Sun Surveyor辅助“地球运动”教学浅探

庞 悦

（广西南宁市第一中学， 广西 南宁 530012）

Sun Surveyor辅助“地球运动”教学浅探

庞 悦

（广西南宁市第一中学， 广西 南宁 530012）

随着手机、平板电脑的普及，数字化的教学资源从电脑软件扩展到了移动端的应用程序。Sun Surveyor是一款适用于辅助“地球运动”教学的应用程序。文章在重点剖析“地球运动”的高考题考点、难点的基础上，结合多个版本高中地理教材，归纳了“地球运动”是由两个视角、两个变量组成的动态规律，总结出在教学中存在教材缺少动态的生活化素材、教师亟需更合适的辅助教学资源、学生空间想象力达不到要求等问题，展开叙述了Sun Surveyor的教学优势，并配上具体的应用策略，充分证实了Sun Surveyor在辅助“地球运动”教学的实用性。

高中地理教学；地球运动；Sun Surveyor；地理高考

截至2014年6月，中国使用手机上网的网民比例为83.4%，已超越传统电脑上网比例［1］。利用手机、平板电脑等移动终端辅助课堂教学俨然成为一种趋势，主要表现为两种形式：着眼于移动端的自身功能，实现交互式教学；或着眼于发掘可辅助中学地理教学的应用程序。本文为后者，推荐一款可辅助“地球运动”教学的应用程序Sun Surveyor。

一、Sun Surveyor的功能特点与优势

Sun Surveyor（中文译为：太阳测量师），是一款适用于iOS和Android的应用程序，集合了3D罗盘、扩增实境、谷歌地图等应用程序的特点。其主要功能是能够选择任意的地点、时间透过其3D罗盘、地图、相机（扩增实境）及星历表模式定位太阳和月亮的位置，甚至可以跟踪其运动轨迹。［2］Sun Surveyor的主要表现形式有两种：3D指南针、AR-扩增实境。

1.3D指南针

3D指南针，较传统指南针的特点在于立体，加上了太阳运动轨迹，增强透视，多方位确定目标。屏幕水平放置时，如图1左，屏幕竖直放置时，如图1右。

图1 Sun Surveyor 3D指南针界面图

（1） 3D指南针的功能

Sun Surveyor的3D指南针界面简洁，信息丰富、清晰。方向北可根据需要选择磁北或正北；圆盘中心的绿针代表所定位的位置；绿针下方黑线代表物影；圆盘上的平面弧线代表日出到日落（可视为昼长）；圆盘上的立体弧线代表太阳一天的实时位置。左下角的数值涵盖的数据有太阳高度角、日出时间、日落时间、物影比等。

Sun Surveyor的3D指南针有两个可变量，一个是最下端的“时光机滑块”，一个是左上角的“位置”。“时光机滑块”是Sun Surveyor最主要的互动媒介，有三个跨度选择，一小时、一天或一年。移动时光机滑块，可看到太阳的即时位置。“位置”也有三种定位方式：①GPS定位当前位置；②地名搜索最接近的位置；③输入精确的坐标取得定位。Sun Surveyor的工作原理也是根据这两个变量呈现相应的画面和数值。

（2） 3D指南针的优势

Sun Surveyor的3D指南针画面简洁，信息量大，从中可以看出太阳运动轨迹，日出日落方位、太阳高度角及其数值；物影长短及方位，甚至可以观察到昼夜长短分布。这些信息都是“地球运动”的关键点。且3D指南针区别于教材中的地外视角，采用的是地面视角，便于学生直观理解。除此之外，时光机滑块提供三种跨度的选择，可反映日变化和年变化规律。最重要的是，3D指南针提供的立体界面与高中地理教材所表达的意义相近，不会给学生造成混乱的视觉感受。

2.扩增实境

扩增实境（Augmented Reality，简称AR），于二十世纪九十年代提出，是一种实时计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

（1） 扩增实境的功能

Sun Surveyor自带扩增实境功能，透过摄像头可以得到实时的情景，太阳路径及相关数据会叠加在画面上，这能最大程度上地实现太阳视运动规律的现实体验。打开扩增实境（AR）摄影，将绿十字线对着某位置，然后移动滑块可查看太阳何时会在那位置。

图2 Sun Surveyor扩增实境界面图

（2） 扩增实境的优势

理论联系实际，是教学中的一个重要原则。扩增实境的实质是以虚拟的太阳路径套叠在镜头下的真实情景，完美地将理论与实际结合。镜头捕捉到的画面是学生日常生活的画面，这样一来，能促进学生的情感体验，激发学生的好奇心，培养其怀疑求真，探索发现的学习精神；同时，在无形中让学生明白理论都是来源于生活，学习理论是为了服务生活。

二、Sun Surveyor与高中地理“地球运动”的契合度分析

经研究调查表明，运用软件辅助中学教学存在的普遍问题有两种：一种是软件本身的目的性不强，另一种是与教学内容的契合度不高。笔者就Sun Surveyor与高中地理“地球运动”进行契合度比较，得出如下结论：

第一，Sun Surveyor契合“地球运动”的学习思路：“地球运动”的知识特点是两个变量——时间、空间，Sun Surveyor的操作页面也是依靠时光机滑块和位置两个变量进行互动性操作。

第二，Sun Surveyor契合高中地理课本“地球运动”的知识体系：鲁教版的太阳视运动配图（图3上）与Sun Surveyor的3D指南针界面（图3下）十分相似。

图3 鲁教版教材太阳视运动示意图与Sun Surveyor界面截图对比

第三，Sun Surveyor可辅助理解“地球运动”大部分的知识点。2014年全国各省市的高考题“地球运动”中的考点，可直接借助Sun Surveyor辅助理解的超过半数，且皆为高频考点，数据表明可直接借助Sun Surveyor辅助理解的占据知识点总数的65%。

综上所述，Sun Surveyor契合高中地理“地球运动”的教学。

三、Sun Surveyor在教学中的应用实例分析

1.（正午）太阳高度角计算、大小比较

在人教版高中地理教材中，没有专门解释太阳高度角的定义，却直接提出了正午太阳高度的变化规律。太阳高度角是一个十分重要的概念，在高考题中往往是线索，所以学生对太阳高度角的理解态度决定了对地球运动题目的思考角度。显然，教师需要向学生提供图片辅助解释太阳高度角的概念。但是又存在以下问题：若从地外视角展示太阳高度角（如图4上），只能体现出正午太阳高度角，往往会让学生的理解产生误区；而且，太阳高度角在一天中是一个变量，取值范围为［-90°，90°］ ，如果简单地用一个静态几何图（如图4下）是无法给学生现实体验的，一旦脱离生活体验，易造成太阳高度角概念理解上的抽象化。

图4 太阳高度角示意图

在教学中，教师可先提出概念：太阳高度角是我们观察太阳时的仰角，也就是太阳光线与地面之间的夹角。再打开Sun Surveyor的3D指南针模式，竖直放置屏幕，让学生找出太阳高度角。把时光机滑块的跨度调为一天，完整地展示一天24小时太阳高度角数值的变化。在滑到一天中太阳高度角的最大值时，解释此太阳高度角为正午太阳高度角，再把时光机滑块的跨度调为一年，通过滑动滑块展示一年正午太阳高度角的变化规律。或者，选定日期，改变“位置”，比较不同地点正午太阳高度的大小，再总结规律。

2.太阳方位（日出、日落方位）、太阳视运动轨迹

人教版、中图版、湘教版的高中教材中，都没有地球视运动相关内容的阐述，仅鲁教版的单元活动“辨别地理方向”简单涉及到相关内容。但经调查表明，学生在学习本节内容之前，对太阳视运动的理解有较大的出入。而且关于太阳视运动的内容，在历年高考中考频是最高的。故配以适当的图片辅助学生理解，是十分必要的。

在教学中，教师可让学生讨论，是否留意过太阳一天中的运动轨迹，日出日落的方位又是怎样的？学生凭借生活经验猜测后，教师再借助Sun Surveyor展示太阳一天的视运动轨迹。位置：使用当前位置；时光机滑块跨度：1天；通过滑动滑块，演示一天的太阳视运动过程。让学生记录下日出日落方位。在设置中选择显示夏至、冬至、春分、秋分。这样便于学生观察同一地点，不同时期的太阳视运动轨迹情况。接着，根据教师需求，选择不同纬度位置的地点（如南极点、堪培拉、曼谷），展示其四个时节太阳视运动轨迹及太阳方位。

3.物影方向、长短

物影方向与太阳方位是相反的，物影长短与太阳高度角成反比。因此，在教学中，一般不会单独讨论物影问题。但在高考题中，有关物影的内容却喜欢单独成题，而且，这类高考题由于贴近生活，难度适中，大都被评为好题（如2014年新课标Ⅰ卷、2014年安徽卷、2012年安徽卷等）［3］。可见，教师有必要适当补充物影专题的讲解。

在Sun Surveyor中，绿针下方的黑影即代表物影。时光机滑块跨度调为1天，教师可通过滑动滑块来演示一天物影方向和长度的变化。以2014年安徽卷第29题为例，A选项的突破点在于北极点春分日影长是无限长，而图片中影长是有限的。由于是特殊点产生的特殊效果，学生不易理解，教师可操作Sun Surveyor呈现具体画面，便于学生理解。位置：北极点；日期：3月21日，影子应当是无限长，与题目中图示不符。其他选项同理。

4.日出、日落时间

“日出、日落时间”这些字眼在高考题的题干或选项中常出现。这部分知识通常与时间计算、时差计算、昼夜长短计算、大小比较等知识一同考察，通常是作为辅助信息。

在Sun Surveyor的太阳运动路线上会有标注日出日落时间。当然，Sun Surveyor左下角也有明确的时间，精确到分钟。教师可配合实际需要进行操作，就可得到直观的画面和数据，增强说服力。

5.昼夜长短计算和比较、昼夜变化规律

在昼夜交替、昼夜变化相关知识的教学中，一般采用侧视图、极点俯视图、圆柱投影图，这些都是地外视角的，利于学生的宏观理解，但因与生活脱节，不利于学生的直观感知。

Sun Surveyor提供了地面视角，教师可配合教材中地外视角进行教学。太阳视运动的立体弧线表示的是太阳在地平面以上的运动轨迹，换言之，即一天之中的白昼。而且，经过数学转换，该立体弧线映射到平面上的弧线（即圆盘上的黄色平面弧线）可视为昼长，相对应的圆盘另一部分的灰色弧线可视为夜长。时光机滑块跨度调为一年，滑动滑块，可动态显示昼夜变化，并对比昼夜长短。改变位置，滑动滑块，总结昼夜变化规律。教师还可选择特殊点（如极点）展示极昼极夜现象。

四、结语

“地球运动”主要是多变量、多视角的动态规律，在教学活动中存在许多问题。大部分教师会借助多媒体教学平台，如PowerPoint、Flash等。Sun Surveyor作为操作简单的软件，在手机、平板电脑等移动电子产品普及的当下，课上教师可借此实时演示，课下学生可用之辅助学习。Sun Surveyor以其地面视角的展现方式，架起“地球运动”抽象的概念、规律与生活的桥梁，填补了学生理解上的鸿沟；又以其灵活的、交互性的展现方式，丰富地理学习内容，让学生在充满趣味性的教学过程中形成良好的地理思维方式和地理学习技巧。教师充分发掘利用Sun Surveyor的功能，并引导学生合理运用，可以提高学生发现地理问题与解决地理问题的能力。

［1］ 第34次中国互联网络发展状况统计报告［EB/ OL］.http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj /jcsj/，2014-07-21.

［2］ Sun Surveyor官方网站［EB/OL］.http://www. sunsurveyor.com/.

［3］ 邓谋雨.2014年全国文综高考地理“好题”评析［J］.地理教育，2014（7）：82-86.