學效果，通過教師與學生的操作和展示，能夠讓學生通過直觀的視覺感受更好地理解并掌握抽象晦澀的知識點，實現學習目標。在整合技術的學科內容知識（TCK）方面，學生利用軟件觀察太陽視運動軌跡圖，自主總結特殊點位太陽視運動規律。之后，教師對學生的探究成果進行點評，可增強學生的學習主動性，培養學生的獨立思考能力，突出師生交互學習過程。

（二）軟件與地理教學融合應用存在的問題與局限

軟件與地理教學融合應用的價值顯而易見，但也不得不指出融合應用中還存在一定的問題與局限。

1.投屏方式受限，投影效果不佳

該軟件需要滑動時間滑塊展示太陽視運動的動態變化，對投屏傳輸碼率要求高，因此通過局域網無線傳屏無法獲得較好的投影效果，從而直接影響課堂教學中師生互動的流暢性，只能選擇USB有線傳輸保證畫面的流暢性。不過，市面上大部分傳屏軟件有線投屏的可操作性都不盡如人意。再者，該軟件不支持橫屏操作，投影在屏幕上的畫面大小受限于移動電子設備豎屏的尺寸，導致教學過程中軟件投影效果不佳。

2.對教師專業素養要求較高，時間成本較高

軟件與地理教學的融合需要教師具有較高的信息技術素養，不僅要熟練掌握軟件的操作，而且要突破技術障礙，靈活應對教學突發狀況。學生利用該軟件掌握太陽視運動軌跡需要有太陽高度角、日出日落方位等知識儲備，天球模型的引入有利于學生理解該圖像的視覺原理，這些都需要教師投入大量的教學時間，與傳統教學相比成本較高。

綜上所述，在“互聯網+教育”的背景下，軟件與課堂教學的融合正在逐漸引起傳統課堂教學的改變。信息技術的發展與融入不僅能夠促進教師專業成長，也能提升學生學科核心素養。合理運用信息技術是地理教學改革的突破點，但信息技術與傳統教學的融合有利有弊，如何揚長避短，需要對兩者的有效融合做進一步的探索。正文

（作者武晨旭系江蘇省常州市第三中學教師，中小學二級教師;王秋杰系江蘇省奔牛高級中學教師，中小學二級教師）

責任編輯：孫建輝