教具《太陽視運動軌跡演示儀》的制作與使用

張向蘭

【內(nèi)容摘要】高中地理教學中地球運動的知識復雜而抽象，在課堂教學中針對性地使用自制教具進行教學，必能大大提高教學效率，激發(fā)學生的學習內(nèi)驅(qū)力。本文主要梳理了自制教具《太陽視運動軌跡演示儀》的設(shè)計理念、制作材料、使用方法和注意事項，以期對廣大中學地理教師有所幫助。

【關(guān)鍵詞】 教具 太陽視運動軌跡演示儀 制作與使用

一、自制教具介紹

教具《太陽視運動軌跡演示儀》以高考復習中地球運動專題知識太陽視運動為內(nèi)容依據(jù)。通過該教具可輔助落實地理實踐力的核心素養(yǎng)，引導學生通過觀察和動手操作，學習理解地球運動的相關(guān)知識，如：地平圈上的方向、觀測者的半球位置、日出日落方向、正午太陽高度角的大小、晝夜長短、太陽光直射點的位置、物影方向等。

該教具有兩套方位和時間，只需要將太陽視運動軌道用手移動至另一方向，調(diào)整太陽位置即可實現(xiàn)半球和時間的轉(zhuǎn)換。觀察和操作簡單易行，學習理解起來難度較小。在材質(zhì)選取上，該教具的制作材料都為日常生活中常見的簡單易獲取材料，環(huán)保安全，易于制作和推廣。

二、教具裝置圖

三、教具制作材料

截面約15mm×200mm的鐵絲2段，橘黃色乒乓球3個（代表太陽），直徑300cm的空心黃色塑料圓環(huán)1個，直徑25cm的空心黃色塑料圓環(huán)2個，LED電子燈珠3個（代表太陽光），彩色卡紙若干，廢紙板若干，長28cm的廢舊掃把桿2根，50cm×60cm×4cm的高密度白色泡沫板底座1個，熱熔膠若干。

四、教具特點及用途

1.特點：該教具借用類似太陽視運動軌跡圓環(huán)實體形象演示南北半球地平圈上抽象的太陽視運動軌跡，使地球運動中的相關(guān)知識（地平圈上的方向、觀測者的半球位置、日出日落方向、正午太陽高度角的大小、晝夜長短、太陽光直射點的位置、物影方向等）形象化、生動化、易于理解和掌握。

2.用途：該教具可演示以下抽象知識

（1）日出日落方位，如下表所示：

（2）正午太陽高度角：觀測者與太陽視運動軌道最高點（正午）的連線與地平面的夾角H，即為當?shù)卮藭r正午太陽高度角。

（3）晝夜長短：

晝>夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度>地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

晝=夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度=地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

晝<夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度<地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

（4）太陽光直射點的位置：特定時間，太陽視運動軌道最高點（正午）與地平圈的垂直交點即為太陽直射點的位置。

（5）物影方向：物影方向與太陽所在方位相反。如：40°N夏至日10：00時，太陽在觀測者的東南方向，此時，當?shù)氐奈镉胺较蚓褪俏鞅狈较颉?/p>

五、使用方法

將本教具放置在水平桌面上，輔助工具為直角尺子、量角器，給出常用公式：H（正午太陽高度角）=90°-緯度差

1.演示日出日落方位：以40°N、10°N、60°S為例，演示23.5°N—90°N、0°—23.5°N、23.5°S—90°S范圍緯度的日出日落方位。

演示40°N夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道向南方傾斜16.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜40°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向南方傾斜26.5°?？梢钥闯鋈粘鰱|南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正南方向。

演示10°N夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道稍向北方傾斜13.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜10°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向南方傾斜33.5°。可以看出日出東南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正南方向。

演示60°S夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道稍向北方傾斜83.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜60°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向北方傾斜36.5°?？梢钥闯鋈粘鰱|南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正北方向。

2.演示正午太陽高度角：已知觀測者與太陽視運動軌道最高點（正午）的連線與地平面的夾角H，即為當?shù)卮藭r正午太陽高度角。使用量角器，量出正午太陽高度角的度數(shù)H，可運用正午太陽高度角計算公式計算出當?shù)厮诰暥取?/p>

3.演示晝夜長短：直接觀察得出結(jié)論。

北半球：夏至日位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度>地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝長夜短;

二分日時位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度=地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝夜等長;

冬至日時位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度<地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝短夜長。

南半球相反。

4.演示太陽光直射點的位置：某一節(jié)氣，找出太陽視運動軌道最高點（正午），用直角尺子得出其與地平圈的垂直交點，該交點所在的點即為太陽直射點的位置。

5.演示物影方向：將LED電子燈珠固定到相應節(jié)氣軌道的乒乓球（太陽）上，某一節(jié)氣，將乒乓球（太陽）沿運動方向移動到某一方向，如東南方，那么該地的物影方向即為與太陽光所在方向相反的西北方向。其他方向也可進行此演示。

六、使用注意事項及改進反思

1.注意事項：使用教具《太陽視運動軌跡演示儀》進行教學或小組合作學習時，應做好地球運動基本知識的復習;操作中注意近距離觀看演示，輕拿輕放，為保證科學起見，不要將軌道隨意移動。

2.改進反思：本人制作的教具《太陽視運動軌跡演示儀》，科學嚴謹性還有待提高。由于觀測者所在緯度是一個變化值x，所以在演示或計算正午太陽高度角、太陽光直射點的位置時，受教具本身和儀器測量精度影響，演示結(jié)果會與真實情況存在偏差，還需進一步論證和改進。希望廣大同仁們提出寶貴意見。

（作者單位：青海師范大學附屬第二實驗中學）