太阳高度角的教学设计——基于问题解决的方法

邓昕悦 李 萍 郭剑锋 苏小兵

（1.华东师范大学 教师教育学院, 上海 200062; 2.首都师范大学附属育新学校, 北京 100096;3.浙江省教育厅教研室, 浙江 杭州 310063）

一、教学内容

“太阳高度角”相关内容在选择性必修1《自然地理基础》第1单元“ 地球运动”的主题 “ 地球公转及其地理意义”中。地球公转的地理意义有四个：昼夜长短变化、正午太阳高度变化、四季变化和五带划分。四个地理意义都是太阳直射点的回归运动引起，而太阳直射点的回归运动是地球自转和公转轨道面之间形成黄赤交角造成的。四个地理意义之间具有逻辑关系：由正午太阳高度和昼夜长短的变化形成了四季变化和五带划分。所以教学内容要按照下图（见图1）的逻辑顺序开展：首先学习黄赤交角和太阳直射点的回归运动，再学习正午太阳高度变化和昼夜长短变化，最后学习四季变化和五带划分。四季变化和五带划分是后续自然地理中气候、水文、植被、土壤等知识的基础，正午太阳高度变化作为四季变化和五带划分的成因之一，是本主题的重点知识。正午太阳高度变化的学习需要学生运用空间思维构建地球运动的模型。因此正午太阳高度变化是地球公转及其地理意义单元的难点知识。

图1 地球公转地理意义逻辑

“太阳高度角”有关的教学内容包括三个：太阳高度角的日变化规律、纬度变化规律和正午太阳高度的时间变化规律。本节课将结合真实情境，根据问题链“一天之中的太阳高度角是如何变化的？不同纬度的正午太阳高度有什么变化规律？不同日期的正午太阳高度有什么变化规律？”依次展开教学。首先通过太阳高度角的日变化引出正午太阳高度角的概念，然后学习较为简单的纬度变化规律，最后将时间变化与纬度变化结合来学习时间变化规律。

二、教学目标

1.学生能够描述太阳高度角的日变化规律和正午太阳高度的变化规律。

2.学生能够口头或借助示意图解释太阳高度角的日变化规律和正午太阳高度的变化规律的成因。

3.给出一个具体的、真实的情境，学生能够根据太阳高度变化规律的原理，解释太阳高度角的变化趋势。

三、教学过程

1.教学环节一：太阳高度角的日变化

(1)呈现问题情景

①教师呈现2022年5月28日10：30在西安马路边拍摄的一张照片（见图 2）。

图2 西安街景

②学生在照片上画出该地此时的太阳高度角。

③请2位学生展示自己画的图，并分享绘图思路。

④教师总结太阳高度角的绘制方法和概念。

⑤此时的太阳高度角大约是58°，一天之中从日出到日落，太阳高度角的大小是一样的吗？如果不一样，有什么规律？请说出判断的依据。

⑥请2位学生分享自己的想法和判断的依据。

从学生身边的生活现象出发，呈现真实的问题情境。鼓励学生结合自己的生活经验对问题做出假设，并带着假设开展探究实验。

(2)组织学生开展自主探究

①教师发放“任务单一”（见图3），布置探究任务。

图3 任务单一

②教师演示sun-path工具的操作方法。

③教师组织学生独立开展探究活动，并填写任务单。

探究活动借助现代地理信息技术模拟真实场景中太阳的视运动，通过观察建筑物影长的变化来推导太阳高度角大小的变化，通过自主探究来验证假设并总结规律。

(3)分享交流

教师请2～3位学生分享自己总结的太阳高度角的日变化规律，并给出判断的理由。

学生在说出想法后，教师可以针对性的展开追问，和学生进行双向交流。在课堂上给学生提供交流和表达的机会，有利于培养学生的逻辑思维和表达能力，指向核心素养的发展。

((44))总结

①教师总结太阳高度角的日变化规律。

②结合模型（见图4），解释太阳高度角日变化规律的成因。

图4 太阳高度角日变化的解释模型

引导学生思考规律背后的成因，借助因果模型来解释成因，帮助学生建构正确的知识结构。

2.教学环节二：正午太阳高度的纬度变化

(1)呈现问题情境

①教师呈现两张图片，第一张是2022年7月17日正午时刻在西安某小区拍摄的照片（见图5）。第二张是中国地图（图略）。

图5 西安某小区照片

②如果照片中的楼建设在广西南宁，这一天的影子和图中一样长吗？如果不一样，会更长还是更短？请说出判断的依据。

③请2位学生分享自己的想法。

先请学生根据已有知识和生活经验对正午太阳高度的纬度变化规律做出假设，通过学生之间的分享交流，初步形成解释模型，然后开展自主探究，进一步修正解释模型。

(2)组织学生开展自主探究

①教师发放“任务单二”（见图6），布置探究任务。

图6 任务单二

②教师对学生进行分组，4人为一小组。

③教师组织学生开展探究活动，并填写任务单。

基于问题解决的自主探究过程，学生借助现代地理信息技术模拟真实场景收集数据，然后将数据转化为更直观的图表，从中总结规律。体现了在课堂中为学生还原科学研究过程的理念，让学生重走科学家的发现之旅，在问题解决的过程中获得知识，发展核心素养。学生在学习的过程中，个人的能力和见解是有限的，如果能够和别人进行一定程度的合作和交流，就可以集众人智慧，达到1+1＞2的效果。在课堂中，针对一些有难度的任务，可以利用小组合作的方式进行探究学习，通过学生之间的互帮互助，提高学生的团队合作能力。

(3)分享交流

教师请2～3个小组分享任务4——正午太阳高度的纬度变化规律的成因。

((44))总结

①教师总结正午太阳高度的纬度变化规律。

②借助模型（见图7），解释正午太阳高度纬度变化规律的成因。

图7 正午太阳高度的纬度变化规律的解释模型

3.教学环节三：正午太阳高度的时间变化

(1)呈现问题情景

①教师呈现2022年7月17日正午时刻在西安某小区拍摄的照片（见图5）。

②如果夏至日这天在同一位置再拍一张照片，夏至日和7月17日的正午太阳高度角大小一样大吗？若不一样，会更大还是更小？

③请2～3位学生分享自己的想法并说出判断的依据。

④教师提出接下来探究活动的问题：西安地区的正午太阳高度随时间变化规律是什么？世界其他地区也都遵循一样的规律吗？

(2)组织学生开展自主探究

①教师发放“任务单三”（见图8），布置探究任务。

图8 任务单三

②教师组织学生以4人为一小组开展探究活动，并填写任务单。

环节三和环节二的探究活动是类似的，在环节三的探究活动给予学生更多的自主发挥空间，总结出规律后自主利用sun-path工具进行验证。通过这次自主探究可以评价学生对正午太阳高度的纬度变化知识本身的理解水平，也可以评价学生对正午太阳高度变化规律分析方法的迁移能力。体现了嵌入式评价在地理课堂中的应用，以学生在课堂中产生的日常活动作为评价内容，及时的获得学生知识掌握情况的反馈，再根据反馈信息反思教学过程，采取相应的改进措施，真正达到改进教学的目的。

(3)分享交流

教师请2个小组分享任务1表格中的内容、任务2总结的正午太阳高度的时间变化规律和任务4分析的成因。

((44))总结

①教师总结正午太阳高度的时间变化规律。

②借助下图（见图9）, 解释正午太阳高度时间变化规律的成因。

图9 正午太阳高度的时间变化规律的解释模型