基于初中、高中地理深度融合的太陽高度、視運動和方位測量儀

地球公轉(zhuǎn)的運動規(guī)律及其地理意義，是初中、高中地理教學(xué)中的重點和難點，相關(guān)內(nèi)容抽象復(fù)雜，需要較強的空間想象能力和邏輯思維能力。地球公轉(zhuǎn)地理意義呈現(xiàn)的地理現(xiàn)象在學(xué)生的生活中很常見，結(jié)合中學(xué)地理教學(xué)、備課組教研活動、地理測試、調(diào)查問卷和文獻綜述等反饋，了解到“太陽公轉(zhuǎn)及其地理意義”模塊的教情學(xué)情，主要表現(xiàn)為內(nèi)容抽象難懂，理解難度較大，在學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中缺乏實物教具演示，影響了教學(xué)的實際效果。《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》和《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2022年修訂）》均從課程標(biāo)準(zhǔn)的角度，要求教師運用模型或軟件營造直觀、實時、生動的地理教學(xué)環(huán)境。

技術(shù)路線

本項目在文獻綜述的支撐下沿著發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的路徑設(shè)計技術(shù)路線，開展教具研究和制作。

研究過程

發(fā)現(xiàn)問題

對比中圖版8年級《地理》上冊第一章第一節(jié)“地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)”和人教版高二《地理》選擇性必修一自然地理基礎(chǔ)第一章第二節(jié)“地球運動的地理意義”可知，地球運動知識理論性強，抽象難懂，但卻是學(xué)生學(xué)習(xí)自然地理的基礎(chǔ)和重點，相關(guān)知識的掌握程度直接影響學(xué)生對地理概念、規(guī)律和原理的理解。

通過地理教研、地理測試反饋等，對肇慶一中教育集團地理教師就“地球公轉(zhuǎn)及其地理意義”知識模塊開展了問卷調(diào)查，結(jié)果表明，初中部的9位教師中有7人認為學(xué)生對此知識模塊的理解運用情況不好，8人認為需要實物地理教具協(xié)助教學(xué)，9位教師均不關(guān)注高中階段該知識模塊的教學(xué)目標(biāo)；高中部的19位教師全部認為學(xué)生對此知識模塊的理解運用情況不好，都認為需要實物地理教具協(xié)助教學(xué)，只有1人不關(guān)注初中階段該知識模塊的教學(xué)目標(biāo)。

通過初中、高中課程標(biāo)準(zhǔn)與教材內(nèi)容對比和地理教師問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，初中和高中地理在課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容方面存在知識和能力的傳承和進階關(guān)系，高一新生對初中地理基礎(chǔ)存在較為普遍的“陌生感”，需要結(jié)合生活中的地理現(xiàn)象和真實情境，繪制地理原理圖和制作地理教具，引導(dǎo)學(xué)生更為有效地掌握相關(guān)知識，提升地理能力，培養(yǎng)地理素養(yǎng)。

查新與文獻綜述

在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫對2023年5月前的相關(guān)研究進行檢索發(fā)現(xiàn)：以“太陽視運動”為主題的論文有207篇，以“太陽高度角測量”為主題的論文有84篇，以“地理學(xué)科融合”為主題的論文有223篇，以“聯(lián)合教研”為主題的論文有373篇。2003年開始出現(xiàn)初中、高中地理融合教學(xué)相關(guān)文章，但未發(fā)現(xiàn)關(guān)于融合教學(xué)的地理教具制作研究。在地理太陽高度、視運動和方位等測量工具或儀器方面，從20世紀(jì)80年代陸續(xù)出現(xiàn)了相關(guān)教具儀器的獨立研究，但存在儀器簡單、做工粗糙、功能單一等問題，不能實現(xiàn)地球運動地理意義的綜合測量，也沒有涉及融合教學(xué)的地理教具制作研究。

材料準(zhǔn)備

制作材料

白色亞克力板、白色PVC板、透明PE管、量角器、指南針（直徑4cm）、水平氣泡（1cm×3cm）、地球儀、熱熔膠、膠水、鐵片等。

制作平臺

金工工具套件、T3電熱絲切割機、AutoCAD繪圖軟件、Windows辦公軟件、AdobepremierePro2020軟件等工具和制作平臺。

制作過程

制作過程如圖2所示。

方法和原理

根據(jù)太陽直射赤道及北、南半球不同區(qū)域，通過太陽輻射光線的直線傳播原理和地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的太陽視運動原理，運用底座圓盤（模擬水平地面）、刻度板（標(biāo)有太陽高度刻度并直立底盤）互相調(diào)節(jié)位置，使太陽光線通過“三孔一RM+FjIsiXXuTcquluaF2rA==線”，在刻度板上實時顯示太陽光線入射角度，實現(xiàn)準(zhǔn)確、直觀、實時判讀太陽東升西落的方位，太陽高度角大小，太陽視運動周年、周日軌跡，把抽象的地理理論、地理過程轉(zhuǎn)化為形象、直觀的地理實踐測量活動體驗和求證過程。

創(chuàng)新點和實用性

根據(jù)端州區(qū)（23°06’N，112°5’E）地理位置創(chuàng)設(shè)真實情境，直觀測量太陽高度角、太陽方位、太陽視運行軌跡和晝夜長短變化等地理公轉(zhuǎn)的地理意義，突破對抽象復(fù)雜、空間想象和邏輯思維能力的考查，豐富學(xué)生地理實踐體驗和地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，深化地理教-學(xué)-評教育教學(xué)改革。

本教具需要的材料在生活中較常見，制作過程簡單、難度較低。本教具操作簡單，可有效提高學(xué)生對學(xué)習(xí)地球運動理論知識的樂趣，實現(xiàn)不同時空尺度背景下太陽東升西落方位變化、太陽視運動軌跡、太陽高度角等多維地理要素的綜合多功能觀測實驗和課堂教學(xué)演示，實現(xiàn)了地球公轉(zhuǎn)地理意義理論知識與日常生活實際的結(jié)合。

本教具可根據(jù)觀測者所在緯度（區(qū)域）的變化，調(diào)試教具的數(shù)據(jù)和信息，真實演示當(dāng)?shù)氐奶栠\行軌跡、太陽方位和測量太陽高度實時角度，引導(dǎo)學(xué)生用地理視角觀察生活中的地理現(xiàn)象，踐行地理學(xué)科融合和項目式學(xué)習(xí)實踐課堂，適用于8年級《地理》上冊、高二年級上學(xué)期和高三第一輪復(fù)習(xí)時使用，目前已開展了3次初中、高中地理教師共同教研活動。

作品進一步完善的設(shè)想

未來，本教具還可與Arduino模塊化編程、Python程序計算太陽高度角等信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)自動化演示效果，如自動“巡日”觀測、自動讀取測量數(shù)據(jù)等，激發(fā)學(xué)生對地理規(guī)律、地理原理的探究欲，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，提升學(xué)生的地理能力和地理核心素養(yǎng)。