地理與數(shù)學(xué)物理知識(shí)脫節(jié)現(xiàn)象及對(duì)策探討

顧中正

[摘 ? 要]地理學(xué)是一門研究人類賴以生存和發(fā)展的地理環(huán)境，以及人類與地理環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)，高中地理特別是必修1自然地理部分與高中數(shù)學(xué)、物理相結(jié)合的內(nèi)容比較多。然而，在高一必修1地理新課的教學(xué)過(guò)程中，不同學(xué)科知識(shí)存在脫節(jié)現(xiàn)象，這給地理必修1的教學(xué)帶來(lái)了難度，特別是增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。文章以魯教版高中地理必修1教材為例，淺析如何處理教材，教授好這部分知識(shí)，巧妙處理好地理教學(xué)中遇到的不同步的理科知識(shí)。

[關(guān)鍵詞]高中地理;魯教版;必修1;數(shù)學(xué);物理

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.55 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2019）25-0081-03

古詩(shī)有云：“地轉(zhuǎn)天旋，萬(wàn)事開頭難?！比魏问挛?，開頭確實(shí)很難，比如高中地理必修1的自然地理部分，學(xué)生普遍覺(jué)得很難學(xué)，這是什么原因呢？該如何改變這一局面，讓學(xué)生不要上高中一開始接觸地理學(xué)科就產(chǎn)生畏懼之感？

地理學(xué)是一門研究人類賴以生存和發(fā)展的地理環(huán)境，以及人類與地理環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)，高中地理特別是必修1自然地理部分與高中數(shù)學(xué)、物理相結(jié)合的內(nèi)容比較多，如行星運(yùn)動(dòng)、行星運(yùn)動(dòng)軌道平面與形狀、地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、太陽(yáng)能量來(lái)源的機(jī)理、正午太陽(yáng)高度、地理緯度等。高中地理中還用到不少物理概念（如力、角速度、線速度、周期、參照物等）和物理規(guī)律（如萬(wàn)有引力、開普勒第二定律、力的合成與分解等），同時(shí)也用到了一些數(shù)學(xué)概念（如二面角、線面角等）和數(shù)學(xué)原理（如偏心率等）。然而，在高一必修1地理新課的教學(xué)過(guò)程中，不同學(xué)科知識(shí)存在脫節(jié)現(xiàn)象，這無(wú)疑給必修1的教學(xué)帶來(lái)了難度，更主要的是增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，所以，學(xué)生感覺(jué)必修1自然地理比較難也并不奇怪。

那么，教師該如何處理教材，如何教授這部分知識(shí)，才能巧妙處理好地理教學(xué)中遇到的不同步的理科知識(shí)呢？

一、做到心中有數(shù)，了解地理學(xué)科與數(shù)學(xué)、物理學(xué)科有哪些知識(shí)存在聯(lián)系

比如，在高一上學(xué)期學(xué)地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)用到物理上的角速度和線速度，而物理中的這一知識(shí)點(diǎn)需要到高一下學(xué)期才學(xué)習(xí);學(xué)地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)用到數(shù)學(xué)中的橢圓及焦點(diǎn)，而這一內(nèi)容是在高一下學(xué)期學(xué)習(xí);學(xué)地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的關(guān)系時(shí)，將用到數(shù)學(xué)立體幾何中的面面角，這又是高一下學(xué)期才學(xué)習(xí)的內(nèi)容;學(xué)地方時(shí)中的時(shí)區(qū)的劃分時(shí)會(huì)用到數(shù)學(xué)里的等差數(shù)列;學(xué)大氣運(yùn)動(dòng)中風(fēng)的形成時(shí)，會(huì)用到物理中的合成與分解;等等。

現(xiàn)將國(guó)標(biāo)魯教版高中地理必修1所聯(lián)系的物理學(xué)、數(shù)學(xué)知識(shí)在物理、數(shù)學(xué)教材中的分布（見表1、表2）呈現(xiàn)如下：

從表1、表2可以看出，學(xué)生在高一上學(xué)期學(xué)習(xí)的地理知識(shí)，其中所涉及的物理、數(shù)學(xué)內(nèi)容卻遍及高中階段的前前后后，有的知識(shí)在物理、數(shù)學(xué)中還屬于教學(xué)難點(diǎn)，這必將給地理教學(xué)帶來(lái)很多的困難，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)有畏難情緒，影響學(xué)習(xí)的自信心，甚至導(dǎo)致一些學(xué)生本想學(xué)文科，但是由于認(rèn)為地理難學(xué)而放棄學(xué)文科，調(diào)查也證實(shí)了這種現(xiàn)象存在的普遍性。

二、借助可利用的教學(xué)資源，處理好地理教學(xué)中與數(shù)學(xué)、物理不同步的理科知識(shí)

人類生活在自然地理環(huán)境中，就會(huì)受到自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境的影響和制約，而地球作為自然地理環(huán)境載體，其本身又是宇宙天體中的一員，其運(yùn)動(dòng)和變化又受到其他天體的影響，因此高中地理必修1教材把“從宇宙看地球”作為全書的第一單元，作為高中地理學(xué)習(xí)的開始，這是基于地理學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性考慮的，但是相關(guān)地理學(xué)習(xí)要用到物理和數(shù)學(xué)知識(shí)。與此相關(guān)的物理和數(shù)學(xué)知識(shí)在高中物理、數(shù)學(xué)教材中的編排也是基于這兩門學(xué)科和教學(xué)考慮的。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些地理知識(shí)的時(shí)候，會(huì)存在畏難情緒，影響學(xué)習(xí)地理的信心，真是“萬(wàn)事開頭難”??！但是，作為教師，可以全盤考慮，借助資源，弄清原理，仔細(xì)講解。

[例1]地球公轉(zhuǎn)的橢圓軌道的講解

高中地理必修1第一單元，講述地球公轉(zhuǎn)路線的特點(diǎn)是近似正圓的橢圓軌道，太陽(yáng)位于橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)中的一個(gè)焦點(diǎn)上。關(guān)于橢圓及其焦點(diǎn)的知識(shí)，學(xué)生在數(shù)學(xué)課上還未涉及，為此我事先準(zhǔn)備了一根線繩，在上課時(shí)讓一名學(xué)生在黑板上幫我固定線繩的兩端，我用粉筆繃緊繩子，移動(dòng)粉筆就畫出了一個(gè)橢圓。我告訴學(xué)生，固定線繩的兩個(gè)端點(diǎn)，就稱為橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)。這樣，用直觀的演示，解釋了地理教師用語(yǔ)言無(wú)法闡述清楚的學(xué)生還未學(xué)到的數(shù)學(xué)問(wèn)題，便于學(xué)生理解掌握地球公轉(zhuǎn)軌道的特點(diǎn)，且學(xué)生記憶深刻。

[例2]地球自轉(zhuǎn)角速度和線速度

必修1第一單元涉及地球的運(yùn)動(dòng)，地球自轉(zhuǎn)的線速度和角速度是重點(diǎn)知識(shí)，與之對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)在高一第二學(xué)期才學(xué)習(xí)，但為了使學(xué)生能夠透徹理解其特征和規(guī)律，要求教師必須講解。教師在具體講解時(shí)，不能引入物理上那些新的、陌生的名稱與概念，比如勻速圓周運(yùn)動(dòng)、矢量、標(biāo)量等等，因?yàn)槲锢碓诟咧须A段是很多學(xué)生都感覺(jué)比較困難的學(xué)科。地理教師只要能夠巧妙地對(duì)概念加以轉(zhuǎn)化，直接應(yīng)用，就不但不會(huì)給學(xué)生增加難度，反而會(huì)讓他們感覺(jué)學(xué)習(xí)地理輕松而有樂(lè)趣。

所以，在涉及線速度和角速度的定義時(shí)，教師可以邊講邊用地球儀演示：地球表面各點(diǎn)除南北極點(diǎn)外，都在繞同一個(gè)自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)我們從極點(diǎn)觀察地球的自轉(zhuǎn)時(shí)（將地軸北端指向?qū)W生），每一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡就相當(dāng)于其所在的緯線圈（畫圓講解），轉(zhuǎn)一周（圈）360°，所用時(shí)間是1個(gè)恒星日（約24小時(shí)），所以其角速度就是360°/1恒星日（≈15°/小時(shí)）;轉(zhuǎn)一周（圈）經(jīng)過(guò)的距離就是緯線圈的長(zhǎng)度，所用時(shí)間也是1恒星日（約24小時(shí)），所以其線速度就是緯線長(zhǎng)/1恒星日（線速度大小與緯線長(zhǎng)有關(guān)：線速度從赤道向南北兩極逐漸遞減）。

三、轉(zhuǎn)換角色，換位思考

教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)該站在學(xué)生的認(rèn)知角度，避免使用理科專業(yè)術(shù)語(yǔ)，真正因材施教。教師在講述時(shí)，對(duì)于不同步的理科知識(shí)要盡量化繁為簡(jiǎn)，去粗取精，并以通俗易懂的語(yǔ)言簡(jiǎn)要講解，一帶而過(guò)。這一環(huán)節(jié)尤為重要，是處理好地理教學(xué)中不同步理科知識(shí)的關(guān)鍵，成功與否，在此一舉。教師在處理時(shí)，切忌如同專業(yè)學(xué)科教師那樣詳細(xì)分析，或是像門外漢那樣避開不講;可以設(shè)置懸念，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考，這樣既能解決實(shí)際問(wèn)題，又能節(jié)約較多的教學(xué)時(shí)間，而且非常有利于培養(yǎng)學(xué)生探求知識(shí)的興趣，方便學(xué)生今后各學(xué)科的靈活學(xué)習(xí)和綜合能力的培養(yǎng)。

[例3]正午太陽(yáng)高度的變化規(guī)律

“同一天，正午太陽(yáng)高度由太陽(yáng)直射點(diǎn)所在緯度向南北兩側(cè)遞減”及其推論一“夏至日時(shí)，太陽(yáng)直射北回歸線，此時(shí)，北回歸線及其以北地區(qū)，正午太陽(yáng)高度達(dá)到一年中的最大值，南半球各緯度達(dá)到一年中的最小值”，以上規(guī)律可以用幾何學(xué)的原理，輔以化繁為簡(jiǎn)、變曲為直的方法，便于學(xué)生理解掌握。

如圖1，化曲線為直線，太陽(yáng)直射在赤道上的A點(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)的正午太陽(yáng)高度可近似等于直線上A′、B′、C′的太陽(yáng)高度。從圖中很明顯得出∠1>∠2>∠3（三角形的外角大于任何一個(gè)不相鄰的內(nèi)角，這是初中數(shù)學(xué)知識(shí)），這樣就證明了正午太陽(yáng)高度的變化規(guī)律。

至于推論一的理解，見圖2：太陽(yáng)直射在北回歸線上，A為北回歸線以北的某一點(diǎn)，∠1、∠2、∠3分別為太陽(yáng)直射北回歸線、赤道、南回歸線上時(shí)A點(diǎn)的正午太陽(yáng)高度，且太陽(yáng)只能在南北回歸線之間移動(dòng)。從圖中可直觀地看出∠1>∠2>∠3，同理，可證明推論一的后半部分。

[例4]風(fēng)的形成

風(fēng)的形成，是必修1第二單元的重點(diǎn)、難點(diǎn)所在。學(xué)生若沒(méi)有弄懂，對(duì)實(shí)際風(fēng)向的判斷往往會(huì)出錯(cuò)，搞清楚了，就能為后面學(xué)習(xí)氣旋、反氣旋及大氣環(huán)境中的風(fēng)向判斷打下良好的基礎(chǔ)。對(duì)此，可利用物理中力的合成、分解以及力的平衡原理進(jìn)行分析：在沒(méi)有摩擦力等外力的情況下，空氣質(zhì)點(diǎn)受水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的作用，發(fā)生運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)，最后風(fēng)向平行于等壓線。此時(shí)，水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力的大小相等、方向相反，合力為零，二力達(dá)到平衡狀態(tài)。如高空大氣中的風(fēng)向，是氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力共同作用的結(jié)果，風(fēng)向與等壓線平行。

而近地面的風(fēng)，還受到摩擦力的影響。大氣的運(yùn)動(dòng)需要考慮摩擦力、水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的共同作用（如圖3）。

因?yàn)槟Σ亮τ肋h(yuǎn)和運(yùn)動(dòng)方向相反，即與風(fēng)向相反，而地轉(zhuǎn)偏向力又在運(yùn)動(dòng)方向偏右側(cè)90°（北半球）或偏左側(cè)90°（南半球），所以，摩擦力與地轉(zhuǎn)偏向力的合力和水平氣壓梯度力達(dá)到平衡時(shí)，風(fēng)是斜穿等壓線吹的。一般摩擦力的影響可達(dá)離地面1500米左右的高度，在這范圍內(nèi)的風(fēng)向都斜穿等壓線。摩擦力愈大，風(fēng)向與等壓線之間的夾角愈大;摩擦力愈小，其夾角愈?。ㄈ鐖D4）。教師應(yīng)讓學(xué)生對(duì)風(fēng)的形成過(guò)程及原理掌握得清楚，理解得透徹，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用，提高綜合能力。

高中地理學(xué)科是一門綜合性非常強(qiáng)的學(xué)科，以著名科學(xué)家錢學(xué)森的話來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)“開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”，融合了多學(xué)科的知識(shí)。教師不要讓地理與數(shù)學(xué)物理知識(shí)的脫節(jié)成為學(xué)生快樂(lè)學(xué)習(xí)地理的障礙，應(yīng)幫助學(xué)生對(duì)各學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，也努力讓“萬(wàn)事開頭難”不要這么難！

（責(zé)任編輯 ? 周侯辰）