太陽高度角教學新思路淺析

陳書來

高中地理必修1第一節“地球運動”中太陽高度角相關知識的內容十分抽象，學生普遍反映是高中地理學習階段難度最大的知識點之一。能否化難為易或另僻佳徑構建新的思維模式？整合高中地理教材內容，選取更適合學生自主學習和課堂互動的教學內容，設計出較有探討性、實用性的課程，并能有效激活知識，應是教師教學中必須努力的方向。

一、太陽高度角在時間上的變化

首先從“地球公轉二分二至圖”（圖1）探討，明確地球公轉到A（夏至日）、B（秋分日）、C（冬至日）、D（春分日）這四個地點（或說四個日期）時，因地球本存在自西向東的自轉運動，所以每天太陽也是東升西落。

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東升西落的軌跡如何？觀察（北緯40°）“太陽視動圖” （圖2），圖中畫有三條不同時期的太陽運動軌跡圖，因春秋分日太陽直射赤道，全球晝夜平分，各地6：00正東日出，18：00正西日落如圖所示。夏至日、冬至日這兩天因地球自轉，太陽在一天中變化情況分別為圖中較長弧線、較短弧線。

北京任一天太陽東升西落隨時間變化，也可簡化成平面示意圖（圖3）。

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隨即引入太陽高度角概念：對于地球上的某個地點，太陽高度是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角（圖4）。其中∠1、∠2分別表示不同時刻太陽高度角，一天中太陽高度角時刻變化，上午日出時，太陽剛從地平面升起，太陽高度角小，中午大，下午日落時也小（極夜區除外）；即一天太陽高度角變化值規律為：從日出到日落，太陽高度角逐漸增大，中午達最大，后又逐漸減小。

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此規律即“某地太陽高度角的日變化”規律。其中一天中太陽高度角最大值為正午太陽高度角，它就是當地地方時為12點時的太陽高度。如圖2中：26°34′、50°、73°26′，分別是北緯40°對應日期的正午太陽高度角。

二、太陽高度角在空間上的變化

因為地球是不透明體，任一時刻，太陽只照亮朝向太陽光線的半個球面。在這一刻全球的太陽高度角又如何分布？引導學生觀察夏至日全球太陽高度等值線圖（圖5）。

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圖中中心點O地就是太陽垂直照射到地球球面的點，觀察者位于O點看天空中太陽，因在直射點上，地方時12點時太陽位于觀察者頭頂的正上方，即太陽光線與地面夾角為90°，是一天中最大的太陽高度，即正午太陽高度角為90°。距離中心點O相等半徑的太陽高度角也相等，如圖中70°、45°、30°、0°值的線，就是等太陽高度角。即地球上與太陽直射點距離相等點的太陽高度角也相等。通過觀察學習，學生就能理解某一時刻太陽高度角的空間（在晝半球）分布情況。

根據“同一條經線上地方時相同”原理，圖中BON這條經線的地方時為正午12點，在這條經線上的太陽高度角分布變化，就是教材所述“正午太陽高度的緯度變化”，正午太陽高度由太陽直射點向南北（經線）兩側遞減。此規律即“正午太陽高度的緯度變化”規律。所以，理解圖5“全球太陽高度等值線圖”數值空間分布規律，十分有助于對某一條經線上太陽高度角變化規律的理解，即從直射點向（經線）南北兩側延伸，太陽高度角越來越小。圖示夏至日如此，其它日期用圖5中的同心圓移動圓心到相關緯線，探討觀察后也可同理分別得出春秋分日、冬至日的正午太陽分布規律，畫成二維坐標圖（圖6），觀察后總結為：正午太陽高度隨緯度變化規律——同一時刻，正午太陽高度自直射點所在緯度向南北兩側遞減。

當然，再觀察（圖5）“同心圓等太陽高度線”，較易理解某地正午太陽高度的季節變化規律：某日離太陽直射點（緯度）近，這一日期正午太陽高度角就大；若離太陽直射點（緯度）越遠，正午太陽高度角就越小。因太陽直射最北緯度是北回歸線，太陽直射北回歸線時即夏至日。所以根據上述太陽高度季節變化情況可總結為：北回歸線及其以北地區，夏至日達到最大值，冬至日最小值；同理，南回歸線及其以南地區，冬至日達到最大值，夏至日最小值；當太陽直射點由南回歸線向北回歸線運動時，北回歸線及其以北地區，正午太陽高度不斷增大，南回歸線及其以南地區正午太陽高度不斷減小，回歸線之間地區正午太陽高度先增大后減小；回歸線之間的地區，太陽兩次直射，回歸線上只有一次。這就是不同緯度上“正午太陽高度角季節變化” （或年變化）規律。可用簡圖表示（圖7）。

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其中a線為南回歸線； c線為南極圈； b線赤道與北回歸線之間； d線為北回歸線與北極圈間。

三、正午太陽高度角計算

明白正午太陽高度角分布規律后，再理解正午太陽高度角計算及公式就較容易。某地正午太陽高度角，即太陽直射點所在緯線的太陽高度90°減去兩地緯度間距。用公式可表示為：H=90°-兩地緯度間距。如6月22日北緯40°正午太陽高度H=90°-（40°-23°26′） =73°26′，而12月22日H=90°-兩地緯度間距= 90°-（40°+23°26′） =26°34′。

利用圖像輔助，有效整合教材內容，站在學生易理解、能探討的角度突破知識重難點，這種從整體到局部的思維，總結出正午太陽高度角的時空變化規律及計算方法，不但會使較抽象、理性的知識點得到思考和探討，而且學生在理解探討過程中，讓知識變為較形象、感性的問題解決過程，課堂學習更高效。這種不是教教材，而是通過實用案例互動探討的學習過程，對知識點理解與掌握能達到事半功倍的效果。▲endprint

高中地理必修1第一節“地球運動”中太陽高度角相關知識的內容十分抽象，學生普遍反映是高中地理學習階段難度最大的知識點之一。能否化難為易或另僻佳徑構建新的思維模式？整合高中地理教材內容，選取更適合學生自主學習和課堂互動的教學內容，設計出較有探討性、實用性的課程，并能有效激活知識，應是教師教學中必須努力的方向。

一、太陽高度角在時間上的變化

首先從“地球公轉二分二至圖”（圖1）探討，明確地球公轉到A（夏至日）、B（秋分日）、C（冬至日）、D（春分日）這四個地點（或說四個日期）時，因地球本存在自西向東的自轉運動，所以每天太陽也是東升西落。

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東升西落的軌跡如何？觀察（北緯40°）“太陽視動圖” （圖2），圖中畫有三條不同時期的太陽運動軌跡圖，因春秋分日太陽直射赤道，全球晝夜平分，各地6：00正東日出，18：00正西日落如圖所示。夏至日、冬至日這兩天因地球自轉，太陽在一天中變化情況分別為圖中較長弧線、較短弧線。

北京任一天太陽東升西落隨時間變化，也可簡化成平面示意圖（圖3）。

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隨即引入太陽高度角概念：對于地球上的某個地點，太陽高度是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角（圖4）。其中∠1、∠2分別表示不同時刻太陽高度角，一天中太陽高度角時刻變化，上午日出時，太陽剛從地平面升起，太陽高度角小，中午大，下午日落時也小（極夜區除外）；即一天太陽高度角變化值規律為：從日出到日落，太陽高度角逐漸增大，中午達最大，后又逐漸減小。

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此規律即“某地太陽高度角的日變化”規律。其中一天中太陽高度角最大值為正午太陽高度角，它就是當地地方時為12點時的太陽高度。如圖2中：26°34′、50°、73°26′，分別是北緯40°對應日期的正午太陽高度角。

二、太陽高度角在空間上的變化

因為地球是不透明體，任一時刻，太陽只照亮朝向太陽光線的半個球面。在這一刻全球的太陽高度角又如何分布？引導學生觀察夏至日全球太陽高度等值線圖（圖5）。

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圖中中心點O地就是太陽垂直照射到地球球面的點，觀察者位于O點看天空中太陽，因在直射點上，地方時12點時太陽位于觀察者頭頂的正上方，即太陽光線與地面夾角為90°，是一天中最大的太陽高度，即正午太陽高度角為90°。距離中心點O相等半徑的太陽高度角也相等，如圖中70°、45°、30°、0°值的線，就是等太陽高度角。即地球上與太陽直射點距離相等點的太陽高度角也相等。通過觀察學習，學生就能理解某一時刻太陽高度角的空間（在晝半球）分布情況。

根據“同一條經線上地方時相同”原理，圖中BON這條經線的地方時為正午12點，在這條經線上的太陽高度角分布變化，就是教材所述“正午太陽高度的緯度變化”，正午太陽高度由太陽直射點向南北（經線）兩側遞減。此規律即“正午太陽高度的緯度變化”規律。所以，理解圖5“全球太陽高度等值線圖”數值空間分布規律，十分有助于對某一條經線上太陽高度角變化規律的理解，即從直射點向（經線）南北兩側延伸，太陽高度角越來越小。圖示夏至日如此，其它日期用圖5中的同心圓移動圓心到相關緯線，探討觀察后也可同理分別得出春秋分日、冬至日的正午太陽分布規律，畫成二維坐標圖（圖6），觀察后總結為：正午太陽高度隨緯度變化規律——同一時刻，正午太陽高度自直射點所在緯度向南北兩側遞減。

當然，再觀察（圖5）“同心圓等太陽高度線”，較易理解某地正午太陽高度的季節變化規律：某日離太陽直射點（緯度）近，這一日期正午太陽高度角就大；若離太陽直射點（緯度）越遠，正午太陽高度角就越小。因太陽直射最北緯度是北回歸線，太陽直射北回歸線時即夏至日。所以根據上述太陽高度季節變化情況可總結為：北回歸線及其以北地區，夏至日達到最大值，冬至日最小值；同理，南回歸線及其以南地區，冬至日達到最大值，夏至日最小值；當太陽直射點由南回歸線向北回歸線運動時，北回歸線及其以北地區，正午太陽高度不斷增大，南回歸線及其以南地區正午太陽高度不斷減小，回歸線之間地區正午太陽高度先增大后減小；回歸線之間的地區，太陽兩次直射，回歸線上只有一次。這就是不同緯度上“正午太陽高度角季節變化” （或年變化）規律。可用簡圖表示（圖7）。

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其中a線為南回歸線； c線為南極圈； b線赤道與北回歸線之間； d線為北回歸線與北極圈間。

三、正午太陽高度角計算

明白正午太陽高度角分布規律后，再理解正午太陽高度角計算及公式就較容易。某地正午太陽高度角，即太陽直射點所在緯線的太陽高度90°減去兩地緯度間距。用公式可表示為：H=90°-兩地緯度間距。如6月22日北緯40°正午太陽高度H=90°-（40°-23°26′） =73°26′，而12月22日H=90°-兩地緯度間距= 90°-（40°+23°26′） =26°34′。

利用圖像輔助，有效整合教材內容，站在學生易理解、能探討的角度突破知識重難點，這種從整體到局部的思維，總結出正午太陽高度角的時空變化規律及計算方法，不但會使較抽象、理性的知識點得到思考和探討，而且學生在理解探討過程中，讓知識變為較形象、感性的問題解決過程，課堂學習更高效。這種不是教教材，而是通過實用案例互動探討的學習過程，對知識點理解與掌握能達到事半功倍的效果。▲endprint

高中地理必修1第一節“地球運動”中太陽高度角相關知識的內容十分抽象，學生普遍反映是高中地理學習階段難度最大的知識點之一。能否化難為易或另僻佳徑構建新的思維模式？整合高中地理教材內容，選取更適合學生自主學習和課堂互動的教學內容，設計出較有探討性、實用性的課程，并能有效激活知識，應是教師教學中必須努力的方向。

一、太陽高度角在時間上的變化

首先從“地球公轉二分二至圖”（圖1）探討，明確地球公轉到A（夏至日）、B（秋分日）、C（冬至日）、D（春分日）這四個地點（或說四個日期）時，因地球本存在自西向東的自轉運動，所以每天太陽也是東升西落。

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東升西落的軌跡如何？觀察（北緯40°）“太陽視動圖” （圖2），圖中畫有三條不同時期的太陽運動軌跡圖，因春秋分日太陽直射赤道，全球晝夜平分，各地6：00正東日出，18：00正西日落如圖所示。夏至日、冬至日這兩天因地球自轉，太陽在一天中變化情況分別為圖中較長弧線、較短弧線。

北京任一天太陽東升西落隨時間變化，也可簡化成平面示意圖（圖3）。

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隨即引入太陽高度角概念：對于地球上的某個地點，太陽高度是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角（圖4）。其中∠1、∠2分別表示不同時刻太陽高度角，一天中太陽高度角時刻變化，上午日出時，太陽剛從地平面升起，太陽高度角小，中午大，下午日落時也小（極夜區除外）；即一天太陽高度角變化值規律為：從日出到日落，太陽高度角逐漸增大，中午達最大，后又逐漸減小。

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此規律即“某地太陽高度角的日變化”規律。其中一天中太陽高度角最大值為正午太陽高度角，它就是當地地方時為12點時的太陽高度。如圖2中：26°34′、50°、73°26′，分別是北緯40°對應日期的正午太陽高度角。

二、太陽高度角在空間上的變化

因為地球是不透明體，任一時刻，太陽只照亮朝向太陽光線的半個球面。在這一刻全球的太陽高度角又如何分布？引導學生觀察夏至日全球太陽高度等值線圖（圖5）。

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圖中中心點O地就是太陽垂直照射到地球球面的點，觀察者位于O點看天空中太陽，因在直射點上，地方時12點時太陽位于觀察者頭頂的正上方，即太陽光線與地面夾角為90°，是一天中最大的太陽高度，即正午太陽高度角為90°。距離中心點O相等半徑的太陽高度角也相等，如圖中70°、45°、30°、0°值的線，就是等太陽高度角。即地球上與太陽直射點距離相等點的太陽高度角也相等。通過觀察學習，學生就能理解某一時刻太陽高度角的空間（在晝半球）分布情況。

根據“同一條經線上地方時相同”原理，圖中BON這條經線的地方時為正午12點，在這條經線上的太陽高度角分布變化，就是教材所述“正午太陽高度的緯度變化”，正午太陽高度由太陽直射點向南北（經線）兩側遞減。此規律即“正午太陽高度的緯度變化”規律。所以，理解圖5“全球太陽高度等值線圖”數值空間分布規律，十分有助于對某一條經線上太陽高度角變化規律的理解，即從直射點向（經線）南北兩側延伸，太陽高度角越來越小。圖示夏至日如此，其它日期用圖5中的同心圓移動圓心到相關緯線，探討觀察后也可同理分別得出春秋分日、冬至日的正午太陽分布規律，畫成二維坐標圖（圖6），觀察后總結為：正午太陽高度隨緯度變化規律——同一時刻，正午太陽高度自直射點所在緯度向南北兩側遞減。

當然，再觀察（圖5）“同心圓等太陽高度線”，較易理解某地正午太陽高度的季節變化規律：某日離太陽直射點（緯度）近，這一日期正午太陽高度角就大；若離太陽直射點（緯度）越遠，正午太陽高度角就越小。因太陽直射最北緯度是北回歸線，太陽直射北回歸線時即夏至日。所以根據上述太陽高度季節變化情況可總結為：北回歸線及其以北地區，夏至日達到最大值，冬至日最小值；同理，南回歸線及其以南地區，冬至日達到最大值，夏至日最小值；當太陽直射點由南回歸線向北回歸線運動時，北回歸線及其以北地區，正午太陽高度不斷增大，南回歸線及其以南地區正午太陽高度不斷減小，回歸線之間地區正午太陽高度先增大后減小；回歸線之間的地區，太陽兩次直射，回歸線上只有一次。這就是不同緯度上“正午太陽高度角季節變化” （或年變化）規律。可用簡圖表示（圖7）。

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其中a線為南回歸線； c線為南極圈； b線赤道與北回歸線之間； d線為北回歸線與北極圈間。

三、正午太陽高度角計算

明白正午太陽高度角分布規律后，再理解正午太陽高度角計算及公式就較容易。某地正午太陽高度角，即太陽直射點所在緯線的太陽高度90°減去兩地緯度間距。用公式可表示為：H=90°-兩地緯度間距。如6月22日北緯40°正午太陽高度H=90°-（40°-23°26′） =73°26′，而12月22日H=90°-兩地緯度間距= 90°-（40°+23°26′） =26°34′。

利用圖像輔助，有效整合教材內容，站在學生易理解、能探討的角度突破知識重難點，這種從整體到局部的思維，總結出正午太陽高度角的時空變化規律及計算方法，不但會使較抽象、理性的知識點得到思考和探討，而且學生在理解探討過程中，讓知識變為較形象、感性的問題解決過程，課堂學習更高效。這種不是教教材，而是通過實用案例互動探討的學習過程，對知識點理解與掌握能達到事半功倍的效果。▲endprint