“探究太陽直射點的南北移動”教學設計

鄧霞林

（上海市甘泉外國語中學, 上海 200061）

“探究太陽直射點的南北移動”教學設計

鄧霞林

（上海市甘泉外國語中學, 上海 200061）

一、教學內容與地位

1．教學內容

黃赤交角；太陽直射點的南北移動；二分二至節氣。

2．地位與作用

人類生產生活的很多方面都體現了季節性特征，如：我國許多地區農業的春播秋收。自然界的很多變化也呈現季節輪回，如氣溫降水的季節變化，候鳥等動物的季節性遷徙等。季節的更替是由于太陽直射點在地球表面的南北移動，而直射點在地球表面南北移動的根源在于黃赤交角的存在和地球公轉。學生若能理解“黃赤交角是導致太陽直射點南北移動的根本原因”，則抓住了地球上人類社會和自然環境的季節變化的根源。

天體系統（特別是太陽系、地月系）的相關內容為地球公轉的學習提供了宇宙背景知識。地球的運動包括自轉和公轉，地球自轉的學習為公轉的學習提供了部分類似的學習方法與經歷。地球公轉的學習也為后續內容，如氣壓帶風帶的季節移動、氣候、農業生產的季節性等打下基礎。

二、學情分析

學生在六年級也學習過地球公轉的部分知識，但由于當時學齡低，教學要求較低，且學生間隔了幾年的地理課程，大部分學生對這部分內容理解只剩下“地球繞著太陽轉”。在本學期初學生學習了“專題1地球在宇宙中的位置”為地球公轉的學習提供了宇宙背景知識，學習了地球的自轉，為公轉的學習提供了類似的學習方法與經歷。在自轉的學習中學生通過撥動地球儀了解用地球儀模擬地球自轉的一般知識。該內容的學習對學生空間思維要求高，因而教學步伐不宜太大，更應重視循序漸進。

三、課程標準要求

《上海市中學地理課程標準（試行本）》中對該內容期望學生能“運用示意圖說出太陽直射點的變化，學會閱讀與地球運動有關的示意圖，學習用相關軟件模擬地球的公轉運動”，要求為C級（最高級別）。

四、教學目標

1．能說出黃赤交角的度數；能說出二分二至日的名稱、對應的日期及太陽直射點的緯度；理解黃赤交角的形成及由其產生的太陽直射點的移動并能用適當的地理表達（如模擬實驗、畫圖等）來說明。

2．利用自制短棒（模擬太陽直射光線）和地球儀，演示隨地球公轉太陽直射點的南北移動。通過引出問題、提出假設、實驗檢驗、作出結論等問題解決步驟，體會地理科學研究的一般過程。初步體會用空間視角分析地理事物。

3．通過合作學習，體會團結協作共同完成任務的愉快。通過動手動腦模擬地球的公轉，激發探索地理事象本源的興趣。

五、教學重點、難點

重點：黃赤交角的形成及由其產生的太陽直射點的南北移動。

難點：黃赤交角導致的太陽直射點的南北移動幅度。

六、主要教法、學法及說明

1．地球儀模擬實驗教學與多媒體輔助教學相結合

本課采用地球儀模擬實驗教學。在實驗教學前請學生自制一根小棒以模擬太陽直射光線。在課堂中學生模擬隨地球公轉太陽直射點的南北移動以及假設黃赤交角變化時太陽直射點緯度范圍的變化。

采用動畫軟件演示黃赤交角的形成，演示地球公轉時太陽直射點的南北移動。

2．問題解決教學法

本課主要按四個步驟進行問題解決教學。第一步：創設情境，提出問題——通過對太陽直射點的探究學習，提出“太陽直射點為什么會南北移動？”第二步：作出假設——太陽直射點南北移動的原因猜想：是自轉？公轉？黃赤交角……第三步：實驗探究、檢驗假設。主要通過三個地球儀模擬實驗進行探究。觀察太陽直射點的緯度是否隨地球自轉而變化；觀察太陽直射點的緯度是否隨地球公轉而變化；假設黃赤交角變化時觀察太陽直射點的緯度移動范圍是否變化。第四步：得出結論。通過實驗驗證，請學生思考總結太陽直射點的南北移動的主要原因。

3．班級集體學習與小組合作學習相結合

本課中活動四采用前后兩人一組，合作學習，盡量做到組內異質，組間同質。其余活動均為班集體學習。

七、教學設備

地球儀若干（學生兩人一個、教師一個）、兩學生合作自備短棒1根（代表太陽直射光線）。

教師自制太陽光線模擬裝置，多媒體及課件。

八、教學過程

1．新課引入

教師：我們現在正處秋季，春花秋實，秋季是收獲的季節；也是大雁南飛，候鳥遷徙的季節。再過兩個月，寒冷的冬季將至，寒暑易節。這些自然和人文現象的背后有一個共同的原因，就是由于地球公轉產生了季節的更替。地理學家發現形成季節更替最直接的因素是太陽直射點的南北移動。今天我們主要探究太陽直射點的南北移動。

【設計思想】了解本課學習的意義，激發學生的求知欲。

2．新課教學

學生活動一 理解黃赤交角

多媒體呈現動畫，配合教師講解，學生逐步理解一線（地軸）兩面（黃道面、赤道面）三角度（黃赤交角、赤道面與地軸所成的角、黃道面與地軸所成的角）。

【設計思想】直觀的動畫圖像演示有利于學生快速地理解地軸、黃道面、赤道面三者的空間關系。多媒體顯示黃赤交角的大小，請學生回答“赤道與地軸所成的角、黃道與地軸所成的角”兩個角度的數值，該回答可作為學生是否理解“一線兩面”空間關系的反饋。

學生活動二 探究某時刻太陽直射點的位置

（1）學生自學閱讀學案中“太陽直射點”的概念介紹，教師適時引導學生把文字內容轉化為形象化的圖像。

學案內容舉例：

自學閱讀 太陽直射點是地球表面太陽光入射角度為90度的地點。它是地心與日心連線和地球球面的交點。在某一瞬間，到達地面上太陽光線可視為平行光，太陽直射光線的延長線能通過地球球心的。

【設計思想】靜態的陳述性知識的學習是程序性知識學習（學生動手畫圖、動手操作地球儀進行模擬實驗）的基礎或起步階段。學生自學閱讀陳述性知識——“太陽直射點”的概念，可提高地理學力。可能部分學生在短時間內通過閱讀難以迅速明了概念，教師利用教具演示講解，促進學生的理解深化。

【期望學生】能從兩個角度理解太陽直射點的位置特征——該點太陽光線與地平面垂直，且太陽光線延長線指向地球球心。

（2）動手畫一畫。請學生在不同的光照圖中找出太陽直射點，并依據緯度的定義在圖中讀出直射點的緯度數值。

學案內容舉例：

請你在下圖中用標出太陽直射點的位置，并說出其緯度。

圖1

圖2

承轉：通過畫圖我們發現，太陽有時直射在23°26′N，有時直射在赤道，有時直射在23°26′S。在實踐中，人們也發現太陽直射點總在南北移動。

（3）引出問題——太陽直射點為什么會南北移動？

由于在短時間內學生難以提出有針對性的問題，此時由教師引導提出問題。

【設計思想】要理解太陽直射點的動態變化，先掌握其某一瞬間的靜態位置；同時通過圖形練習不僅有利于學生把前面學習的關于太陽直射點的陳述性知識轉化為程序性知識，而且也有利于教師通過觀察學生的反饋及時了解學生的學習程度，調整教學進程。

【期望學生】能在圖上準確地找到太陽直射點的位置。

學生活動三 提出假設——太陽直射點南北移動的原因假設

師生一起提出太陽直射點南北移動的可能原因。

【設計思想】提出假設或可能的解答是問題教學法的關鍵環節。學生可能提出很多無關的“解答”，比如近日點、遠日點，公轉的方向等等，教師盡管接受，來不及的實驗驗證可由學生課后延續進行。也有地理學力較低的班級學生剛開始可能沒有思路，比如想不到“自轉、公轉”這些可能原因，這時為了保障課堂順利進行，教師適時提醒“太陽直射點會南北移動，運動的事物估計有可能是由于運動導致的。你認為是由于哪個運動呢？”（公轉吧。）“你能證明不是自轉嗎？”（不能）“那也把它放進來吧。”（雖然自轉不是直接原因，但證偽它有利于解決部分學生的疑惑。）如果學生想不到“黃赤交角”，教師可以暫時不提，等做完自轉和公轉實驗再作如下提示：“現在我們證實了地球公轉是導致太陽直射點南北移動的一個重要原因。大家再想想，太陽直射點南北移動與地球公轉的姿勢有沒有關系？”（斜著身子公轉）“我們用一個角度來精確描述這個傾斜程度，這個角度是——”（黃赤交角）“我們來看看假設黃赤交角的變化是否會影響太陽直射點的緯度移動幅度。”

【期望學生】積極思考，采用頭腦風暴，列出他們認為的所有可能答案，最好包括以下答案：公轉、黃赤交角等。

學生活動四 實驗探究，檢驗假設

（1）實驗探究——觀察太陽直射點的緯度是否隨地球自轉而變化。

學生在教師的示范下，利用小棒和地球儀模擬太陽直射情形，先不考慮地球運動的情況下，在地球儀上讀出直射點的緯度。然后請學生在不考慮公轉只考慮自轉的情形下，觀察太陽直射點的緯度是否隨地球自轉而變化。

【設計思想】學生動手操作，主要表現為程序性知識的學習。許多教師設計了精彩的多媒體課件來突破“黃赤交角導致的太陽直射點南北移動”這一難點，然而學生雖然知曉了這一結論，但受平面媒體的限制，學生實際很難想象“太陽直射點的南北移動”的這一事實，更難以領會是“由于黃赤交角的存在導致了太陽直射點的南北移動”。 而模擬實驗恰好可以克服這些不足。太陽直射點的南北移動最直接原因是黃赤交角和地球公轉，本環節的目標是排除掉地球自轉是太陽直射點的南北移動最直接原因。

【期望學生】按自轉方向動手轉動地球，不考慮公轉的情形下，觀察得出太陽直射點的緯度并不隨地球自轉而變化。

（2）實驗探究——太陽直射點的緯度是否隨地球公轉而變化。

假設太陽的位置不變，不考慮地球自轉，學生用地球儀和小棒模擬地球公轉和太陽直射光線，觀察太陽直射點在地表的緯度位置的變化并做好記錄。然后請一組學生為大家演示。

【設計思想】由于學生是第一次進行“太陽直射點的南北移動”模擬實驗，所以可能需要教師較多的提示和指導。本活動的順利進行，利于學生掌握主要模擬觀測方法，為進一步的自主模擬實驗打下基礎。

【期望學生】通過模擬實驗，知曉太陽直射點會隨地球公轉而南北移動。在目前黃赤交角為23。26’的情況下，通過實驗觀察得到太陽直射點的緯度變化范圍。

（3）實驗探究——假設黃赤交角變化時太陽直射點的緯度移動范圍是否變化。

學生兩兩合作，利用地球儀等模擬假設黃赤交角為0。、90。、自定角度時，太陽直射點緯度位置及其變化范圍。全班分為兩個大組，一大組主要完成“黃赤交角為0。、自定角度（比目前大）”兩種情形；第二大組主要完成“黃赤交角為90。、自定角度（比目前小）”兩種情形。教師巡視指導。然后請多個小組的同學進行演示交流、質疑糾錯。

學案內容舉例：

圖中A、B、C、D為地球在公轉軌道上的四個位置。通過模擬試驗，完成下表。

黃赤交角的假設角度地球處于不同公轉位置時太陽直射點的緯度A B C D 23。26'(目前)* 0。23。26'N 0。23。26'S 0。9 0。自定角度(比目前大)自定角度(比目前小)

*該行四個數值的填寫順序可以不同。

【設計思想】本模擬實驗希望學生動手動腦，有任務有目標，在“做”中學，有一個行為體驗。部分小組可能雖然聽教師介紹好黃赤交角后看似懂了，但拿到地球儀卻找不到黃赤交角，或者會在地球儀的赤道和水平面判斷出黃赤交角，卻不知道如何才能改變黃赤交角，可以先讓學生自己琢磨，教師適時深入小組討論、點撥。

【期望學生】單個小組至少完成表格中的兩欄任務，不要求每組都正確，但要求每組同學都認真思考，動手操作，積極對話。通過小組交流討論后得出“黃赤交角大小決定了太陽直射點的緯度范圍”的結論。

學生活動五 作出結論

（1）請學生思考并回答太陽直射點南北移動的主要原因。

【設計思想】耗時不長，這是問題解決教學法的最后一個環節。

【期望學生】能回答太陽直射點南北移動的主要原因。

承轉：我們來觀看目前黃赤交角為23。26'的地球公轉動畫。在動畫中我們仔細觀察隨地球公轉太陽直射點的位置與北半球的節氣、日期。

（2）呈現目前黃赤交角為23。26'地球公轉動畫，引導學生再次感性認識太陽直射點在南北回歸線之間的移動，也了解北半球兩分兩至日與太陽直射點的對應關系。

【設計思想】發揮多媒體課件的形象直觀、知識容量大、節省板書板圖時間等優點。利于學生從整體角度把握太陽直射點南北移動這一知識。

【期望學生】形成地球公轉時太陽直射點南北移動的腦圖，能不依靠任何資料的情形下說出北半球兩分兩至日與太陽直射點的對應關系。

3．課堂小結

教師：我們今天學習了一種解決問題的方法——模擬實驗的方法。首先我們通過學習，提出問題——為什么太陽直射點會南北移動？然后作出假設。可能是自轉，可能是公轉，可能是黃赤交角等等。隨后我們進行實驗探究，檢驗假設。最后我們得出結論，排除了自轉，得出是公轉和黃赤交角導致了太陽直射點的南北移動。而且得出太陽直射點的南北移動范圍取決于黃赤交角的大小。

通過模擬實驗和問題解決，我們發現了一個知識結構，地球公轉形成了一個平面——黃道面，而地球自轉形成了另一個平面——赤道平面，赤道平面和黃道平面既不平行也不重合，兩個平面存在一個夾角，這就是黃赤交角，目前度數是23。26'。由于存在黃赤交角，導致在地球公轉過程中，太陽直射點產生了南北移動，其南北移動范圍在南北回歸線之間。

這個知識結構也蘊含了一個看待和思考事物的視角——空間的視角。太陽直射點的南北移動是由一個空間范圍——南北回歸線之間。太陽直射點的南北移動又源于黃赤交角的存在與地球公轉。黃赤交角是一個空間的平面與平面之間的關系，地球公轉是地球空間位置的變化。

九、課后反思

1．小組合作學習應安排合適的座位形式。

本堂課可以采用多種座位排列。面對面的平行式座位排列，有利于學生面對面交流合作，但學生面向黑板需要90度轉向，如果面向黑板的時間較長，學生會覺得姿勢較費力，同時教師也很難觀察到全體學生完整的面部表情，這樣不利于班集體教學。而本節課班級集體教學的時間較長，不宜使用這種座位方式。“U”字形座位排列，四張課桌合并，兩位在后，左右各一人，均面向黑板就坐。當需要合作時，左右兩位同學轉身90度，面向組內。這種座位排列更有利于班集體教學，同時也兼顧了小組合作的需要。適合于小組合作時間不太長，班集體學習時間較長的教學設計。

2．學生實驗模擬“假設黃赤交角比目前大、比目前小（自定角度），太陽直射點緯度位置及其變化范圍”，最好由定量研究化為定性研究。

在課堂實施中，在“自定角度（比目前小）”一組上臺交流演示中，雖然學生十分正確地匯報并找到了規律，但由于儀器設備還不精確，定量分析難度較大。于是沒有讓“自定角度（比目前大）”一組上臺演示。這樣的處理有合理之處，一是受課堂時間限制，二是實驗操作演示均較困難。但這樣做也不盡合理，因為剝奪了這一組的表達權利，這是不公平的。應該怎樣處理更好呢？讓該組學生代表在座位上用自己的語言表述其所發現的現象，不需要定量描述，只需要定性描述即可。更好的做法是，“假設黃赤交角為0。、90。”兩種情況為定量要求，而 “自定黃赤交角角度（比目前大、比目前小）”兩種情況為定性要求，兩兩合作完成。