極視圖巧解地球自轉運動難點問題的應用研究

尚先志，郭 瑩

（1.凱里實驗高級中學，貴州凱里 556011；2.凱里學院，貴州凱里 556011）

區時與地方時的計算、日期分布問題，在新高考背景下的高考中依然經常出現，仍是教學中的重點和難點，其難點在于該部分教學內容較為抽象.大多數學生未形成地理空間思維，缺乏空間定位、空間差異比較、空間結構和空間聯系分析的能力［1］.加上教師教學方式傳統，強調記憶、套公式等，解題容易出錯，教學效果普遍偏低.這部分內容可以說是老師難教，學生難學，為克服這一難題，通過構建地理極視圖模型（以下以北極俯視圖為例），并用極視圖模型結合實際案例，分析和解決難點問題，該方法避免解題利用繁瑣公式、死記硬背的方式，從而使解決問題圖示化，直觀易懂.

1 地球自轉運動的教學難點思考

在新高考背景下，地球運動知識雖不再作為高中地理課程的必修內容，以選擇性必修內容出現在自然地理基礎課程中，但其相關考題在新高考卷中仍經常出現.因此，對地理選擇性必修教學來說，地球運動知識仍然是高中地理教學的重點和難點.雖然新教材把地球運動的課程教學安排較過去延后許多，學生學習有了一定的相關學科知識基礎，但從教學效果來看，大多數學生接受起來還是比較困難，教師教學面臨的挑戰依然非常大.其原因主要有以下方面.

從內容上看，地球運動中的時間計算、日期分布以及涉及的相對方位問題本身知識抽象性強，涉及空間和時間的動態變化，對學生地理時空思維要求較高，學生對其理解難度較大.另外，雖然時間與日期問題與生活聯系緊密，貼近學生的日常生活，但時間和日期分布具有抽象性、宏觀性，難以直觀、可視的感受.

從教師方面看，由于對學生學情的了解不夠深入，不少教師存在重視理論知識點的講解，強調公式、方法記憶，而輕視引導學生多看圖、多觀察經緯網地球儀，輕視引導學生對經緯度分布規律和地理空間思維的培養.

從學生層面看，學生是在初中地理中學習到地球經緯網知識.由于學習間隔時間較長，學生把相關知識都遺忘得差不多了，不少已分不清經緯線，經緯度分布規律沒掌握，空間想象能力缺乏，地球經緯網空間思維模型難以構建.學生習慣性停留在記公式和口訣，陷入死記硬背陷阱，很難用地圖直觀地來分析和解決地理問題.

2 極視圖的構建

針對學生地理空間思維不足的情況，教師應引導學生多角度觀察經緯網地球儀，并總結經度的分布規律.強調從極地上空多看，從而形成極視地球的立體空間印象，便于構建極視圖空間模型.教學中可讓學生在地球儀上用水彩筆或記號筆加粗0°、90°E、90°W、180°四條經線，并畫出從地球儀極地上空俯視看到的加粗的四條經線示意圖，即得到極地俯視圖模型，這里以北極俯視圖（圖1）為例.

圖1 極視圖模型

用極視圖來分析解決相對方位（東、西）判讀、時間計算和日期分布問題時，較通常用的數軸表示全球經線（或時區）法，在經度表示上更具有東西方向上連續性，地球空間地圖的連續性和直觀性.

3 極視圖巧解地球自轉運動教學難點問題的實踐研究

3.1 相對方位的判定

兩地相對方位判斷是認識地圖的基礎知識，也是學生學習的一個難點.尤其在非常規地圖（上北下南，左西右東）中，或只提供地理坐標信息時，判斷兩地方位顯得尤為困難.兩地相對方位的判斷主要分為三種情況.

一是兩地位于同一條經線上，其相對方位為正南或正北關系；二是兩地位于同一條緯線上，為正東或正西關系；三是兩地既不在同一條經線上，也不在同一條緯線上，這種情況可分為先找兩地的相對南北關系，再找兩點的相對東西關系［2］.從學生做相關試題出錯情況來看，后兩種情況出錯較多，難點在于東、西方向的判斷具有相對性，而學生未在腦海中建立一個經緯度空間分布模型，只注重方法規律的記憶.如：同在東經度，數值大的在東，數值小的在西；同在西經度，數值小的在東，數值大的在西；分別在東經度和西經度，若兩地經度和小于180°，則東經度在東，西經度在西；若兩地經度和大于180°，則東經度在西，西經度在東.這里巧用極視圖模型判讀東、西方位，更直觀、簡潔地解決了東、西方位判斷具有相對性的難點.

例1：全球定位系統（GPS）技術可用于定位、導航.若在甲、乙兩地GPS接收機顯示的經緯度坐標分別為北緯36°31′、東經118°28′和南緯74°19′、西經76°32′，則甲在乙的（ ）

A.東南方 B.東北方 C.西南方 D.西北方

解析：首先判南北，這比較容易，從緯度看，甲、乙兩地分別位于北緯和南緯，則甲地在乙地的北方；其次判相對東西方向：①構建極視圖模型（以北半球為例），如圖1；②在模型圖中標出甲、乙所在經度的相對位置，如圖2；③找劣弧段（兩地經度差小于180°的弧段），順著自轉方向從甲所在經線至乙所在經線為劣弧段（經度相差165°），反向看相差195°為優弧，得出甲在乙相對的后方（或乙在甲的前方），即甲在乙的西方（順著地球自轉的方向，前進方向為東方，后方為西方），綜合判斷甲地在乙地的西北方，該題選D.

圖2 兩地所在經線的位置圖

3.2 地方時和區時的計算

近些年高考卷對地方時和區時計算的考查頻率還是比較高，如2021 年遼寧卷、2020 年新高考山東卷和2020 年新高考浙江卷等.而地方時與區時的計算是高中教學的一大難點，對于很多學生來講可以說是望而生畏，其主要原因有：一是腦海中沒有建立一個經緯網空間模型，對經度分布規律不熟悉，算經度差出錯［3］；二是算出時間差后在加、減時出錯，關鍵在于對“東加西減”理解不透，東西方向判讀不準，沒有建立地理空間思維，只記公式和口訣，很容易陷入死記硬背陷阱，這里巧用極視圖可以避開這些問題.

3.2.1計算地方時

例2：（2020 年新高考山東卷第8 題）2020 年5 月27 日上午11 點整，中國珠峰高程測量登山隊將五星紅旗插上世界最高峰峰頂，實現了四十五年后我國測繪隊員的再次登頂.從位于5200 m 的大本營向上，隊員們要經過甲、乙、丙、丁四個營地（圖3），其中一個營地由于空氣流通不暢，容易引起高原反應，被稱為“魔鬼營地”.據此完成7～8題.

圖3 登峰線路地形圖

問：5 月27 日位于28°N 的溫州晝長為13 時44 分，該日珠峰頂部（28°N，87°E）日出時刻在北京時間

A.7：20以前 B.7：20—7：39

C.7：40—8：00 D.8：00以后

解析：題意為依據珠峰頂部日出時刻求北京時間（北京時間可理解為120°E 的地方時或東八區的區時），因已知時間為地方時，所求時間可看成求北京時間120°E 的地方時.由已知信息可知珠峰頂部緯度與溫州緯度相同，得出兩地的晝夜長短相同，日出日落的地方時也相同，從而依據溫州晝長13 時44 分推出珠峰頂部日出時刻的大致為：日出時間=12-晝長/2，得出珠峰日出時刻的當地時間為5：08（為已知時間）.然后在構建的極視圖模型圖1中標出已知地方時和所求地方時的大致相對位置，如圖4，從圖中可直觀地算出兩地經度差，從已知地方時所在經度87°E 順著地球自轉方向至120°E，得出經度相差33°，根據經度每相差15度時間相差1小時（1°/4分鐘），計算出兩地時差為2小時12分.再根據所求時間=已知時間±時差（算式中的“±”采用“順加逆減”確定加或減，即從已知時間順著地球自轉方向求未知時間用加，反之用減），所求北京時間=5：08+2：12=7：20.

圖4 兩地所在經度位置圖

若從已知地方時所在經度87°E逆著地球自轉方向至120°E（見圖5），計算出兩地經度相差為327°，兩地時差為21小時48分，根據“順加逆減”方法，則所求北京時間=5：08-21：48，此時出現時間不夠減，將日期倒回一天（為5月26日），被減時間加上24小時再減，即所求北京時間=5：08+24-21：48=7：20，但因在該逆著自轉方向找經度差過程中，跨過了國際日期變更線，根據其規定日期又需要加上一天，所以日期不變，即所求時間為5月27日的7點20分.這種方法涉及日期變化，計算比較復雜，所以當問題涉及日期時，盡量避免計算時差跨越日期變更線，從而可以降低難度減少出錯.該題中由于珠峰峰頂海拔高，其看到日出的時間比理論日出時間（參照太陽從地平線升起）更早，因此日出時間早于7：20，故選A.

圖5 兩地所在經度位置圖

3.2.2計算區時

例2：（2018年新課標全國卷Ⅱ第6題）恩克斯堡島（圖6）是考察南極冰蓋雪被、陸緣冰及海冰的理想之地.2017年2月7日，五星紅旗在恩克斯堡島上徐徐升起，我國第五個南極科學考察站選址奠基儀式正式舉行.據此完成下題.

圖6 2018年新課標全國卷Ⅱ第6題

問：2 月7 日，當恩克斯堡島正午時，北京時間約為（ ）

A.2月7日9時 B.2月7日15時

C.2月7日17時 D.2月8日7時

解析：求北京時間，可看成求東八區的區時，根據2 月7 日，當恩克斯堡島正午時，即當地時間為12點.讀圖可知，恩克斯堡島的經度在160°到170°之間，約為165°為已知時間及所在地，用自轉法結合經度分布規律（順著自轉方向看，經度度數增加為東經，反之為西經），得出該地為東經165°E左右，剛好位于東十一區中央經線附近.

構建極視時區分布模型圖7，并在模型圖中標出已知區時和所求區時的相對位置.如圖8，從已知時間東十一區逆著自轉方向至所求東八區，相差3個時區，時間相差3小時，或順著自轉方向相差21 個時區，時間相差21 小時.然后采用“順加逆減”方法，北京東八區時間=12 時-3 小時=9時，北京東八區時間=12時+21小時=33時，這樣就出現了時間超過24時的情況，就需要減去24小時，日期加上一天，即為2 月8 日9 時，但因這樣算是順著自轉方向跨過了國際日期變更線，日期又需要減去一天，結果日期不變，同樣為7日9時.

圖7 極視時區分布模型圖

圖8 兩地所在時區位置圖

從已知時間向東或向西求所求時間結果均一樣，這樣“順”“逆”兩種方法都講，讓學生感知地球球體空間模型，培養學生全球視角看問題，時間計算可向東也可向西，避免利用經線（或時區）的數軸模型計算時間的局限性，更具靈活性.

利用極視圖模型計算地方時、區時的方法步驟可以歸納為：一是建立極視圖模型；二是確定已知時間和所求時間，并在極視圖中標出其相對位置信息等；三是在圖中找出經度差或時區差，確定時差，四確定加減，求出所求時間.巧用極視模型圖解地方時、區時，只需知道經度、時區分布模型與基本時間的換算（經度每15°相差1小時，每1個時區相差1小時），可以不用記憶繁瑣的計算公式，利用“順加逆減”的原則，更直觀、簡便、靈活和有效地解決了難點問題.

3.3 日期分布問題

近年來高考中關于某時刻全球日期分布的問題經常出現，如2018 年海南卷第12 題和2022年1 月浙江卷第20 題等，日期分布問題對于很多學生也較容易出錯，甚至害怕去做這類題型.其實只要抓住兩條線，即國際日期變更線和零時界線，國際日期變更線（180°經線）是固定不變的；0時所在經線隨著地球自轉，其位置不斷變化，從而導致全球新的一天和舊的一天的范圍不斷變化，結合極視模型圖，問題也就迎刃而解.

例3：（2022 年1 月浙江卷）攝影愛好者在南半球某地朝西北固定方向拍攝太陽照片，拍攝時間為K 日及其前、后第8 天的同一時刻.圖左為合成后的照片，圖右為地球公轉軌道示意圖（圖略）.完成下面小題.

問：拍攝時間為北京時間5點，全球處于不同日期的范圍之比約為（ ）

A.1：1 B.1：5 C.2：5 D.3：5

解析：解該題的關鍵要抓住已知時間，即拍攝時間為北京時間5 點，把該時間標在極視圖中的相應位置，如圖9，此時找零時界線位置就不難了.根據“順加逆減”原則，從東經120°向逆著自轉方向倒推5小時，即為零時經線所在地，該地經度=120°E-75°=45°E.而另一條日界線為國際日期變更線（大致與180°經線重合），在解題過程中可看作在180°經線上，兩條日界線在極視圖中標出如圖10，根據國際日期變更線和零時界線的特點（零時界線向東“超過”24 點說明進入了新的一天，國際日期變更線則規定向東減一天，向西加一天），可判斷出陰影部分日期（K 日）共占135個經度，非陰影部分（K-1 日）占225 個經度，從而得出全球處于不同日期的范圍之比約為135°：225°=3∶5，故選D.

圖9 已知時間位置圖

圖10 日期分布圖

4 結論

實踐證明，在教學過程中利用建立極視圖經緯度空間模型來解決相對方位中的東西方向判斷、地方時和區時計算和日期分布問題，使問題圖示化、直觀化，學生更容易理解掌握，并加以應用，不易出錯，同時避免繁瑣的公式記憶，解除學生學習該內容的畏懼感，提高學生的地理學習興趣，就能取得良好的教學效果.