极视图巧解地球自转运动难点问题的应用研究

2024-01-24尚先志

凯里学院学报 2023年6期

尚先志，郭莹

（1.凯里实验高级中学，贵州凯里 556011；2.凯里学院，贵州凯里 556011）

区时与地方时的计算、日期分布问题，在新高考背景下的高考中依然经常出现，仍是教学中的重点和难点，其难点在于该部分教学内容较为抽象.大多数学生未形成地理空间思维，缺乏空间定位、空间差异比较、空间结构和空间联系分析的能力［1］.加上教师教学方式传统，强调记忆、套公式等，解题容易出错，教学效果普遍偏低.这部分内容可以说是老师难教，学生难学，为克服这一难题，通过构建地理极视图模型（以下以北极俯视图为例），并用极视图模型结合实际案例，分析和解决难点问题，该方法避免解题利用繁琐公式、死记硬背的方式，从而使解决问题图示化，直观易懂.

1 地球自转运动的教学难点思考

在新高考背景下，地球运动知识虽不再作为高中地理课程的必修内容，以选择性必修内容出现在自然地理基础课程中，但其相关考题在新高考卷中仍经常出现.因此，对地理选择性必修教学来说，地球运动知识仍然是高中地理教学的重点和难点.虽然新教材把地球运动的课程教学安排较过去延后许多，学生学习有了一定的相关学科知识基础，但从教学效果来看，大多数学生接受起来还是比较困难，教师教学面临的挑战依然非常大.其原因主要有以下方面.

从内容上看，地球运动中的时间计算、日期分布以及涉及的相对方位问题本身知识抽象性强，涉及空间和时间的动态变化，对学生地理时空思维要求较高，学生对其理解难度较大.另外，虽然时间与日期问题与生活联系紧密，贴近学生的日常生活，但时间和日期分布具有抽象性、宏观性，难以直观、可视的感受.

从教师方面看，由于对学生学情的了解不够深入，不少教师存在重视理论知识点的讲解，强调公式、方法记忆，而轻视引导学生多看图、多观察经纬网地球仪，轻视引导学生对经纬度分布规律和地理空间思维的培养.

从学生层面看，学生是在初中地理中学习到地球经纬网知识.由于学习间隔时间较长，学生把相关知识都遗忘得差不多了，不少已分不清经纬线，经纬度分布规律没掌握，空间想象能力缺乏，地球经纬网空间思维模型难以构建.学生习惯性停留在记公式和口诀，陷入死记硬背陷阱，很难用地图直观地来分析和解决地理问题.

2 极视图的构建

针对学生地理空间思维不足的情况，教师应引导学生多角度观察经纬网地球仪，并总结经度的分布规律.强调从极地上空多看，从而形成极视地球的立体空间印象，便于构建极视图空间模型.教学中可让学生在地球仪上用水彩笔或记号笔加粗0°、90°E、90°W、180°四条经线，并画出从地球仪极地上空俯视看到的加粗的四条经线示意图，即得到极地俯视图模型，这里以北极俯视图（图1）为例.

图1 极视图模型

用极视图来分析解决相对方位（东、西）判读、时间计算和日期分布问题时，较通常用的数轴表示全球经线（或时区）法，在经度表示上更具有东西方向上连续性，地球空间地图的连续性和直观性.

3 极视图巧解地球自转运动教学难点问题的实践研究

3.1 相对方位的判定

两地相对方位判断是认识地图的基础知识，也是学生学习的一个难点.尤其在非常规地图（上北下南，左西右东）中，或只提供地理坐标信息时，判断两地方位显得尤为困难.两地相对方位的判断主要分为三种情况.

一是两地位于同一条经线上，其相对方位为正南或正北关系；二是两地位于同一条纬线上，为正东或正西关系；三是两地既不在同一条经线上，也不在同一条纬线上，这种情况可分为先找两地的相对南北关系，再找两点的相对东西关系［2］.从学生做相关试题出错情况来看，后两种情况出错较多，难点在于东、西方向的判断具有相对性，而学生未在脑海中建立一个经纬度空间分布模型，只注重方法规律的记忆.如：同在东经度，数值大的在东，数值小的在西；同在西经度，数值小的在东，数值大的在西；分别在东经度和西经度，若两地经度和小于180°，则东经度在东，西经度在西；若两地经度和大于180°，则东经度在西，西经度在东.这里巧用极视图模型判读东、西方位，更直观、简洁地解决了东、西方位判断具有相对性的难点.

例1：全球定位系统（GPS）技术可用于定位、导航.若在甲、乙两地GPS接收机显示的经纬度坐标分别为北纬36°31′、东经118°28′和南纬74°19′、西经76°32′，则甲在乙的（）

A.东南方 B.东北方 C.西南方 D.西北方

解析：首先判南北，这比较容易，从纬度看，甲、乙两地分别位于北纬和南纬，则甲地在乙地的北方；其次判相对东西方向：①构建极视图模型（以北半球为例），如图1；②在模型图中标出甲、乙所在经度的相对位置，如图2；③找劣弧段（两地经度差小于180°的弧段），顺着自转方向从甲所在经线至乙所在经线为劣弧段（经度相差165°），反向看相差195°为优弧，得出甲在乙相对的后方（或乙在甲的前方），即甲在乙的西方（顺着地球自转的方向，前进方向为东方，后方为西方），综合判断甲地在乙地的西北方，该题选D.

图2 两地所在经线的位置图

3.2 地方时和区时的计算

近些年高考卷对地方时和区时计算的考查频率还是比较高，如2021 年辽宁卷、2020 年新高考山东卷和2020 年新高考浙江卷等.而地方时与区时的计算是高中教学的一大难点，对于很多学生来讲可以说是望而生畏，其主要原因有：一是脑海中没有建立一个经纬网空间模型，对经度分布规律不熟悉，算经度差出错［3］；二是算出时间差后在加、减时出错，关键在于对“东加西减”理解不透，东西方向判读不准，没有建立地理空间思维，只记公式和口诀，很容易陷入死记硬背陷阱，这里巧用极视图可以避开这些问题.

3.2.1计算地方时

例2：（2020 年新高考山东卷第8 题）2020 年5 月27 日上午11 点整，中国珠峰高程测量登山队将五星红旗插上世界最高峰峰顶，实现了四十五年后我国测绘队员的再次登顶.从位于5200 m 的大本营向上，队员们要经过甲、乙、丙、丁四个营地（图3），其中一个营地由于空气流通不畅，容易引起高原反应，被称为“魔鬼营地”.据此完成7～8题.

图3 登峰线路地形图

问：5 月27 日位于28°N 的温州昼长为13 时44 分，该日珠峰顶部（28°N，87°E）日出时刻在北京时间

A.7：20以前 B.7：20—7：39

C.7：40—8：00 D.8：00以后

解析：题意为依据珠峰顶部日出时刻求北京时间（北京时间可理解为120°E 的地方时或东八区的区时），因已知时间为地方时，所求时间可看成求北京时间120°E 的地方时.由已知信息可知珠峰顶部纬度与温州纬度相同，得出两地的昼夜长短相同，日出日落的地方时也相同，从而依据温州昼长13 时44 分推出珠峰顶部日出时刻的大致为：日出时间=12-昼长/2，得出珠峰日出时刻的当地时间为5：08（为已知时间）.然后在构建的极视图模型图1中标出已知地方时和所求地方时的大致相对位置，如图4，从图中可直观地算出两地经度差，从已知地方时所在经度87°E 顺着地球自转方向至120°E，得出经度相差33°，根据经度每相差15度时间相差1小时（1°/4分钟），计算出两地时差为2小时12分.再根据所求时间=已知时间±时差（算式中的“±”采用“顺加逆减”确定加或减，即从已知时间顺着地球自转方向求未知时间用加，反之用减），所求北京时间=5：08+2：12=7：20.

图4 两地所在经度位置图

若从已知地方时所在经度87°E逆着地球自转方向至120°E（见图5），计算出两地经度相差为327°，两地时差为21小时48分，根据“顺加逆减”方法，则所求北京时间=5：08-21：48，此时出现时间不够减，将日期倒回一天（为5月26日），被减时间加上24小时再减，即所求北京时间=5：08+24-21：48=7：20，但因在该逆着自转方向找经度差过程中，跨过了国际日期变更线，根据其规定日期又需要加上一天，所以日期不变，即所求时间为5月27日的7点20分.这种方法涉及日期变化，计算比较复杂，所以当问题涉及日期时，尽量避免计算时差跨越日期变更线，从而可以降低难度减少出错.该题中由于珠峰峰顶海拔高，其看到日出的时间比理论日出时间（参照太阳从地平线升起）更早，因此日出时间早于7：20，故选A.

图5 两地所在经度位置图

3.2.2计算区时

例2：（2018年新课标全国卷Ⅱ第6题）恩克斯堡岛（图6）是考察南极冰盖雪被、陆缘冰及海冰的理想之地.2017年2月7日，五星红旗在恩克斯堡岛上徐徐升起，我国第五个南极科学考察站选址奠基仪式正式举行.据此完成下题.

图6 2018年新课标全国卷Ⅱ第6题

问：2 月7 日，当恩克斯堡岛正午时，北京时间约为（）

A.2月7日9时 B.2月7日15时

C.2月7日17时 D.2月8日7时

解析：求北京时间，可看成求东八区的区时，根据2 月7 日，当恩克斯堡岛正午时，即当地时间为12点.读图可知，恩克斯堡岛的经度在160°到170°之间，约为165°为已知时间及所在地，用自转法结合经度分布规律（顺着自转方向看，经度度数增加为东经，反之为西经），得出该地为东经165°E左右，刚好位于东十一区中央经线附近.

构建极视时区分布模型图7，并在模型图中标出已知区时和所求区时的相对位置.如图8，从已知时间东十一区逆着自转方向至所求东八区，相差3个时区，时间相差3小时，或顺着自转方向相差21 个时区，时间相差21 小时.然后采用“顺加逆减”方法，北京东八区时间=12 时-3 小时=9时，北京东八区时间=12时+21小时=33时，这样就出现了时间超过24时的情况，就需要减去24小时，日期加上一天，即为2 月8 日9 时，但因这样算是顺着自转方向跨过了国际日期变更线，日期又需要减去一天，结果日期不变，同样为7日9时.

图7 极视时区分布模型图

图8 两地所在时区位置图

从已知时间向东或向西求所求时间结果均一样，这样“顺”“逆”两种方法都讲，让学生感知地球球体空间模型，培养学生全球视角看问题，时间计算可向东也可向西，避免利用经线（或时区）的数轴模型计算时间的局限性，更具灵活性.

利用极视图模型计算地方时、区时的方法步骤可以归纳为：一是建立极视图模型；二是确定已知时间和所求时间，并在极视图中标出其相对位置信息等；三是在图中找出经度差或时区差，确定时差，四确定加减，求出所求时间.巧用极视模型图解地方时、区时，只需知道经度、时区分布模型与基本时间的换算（经度每15°相差1小时，每1个时区相差1小时），可以不用记忆繁琐的计算公式，利用“顺加逆减”的原则，更直观、简便、灵活和有效地解决了难点问题.

3.3 日期分布问题

近年来高考中关于某时刻全球日期分布的问题经常出现，如2018 年海南卷第12 题和2022年1 月浙江卷第20 题等，日期分布问题对于很多学生也较容易出错，甚至害怕去做这类题型.其实只要抓住两条线，即国际日期变更线和零时界线，国际日期变更线（180°经线）是固定不变的；0时所在经线随着地球自转，其位置不断变化，从而导致全球新的一天和旧的一天的范围不断变化，结合极视模型图，问题也就迎刃而解.

例3：（2022 年1 月浙江卷）摄影爱好者在南半球某地朝西北固定方向拍摄太阳照片，拍摄时间为K 日及其前、后第8 天的同一时刻.图左为合成后的照片，图右为地球公转轨道示意图（图略）.完成下面小题.

问：拍摄时间为北京时间5点，全球处于不同日期的范围之比约为（）

A.1：1 B.1：5 C.2：5 D.3：5

解析：解该题的关键要抓住已知时间，即拍摄时间为北京时间5 点，把该时间标在极视图中的相应位置，如图9，此时找零时界线位置就不难了.根据“顺加逆减”原则，从东经120°向逆着自转方向倒推5小时，即为零时经线所在地，该地经度=120°E-75°=45°E.而另一条日界线为国际日期变更线（大致与180°经线重合），在解题过程中可看作在180°经线上，两条日界线在极视图中标出如图10，根据国际日期变更线和零时界线的特点（零时界线向东“超过”24 点说明进入了新的一天，国际日期变更线则规定向东减一天，向西加一天），可判断出阴影部分日期（K 日）共占135个经度，非阴影部分（K-1 日）占225 个经度，从而得出全球处于不同日期的范围之比约为135°：225°=3∶5，故选D.