太陽高度角的教學設計
——基于問題解決的方法

鄧昕悅 李 萍 郭劍鋒 蘇小兵

（1.華東師范大學 教師教育學院, 上海 200062; 2.首都師范大學附屬育新學校, 北京 100096;3.浙江省教育廳教研室, 浙江 杭州 310063）

一、教學內容

“太陽高度角”相關內容在選擇性必修1《自然地理基礎》第1單元“ 地球運動”的主題 “ 地球公轉及其地理意義”中。地球公轉的地理意義有四個：晝夜長短變化、正午太陽高度變化、四季變化和五帶劃分。四個地理意義都是太陽直射點的回歸運動引起，而太陽直射點的回歸運動是地球自轉和公轉軌道面之間形成黃赤交角造成的。四個地理意義之間具有邏輯關系：由正午太陽高度和晝夜長短的變化形成了四季變化和五帶劃分。所以教學內容要按照下圖（見圖1）的邏輯順序開展：首先學習黃赤交角和太陽直射點的回歸運動，再學習正午太陽高度變化和晝夜長短變化，最后學習四季變化和五帶劃分。四季變化和五帶劃分是后續自然地理中氣候、水文、植被、土壤等知識的基礎，正午太陽高度變化作為四季變化和五帶劃分的成因之一，是本主題的重點知識。正午太陽高度變化的學習需要學生運用空間思維構建地球運動的模型。因此正午太陽高度變化是地球公轉及其地理意義單元的難點知識。

圖1 地球公轉地理意義邏輯

“太陽高度角”有關的教學內容包括三個：太陽高度角的日變化規律、緯度變化規律和正午太陽高度的時間變化規律。本節課將結合真實情境，根據問題鏈“一天之中的太陽高度角是如何變化的？不同緯度的正午太陽高度有什么變化規律？不同日期的正午太陽高度有什么變化規律？”依次展開教學。首先通過太陽高度角的日變化引出正午太陽高度角的概念，然后學習較為簡單的緯度變化規律，最后將時間變化與緯度變化結合來學習時間變化規律。

二、教學目標

1.學生能夠描述太陽高度角的日變化規律和正午太陽高度的變化規律。

2.學生能夠口頭或借助示意圖解釋太陽高度角的日變化規律和正午太陽高度的變化規律的成因。

3.給出一個具體的、真實的情境，學生能夠根據太陽高度變化規律的原理，解釋太陽高度角的變化趨勢。

三、教學過程

1.教學環節一：太陽高度角的日變化

(1)呈現問題情景

①教師呈現2022年5月28日10：30在西安馬路邊拍攝的一張照片（見圖 2）。

圖2 西安街景

②學生在照片上畫出該地此時的太陽高度角。

③請2位學生展示自己畫的圖，并分享繪圖思路。

④教師總結太陽高度角的繪制方法和概念。

⑤此時的太陽高度角大約是58°，一天之中從日出到日落，太陽高度角的大小是一樣的嗎？如果不一樣，有什么規律？請說出判斷的依據。

⑥請2位學生分享自己的想法和判斷的依據。

從學生身邊的生活現象出發，呈現真實的問題情境。鼓勵學生結合自己的生活經驗對問題做出假設，并帶著假設開展探究實驗。

(2)組織學生開展自主探究

①教師發放“任務單一”（見圖3），布置探究任務。

圖3 任務單一

②教師演示sun-path工具的操作方法。

③教師組織學生獨立開展探究活動，并填寫任務單。

探究活動借助現代地理信息技術模擬真實場景中太陽的視運動，通過觀察建筑物影長的變化來推導太陽高度角大小的變化，通過自主探究來驗證假設并總結規律。

(3)分享交流

教師請2～3位學生分享自己總結的太陽高度角的日變化規律，并給出判斷的理由。

學生在說出想法后，教師可以針對性的展開追問，和學生進行雙向交流。在課堂上給學生提供交流和表達的機會，有利于培養學生的邏輯思維和表達能力，指向核心素養的發展。

((44))總結

①教師總結太陽高度角的日變化規律。

②結合模型（見圖4），解釋太陽高度角日變化規律的成因。

圖4 太陽高度角日變化的解釋模型

引導學生思考規律背后的成因，借助因果模型來解釋成因，幫助學生建構正確的知識結構。

2.教學環節二：正午太陽高度的緯度變化

(1)呈現問題情境

①教師呈現兩張圖片，第一張是2022年7月17日正午時刻在西安某小區拍攝的照片（見圖5）。第二張是中國地圖（圖略）。

圖5 西安某小區照片

②如果照片中的樓建設在廣西南寧，這一天的影子和圖中一樣長嗎？如果不一樣，會更長還是更短？請說出判斷的依據。

③請2位學生分享自己的想法。

先請學生根據已有知識和生活經驗對正午太陽高度的緯度變化規律做出假設，通過學生之間的分享交流，初步形成解釋模型，然后開展自主探究，進一步修正解釋模型。

(2)組織學生開展自主探究

①教師發放“任務單二”（見圖6），布置探究任務。

圖6 任務單二

②教師對學生進行分組，4人為一小組。

③教師組織學生開展探究活動，并填寫任務單。

基于問題解決的自主探究過程，學生借助現代地理信息技術模擬真實場景收集數據，然后將數據轉化為更直觀的圖表，從中總結規律。體現了在課堂中為學生還原科學研究過程的理念，讓學生重走科學家的發現之旅，在問題解決的過程中獲得知識，發展核心素養。學生在學習的過程中，個人的能力和見解是有限的，如果能夠和別人進行一定程度的合作和交流，就可以集眾人智慧，達到1+1＞2的效果。在課堂中，針對一些有難度的任務，可以利用小組合作的方式進行探究學習，通過學生之間的互幫互助，提高學生的團隊合作能力。

(3)分享交流

教師請2～3個小組分享任務4——正午太陽高度的緯度變化規律的成因。

((44))總結

①教師總結正午太陽高度的緯度變化規律。

②借助模型（見圖7），解釋正午太陽高度緯度變化規律的成因。

圖7 正午太陽高度的緯度變化規律的解釋模型

3.教學環節三：正午太陽高度的時間變化

(1)呈現問題情景

①教師呈現2022年7月17日正午時刻在西安某小區拍攝的照片（見圖5）。

②如果夏至日這天在同一位置再拍一張照片，夏至日和7月17日的正午太陽高度角大小一樣大嗎？若不一樣，會更大還是更小？

③請2～3位學生分享自己的想法并說出判斷的依據。

④教師提出接下來探究活動的問題：西安地區的正午太陽高度隨時間變化規律是什么？世界其他地區也都遵循一樣的規律嗎？

(2)組織學生開展自主探究

①教師發放“任務單三”（見圖8），布置探究任務。

圖8 任務單三

②教師組織學生以4人為一小組開展探究活動，并填寫任務單。

環節三和環節二的探究活動是類似的，在環節三的探究活動給予學生更多的自主發揮空間，總結出規律后自主利用sun-path工具進行驗證。通過這次自主探究可以評價學生對正午太陽高度的緯度變化知識本身的理解水平，也可以評價學生對正午太陽高度變化規律分析方法的遷移能力。體現了嵌入式評價在地理課堂中的應用，以學生在課堂中產生的日常活動作為評價內容，及時的獲得學生知識掌握情況的反饋，再根據反饋信息反思教學過程，采取相應的改進措施，真正達到改進教學的目的。

(3)分享交流

教師請2個小組分享任務1表格中的內容、任務2總結的正午太陽高度的時間變化規律和任務4分析的成因。

((44))總結

①教師總結正午太陽高度的時間變化規律。

②借助下圖（見圖9）, 解釋正午太陽高度時間變化規律的成因。

圖9 正午太陽高度的時間變化規律的解釋模型