太陽高度角的教學(xué)設(shè)計
——基于問題解決的方法

鄧昕悅 李 萍 郭劍鋒 蘇小兵

（1.華東師范大學(xué) 教師教育學(xué)院, 上海 200062; 2.首都師范大學(xué)附屬育新學(xué)校, 北京 100096;3.浙江省教育廳教研室, 浙江 杭州 310063）

一、教學(xué)內(nèi)容

“太陽高度角”相關(guān)內(nèi)容在選擇性必修1《自然地理基礎(chǔ)》第1單元“ 地球運動”的主題 “ 地球公轉(zhuǎn)及其地理意義”中。地球公轉(zhuǎn)的地理意義有四個：晝夜長短變化、正午太陽高度變化、四季變化和五帶劃分。四個地理意義都是太陽直射點的回歸運動引起，而太陽直射點的回歸運動是地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)軌道面之間形成黃赤交角造成的。四個地理意義之間具有邏輯關(guān)系：由正午太陽高度和晝夜長短的變化形成了四季變化和五帶劃分。所以教學(xué)內(nèi)容要按照下圖（見圖1）的邏輯順序開展：首先學(xué)習(xí)黃赤交角和太陽直射點的回歸運動，再學(xué)習(xí)正午太陽高度變化和晝夜長短變化，最后學(xué)習(xí)四季變化和五帶劃分。四季變化和五帶劃分是后續(xù)自然地理中氣候、水文、植被、土壤等知識的基礎(chǔ)，正午太陽高度變化作為四季變化和五帶劃分的成因之一，是本主題的重點知識。正午太陽高度變化的學(xué)習(xí)需要學(xué)生運用空間思維構(gòu)建地球運動的模型。因此正午太陽高度變化是地球公轉(zhuǎn)及其地理意義單元的難點知識。

圖1 地球公轉(zhuǎn)地理意義邏輯

“太陽高度角”有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容包括三個：太陽高度角的日變化規(guī)律、緯度變化規(guī)律和正午太陽高度的時間變化規(guī)律。本節(jié)課將結(jié)合真實情境，根據(jù)問題鏈“一天之中的太陽高度角是如何變化的？不同緯度的正午太陽高度有什么變化規(guī)律？不同日期的正午太陽高度有什么變化規(guī)律？”依次展開教學(xué)。首先通過太陽高度角的日變化引出正午太陽高度角的概念，然后學(xué)習(xí)較為簡單的緯度變化規(guī)律，最后將時間變化與緯度變化結(jié)合來學(xué)習(xí)時間變化規(guī)律。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)生能夠描述太陽高度角的日變化規(guī)律和正午太陽高度的變化規(guī)律。

2.學(xué)生能夠口頭或借助示意圖解釋太陽高度角的日變化規(guī)律和正午太陽高度的變化規(guī)律的成因。

3.給出一個具體的、真實的情境，學(xué)生能夠根據(jù)太陽高度變化規(guī)律的原理，解釋太陽高度角的變化趨勢。

三、教學(xué)過程

1.教學(xué)環(huán)節(jié)一：太陽高度角的日變化

(1)呈現(xiàn)問題情景

①教師呈現(xiàn)2022年5月28日10：30在西安馬路邊拍攝的一張照片（見圖 2）。

圖2 西安街景

②學(xué)生在照片上畫出該地此時的太陽高度角。

③請2位學(xué)生展示自己畫的圖，并分享繪圖思路。

④教師總結(jié)太陽高度角的繪制方法和概念。

⑤此時的太陽高度角大約是58°，一天之中從日出到日落，太陽高度角的大小是一樣的嗎？如果不一樣，有什么規(guī)律？請說出判斷的依據(jù)。

⑥請2位學(xué)生分享自己的想法和判斷的依據(jù)。

從學(xué)生身邊的生活現(xiàn)象出發(fā)，呈現(xiàn)真實的問題情境。鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的生活經(jīng)驗對問題做出假設(shè)，并帶著假設(shè)開展探究實驗。

(2)組織學(xué)生開展自主探究

①教師發(fā)放“任務(wù)單一”（見圖3），布置探究任務(wù)。

圖3 任務(wù)單一

②教師演示sun-path工具的操作方法。

③教師組織學(xué)生獨立開展探究活動，并填寫任務(wù)單。

探究活動借助現(xiàn)代地理信息技術(shù)模擬真實場景中太陽的視運動，通過觀察建筑物影長的變化來推導(dǎo)太陽高度角大小的變化，通過自主探究來驗證假設(shè)并總結(jié)規(guī)律。

(3)分享交流

教師請2～3位學(xué)生分享自己總結(jié)的太陽高度角的日變化規(guī)律，并給出判斷的理由。

學(xué)生在說出想法后，教師可以針對性的展開追問，和學(xué)生進行雙向交流。在課堂上給學(xué)生提供交流和表達的機會，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和表達能力，指向核心素養(yǎng)的發(fā)展。

((44))總結(jié)

①教師總結(jié)太陽高度角的日變化規(guī)律。

②結(jié)合模型（見圖4），解釋太陽高度角日變化規(guī)律的成因。

圖4 太陽高度角日變化的解釋模型

引導(dǎo)學(xué)生思考規(guī)律背后的成因，借助因果模型來解釋成因，幫助學(xué)生建構(gòu)正確的知識結(jié)構(gòu)。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)二：正午太陽高度的緯度變化

(1)呈現(xiàn)問題情境

①教師呈現(xiàn)兩張圖片，第一張是2022年7月17日正午時刻在西安某小區(qū)拍攝的照片（見圖5）。第二張是中國地圖（圖略）。

圖5 西安某小區(qū)照片

②如果照片中的樓建設(shè)在廣西南寧，這一天的影子和圖中一樣長嗎？如果不一樣，會更長還是更短？請說出判斷的依據(jù)。

③請2位學(xué)生分享自己的想法。

先請學(xué)生根據(jù)已有知識和生活經(jīng)驗對正午太陽高度的緯度變化規(guī)律做出假設(shè)，通過學(xué)生之間的分享交流，初步形成解釋模型，然后開展自主探究，進一步修正解釋模型。

(2)組織學(xué)生開展自主探究

①教師發(fā)放“任務(wù)單二”（見圖6），布置探究任務(wù)。

圖6 任務(wù)單二

②教師對學(xué)生進行分組，4人為一小組。

③教師組織學(xué)生開展探究活動，并填寫任務(wù)單。

基于問題解決的自主探究過程，學(xué)生借助現(xiàn)代地理信息技術(shù)模擬真實場景收集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更直觀的圖表，從中總結(jié)規(guī)律。體現(xiàn)了在課堂中為學(xué)生還原科學(xué)研究過程的理念，讓學(xué)生重走科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)之旅，在問題解決的過程中獲得知識，發(fā)展核心素養(yǎng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，個人的能力和見解是有限的，如果能夠和別人進行一定程度的合作和交流，就可以集眾人智慧，達到1+1＞2的效果。在課堂中，針對一些有難度的任務(wù)，可以利用小組合作的方式進行探究學(xué)習(xí)，通過學(xué)生之間的互幫互助，提高學(xué)生的團隊合作能力。

(3)分享交流

教師請2～3個小組分享任務(wù)4——正午太陽高度的緯度變化規(guī)律的成因。

((44))總結(jié)

①教師總結(jié)正午太陽高度的緯度變化規(guī)律。

②借助模型（見圖7），解釋正午太陽高度緯度變化規(guī)律的成因。

圖7 正午太陽高度的緯度變化規(guī)律的解釋模型

3.教學(xué)環(huán)節(jié)三：正午太陽高度的時間變化

(1)呈現(xiàn)問題情景

①教師呈現(xiàn)2022年7月17日正午時刻在西安某小區(qū)拍攝的照片（見圖5）。

②如果夏至日這天在同一位置再拍一張照片，夏至日和7月17日的正午太陽高度角大小一樣大嗎？若不一樣，會更大還是更?。?/p>

③請2～3位學(xué)生分享自己的想法并說出判斷的依據(jù)。

④教師提出接下來探究活動的問題：西安地區(qū)的正午太陽高度隨時間變化規(guī)律是什么？世界其他地區(qū)也都遵循一樣的規(guī)律嗎？

(2)組織學(xué)生開展自主探究

①教師發(fā)放“任務(wù)單三”（見圖8），布置探究任務(wù)。

圖8 任務(wù)單三

②教師組織學(xué)生以4人為一小組開展探究活動，并填寫任務(wù)單。

環(huán)節(jié)三和環(huán)節(jié)二的探究活動是類似的，在環(huán)節(jié)三的探究活動給予學(xué)生更多的自主發(fā)揮空間，總結(jié)出規(guī)律后自主利用sun-path工具進行驗證。通過這次自主探究可以評價學(xué)生對正午太陽高度的緯度變化知識本身的理解水平，也可以評價學(xué)生對正午太陽高度變化規(guī)律分析方法的遷移能力。體現(xiàn)了嵌入式評價在地理課堂中的應(yīng)用，以學(xué)生在課堂中產(chǎn)生的日?；顒幼鳛樵u價內(nèi)容，及時的獲得學(xué)生知識掌握情況的反饋，再根據(jù)反饋信息反思教學(xué)過程，采取相應(yīng)的改進措施，真正達到改進教學(xué)的目的。

(3)分享交流

教師請2個小組分享任務(wù)1表格中的內(nèi)容、任務(wù)2總結(jié)的正午太陽高度的時間變化規(guī)律和任務(wù)4分析的成因。

((44))總結(jié)

①教師總結(jié)正午太陽高度的時間變化規(guī)律。

②借助下圖（見圖9）, 解釋正午太陽高度時間變化規(guī)律的成因。

圖9 正午太陽高度的時間變化規(guī)律的解釋模型