軟件工具的三維功能在地理教學(xué)中的應(yīng)用

喬永海

地理教學(xué)很需要展示三維動(dòng)畫的軟件。GeoGebra軟件不僅在數(shù)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在地理學(xué)科也有很好地應(yīng)用[1]，該軟件的三維功能可以解決地理教學(xué)中的一些三維問題，這里列舉幾個(gè)案例，希望對(duì)各位老師有所啟發(fā)。

一、?行星的橢圓運(yùn)動(dòng)

行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓的，其運(yùn)行速率也是變化的，近地點(diǎn)速度大，遠(yuǎn)地點(diǎn)速度小，遵守開普勒定律[2]?？梢杂肎eoGebra制作出模擬行星運(yùn)動(dòng)的三維情境課件，如圖1所示，行星的運(yùn)動(dòng)遵守開普勒定律。該課件還具有交互性，比如，等時(shí)間地按動(dòng)“顯示軌跡”按鈕，能夠顯示出單位時(shí)間內(nèi)行星和太陽(yáng)連線掃過的面積是相等的，這是開普勒第二定律，即等面積定律。

二、?地球的公轉(zhuǎn)及其帶來的影響

如圖2所示，該課件展示的是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的三維情境，地球在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，地軸平行移動(dòng)，而且和黃道面成固定角度，地球一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。從圖2可以看出，當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到軌道的最左邊時(shí)，太陽(yáng)照射到北半球的面積最大，北半球白天時(shí)間長(zhǎng)，黑夜時(shí)間短，這就是夏至日。當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到軌道的最右邊時(shí)，太陽(yáng)照射到北半球的面積最小，北半球白天時(shí)間短，黑夜時(shí)間長(zhǎng)，這就是冬至日。課件展示的星體是立體的，它們的運(yùn)動(dòng)也是在三維空間中運(yùn)行的，可以從不同角度觀察其運(yùn)動(dòng)，能讓學(xué)生獲得關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的直觀感受。我們平時(shí)經(jīng)常對(duì)著靜態(tài)的圖形講解運(yùn)動(dòng)，這種教學(xué)方式的直觀性顯得不足，學(xué)生想象這些看不見的運(yùn)動(dòng)是有困難的，該課件彌補(bǔ)了上述不足。

三、?數(shù)字地球儀

地球儀是把地球按照一定的比例進(jìn)行縮小而制作的地球模型。地球儀在地理教學(xué)中的有重要用途。教學(xué)中地球儀的使用比較普遍，教師有示教的大型地球儀，學(xué)生經(jīng)常會(huì)人手一個(gè)袖珍地球儀。在利用地球儀講解相關(guān)問題時(shí)需要把地球儀透射到屏幕上，讓更多的同學(xué)看到，這就需要數(shù)字地球儀了。一些智能白板提供了數(shù)字地球儀軟件，還能夠在地球儀上貼圖，但功能上還是比較單一。用GeoGebra?軟件制作的數(shù)字地球儀在功能上更加豐富，在教學(xué)中能發(fā)揮積極的作用。

1.?輔助講解緯線和緯度

初學(xué)地理的學(xué)生對(duì)經(jīng)度、緯度的理解是有困難的，緯度對(duì)應(yīng)的是地球內(nèi)部的立體角，借助數(shù)字地球儀可以讓學(xué)生從空間上認(rèn)識(shí)緯度。

如圖3所示，在數(shù)字地球儀上顯示了經(jīng)線和緯線，然后把數(shù)字地球儀剖開，如圖3右圖所示，剖面有左右兩個(gè)扇形平面，在右邊的扇形剖面上，地球的中心為O，赤道上的一點(diǎn)為A，扇形剖面的弧形邊是一條經(jīng)線，B是該條經(jīng)線上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn)?！螦OB就是過B點(diǎn)的緯線的緯度，沿著經(jīng)線移動(dòng)B點(diǎn)，∠AOB從0°增到90°，對(duì)應(yīng)的就是過B點(diǎn)緯線的緯度。在北半球叫作北緯，在南半球叫作南緯。緯度實(shí)際上對(duì)應(yīng)著地球內(nèi)部的一個(gè)立體角，對(duì)緯度的理解需要一定的空間想象能力，借助該數(shù)字地球儀的立體功能，可以幫助學(xué)生從空間上理解緯度的概念，在頭腦中形成正確的圖景。

2.城市的定位

經(jīng)緯網(wǎng)由經(jīng)線和緯線共同組成，可以用來確定地球表面各個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。我們可以在數(shù)字地球儀上繪制簡(jiǎn)易的世界地圖，由于這些地圖的邊線是由很多空間折線拼接而成，所以，只能繪制各大洲的輪廓線。該數(shù)字地球儀具有實(shí)用性，比如，顯示城市并確定該城市的位置，圖4中的北京，從數(shù)字地球上能大致定出它的位置是北緯40°、東經(jīng)116°。

四、?地月系和月球的運(yùn)動(dòng)

高考改革后，出現(xiàn)了同時(shí)報(bào)考物理和地理的學(xué)生，他們有了相對(duì)完備的高中物理基礎(chǔ)，可以對(duì)一些地理問題進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，比如地月系的質(zhì)心及其月球的運(yùn)動(dòng)問題。

高中物理學(xué)習(xí)了雙星，靠得比較近的天體在彼此萬有引力作用下互相纏繞著運(yùn)動(dòng)叫雙星運(yùn)動(dòng)。雙星圍繞著公共的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量越大的天體距離質(zhì)心越近，質(zhì)量越小的天體距離質(zhì)心越遠(yuǎn)，其質(zhì)量和軌道半徑成反比。地球質(zhì)量約是月球質(zhì)量的81倍，地月的平均距離為d=384，403.9千米，因此，地心和地月質(zhì)心的距離r1為

地球平均半徑約為R=6371km，因此，質(zhì)心距離地表R-r1=1683km，約為0.264R。很多同學(xué)認(rèn)為月球繞著地心轉(zhuǎn)，其實(shí)，月球和地球繞著地月系的共同質(zhì)心轉(zhuǎn)，同時(shí)，地月系公共質(zhì)心又繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，所以，相對(duì)于太陽(yáng)，月球的運(yùn)動(dòng)軌跡是很螺旋狀的曲線，如圖5的點(diǎn)狀虛線所示[3]。

我們可以把這些課件分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可以在自己的平板電腦上操作，增加對(duì)這些情境的感受。以上僅僅是?GeoGebra?解決地理教學(xué)問題的幾個(gè)案例，希望感興趣的教師結(jié)合地理教學(xué)實(shí)際，利用GeoGebra?軟件開發(fā)出更多的能夠解決地理教學(xué)難點(diǎn)的優(yōu)秀課件來。