基于智能软件的“太阳视运动”教学探索

武晨旭 王秋杰

在“互联网+”时代，利用智能手机、平板电脑等电子设备中的应用程序尝试辅助教学的地理课堂不断增多，从常用的办公软件到复杂的专业软件，越来越多的案例表明，基于移动互联技术的现代媒体设备能够明显激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率。本文以“地球运动之太阳视运动” 内容为例，借助智能软件“Ephemeris”的功能，分析该软件如何助力地理课堂教学。

一、软件功能简介

Ephemeris包含太阳、月球、银河系的精确轨迹信息，可以帮助使用者观察日出日落方位及时间，还可模拟任一时间或地点的太阳、月球运动轨迹，通过增强现实技术（AR）展示即时的太阳视运动轨迹。

（一）页面介绍

软件主界面由顶栏、边栏、主屏幕和底栏组成（如图1）。

（1）顶栏：包括菜单键和位置设定两部分，可以通过使用设备位置获取当前精确点位信息，也可通过输入固定坐标手动定位，位置设定好之后在正上方能够得到时区、经度、纬度等详细信息。

（2）边栏：包括太阳位置、太阳路径、月球位置、月球路径、银河系中心位置、银河系中心路径以及黄金小时、蓝色时刻、民用曙暮光等摄影爱好者常用信息等。轻按可以打开或关闭，向左滑动能获取更加详细的信息。再次点击某一板块，如日间信息，可以付费了解未来一段时间内的日出日落时间、昼长等信息。

（3）主屏幕：可以更改视图模式、坐标方格。视图模式包括增强现实（AR）、3D指南针、手动模式三种，同时可以选择地平线以上视图或实心球视图两种模型。

（4）底栏：主体为时间滑块，是其最重要的交互模块，有一小时、一天、一年三个时间尺度供选择。滑动时间滑块，在主屏幕上可以观察到太阳、月球、银河系中心的位置变化。太阳高度、昼夜长短、日出日落方位也能根据位置和时间两个变量呈现相应的画面、数值变化。

（二）功能介绍

1.演示太阳、月球、银河系中心的运动轨迹

使用者通过滑动时间滑块，能够模拟不同日期和不同地点太阳、月球、银河系中心的轨迹，同时实时展示三者的位置，从日间信息中获取当天日出日落时间、方位、正午太阳高度角等信息。除此之外，在教学中运用该软件，还可以展示二分二至日时任意地区的太阳视运动轨迹（如图2）。

2. 展示日出日落时间、昼长变化的数据

使用者点击日间信息后，可以获取不同时间段日出、日落时间及昼长变化的详细信息。通过设置特殊时间如二分二至日，上下滑动该界面可以观察日出日落时间及昼长变化趋势，利用直观的数据展示来验证昼长变化规律。

二、智能软件辅助下的教学案例

人教版普通高中地理教材（选择性必修一）对于太阳视运动没有进行系统的描述，仅仅涉及太阳高度的变化规律、正午太阳方位及正午太阳高度计算方法等较为零散的知识点，但在教材中却出现了“北纬40°地区二分二至日”太阳视运动轨迹图。笔者认为，学生只有系统学习过太阳视运动的相关原理，才能对这类图像理解得更加透彻，在日常生活中也能更好地将理论与实践结合起来。

太阳视运动的学习对于高二学生来讲难度较大，它对学生的时间感、空间感要求极高，也很难直接感知。因此，对于该内容的讲授，笔者主要借助智能软件来辅助教学。Ephemeris软件界面简洁、操作简便，能将太阳精确轨迹数据可视化、具象化，极大地提高本节课的教学效率。

（一）日间信息巧获取，曲线选择解难题

在复习回顾太阳高度角、正午太阳高度角、日出日落方位、正午太阳方位等知识后，教师引导学生从太阳高度入手，利用日出、正午、日落三个点位信息绘制简单的太阳高度日变化曲线图，让学生通过绘制平面图初步感受一天当中太阳的动态变化过程。学生自行操作智能软件获取绘图所需的日间信息，如日出、日落时间及正午太阳高度信息（如图3），按照标点、连线的画图步骤在学案中画出太阳高度日变化曲线图。学生标出三个特殊点后，会面临曲线选择问题（如图4）。两种不同凸向的曲线反映的单位时间太阳高度变化趋势也有所差异。在曲线选择方面，学生操作软件并滑动底栏时间滑块，对比日出、正午前后单位时间内太阳高度变化速率，从而选择正确的曲线。曲线选择问题的设置为地心天球模型的引入及进一步利用软件展示太阳视运动轨迹作好铺垫，将课堂教学顺利引入下一环节。

（二）天球模型巧建立，软件验证固知识

天球是为研究天体的位置和运动而引进的一个假想圆球。它是一个与地球同球心，并具有相同自转轴、半径无限大的球体。日月星辰都可以当作投影在天球上的物体，它们相对于地球自东向西运动。以地球为中心搭建的地心天球模型，有助于学生从直观的视觉角度来研究软件中涉及的太阳视运动轨迹。图形从平面到立体，从简单到复杂，学生对太阳动态变化的感受逐渐变得立体化、具象化。利用该模型，可以模拟任意时间、地点的太阳视运动过程。例如，选取北极点为观测点位，可知观测点地平面与地球北极点相切（图中绿色的面），将地球适度缩小的同时地平面下移，再加入二分二至日太阳运动轨迹，可获得一半天空一半陆地的太阳视运动轨迹图（如图5）。对此，学生能够通过利用智能软件验证理论的正确性。具体操作步骤如下：点击主界面顶栏的设置位置按钮，通过输入固定坐标设置观测点（北极点、赤道、北回归线），通过滑动时间滑块观察真实太阳视运动轨迹（如图6），并与课件上的模型图片比对，验证所学。同时，根据图像归纳总结二分二至日时昼长、夜长、正午太阳方位等规律，生生评价，教师补充完善。

地心天球模型的建立，有利于学生从原理出发了解太阳视运动轨迹图，并且促进学生对太阳高度、昼夜长短、日出日落方位等相关知识的进一步探究。学生利用软件可以对课堂所学的相关知识、原理及现象进行验证，达到巩固新知的作用。

三、对智能软件辅助地理教学的理性思考

（一）软件与地理教学融合应用的价值体现

1.突破教学难点，提高课堂效率

太阳视运动轨迹作为地球运动中难度较高的学习内容，需要学生具备较强的抽象思维和时空想象力。学生在教师的引导下搭建地心天球模型，将太阳高度角、日出日落方位等相对独立的知识点联系起来构建太阳视运动轨迹图，再通过软件对所学原理进行演示与验证，使得抽象概念具象化、复杂知识简单化、教学效益最大化，最终达到深化理解的目的。

2.增强课堂魅力，激发学生学习兴趣

现代信息技术优化了地理课堂，在教学内容、教学形式上作用非凡。智能软件的融合，使抽象晦涩的教学内容直观化、具象化，使原本单一、枯燥的教学形式变得多样化和生动化。活动环节涉及软件的操作与展示，有效吸引了学生的注意力，激发了学生的求知欲。在兴趣的加持下，学生的学习效率达到最佳状态。

3.课堂归还学生，释放学生天性

教学的目的不在于传授知识，而是要唤醒学生自主学习、团结协作的意识。本节课的教学要充分发挥学生的主体地位，使学生在主动投入的状态下学习，体现以学生为主体的课堂构建。笔者深刻记得学生在观看与操作软件时的惊奇感与兴奋感。运用软件探究问题、绘制图像时，学生的积极性与主动性被充分调动。由此可见，软件与地理课堂的融合释放了学生自主学习的天性。

4.践行TPACK理论，内化融合理念

TPACK（technological pedagogical content knowledge，整合技术的学科教学知识）理论涉及学科内容知识、教学法知识、技术知识三要素，提倡教师将信息技术融入具体学科内容的教学法知识当中。在整合技术的教学法知识（TPK）方面，软件与地理教学的融合提高了直观演示法的教学效果，通过教师与学生的操作和展示，能够让学生通过直观的视觉感受更好地理解并掌握抽象晦涩的知识点，实现学习目标。在整合技术的学科内容知识（TCK）方面，学生利用软件观察太阳视运动轨迹图，自主总结特殊点位太阳视运动规律。之后，教师对学生的探究成果进行点评，可增强学生的学习主动性，培养学生的独立思考能力，突出师生交互学习过程。

（二）软件与地理教学融合应用存在的问题与局限

软件与地理教学融合应用的价值显而易见，但也不得不指出融合应用中还存在一定的问题与局限。

1.投屏方式受限，投影效果不佳

该软件需要滑动时间滑块展示太阳视运动的动态变化，对投屏传输码率要求高，因此通过局域网无线传屏无法获得较好的投影效果，从而直接影响课堂教学中师生互动的流畅性，只能选择USB有线传输保证画面的流畅性。不过，市面上大部分传屏软件有线投屏的可操作性都不尽如人意。再者，该软件不支持横屏操作，投影在屏幕上的画面大小受限于移动电子设备竖屏的尺寸，导致教学过程中软件投影效果不佳。

2.对教师专业素养要求较高，时间成本较高

软件与地理教学的融合需要教师具有较高的信息技术素养，不仅要熟练掌握软件的操作，而且要突破技术障碍，灵活应对教学突发状况。学生利用该软件掌握太阳视运动轨迹需要有太阳高度角、日出日落方位等知识储备，天球模型的引入有利于学生理解该图像的视觉原理，这些都需要教师投入大量的教学时间，与传统教学相比成本较高。

综上所述，在“互联网+教育”的背景下，软件与课堂教学的融合正在逐渐引起传统课堂教学的改变。信息技术的发展与融入不仅能够促进教师专业成长，也能提升学生学科核心素养。合理运用信息技术是地理教学改革的突破点，但信息技术与传统教学的融合有利有弊，如何扬长避短，需要对两者的有效融合做进一步的探索。正文

（作者武晨旭系江苏省常州市第三中学教师，中小学二级教师;王秋杰系江苏省奔牛高级中学教师，中小学二级教师）

责任编辑：孙建辉