Sun Surveyor輔助“地球運(yùn)動(dòng)”教學(xué)淺探

龐 悅

（廣西南寧市第一中學(xué)， 廣西 南寧 530012）

Sun Surveyor輔助“地球運(yùn)動(dòng)”教學(xué)淺探

龐 悅

（廣西南寧市第一中學(xué)， 廣西 南寧 530012）

隨著手機(jī)、平板電腦的普及，數(shù)字化的教學(xué)資源從電腦軟件擴(kuò)展到了移動(dòng)端的應(yīng)用程序。Sun Surveyor是一款適用于輔助“地球運(yùn)動(dòng)”教學(xué)的應(yīng)用程序。文章在重點(diǎn)剖析“地球運(yùn)動(dòng)”的高考題考點(diǎn)、難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多個(gè)版本高中地理教材，歸納了“地球運(yùn)動(dòng)”是由兩個(gè)視角、兩個(gè)變量組成的動(dòng)態(tài)規(guī)律，總結(jié)出在教學(xué)中存在教材缺少動(dòng)態(tài)的生活化素材、教師亟需更合適的輔助教學(xué)資源、學(xué)生空間想象力達(dá)不到要求等問題，展開敘述了Sun Surveyor的教學(xué)優(yōu)勢，并配上具體的應(yīng)用策略，充分證實(shí)了Sun Surveyor在輔助“地球運(yùn)動(dòng)”教學(xué)的實(shí)用性。

高中地理教學(xué)；地球運(yùn)動(dòng)；Sun Surveyor；地理高考

截至2014年6月，中國使用手機(jī)上網(wǎng)的網(wǎng)民比例為83.4%，已超越傳統(tǒng)電腦上網(wǎng)比例［1］。利用手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端輔助課堂教學(xué)儼然成為一種趨勢，主要表現(xiàn)為兩種形式：著眼于移動(dòng)端的自身功能，實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)；或著眼于發(fā)掘可輔助中學(xué)地理教學(xué)的應(yīng)用程序。本文為后者，推薦一款可輔助“地球運(yùn)動(dòng)”教學(xué)的應(yīng)用程序Sun Surveyor。

一、Sun Surveyor的功能特點(diǎn)與優(yōu)勢

Sun Surveyor（中文譯為：太陽測量師），是一款適用于iOS和Android的應(yīng)用程序，集合了3D羅盤、擴(kuò)增實(shí)境、谷歌地圖等應(yīng)用程序的特點(diǎn)。其主要功能是能夠選擇任意的地點(diǎn)、時(shí)間透過其3D羅盤、地圖、相機(jī)（擴(kuò)增實(shí)境）及星歷表模式定位太陽和月亮的位置，甚至可以跟蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡。［2］Sun Surveyor的主要表現(xiàn)形式有兩種：3D指南針、AR-擴(kuò)增實(shí)境。

1.3D指南針

3D指南針，較傳統(tǒng)指南針的特點(diǎn)在于立體，加上了太陽運(yùn)動(dòng)軌跡，增強(qiáng)透視，多方位確定目標(biāo)。屏幕水平放置時(shí)，如圖1左，屏幕豎直放置時(shí)，如圖1右。

圖1 Sun Surveyor 3D指南針界面圖

（1） 3D指南針的功能

Sun Surveyor的3D指南針界面簡潔，信息豐富、清晰。方向北可根據(jù)需要選擇磁北或正北；圓盤中心的綠針代表所定位的位置；綠針下方黑線代表物影；圓盤上的平面弧線代表日出到日落（可視為晝長）；圓盤上的立體弧線代表太陽一天的實(shí)時(shí)位置。左下角的數(shù)值涵蓋的數(shù)據(jù)有太陽高度角、日出時(shí)間、日落時(shí)間、物影比等。

Sun Surveyor的3D指南針有兩個(gè)可變量，一個(gè)是最下端的“時(shí)光機(jī)滑塊”，一個(gè)是左上角的“位置”?！皶r(shí)光機(jī)滑塊”是Sun Surveyor最主要的互動(dòng)媒介，有三個(gè)跨度選擇，一小時(shí)、一天或一年。移動(dòng)時(shí)光機(jī)滑塊，可看到太陽的即時(shí)位置?！拔恢谩币灿腥N定位方式：①GPS定位當(dāng)前位置；②地名搜索最接近的位置；③輸入精確的坐標(biāo)取得定位。Sun Surveyor的工作原理也是根據(jù)這兩個(gè)變量呈現(xiàn)相應(yīng)的畫面和數(shù)值。

（2） 3D指南針的優(yōu)勢

Sun Surveyor的3D指南針畫面簡潔，信息量大，從中可以看出太陽運(yùn)動(dòng)軌跡，日出日落方位、太陽高度角及其數(shù)值；物影長短及方位，甚至可以觀察到晝夜長短分布。這些信息都是“地球運(yùn)動(dòng)”的關(guān)鍵點(diǎn)。且3D指南針區(qū)別于教材中的地外視角，采用的是地面視角，便于學(xué)生直觀理解。除此之外，時(shí)光機(jī)滑塊提供三種跨度的選擇，可反映日變化和年變化規(guī)律。最重要的是，3D指南針提供的立體界面與高中地理教材所表達(dá)的意義相近，不會給學(xué)生造成混亂的視覺感受。

2.擴(kuò)增實(shí)境

擴(kuò)增實(shí)境（Augmented Reality，簡稱AR），于二十世紀(jì)九十年代提出，是一種實(shí)時(shí)計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。

（1） 擴(kuò)增實(shí)境的功能

Sun Surveyor自帶擴(kuò)增實(shí)境功能，透過攝像頭可以得到實(shí)時(shí)的情景，太陽路徑及相關(guān)數(shù)據(jù)會疊加在畫面上，這能最大程度上地實(shí)現(xiàn)太陽視運(yùn)動(dòng)規(guī)律的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。打開擴(kuò)增實(shí)境（AR）攝影，將綠十字線對著某位置，然后移動(dòng)滑塊可查看太陽何時(shí)會在那位置。

圖2 Sun Surveyor擴(kuò)增實(shí)境界面圖

（2） 擴(kuò)增實(shí)境的優(yōu)勢

理論聯(lián)系實(shí)際，是教學(xué)中的一個(gè)重要原則。擴(kuò)增實(shí)境的實(shí)質(zhì)是以虛擬的太陽路徑套疊在鏡頭下的真實(shí)情景，完美地將理論與實(shí)際結(jié)合。鏡頭捕捉到的畫面是學(xué)生日常生活的畫面，這樣一來，能促進(jìn)學(xué)生的情感體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)其懷疑求真，探索發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)精神；同時(shí)，在無形中讓學(xué)生明白理論都是來源于生活，學(xué)習(xí)理論是為了服務(wù)生活。

二、Sun Surveyor與高中地理“地球運(yùn)動(dòng)”的契合度分析

經(jīng)研究調(diào)查表明，運(yùn)用軟件輔助中學(xué)教學(xué)存在的普遍問題有兩種：一種是軟件本身的目的性不強(qiáng)，另一種是與教學(xué)內(nèi)容的契合度不高。筆者就Sun Surveyor與高中地理“地球運(yùn)動(dòng)”進(jìn)行契合度比較，得出如下結(jié)論：

第一，Sun Surveyor契合“地球運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)思路：“地球運(yùn)動(dòng)”的知識特點(diǎn)是兩個(gè)變量——時(shí)間、空間，Sun Surveyor的操作頁面也是依靠時(shí)光機(jī)滑塊和位置兩個(gè)變量進(jìn)行互動(dòng)性操作。

第二，Sun Surveyor契合高中地理課本“地球運(yùn)動(dòng)”的知識體系：魯教版的太陽視運(yùn)動(dòng)配圖（圖3上）與Sun Surveyor的3D指南針界面（圖3下）十分相似。

圖3 魯教版教材太陽視運(yùn)動(dòng)示意圖與Sun Surveyor界面截圖對比

第三，Sun Surveyor可輔助理解“地球運(yùn)動(dòng)”大部分的知識點(diǎn)。2014年全國各省市的高考題“地球運(yùn)動(dòng)”中的考點(diǎn)，可直接借助Sun Surveyor輔助理解的超過半數(shù)，且皆為高頻考點(diǎn)，數(shù)據(jù)表明可直接借助Sun Surveyor輔助理解的占據(jù)知識點(diǎn)總數(shù)的65%。

綜上所述，Sun Surveyor契合高中地理“地球運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)。

三、Sun Surveyor在教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例分析

1.（正午）太陽高度角計(jì)算、大小比較

在人教版高中地理教材中，沒有專門解釋太陽高度角的定義，卻直接提出了正午太陽高度的變化規(guī)律。太陽高度角是一個(gè)十分重要的概念，在高考題中往往是線索，所以學(xué)生對太陽高度角的理解態(tài)度決定了對地球運(yùn)動(dòng)題目的思考角度。顯然，教師需要向?qū)W生提供圖片輔助解釋太陽高度角的概念。但是又存在以下問題：若從地外視角展示太陽高度角（如圖4上），只能體現(xiàn)出正午太陽高度角，往往會讓學(xué)生的理解產(chǎn)生誤區(qū)；而且，太陽高度角在一天中是一個(gè)變量，取值范圍為［-90°，90°］ ，如果簡單地用一個(gè)靜態(tài)幾何圖（如圖4下）是無法給學(xué)生現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的，一旦脫離生活體驗(yàn)，易造成太陽高度角概念理解上的抽象化。

圖4 太陽高度角示意圖

在教學(xué)中，教師可先提出概念：太陽高度角是我們觀察太陽時(shí)的仰角，也就是太陽光線與地面之間的夾角。再打開Sun Surveyor的3D指南針模式，豎直放置屏幕，讓學(xué)生找出太陽高度角。把時(shí)光機(jī)滑塊的跨度調(diào)為一天，完整地展示一天24小時(shí)太陽高度角數(shù)值的變化。在滑到一天中太陽高度角的最大值時(shí)，解釋此太陽高度角為正午太陽高度角，再把時(shí)光機(jī)滑塊的跨度調(diào)為一年，通過滑動(dòng)滑塊展示一年正午太陽高度角的變化規(guī)律?；蛘?，選定日期，改變“位置”，比較不同地點(diǎn)正午太陽高度的大小，再總結(jié)規(guī)律。

2.太陽方位（日出、日落方位）、太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡

人教版、中圖版、湘教版的高中教材中，都沒有地球視運(yùn)動(dòng)相關(guān)內(nèi)容的闡述，僅魯教版的單元活動(dòng)“辨別地理方向”簡單涉及到相關(guān)內(nèi)容。但經(jīng)調(diào)查表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，對太陽視運(yùn)動(dòng)的理解有較大的出入。而且關(guān)于太陽視運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容，在歷年高考中考頻是最高的。故配以適當(dāng)?shù)膱D片輔助學(xué)生理解，是十分必要的。

在教學(xué)中，教師可讓學(xué)生討論，是否留意過太陽一天中的運(yùn)動(dòng)軌跡，日出日落的方位又是怎樣的？學(xué)生憑借生活經(jīng)驗(yàn)猜測后，教師再借助Sun Surveyor展示太陽一天的視運(yùn)動(dòng)軌跡。位置：使用當(dāng)前位置；時(shí)光機(jī)滑塊跨度：1天；通過滑動(dòng)滑塊，演示一天的太陽視運(yùn)動(dòng)過程。讓學(xué)生記錄下日出日落方位。在設(shè)置中選擇顯示夏至、冬至、春分、秋分。這樣便于學(xué)生觀察同一地點(diǎn)，不同時(shí)期的太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡情況。接著，根據(jù)教師需求，選擇不同緯度位置的地點(diǎn)（如南極點(diǎn)、堪培拉、曼谷），展示其四個(gè)時(shí)節(jié)太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡及太陽方位。

3.物影方向、長短

物影方向與太陽方位是相反的，物影長短與太陽高度角成反比。因此，在教學(xué)中，一般不會單獨(dú)討論物影問題。但在高考題中，有關(guān)物影的內(nèi)容卻喜歡單獨(dú)成題，而且，這類高考題由于貼近生活，難度適中，大都被評為好題（如2014年新課標(biāo)Ⅰ卷、2014年安徽卷、2012年安徽卷等）［3］?？梢姡處熡斜匾m當(dāng)補(bǔ)充物影專題的講解。

在Sun Surveyor中，綠針下方的黑影即代表物影。時(shí)光機(jī)滑塊跨度調(diào)為1天，教師可通過滑動(dòng)滑塊來演示一天物影方向和長度的變化。以2014年安徽卷第29題為例，A選項(xiàng)的突破點(diǎn)在于北極點(diǎn)春分日影長是無限長，而圖片中影長是有限的。由于是特殊點(diǎn)產(chǎn)生的特殊效果，學(xué)生不易理解，教師可操作Sun Surveyor呈現(xiàn)具體畫面，便于學(xué)生理解。位置：北極點(diǎn)；日期：3月21日，影子應(yīng)當(dāng)是無限長，與題目中圖示不符。其他選項(xiàng)同理。

4.日出、日落時(shí)間

“日出、日落時(shí)間”這些字眼在高考題的題干或選項(xiàng)中常出現(xiàn)。這部分知識通常與時(shí)間計(jì)算、時(shí)差計(jì)算、晝夜長短計(jì)算、大小比較等知識一同考察，通常是作為輔助信息。

在Sun Surveyor的太陽運(yùn)動(dòng)路線上會有標(biāo)注日出日落時(shí)間。當(dāng)然，Sun Surveyor左下角也有明確的時(shí)間，精確到分鐘。教師可配合實(shí)際需要進(jìn)行操作，就可得到直觀的畫面和數(shù)據(jù)，增強(qiáng)說服力。

5.晝夜長短計(jì)算和比較、晝夜變化規(guī)律

在晝夜交替、晝夜變化相關(guān)知識的教學(xué)中，一般采用側(cè)視圖、極點(diǎn)俯視圖、圓柱投影圖，這些都是地外視角的，利于學(xué)生的宏觀理解，但因與生活脫節(jié)，不利于學(xué)生的直觀感知。

Sun Surveyor提供了地面視角，教師可配合教材中地外視角進(jìn)行教學(xué)。太陽視運(yùn)動(dòng)的立體弧線表示的是太陽在地平面以上的運(yùn)動(dòng)軌跡，換言之，即一天之中的白晝。而且，經(jīng)過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，該立體弧線映射到平面上的弧線（即圓盤上的黃色平面弧線）可視為晝長，相對應(yīng)的圓盤另一部分的灰色弧線可視為夜長。時(shí)光機(jī)滑塊跨度調(diào)為一年，滑動(dòng)滑塊，可動(dòng)態(tài)顯示晝夜變化，并對比晝夜長短。改變位置，滑動(dòng)滑塊，總結(jié)晝夜變化規(guī)律。教師還可選擇特殊點(diǎn)（如極點(diǎn)）展示極晝極夜現(xiàn)象。

四、結(jié)語

“地球運(yùn)動(dòng)”主要是多變量、多視角的動(dòng)態(tài)規(guī)律，在教學(xué)活動(dòng)中存在許多問題。大部分教師會借助多媒體教學(xué)平臺，如PowerPoint、Flash等。Sun Surveyor作為操作簡單的軟件，在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)電子產(chǎn)品普及的當(dāng)下，課上教師可借此實(shí)時(shí)演示，課下學(xué)生可用之輔助學(xué)習(xí)。Sun Surveyor以其地面視角的展現(xiàn)方式，架起“地球運(yùn)動(dòng)”抽象的概念、規(guī)律與生活的橋梁，填補(bǔ)了學(xué)生理解上的鴻溝；又以其靈活的、交互性的展現(xiàn)方式，豐富地理學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生在充滿趣味性的教學(xué)過程中形成良好的地理思維方式和地理學(xué)習(xí)技巧。教師充分發(fā)掘利用Sun Surveyor的功能，并引導(dǎo)學(xué)生合理運(yùn)用，可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)地理問題與解決地理問題的能力。

［1］ 第34次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告［EB/ OL］.http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj /jcsj/，2014-07-21.

［2］ Sun Surveyor官方網(wǎng)站［EB/OL］.http://www. sunsurveyor.com/.

［3］ 鄧謀雨.2014年全國文綜高考地理“好題”評析［J］.地理教育，2014（7）：82-86.