《自制教具測量我校經緯度實驗》教學設計安徽省合肥市小廟中學吳壽虎一、《課程標準》：1.運用教具、學具，或通過計算機模擬，演示地球的自轉與公轉，解釋晝夜更替與四季形成的原因。2.觀察某種天文現象，并查閱有關資料，說出自己的觀察結果及體會。二、教學目標：知識與技能：自制學具測量我校子午線的方向；自制學具測量我校經緯度。過程與方法：通過實驗法鍛煉學生動手操作能力；通過對問題的探究整合現代化信息技術手段和各種學習資源解決問題。情感態度與價值觀：通過學生親自動手實驗和探究問題，提高學生學習地理的積極性和主動性；利用現代化技術手段提高學習效率，提高學生學習成就感和自信心。三、重難點分析1.地球運動中時間計算是高中地理學習的重點也是難點。2.如何讓學生們更有興趣地學習這部分知識是教師一直需要思考和探索的課題，本節課通過地理實驗，培養學生親自動手操作，親自查閱資料，親自思考，探索得到結論。這個過程培養了學生的興趣，引導學生自主、合作和探究性地學習難點知識。培養了學習興趣提高學習效率，達到了良好的學習效果。四、學情分析我們學校是農村中學，學生生源基礎是本區最薄弱的。這部分學生理科思維普遍較差，地球運動這一章節是偏向理科的知識，抽象思維、邏輯推理、空間思維要求都很高，不要說農村中學生就是合肥市最好的學生面對這部分內容都有畏難情緒，我們農村中學生更是望塵莫及，望而興嘆。地球運動知識在高中教材中是學習的開始，高一地理第一章內容，這一章學習不僅讓學生學好，更是培養學生學習地理興趣從而增強對地理學習信心的重任。如何讓學生們弄懂這部分知識的同時喜愛上地理學習呢？如果通過實驗的方法讓學生們理解時間的產生的緣由，親自動手操作記憶更深刻。帶領學生動手實驗在實驗過程中培養學生們思考問題，探究知識，合作學習等。在活動動手、動腦，在活動中發現問題，提出問題，解決問題。五、教學過程（一）課前：通過微視頻指導學生進行地理實驗指導。教師制作一個小視頻：當地經緯度測量實驗。觀看過微視頻進行分組協作完成對實驗的測量活動。分為三個小組：第一組：探究小廟中學子午線所在位置第二組：小廟中學經度測量組第三組：探究小廟中學當地緯度問題要求：1.完成本組測量任務；2.制作展示PPT在課堂和大家交流分享。（二）課中：教師引導學生展示實驗探究過程。第一組展示：探究小廟中學子午線所在位置為了測量小廟中學子午線所在位置我組進行了如下操作。通過測量12月23日太陽影長，并繪制成圖。一：測量準備工作成員表：李瑞凡、束箐龍、韓旭測量工具：一米長的桿子，卷尺，直尺，手表二：如何測量我組成員來到小廟中學的籃球場，于球場中央取一圓又在圓中取得圓心O，將一米長的桿子豎直于圓心上，通過其他小組成員的配合于不同的時間段，將影子的長度和頂點記錄，并連接影子的頂點，得到一條平滑的曲線。上午太陽影子頂點與圓的內切點A（10：44）連接下午太陽影子頂點與圓的內切點B（13:35），并做出這條線的中垂線，并找出這條線與中垂線的交點P記錄數據。為其他小組提供數據三：發現問題問題：在本組的測量過程中，本組發現了一個問題。當我們測量時發現桿子在太陽照射下的影子，越靠近桿子底部的影子越清晰越遠離桿子底部的影子越模糊。對于這個問題我們咨詢了物理老師并得到了詳細的解釋：衍射是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發生不同程度的彎散傳播。假設將一個障礙物置放在光源和觀察屏之間，則會有光亮區域與陰晦區域出現于觀察屏，而且這些區域的邊界并不銳利，是一種明暗相間的復雜圖樣。這現象稱為衍射，當波在其傳播路徑上遇到障礙物時，都有可能發生這種現象。衍射的形式論還可以用來描述有限波（量度為有限尺寸的波）在自由空間的傳播情況。例如，激光束的發散性質、雷達天線的波束形狀以及超聲波傳感器的視野范圍都可以利用衍射方程來加以分析。四：利用信息技術工具：Ppt制作幻燈片，小影APP：轉換視頻角度，畫圖軟件：電腦畫圖第二組展示：小廟中學經度問題同學們好！今天我們這一組來探究小廟中學的經度問題。在探討這個問題之前，我想請同學們看一個視頻。同學們可以看到我們正在等待桿子影長與子午線重合，經過漫長等待，我們看到桿子的影子與子午線重合了。這時老師讓同學們進行測量與記錄。記錄的數據經過整理，繪成表格。那么，我們來看一下這個表格。同學們可以發現，北京時間12:09和桿子影長149CM是用紅色重點標注的。從北京時間9:25到北京時間12：09之間，桿子影長逐漸變短。從北京時間12:09到北京時間13：00之間，桿子影長逐漸變長。此時149CM是最小值，所以在北京時間12:09時桿子的影子與子午線重合，而當地時間為12:00。現在我們可以開始求小廟中學的經度了，因為北京時間12:09與當地時間12:00相差9分鐘。根據以往的地理知識，我們可以知道1°＝4min，則1min＝15′。所以9min＝2°15′，我們可以知道北京的經度為東經120°所以小廟中學的經度是120°－2°15′＝117°45′。這是我們經過計算所得出的結果，那么我們現在要證實結果是否正確。我們通過GPSspg這個網站查找到了小廟中學的經度，我們來看一下這張圖片，同學們可以看見網上查找的經度與我們所求的經度不一樣。那為什么會出現這樣的差異呢？我們認為測量時出現數據的誤差。同學們也可以試著猜一猜出現差異的原因是什么？現在請同學來做一下紙上的第二題，這是與我們探究的問題相關的問題，請同學們認真完成。利用現代化信息技術工具：Ppt：幻燈片展示愛剪輯軟件：視頻剪輯GPSspg查閱小廟中學經度第三組展示：探究小廟中學當地緯度問題過程一：我們小組為了求出當地的太陽高度角，于是在2016年12月23日正午時分在學校操場上測量了桿長和桿子影長，其中桿長為100cm、桿子影長為142cm。我們先用tanH=桿長÷桿子影長，求出tanH的準確值，為了求出太陽高度角∠H的度數，我們的小組代表特地請教了數學老師讓他為我們錄了一個講解過程的視頻并向同學們展示，最后結果得到太陽高度角的度數為35°9’。在拍攝視頻的過程中由于技術失誤過程二：當我們求出H的度數后，我們把H=35°9’帶入公式H=90°-φ-λ中，2016年冬至為12月21日，但因為天氣原因我們在23日進行的測量，所以我們要在λ=23°26’的基礎上減去兩天太陽直射點向北移動的度數，我們在百度上查出一天太陽直射點向北移動0°7’42”，所以我們要減去0°15’24”，最后求出λ的準確值為23°10’36”，然后我們把λ帶入公式中得出緯度過程三：最后我們用百度地圖查出小廟中學當地的緯度和我們所計算得出的數值進行對比后，發現誤差很小，實驗成功。利用信息技術工具：小影APP：轉換視頻角度百度引擎：查詢資料GPSspg：查閱小廟中學緯度Ppt：制作幻燈片展示（三）課后：教學反思和對新問題的探索。針對當地經度測量時候所得的數據和實際的差距，鼓勵學生們進一步探究真知，培養學生的創新精神和實踐能力。如，學生們通過檢索獲得對問題的解釋：材料一：《立桿測影求真經》過凱當通過Stellarium（虛擬天文館）設置目前位置為合肥（32°N，117°E）（見下圖）模擬2011年9月23日在合肥觀測太陽的情況，我發現當太陽方位角為+180°00′00″的時候，也就是位于合肥正南方時，北京時間為12:04:35秒（見下圖）。如果按照正午北京時間為12：04：35算的話，那合肥的經度就是118°51′E，與五組同學的實驗平均值118°45′00″E非常接近。在驚訝于學生細致認真對待實驗態度的同時，讓我更為驚訝的是合肥正午時間為什么提前了？按合肥實際經度117°E算的話，正午的北京時間應該是12:12啊。問題究竟出在哪？通過Stellarium進一步模擬發現，合肥正午時間并不穩定，有時在12:12之前出現，有時在12:12之后出現。一年中大約有四天時間，合肥正午出現在北京時間12:12，分別是12月25日、4月16日、6月13日和9月2日。這些時間點之間情況如下：12月25日→4月16日正午推遲4月16日→6月13日正午提前6月13日→9月2日正午推遲9月2日→12月25日正午提前3．“誤差”揭秘要搞清楚這個問題，我們必須先簡單了解幾個概念：真太陽時、平太陽時、格林尼治時間、原子時、協調世界時。真太陽時：是指太陽視圓面中心連續兩次上中天的時間間隔。由于地球公轉軌道是橢圓的，所以真太陽的視運動是不均勻的，或是說真太陽時是不均勻的。平太陽時：由于一年之內真太陽時的長度便不斷改變，不易選做計時單位，于是天文學上假定有一個太陽在天赤道上作等速運行，其速度等于運行在黃赤道上真太陽的平均速度，這個假想的太陽連續兩次上中天的時間間隔，叫做一個平太陽時。這也相當于把一年中真太陽時的平均稱為平太陽時。格林尼治時間：亦稱“世界時”，以本初子午線的平子夜起算的平太陽時。它以地球自轉為基礎的時間計量系統。由于地球自轉速度的變化，世界時并不均勻。原子時：銫-133原子基態的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續的時間。這是一種均勻的時間計量系統。協調世界時：我們現在用的就是協調世界時。它是以原子時秒長為基礎，在時刻上盡量接近于世界時的一種時間計量系統。協調世界時與世界時相差不會超過0.9秒，在有需要的情況下會在協調世界時內加上正或負閏秒。在上面的時間概念里面，我們所用的協調世界時雖以原子時秒長為基礎，但本質上接近于平太陽時（每天86400原子秒），它更加均勻。而真太陽時一年中變化較大，很不均勻。雖然每個一個真太陽時的時間和一個平太陽時的時間正負差的并不多，但這種差往往是持續一段時間的，因此可以導致差值的積累，使得平太陽時和真太陽時差距拉大（如下圖）。我們可以想象兩個太陽，一個是我們看的見的真太陽，一個是我們看不見的平太陽，平太陽運動速度穩定，每天都在12:12跑到合肥的上中天位置，但是真太陽運動速度時快時慢，比如說7月17日至10月25日，這段時間，真太陽運動速度較快。所以，每天真太陽跑一圈都要比平太陽跑一圈用的時間少一些，所以真太陽正午不斷