極視圖巧解地球自轉(zhuǎn)運動難點問題的應用研究

尚先志，郭 瑩

（1.凱里實驗高級中學，貴州凱里 556011；2.凱里學院，貴州凱里 556011）

區(qū)時與地方時的計算、日期分布問題，在新高考背景下的高考中依然經(jīng)常出現(xiàn)，仍是教學中的重點和難點，其難點在于該部分教學內(nèi)容較為抽象.大多數(shù)學生未形成地理空間思維，缺乏空間定位、空間差異比較、空間結(jié)構(gòu)和空間聯(lián)系分析的能力［1］.加上教師教學方式傳統(tǒng)，強調(diào)記憶、套公式等，解題容易出錯，教學效果普遍偏低.這部分內(nèi)容可以說是老師難教，學生難學，為克服這一難題，通過構(gòu)建地理極視圖模型（以下以北極俯視圖為例），并用極視圖模型結(jié)合實際案例，分析和解決難點問題，該方法避免解題利用繁瑣公式、死記硬背的方式，從而使解決問題圖示化，直觀易懂.

1 地球自轉(zhuǎn)運動的教學難點思考

在新高考背景下，地球運動知識雖不再作為高中地理課程的必修內(nèi)容，以選擇性必修內(nèi)容出現(xiàn)在自然地理基礎課程中，但其相關(guān)考題在新高考卷中仍經(jīng)常出現(xiàn).因此，對地理選擇性必修教學來說，地球運動知識仍然是高中地理教學的重點和難點.雖然新教材把地球運動的課程教學安排較過去延后許多，學生學習有了一定的相關(guān)學科知識基礎，但從教學效果來看，大多數(shù)學生接受起來還是比較困難，教師教學面臨的挑戰(zhàn)依然非常大.其原因主要有以下方面.

從內(nèi)容上看，地球運動中的時間計算、日期分布以及涉及的相對方位問題本身知識抽象性強，涉及空間和時間的動態(tài)變化，對學生地理時空思維要求較高，學生對其理解難度較大.另外，雖然時間與日期問題與生活聯(lián)系緊密，貼近學生的日常生活，但時間和日期分布具有抽象性、宏觀性，難以直觀、可視的感受.

從教師方面看，由于對學生學情的了解不夠深入，不少教師存在重視理論知識點的講解，強調(diào)公式、方法記憶，而輕視引導學生多看圖、多觀察經(jīng)緯網(wǎng)地球儀，輕視引導學生對經(jīng)緯度分布規(guī)律和地理空間思維的培養(yǎng).

從學生層面看，學生是在初中地理中學習到地球經(jīng)緯網(wǎng)知識.由于學習間隔時間較長，學生把相關(guān)知識都遺忘得差不多了，不少已分不清經(jīng)緯線，經(jīng)緯度分布規(guī)律沒掌握，空間想象能力缺乏，地球經(jīng)緯網(wǎng)空間思維模型難以構(gòu)建.學生習慣性停留在記公式和口訣，陷入死記硬背陷阱，很難用地圖直觀地來分析和解決地理問題.

2 極視圖的構(gòu)建

針對學生地理空間思維不足的情況，教師應引導學生多角度觀察經(jīng)緯網(wǎng)地球儀，并總結(jié)經(jīng)度的分布規(guī)律.強調(diào)從極地上空多看，從而形成極視地球的立體空間印象，便于構(gòu)建極視圖空間模型.教學中可讓學生在地球儀上用水彩筆或記號筆加粗0°、90°E、90°W、180°四條經(jīng)線，并畫出從地球儀極地上空俯視看到的加粗的四條經(jīng)線示意圖，即得到極地俯視圖模型，這里以北極俯視圖（圖1）為例.

圖1 極視圖模型

用極視圖來分析解決相對方位（東、西）判讀、時間計算和日期分布問題時，較通常用的數(shù)軸表示全球經(jīng)線（或時區(qū)）法，在經(jīng)度表示上更具有東西方向上連續(xù)性，地球空間地圖的連續(xù)性和直觀性.

3 極視圖巧解地球自轉(zhuǎn)運動教學難點問題的實踐研究

3.1 相對方位的判定

兩地相對方位判斷是認識地圖的基礎知識，也是學生學習的一個難點.尤其在非常規(guī)地圖（上北下南，左西右東）中，或只提供地理坐標信息時，判斷兩地方位顯得尤為困難.兩地相對方位的判斷主要分為三種情況.

一是兩地位于同一條經(jīng)線上，其相對方位為正南或正北關(guān)系；二是兩地位于同一條緯線上，為正東或正西關(guān)系；三是兩地既不在同一條經(jīng)線上，也不在同一條緯線上，這種情況可分為先找兩地的相對南北關(guān)系，再找兩點的相對東西關(guān)系［2］.從學生做相關(guān)試題出錯情況來看，后兩種情況出錯較多，難點在于東、西方向的判斷具有相對性，而學生未在腦海中建立一個經(jīng)緯度空間分布模型，只注重方法規(guī)律的記憶.如：同在東經(jīng)度，數(shù)值大的在東，數(shù)值小的在西；同在西經(jīng)度，數(shù)值小的在東，數(shù)值大的在西；分別在東經(jīng)度和西經(jīng)度，若兩地經(jīng)度和小于180°，則東經(jīng)度在東，西經(jīng)度在西；若兩地經(jīng)度和大于180°，則東經(jīng)度在西，西經(jīng)度在東.這里巧用極視圖模型判讀東、西方位，更直觀、簡潔地解決了東、西方位判斷具有相對性的難點.

例1：全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)可用于定位、導航.若在甲、乙兩地GPS接收機顯示的經(jīng)緯度坐標分別為北緯36°31′、東經(jīng)118°28′和南緯74°19′、西經(jīng)76°32′，則甲在乙的（ ）

A.東南方 B.東北方 C.西南方 D.西北方

解析：首先判南北，這比較容易，從緯度看，甲、乙兩地分別位于北緯和南緯，則甲地在乙地的北方；其次判相對東西方向：①構(gòu)建極視圖模型（以北半球為例），如圖1；②在模型圖中標出甲、乙所在經(jīng)度的相對位置，如圖2；③找劣弧段（兩地經(jīng)度差小于180°的弧段），順著自轉(zhuǎn)方向從甲所在經(jīng)線至乙所在經(jīng)線為劣弧段（經(jīng)度相差165°），反向看相差195°為優(yōu)弧，得出甲在乙相對的后方（或乙在甲的前方），即甲在乙的西方（順著地球自轉(zhuǎn)的方向，前進方向為東方，后方為西方），綜合判斷甲地在乙地的西北方，該題選D.

圖2 兩地所在經(jīng)線的位置圖

3.2 地方時和區(qū)時的計算

近些年高考卷對地方時和區(qū)時計算的考查頻率還是比較高，如2021 年遼寧卷、2020 年新高考山東卷和2020 年新高考浙江卷等.而地方時與區(qū)時的計算是高中教學的一大難點，對于很多學生來講可以說是望而生畏，其主要原因有：一是腦海中沒有建立一個經(jīng)緯網(wǎng)空間模型，對經(jīng)度分布規(guī)律不熟悉，算經(jīng)度差出錯［3］；二是算出時間差后在加、減時出錯，關(guān)鍵在于對“東加西減”理解不透，東西方向判讀不準，沒有建立地理空間思維，只記公式和口訣，很容易陷入死記硬背陷阱，這里巧用極視圖可以避開這些問題.

3.2.1計算地方時

例2：（2020 年新高考山東卷第8 題）2020 年5 月27 日上午11 點整，中國珠峰高程測量登山隊將五星紅旗插上世界最高峰峰頂，實現(xiàn)了四十五年后我國測繪隊員的再次登頂.從位于5200 m 的大本營向上，隊員們要經(jīng)過甲、乙、丙、丁四個營地（圖3），其中一個營地由于空氣流通不暢，容易引起高原反應，被稱為“魔鬼營地”.據(jù)此完成7～8題.

圖3 登峰線路地形圖

問：5 月27 日位于28°N 的溫州晝長為13 時44 分，該日珠峰頂部（28°N，87°E）日出時刻在北京時間

A.7：20以前 B.7：20—7：39

C.7：40—8：00 D.8：00以后

解析：題意為依據(jù)珠峰頂部日出時刻求北京時間（北京時間可理解為120°E 的地方時或東八區(qū)的區(qū)時），因已知時間為地方時，所求時間可看成求北京時間120°E 的地方時.由已知信息可知珠峰頂部緯度與溫州緯度相同，得出兩地的晝夜長短相同，日出日落的地方時也相同，從而依據(jù)溫州晝長13 時44 分推出珠峰頂部日出時刻的大致為：日出時間=12-晝長/2，得出珠峰日出時刻的當?shù)貢r間為5：08（為已知時間）.然后在構(gòu)建的極視圖模型圖1中標出已知地方時和所求地方時的大致相對位置，如圖4，從圖中可直觀地算出兩地經(jīng)度差，從已知地方時所在經(jīng)度87°E 順著地球自轉(zhuǎn)方向至120°E，得出經(jīng)度相差33°，根據(jù)經(jīng)度每相差15度時間相差1小時（1°/4分鐘），計算出兩地時差為2小時12分.再根據(jù)所求時間=已知時間±時差（算式中的“±”采用“順加逆減”確定加或減，即從已知時間順著地球自轉(zhuǎn)方向求未知時間用加，反之用減），所求北京時間=5：08+2：12=7：20.

圖4 兩地所在經(jīng)度位置圖

若從已知地方時所在經(jīng)度87°E逆著地球自轉(zhuǎn)方向至120°E（見圖5），計算出兩地經(jīng)度相差為327°，兩地時差為21小時48分，根據(jù)“順加逆減”方法，則所求北京時間=5：08-21：48，此時出現(xiàn)時間不夠減，將日期倒回一天（為5月26日），被減時間加上24小時再減，即所求北京時間=5：08+24-21：48=7：20，但因在該逆著自轉(zhuǎn)方向找經(jīng)度差過程中，跨過了國際日期變更線，根據(jù)其規(guī)定日期又需要加上一天，所以日期不變，即所求時間為5月27日的7點20分.這種方法涉及日期變化，計算比較復雜，所以當問題涉及日期時，盡量避免計算時差跨越日期變更線，從而可以降低難度減少出錯.該題中由于珠峰峰頂海拔高，其看到日出的時間比理論日出時間（參照太陽從地平線升起）更早，因此日出時間早于7：20，故選A.

圖5 兩地所在經(jīng)度位置圖

3.2.2計算區(qū)時

例2：（2018年新課標全國卷Ⅱ第6題）恩克斯堡島（圖6）是考察南極冰蓋雪被、陸緣冰及海冰的理想之地.2017年2月7日，五星紅旗在恩克斯堡島上徐徐升起，我國第五個南極科學考察站選址奠基儀式正式舉行.據(jù)此完成下題.

圖6 2018年新課標全國卷Ⅱ第6題

問：2 月7 日，當恩克斯堡島正午時，北京時間約為（ ）

A.2月7日9時 B.2月7日15時

C.2月7日17時 D.2月8日7時

解析：求北京時間，可看成求東八區(qū)的區(qū)時，根據(jù)2 月7 日，當恩克斯堡島正午時，即當?shù)貢r間為12點.讀圖可知，恩克斯堡島的經(jīng)度在160°到170°之間，約為165°為已知時間及所在地，用自轉(zhuǎn)法結(jié)合經(jīng)度分布規(guī)律（順著自轉(zhuǎn)方向看，經(jīng)度度數(shù)增加為東經(jīng)，反之為西經(jīng)），得出該地為東經(jīng)165°E左右，剛好位于東十一區(qū)中央經(jīng)線附近.

構(gòu)建極視時區(qū)分布模型圖7，并在模型圖中標出已知區(qū)時和所求區(qū)時的相對位置.如圖8，從已知時間東十一區(qū)逆著自轉(zhuǎn)方向至所求東八區(qū)，相差3個時區(qū)，時間相差3小時，或順著自轉(zhuǎn)方向相差21 個時區(qū)，時間相差21 小時.然后采用“順加逆減”方法，北京東八區(qū)時間=12 時-3 小時=9時，北京東八區(qū)時間=12時+21小時=33時，這樣就出現(xiàn)了時間超過24時的情況，就需要減去24小時，日期加上一天，即為2 月8 日9 時，但因這樣算是順著自轉(zhuǎn)方向跨過了國際日期變更線，日期又需要減去一天，結(jié)果日期不變，同樣為7日9時.

圖7 極視時區(qū)分布模型圖

圖8 兩地所在時區(qū)位置圖

從已知時間向東或向西求所求時間結(jié)果均一樣，這樣“順”“逆”兩種方法都講，讓學生感知地球球體空間模型，培養(yǎng)學生全球視角看問題，時間計算可向東也可向西，避免利用經(jīng)線（或時區(qū)）的數(shù)軸模型計算時間的局限性，更具靈活性.

利用極視圖模型計算地方時、區(qū)時的方法步驟可以歸納為：一是建立極視圖模型；二是確定已知時間和所求時間，并在極視圖中標出其相對位置信息等；三是在圖中找出經(jīng)度差或時區(qū)差，確定時差，四確定加減，求出所求時間.巧用極視模型圖解地方時、區(qū)時，只需知道經(jīng)度、時區(qū)分布模型與基本時間的換算（經(jīng)度每15°相差1小時，每1個時區(qū)相差1小時），可以不用記憶繁瑣的計算公式，利用“順加逆減”的原則，更直觀、簡便、靈活和有效地解決了難點問題.

3.3 日期分布問題

近年來高考中關(guān)于某時刻全球日期分布的問題經(jīng)常出現(xiàn)，如2018 年海南卷第12 題和2022年1 月浙江卷第20 題等，日期分布問題對于很多學生也較容易出錯，甚至害怕去做這類題型.其實只要抓住兩條線，即國際日期變更線和零時界線，國際日期變更線（180°經(jīng)線）是固定不變的；0時所在經(jīng)線隨著地球自轉(zhuǎn)，其位置不斷變化，從而導致全球新的一天和舊的一天的范圍不斷變化，結(jié)合極視模型圖，問題也就迎刃而解.

例3：（2022 年1 月浙江卷）攝影愛好者在南半球某地朝西北固定方向拍攝太陽照片，拍攝時間為K 日及其前、后第8 天的同一時刻.圖左為合成后的照片，圖右為地球公轉(zhuǎn)軌道示意圖（圖略）.完成下面小題.

問：拍攝時間為北京時間5點，全球處于不同日期的范圍之比約為（ ）

A.1：1 B.1：5 C.2：5 D.3：5

解析：解該題的關(guān)鍵要抓住已知時間，即拍攝時間為北京時間5 點，把該時間標在極視圖中的相應位置，如圖9，此時找零時界線位置就不難了.根據(jù)“順加逆減”原則，從東經(jīng)120°向逆著自轉(zhuǎn)方向倒推5小時，即為零時經(jīng)線所在地，該地經(jīng)度=120°E-75°=45°E.而另一條日界線為國際日期變更線（大致與180°經(jīng)線重合），在解題過程中可看作在180°經(jīng)線上，兩條日界線在極視圖中標出如圖10，根據(jù)國際日期變更線和零時界線的特點（零時界線向東“超過”24 點說明進入了新的一天，國際日期變更線則規(guī)定向東減一天，向西加一天），可判斷出陰影部分日期（K 日）共占135個經(jīng)度，非陰影部分（K-1 日）占225 個經(jīng)度，從而得出全球處于不同日期的范圍之比約為135°：225°=3∶5，故選D.

圖9 已知時間位置圖

圖10 日期分布圖

4 結(jié)論

實踐證明，在教學過程中利用建立極視圖經(jīng)緯度空間模型來解決相對方位中的東西方向判斷、地方時和區(qū)時計算和日期分布問題，使問題圖示化、直觀化，學生更容易理解掌握，并加以應用，不易出錯，同時避免繁瑣的公式記憶，解除學生學習該內(nèi)容的畏懼感，提高學生的地理學習興趣，就能取得良好的教學效果.