太阳高度角教学新思路浅析

高中地理必修1第一节“地球运动”中太阳高度角相关知识的内容十分抽象，学生普遍反映是高中地理学习阶段难度最大的知识点之一。能否化难为易或另僻佳径构建新的思维模式？整合高中地理教材内容，选取更适合学生自主学习和课堂互动的教学内容，设计出较有探讨性、实用性的课程，并能有效激活知识，应是教师教学中必须努力的方向。

一、太阳高度角在时间上的变化

首先从“地球公转二分二至图”（图1）探讨，明确地球公转到A（夏至日）、B（秋分日）、C（冬至日）、D（春分日）这四个地点（或说四个日期）时，因地球本存在自西向东的自转运动，所以每天太阳也是东升西落。

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东升西落的轨迹如何？观察（北纬40°）“太阳视动图” （图2），图中画有三条不同时期的太阳运动轨迹图，因春秋分日太阳直射赤道，全球昼夜平分，各地6：00正东日出，18：00正西日落如图所示。夏至日、冬至日这两天因地球自转，太阳在一天中变化情况分别为图中较长弧线、较短弧线。

北京任一天太阳东升西落随时间变化，也可简化成平面示意图（图3）。

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随即引入太阳高度角概念：对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角（图4）。其中∠1、∠2分别表示不同时刻太阳高度角，一天中太阳高度角时刻变化，上午日出时，太阳刚从地平面升起，太阳高度角小，中午大，下午日落时也小（极夜区除外）；即一天太阳高度角变化值规律为：从日出到日落，太阳高度角逐渐增大，中午达最大，后又逐渐减小。

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此规律即“某地太阳高度角的日变化”规律。其中一天中太阳高度角最大值为正午太阳高度角，它就是当地地方时为12点时的太阳高度。如图2中：26°34′、50°、73°26′，分别是北纬40°对应日期的正午太阳高度角。

二、太阳高度角在空间上的变化

因为地球是不透明体，任一时刻，太阳只照亮朝向太阳光线的半个球面。在这一刻全球的太阳高度角又如何分布？引导学生观察夏至日全球太阳高度等值线图（图5）。

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图中中心点O地就是太阳垂直照射到地球球面的点，观察者位于O点看天空中太阳，因在直射点上，地方时12点时太阳位于观察者头顶的正上方，即太阳光线与地面夹角为90°，是一天中最大的太阳高度，即正午太阳高度角为90°。距离中心点O相等半径的太阳高度角也相等，如图中70°、45°、30°、0°值的线，就是等太阳高度角。即地球上与太阳直射点距离相等点的太阳高度角也相等。通过观察学习，学生就能理解某一时刻太阳高度角的空间（在昼半球）分布情况。

根据“同一条经线上地方时相同”原理，图中BON这条经线的地方时为正午12点，在这条经线上的太阳高度角分布变化，就是教材所述“正午太阳高度的纬度变化”，正午太阳高度由太阳直射点向南北（经线）两侧递减。此规律即“正午太阳高度的纬度变化”规律。所以，理解图5“全球太阳高度等值线图”数值空间分布规律，十分有助于对某一条经线上太阳高度角变化规律的理解，即从直射点向（经线）南北两侧延伸，太阳高度角越来越小。图示夏至日如此，其它日期用图5中的同心圆移动圆心到相关纬线，探讨观察后也可同理分别得出春秋分日、冬至日的正午太阳分布规律，画成二维坐标图（图6），观察后总结为：正午太阳高度随纬度变化规律――同一时刻，正午太阳高度自直射点所在纬度向南北两侧递减。

当然，再观察（图5）“同心圆等太阳高度线”，较易理解某地正午太阳高度的季节变化规律：某日离太阳直射点（纬度）近，这一日期正午太阳高度角就大；若离太阳直射点（纬度）越远，正午太阳高度角就越小。因太阳直射最北纬度是北回归线，太阳直射北回归线时即夏至日。所以根据上述太阳高度季节变化情况可总结为：北回归线及其以北地区，夏至日达到最大值，冬至日最小值；同理，南回归线及其以南地区，冬至日达到最大值，夏至日最小值；当太阳直射点由南回归线向北回归线运动时，北回归线及其以北地区，正午太阳高度不断增大，南回归线及其以南地区正午太阳高度不断减小，回归线之间地区正午太阳高度先增大后减小；回归线之间的地区，太阳两次直射，回归线上只有一次。这就是不同纬度上“正午太阳高度角季节变化” （或年变化）规律。可用简图表示（图7）。

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其中a线为南回归线； c线为南极圈； b线赤道与北回归线之间； d线为北回归线与北极圈间。

三、正午太阳高度角计算

明白正午太阳高度角分布规律后，再理解正午太阳高度角计算及公式就较容易。某地正午太阳高度角，即太阳直射点所在纬线的太阳高度90°减去两地纬度间距。用公式可表示为：H=90°-两地纬度间距。如6月22日北纬40°正午太阳高度H=90°-（40°-23°26′） =73°26′，而12月22日H=90°-两地纬度间距= 90°-（40°+23°26′） =26°34′。

利用图像辅助，有效整合教材内容，站在学生易理解、能探讨的角度突破知识重难点，这种从整体到局部的思维，总结出正午太阳高度角的时空变化规律及计算方法，不但会使较抽象、理性的知识点得到思考和探讨，而且学生在理解探讨过程中，让知识变为较形象、感性的问题解决过程，课堂学习更高效。这种不是教教材，而是通过实用案例互动探讨的学习过程，对知识点理解与掌握能达到事半功倍的效果。