教具《太阳视运动轨迹演示仪》的制作与使用

    张向兰

    

    

    【内容摘要】高中地理教学中地球运动的知识复杂而抽象，在课堂教学中针对性地使用自制教具进行教学，必能大大提高教学效率，激发学生的学习内驱力。本文主要梳理了自制教具《太阳视运动轨迹演示仪》的设计理念、制作材料、使用方法和注意事项，以期对广大中学地理教师有所帮助。

    【关键词】 教具 太阳视运动轨迹演示仪 制作与使用

    一、自制教具介绍

    教具《太阳视运动轨迹演示仪》以高考复习中地球运动专题知识太阳视运动为内容依据。通过该教具可辅助落实地理实践力的核心素养，引导学生通过观察和动手操作，学习理解地球运动的相关知识，如：地平圈上的方向、观测者的半球位置、日出日落方向、正午太阳高度角的大小、昼夜长短、太阳光直射点的位置、物影方向等。

    该教具有两套方位和时间，只需要将太阳视运动轨道用手移动至另一方向，调整太阳位置即可实现半球和时间的转换。观察和操作简单易行，学习理解起來难度较小。在材质选取上，该教具的制作材料都为日常生活中常见的简单易获取材料，环保安全，易于制作和推广。

    二、教具装置图

    三、教具制作材料

    截面约15mm×200mm的铁丝2段，橘黄色乒乓球3个（代表太阳），直径300cm的空心黄色塑料圆环1个，直径25cm的空心黄色塑料圆环2个，LED电子灯珠3个（代表太阳光），彩色卡纸若干，废纸板若干，长28cm的废旧扫把杆2根，50cm×60cm×4cm的高密度白色泡沫板底座1个，热熔胶若干。

    四、教具特点及用途

    1.特点：该教具借用类似太阳视运动轨迹圆环实体形象演示南北半球地平圈上抽象的太阳视运动轨迹，使地球运动中的相关知识（地平圈上的方向、观测者的半球位置、日出日落方向、正午太阳高度角的大小、昼夜长短、太阳光直射点的位置、物影方向等）形象化、生动化、易于理解和掌握。

    2.用途：该教具可演示以下抽象知识

    （1）日出日落方位，如下表所示：

    （2）正午太阳高度角：观测者与太阳视运动轨道最高点（正午）的连线与地平面的夹角H，即为当地此时正午太阳高度角。

    （3）昼夜长短：

    昼>夜：同一时间，处于地平圈以上部分的太阳视运动轨道长度>地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度。

    昼=夜：同一时间，处于地平圈以上部分的太阳视运动轨道长度=地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度。

    昼<夜：同一时间，处于地平圈以上部分的太阳视运动轨道长度<地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度。

    （4）太阳光直射点的位置：特定时间，太阳视运动轨道最高点（正午）与地平圈的垂直交点即为太阳直射点的位置。

    （5）物影方向：物影方向与太阳所在方位相反。如：40°N夏至日10：00时，太阳在观测者的东南方向，此时，当地的物影方向就是西北方向。

    五、使用方法

    将本教具放置在水平桌面上，辅助工具为直角尺子、量角器，给出常用公式：H（正午太阳高度角）=90°-纬度差

    1.演示日出日落方位：以40°N、10°N、60°S为例，演示23.5°N—90°N、0°—23.5°N、23.5°S—90°S范围纬度的日出日落方位。

    演示40°N夏至日时的日出日落方位，将表示夏至日的太阳视运动轨道向南方倾斜16.5°，可以看到日出东北、日落西北，正午时太阳在观测者的正南方向。演示二分日时将表示二分日的太阳视运动轨道向南方倾斜40°，可以看出日出正东、日落正西，正午时太阳在观测者的正南方向。演示冬至日时将表示冬至日的太阳视运动轨道向南方倾斜26.5°。可以看出日出东南、日落西南，正午时太阳在观测者的正南方向。

    演示10°N夏至日时的日出日落方位，将表示夏至日的太阳视运动轨道稍向北方倾斜13.5°，可以看到日出东北、日落西北，正午时太阳在观测者的正北方向。演示二分日时将表示二分日的太阳视运动轨道向南方倾斜10°，可以看出日出正东、日落正西，正午时太阳在观测者的正南方向。演示冬至日时将表示冬至日的太阳视运动轨道向南方倾斜33.5°。可以看出日出东南、日落西南，正午时太阳在观测者的正南方向。

    演示60°S夏至日时的日出日落方位，将表示夏至日的太阳视运动轨道稍向北方倾斜83.5°，可以看到日出东北、日落西北，正午时太阳在观测者的正北方向。演示二分日时将表示二分日的太阳视运动轨道向南方倾斜60°，可以看出日出正东、日落正西，正午时太阳在观测者的正北方向。演示冬至日时将表示冬至日的太阳视运动轨道向北方倾斜36.5°。可以看出日出东南、日落西南，正午时太阳在观测者的正北方向。

    2.演示正午太阳高度角：已知观测者与太阳视运动轨道最高点（正午）的连线与地平面的夹角H，即为当地此时正午太阳高度角。使用量角器，量出正午太阳高度角的度数H，可运用正午太阳高度角计算公式计算出当地所在纬度。

    3.演示昼夜长短：直接观察得出结论。

    北半球：夏至日位于地平圈以上的太阳视运动轨道长度>地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度，说明昼长夜短;

    二分日时位于地平圈以上的太阳视运动轨道长度=地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度，说明昼夜等长;

    冬至日时位于地平圈以上的太阳视运动轨道长度<地平圈以下部分的太阳视运动轨道长度，说明昼短夜长。

    南半球相反。

    4.演示太阳光直射点的位置：某一节气，找出太阳视运动轨道最高点（正午），用直角尺子得出其与地平圈的垂直交点，该交点所在的点即为太阳直射点的位置。

    5.演示物影方向：将LED电子灯珠固定到相应节气轨道的乒乓球（太阳）上，某一节气，将乒乓球（太阳）沿运动方向移动到某一方向，如东南方，那么该地的物影方向即为与太阳光所在方向相反的西北方向。其他方向也可进行此演示。

    六、使用注意事项及改进反思

    1.注意事项：使用教具《太阳视运动轨迹演示仪》进行教学或小组合作学习时，应做好地球运动基本知识的复习;操作中注意近距离观看演示，轻拿轻放，为保证科学起见，不要将轨道随意移动。

    2.改进反思：本人制作的教具《太阳视运动轨迹演示仪》，科学严谨性还有待提高。由于观测者所在纬度是一个变化值x，所以在演示或计算正午太阳高度角、太阳光直射点的位置时，受教具本身和仪器测量精度影响，演示结果会与真实情况存在偏差，还需进一步论证和改进。希望广大同仁们提出宝贵意见。

    （作者单位：青海师范大学附属第二实验中学）