地球运动基本图形的构建与解读.doc

地球运动基本图形的构建与解读江苏省邳州市第三中杨荣海关于地球的空间运动状态、正午太阳高度与昼夜长短的纬度分布与季节变化等，文字是很难描述清楚的，需要构建一些直观的图形进行形象的表达。借助这些图形去学习相关的基本概念、原理和规律，这是学习地理的基本方法，也是培养地理学习能力的基本要求。一、基本概念图像1黄赤交角黄赤交角，是描述地球运动空间状态的基本概念。在现行教材中显示黄赤交角的图形（人教版）较为复杂，学生阅读图形构建空间概念的难度很大。利用下面的图形（图1）作为替代文字内容，能收到事半功倍的效果。图1上图中的地轴是“正”的，赤道平面是“平”的，这样，地球运动的轨道面（黄道面）就是“斜”的。这和地图学以上方表示北方的习惯相一致，降低了学生的阅读难度。这幅图不但直观地显示了黄赤交角的实质内涵，而且还能够动态地显示由于黄赤交角的存在，太阳直射点的季节移动过程：（1）夏至日（北半球）：地球“降”到轨道的“最低点”。此时，太阳直射北回归线。（2）冬至日（北半球）：地球“升”到轨道的“最高点”。此时，太阳直射南回归线。地球在轨道上的“上升”或“下降”，导致太阳直射点的不断移动：从夏至日到冬至日，地球在轨道上由“最低点”升到“最高点”，太阳直射点由北回归线向南移动，经过赤道（秋分日，太阳位于赤道平面，直射赤道）到南回归线，从冬至日到夏至日，则相反。2太阳高度太阳高度，是教材第一单元知识的核心概念之一。现行教材中，没有太阳高度的概念图形，只有简单描述：太阳高度，指太阳光线与地平面的夹角，即太阳在当地的仰角，又称太阳高度角。这样的描述对于学生是抽象的。在日常生活中，学生有太阳高度及其变化的直观感受，但并没有形成概念，如何使学生把日常观察到的熟悉现象，从感性认识提升到形成概念，是学习正午太阳高度纬度分布与季节变化规律首先要解决的问题。在课堂学习正午太阳高度的变化一节知识前，布置学生观测课前某日8时、10时、12时、14时、16时的太阳高度。让学生主动去思考“什么是太阳高度”、“怎样测量太阳高度”，激发学生主动探究地理问题的热情和兴趣。在“立杆测影”的观测活动中，感受“太阳光线”、感悟“太阳高度”的概念，形成图2所示的太阳高度的“概念图像”。图2 太阳高度，指太阳光线与地平面的夹角， 即太阳在当地的仰角，又称太阳高度角这种概念图形及构建的思想方法，可以解决许多实际问题，如分析关于不同纬度热水器集热板的倾角大小及季节变化；在建筑楼房时，为了保证后楼一楼常年得到充足的光照，两楼的距离等问题。二、基本的日照图形日照图，是太阳光照射地球状况的示意图，是分析地球运动所形成的昼夜更替、昼夜长短和正午太阳高度的变化等地理现象的重要工具，也常常成为高考考查学生相关知识和能力的切入点。从视角方位来分，基本的日照图形有侧视日照图和极地俯视图两种类型。1侧视日照图（1）三维侧视日照图三维日照图（图3所示），是三维空间的一种透视图形，可以完整地呈现昼半球与夜半球、晨线与昏线、昼弧与夜弧的分布状况。透视三维日照图，可以进行广阔的全境式的空间想象，从而很大程度上降低学生学习相关知识的难度。 图3 图4（2）二维侧视日照图以平面形式展示的球面日照图，称为二维侧视日照图。二维侧视日照图，因其图形简洁、易于绘制，更为常见常用，但由于平面图示的局限性，某些地理信息不能尽现于图中。例如，图4就是一幅基本的二维侧视日照图形，反映的是与图3所示时刻相同的日照图形，与图3相比，其不足之处在于背向观测者的另一半球不能直观透视、纬线（圈）的几何特征“失真”。因此，受空间想像能力的限制，许多学生解读此类日照图存在较大困难。从以下几个方面突破难点，可取得较好的效果。图图转换二维侧视日照图最根本的不足在于纬线几何变形较大，从而缺失立体感，给学生阅读造成障碍，消除这个障碍的关键是要帮助学生建立三维立体的日照图形的空间概念，能够把二维侧视日照图（图4）顺利转换为三维侧视日照图（图3），明晰图4和图3中的点、线、面之间的对应关系，培养学生对二维侧视日照图形的立体感知能力。挖掘信息二维侧视日照图尽管图形简单，但蕴涵大量的地理信息，解读这些信息的关键是要关注特殊的点和线（以图4为例）。太阳直射点（P）：地方时为12时，太阳高度为90。晨线与赤道的交点（E）：地方时为6时，太阳高度为0。晨线与昏线的分界点（L、T）：晨昏线上纬度最高的点，其纬度与太阳直射点纬度互余；所在纬线为极昼、极夜区与非极昼、极夜区的界线；点L在子线上，地方时为0时，点T在午线上，地方时为12时。午线：太阳直射点（P）所在经线，午线上各点地方时为12时。子线：与午线在同一平面上，经度相差180，子线上各点地方时为0时。晨线与昏线：昼夜半球的分界线，太阳高度为0；东侧为昼半球的是晨线（图4中LT线），东侧为夜半球的是昏线（图4中隐藏于另一半球未能显示）；太阳光线始终和晨昏线平面垂直。中央经线：在图4中过点E的经线称为中央经线，与子午线经度相差90，地方时为6时（在东侧为夜半球的图中，地方时为18时）。中央经线与晨昏线的夹角的大小等于太阳直射点的纬度。赤道：全年昼夜平分。动静结合阅读日照图要建立静态与动态相结合的思维方法。静态思维就是要立足于地球是一个不透明的行星球体，在同一时间里，太阳只能照亮地球表面的一半，向着太阳的一半被照亮，是白天，称之为昼半球；背向太阳的半球是黑夜，称为夜半球。这种状况用示意图表示就绘制出了日照图形。利用日照图形可分析出某一时刻全球各地的昼夜长短和太阳高度的分布状况，以及地方时刻的早晚等。动态思维就是要立足于地球是一个运动着的行星球体，地球在公转轨道上运动时，地轴的空间指向和黄赤交角始终保持不变。因此，地球在公转轨道的不同位置，地表接受太阳垂直照射的点即太阳直射点就有了变化，从而引起全球各纬度昼夜长短和正午太阳高度的季节变化。反映在侧视日照图上，晨昏线与中央经线的交角在不断的变化，也就有了不同的日照图形。如图5的三幅图，直观形象地表达了地球运动、太阳直射点、晨昏线、昼夜长短和正午太阳高度的变化之间的内在联系。静态思维与动态思维相结合，使每一幅二维的平面日照图形都能成为立体的运动着的地球缩影，生机勃勃、充满活力，激发学生对地球运动的无穷想象。图52极地俯视日照图极地俯视日照图，是从极地上空俯视地球而绘制的半球图。下面就是两幅同一时刻的极地俯视日照图形（见图6、图7）。图中各圆为纬线，外圆为赤道，圆心为极点，以极点为中心而辐散的直线为经线，大圆外的箭头指示了地球自转的方向。阅读极地俯视日照图最重要的两步是：（1）确定南北半球对中心极点未明确标注南极还是北极的俯视图，阅读的第一步就是要判定半球。判定依据通常有：指示地球自转方向的箭头（南顺北逆）；图中经度，根据经度数值的变化规律，确定东西方向，由东西方向在图上画出地球自转方向的箭头，从而判定出南北半球。图6 图7（2）判定日照时间日照时间的判定是阅读俯视日照图形的一个重要内容，包括显示的季节和日照时刻两个方面：季节判定在俯视日照图中，太阳直射点不能直观透视，季节（或节气）的判定需要依据极昼或极夜的区域范围。如图6显示了北极附近为极昼区，其反映的季节为北半球的夏季、太阳直射北半球。（若点L所在经线为北极圈，则此时太阳直射北回归线，北半球为夏至日）时刻判定根据地球自转方向，判定晨线和昏线，以晨（昏）线和赤道的交点（图6中的点E、D）地方时为6时（18时）作为条件，从而推算其他各地的地方时刻。或者是从图中直观地判读出平分昼夜半球的经线为子午线（图6中的线NL和NP），其地方时分别为0时、12时，再依此判定其他点的地方时刻。日照图用图形直观地表达了地球运动及其形成的相关地理现象，图形繁多，不同时间、不同方位观察的图形不同，同一时间同一方位在不同的空间表达的图形也不同。另外，还有一些创新的局部图形、变式图形等。不论何种形式的日照图形，蕴涵的关于地球运动的基础知识、