我給地球量“腰身”
——通過“網絡+實測”方法測量地球半徑活動實踐

◆新疆呼圖壁縣第一中學 鄧江軍 李嬡 古麗巴哈爾·阿布來克木

地球是人類賴以生存的家園，建設美麗家園是人類的共同夢想。作為新時代的中學生，對地球的保護和利用應建立在科學認知的基礎之上。

我校“做與學”科技社的師生開展了“我給地球量了一下‘腰身’——通過‘網絡+實測’方法測量地球半徑”的科技實踐活動。我們將參加此次活動的50 名學生分為10 組，每組5 人。讓我們一起回顧活動過程吧！

制作日晷儀，創意大爆發

圖1 活動流程圖

活動開始前，我們在高一年級的部分學生中開展了問卷調查，之后又分析數據，了解學生對地球知識的掌握程度，然后制訂活動計劃。

為了讓本次實踐活動順利實施，我們舉辦講座幫助學生初步掌握測算地球半徑、計算地方時及正午太陽高度角等方法，以及地平式日晷儀、赤道日晷儀的制作原理等。接下來就是讓學生自己動手制作日晷儀了。我們沒有限制學生制作日晷儀的材料，只要確保作品的基本結構無誤、性能穩定、能重復利用即可。

接著，同學們將做好的日晷儀放在校園的空曠地進行實測。用日晷儀顯示的地方時推算出對應的北京時間，與真實的北京時間進行對比，多次觀測后將自制日晷儀進行誤差校準。過程中記載數據，填寫日晷儀影子觀察活動記錄表。

圖2 日晷儀觀測活動

圖3 校準報告樣例

在學校舉辦科技藝術節期間，展示學生制作的日晷儀，小組成員給觀摩者介紹本組的作品。評委老師對日晷儀進行打分定等，并頒發獎狀、獎品。

觀測正午太陽高度角，為地球“量”腰身

選定一個晴朗的正午，讓學生提前準備好卷尺、粉筆、自制日晷儀等，指導學生借助身邊的事物觀測正午太陽高度角。

圖4 日晷儀作品展出活動

在空曠的校園中選取參照物，可用立桿，或借助室外的實物進行參照物高度測量。提前放置好自制日晷儀，觀察并推算地方時正午時刻的太陽高度角，以北京時間作參照。畫好正午時刻的日影位置，用卷尺測量影長。利用影長和桿長，推算正午太陽高度角，并記錄。

圖5 實測正午太陽高度角

圖6 正午太陽高度角觀測報告

此過程中也出現了很多問題：選擇的參照物不同，同時刻的太陽高度角存在差異，例如粗細不同的立桿橫截面影響了影長的測量；手動立桿觀測時，參照物的直立存在傾斜情況，影響精確度；用卷尺和粉筆做標記獲取的原始數據不精確。實際測算中，我們排除差異較大的數值，計算出剩余多組結果的平均值，為下一步研究提供了基礎數據。

接下來就是計算地球半徑了。我們引導學生用“太陽高度角”查詢軟件獲取數據。每組學生選擇不同緯度進行查詢，并用在線地圖的測距功能獲得兩個參考點之間的地球表面弧長，結合校園內實際測得的太陽高度角數據計算地球半徑。以各小組算出的地球半徑數據為基礎，求平均值，得出實測地球半徑約為6376 km，比實際地球平均半徑6371 km長0.08%，誤差較小。

實際計算時，出現過學生算出的數據誤差較大的情況，教師檢查計算過程后發現，是學生誤用數學公式的原因。在此過程中，學生深刻體會到“學”與“習”的關系，而實踐活動就是連接二者的紐帶之一。