“地球运动”的实验教学探究

安徽省铜陵市第三中学（244000） 褚 军

一、实验教学探究的操作过程

（一）实验探究设计的原则

1.实验探究的主题能有效体现教学主题，难点知识

所选取的实验主题能直观有效地体现地理现象，突破学生传统认知和思维的困难，或培养学生动手、观察、运用等具体的能力。依据“地球运动”的实际教学内容和本校学生的实际情况，设计了以下3种类型、5个实验教学探究的主题。

（1）验证型实验教学

水平运动物体方向的偏转问题——通过简单的实验设计，学生直观地感受到“水平运动物体方向偏转”现象的存在，将抽象的知识直观化，增强学生的感性认识，并由此上升形成理论。再结合生活现象验证理论，加深学生对“地球自转运动地理意义”的理解。

（2）演示型实验教学

黄赤交角引起太阳直射点移动现象与规律——用生活中的材料（学生在课后也可以自主合作开展），演示地球绕日公转运动中因为黄赤交角的存在所引发的太阳直射点在南北回归线间移动的过程和规律，并由此让学生自主绘制出简易的示意图，将抽象的规律形象化，从而突破这一教学难点知识。

探讨昼夜更替现象和晨昏线基础知识——通过演示实验，让学生直观地感受到生活中昼夜、昼夜更替现象产生和形成的理论原因；以及晨昏线的基础知识（晨线与昏线的区分、晨昏线的形态特点、晨昏线的移动与地球自转运动的关系、晨昏线与入射光线的关系、晨昏线与经纬线的关系等等）。

太阳直射点的移动引起昼夜长短和正午太阳高度的变化——通过演示实验，模拟演示出随着太阳直射点的移动，地表昼夜长短和正午太阳高度的变化现象，再结合自制的教具，让学生直观地感受到这一变化的具体过程和规律。

（3）实践型实验教学

测量正午太阳高度和确定铜陵地区的经纬度坐标——通过简单的实验装置，学生亲自动手选择场地、安装器材，以及亲自参与观察、记录及后期的分析，掌握太阳高度的一般测量方法；并进而明确正午太阳高度的确定和测量方法；再结合对正午太阳高度的测量和当地正午时的北京时间的记录，运用理论方法，计算出学校所在地的经纬度坐标。实现对太阳高度、正午太阳高度概念的实践理解和实际功能的运用。

2.实验探究的器材易于获取，简单易行

实验材料的获得应当有利于教师或学生的收集、获取，最好是生活中常用器具或易于购买的材料，从而降低实验开展的门槛和难度，有利于实验真正有效的展开。

（1）验证型实验涉及的实验器材：地球仪、红墨水、底部有孔洞的塑料面盆（或漏斗）。具体实验探究过程中的器材节选图片：

（2）演示型实验涉及的实验器材：地球仪、双面胶纸带、彩笔、铁架台、激光笔、可调台灯、塑胶板、红色彩纸、自制教具等。具体实验探究过程中的器材节选图片：

（3）实践型实验教学设计的实验器材：彩笔（或粉笔）、长度一定的直杆、手表、卷尺、三角函数表等（也可自制简易测量器具）。具体实验探究过程中的器材节选图片：

3.实验探究的过程易于教师演示、学生参与和操作

在“地球运动”的具体不同主题演示和学生操作过程中，学生都能有效地、较为容易地参与到具体的实验中来。甚至在课后，基本上都能实现学生自主的合作完成，增强了学生自我探究、验证、分析的能力。如“探讨昼夜更替现象和晨昏线基础知识”和利用学具演示“太阳直射点移动过程中昼夜长短和正午太阳高度变化”的各类演示型实验，以及“测量正午太阳高度和确定铜陵地区的经纬度坐标”的实践型实验，都有利于学生课后反复操作，直至熟练掌握原理。

4.实验探究过程探究问题的引领作用

具体的实验探究过程中，应根据课程目标和探究主题设置出有针对性的问题，并注意设问的层次性，使学生能在实验过程中有明确的观察和操作目的，并在观察和操作的基础上逐层深入，最终达到实验设计的目标要求。

例如：在“探讨昼夜更替现象和晨昏线基础知识”的演示性实验教学中，依据演示的进程和现象，笔者设置了以下具有层次性的探究问题：

（1）你能总结出昼夜现象产生的原因吗？

（2）你能发现昼夜交替现象产生的原因吗？你能推测出地球仪上标注的A点昼夜交替的周期吗？

（3）你能画出昼夜半球的分界线吗？它们的形态如何？如何区分晨线与昏线呢？

（4）晨昏线（圈）平面与入射光线是何关系？你能总结出不同节气（二分二至日），晨昏线与经纬线的位置关系吗？

二、实验探究设计的例举

从实验设计的5个主题中，提取一个实践型实验加以例举说明：

测量正午太阳高度和确定当地经纬度

（一）课堂内理论认知

目的：掌握太阳高度和正午太阳高度的测量方法

【教师问题】给你实验材料，你如何利用它们测量出某时刻学校所在地的太阳高度？

【学生分析】用“立杆测影”的方法，如右图，再运用数学方法：tgh=b/a，结合三角函数表求得h。

【教师问题】你如何求得一天中的正午太阳高度呢？

【学生分析】一天中最大的角度为正午太阳高度，所以，只要测量出一天中最短的影子长度，结合三角函数的方法就能求得。

【教师问题】理论分析可行，实际操作中你怎样做呢？花很长时间在边上一直观察，等最短的影子到来吗？有没有较为节约时间，简便一些的方法？

【学生分析】略

【教师点拨】一天中，杆影长度的变化有何规律？你能描绘出吗？在杆影的变化中，你发现了什么规律？正午时刻的杆影位置你如何确定？

【学生发现】一天中，杆影的变化从日出开始逐渐变短，至正午最短，后逐渐变长；杆影长度变化呈现出以正午为中心上下午对称变化的特点。因此，要确定正午时刻影长的位置，只要确定上午某一时刻的影长，并标注；在下午出现相同影长时再标注；两线的角平分线方向即为正午时刻的影子方向，投射到此线上的影长就是正午时刻的杆影长度。

【教师问题】等长的影长如何确定？

学生分析，教师点拨：利用粉笔，以画同心圆的方式确定。

（二）课堂外实际测量

目的：将理论与实际相结合，培养学生实际动手能力，将理论很好地运用于实践。

1.学生分组：组内分工，安装、标点、画线、记录、计算等。

2.分两天完成。

第一天：

①在平坦的操场光线充足的地面垂直竖立标杆，并测量标杆在地上部分的长度；

②上午9时30分课间操时间，标注杆影长度的端点（A点），以标杆所插点（图中O点）为圆心，端点与圆心为半径，在地面上画一个半圆。

③当日下午14时30分左右，再次观测，当标杆的影端又落在圆周上时，再次标记为B点，并记录此时时间。

④将A、B两点连成直线，取其中点C，将中点与圆心连成直线OC。

第二天（记录日期）：

①于中午11时30分放学后开始观测；

②当日标杆的影子与直线OC重合的时刻，记下此时刻北京时间和标注端点的位置D点；

③测量此时标竿影长OD的长度。

（三）数据计算

目的：将理论知识与实际探测数据相结合，计算获得结论。

1.各组将测量正午影长时记录的时间，运用理论计算的方法，求得学校所在地的经度；将测量正午影长时记录的长度，运用三角函数计算方法和函数表，求得学校所在地的纬度。

2.结论：实际测量计算，每组都有误差，最终求得经度平均值约为：117°30′E，纬度平均值约为29.8°N～31.5°N之间。

教师问题：每组测量与计算存在误差的原因？如何减小误差，使测量值与实际值更加接近？

学生分析：略

【实验结论】通过实际的观测和计算，掌握了正午太阳高度较为准确的测量、计算方法；再通过实际的运用，加深了学生对经度与时间、纬度与正午太阳高度关系的认识。

【实验引申】你能否绘制出一天之内物体影子长短和方位变化的曲线平面图？进而绘制出一天之内太阳方位变化图？

【实验不足与改进】

1.测量时，各组所使用的时间有误差，需要能较好地调整和统一。但实际测量发现，利用上下午对称影长时各自记录的北京时间，通过理论计算的方法，则能较好地解决不同组在正午测量时所产生时间误差的现象。

2.两天的时间间隔中，测量器具的固定需要加强，否则容易出现较大的误差。

3.除特殊节气外，其它时间测量时，由于太阳直射点纬度的推算，以及查找三角函数表获取正午太阳高度等具体过程中均有误差产生，使得实际测量的纬度值与实际值有1～2度的误差，这一点需要与学生共同探讨、改进，并经多次测量求得平均值等方法获得解决。

三、实验探究的感悟与反思

1.注重实验过程的提前预设与实际调整

在实验教学中，教师首先设计好细致的实验步骤，但是实验操作过程中由于学生的操作偏差、外部环境的影响、学生偶发的质疑等等，都可能导致实验过程与预设的方向和速度不尽相同。这就要求教师能够根据实际情况对过程灵活地进行引导和调整，要求教师事先操作实验，对实验理解透彻，根据课堂教学情景的即时变化，运用教学机智，及时调控以确保实验的有效推进。

2.注重实验过程的科学性、简单直观与可操作性

实验要能科学反映地理学科知识，科学性是实验最基本的要求。实验本身及其反映的地理原理要正确无误，模拟情景要尽量接近真实情况，实验步骤要严谨，启发性设问要科学。同时，鉴于课堂时间限制，实验应简单、直观，过程不易复杂，能较快得到实验结果。

3.重视实验结果分析的灵活性

与理化生实验不同，许多地理实验并不需要精确的实验数据，只是地理现象和规律的模拟，这就要求教师对实验结果的分析既要严谨、又要灵活，以引导学生从宏观上分析地理原理和地理规律。同样，并不是所有的地理实验都能顺利“成功”，如验证地转偏向力的实验，地球仪转动的速度、重力作用的干扰、漏斗面积的大小、水流速度的快慢，都会影响到实验结果。因此，教师面对现象不明显，或者与现实结果有较大差异的实验（如铜陵地区纬度坐标的实验数据的计算结果与实际纬度间的1-2°的差距等），可以引导学生反思原因，设计改良措施，充分利用“失败”这种教学资源，启发学生从另一个角度理解地理知识，充分体现出了实验既有的目的性。

总之，地理实验作为地理教学一种行之有效的教学方法，结合本校的实际，笔者开展了有益的尝试，希望通过不断地探索和完善，让它真实地走进中学地理教学的课堂，体现地理教学另一面的教学魅力，发挥其应用的教育教学价值。