图析“昼夜长短和正午太阳高度的变化”，本文主要内容关键词为：正午论文,昼夜论文,长短论文,高度论文,太阳论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中地理“地球的运动”中，地球公转的地理意义尤其是“昼夜长短和正午太阳高度的变化”的相关知识一直都是教学中的重点和难点。笔者在总结教学经验的基础上，提炼出了几条行之有效的处理策略并由此得到了一些较有意思的数据分析图，特与读者分享。 一、明确问题类型，用好关键手段 在教与学的过程中，解决问题首先要理清解决问题的思路。问题是针对昼夜长短的，还是针对正午太阳高度的？再进一步，问题到底是研究某时刻的空间分布差异呢，还是研究某地随时间的变化情况？这个研究对象和问题的类型不能搞错。 比如，当太阳直射点位于10°N时，全球昼夜长短分布规律是怎样的？这个问题研究对象是昼夜长短变化，且属于“定时，比纬度差异”类问题。又比如，海口市（约20°N）正午太阳高度最小值出现在什么时候？这个问题研究对象是正午太阳高度变化，且属于“定点，看时间变化”类问题。 明确了问题的类型，我们就可以正确使用关键手段轻松突破难点问题。 1.昼夜长短变化抓“南”“北” 昼夜长短变化类问题，其关键手段在于认识“南”“北”两个字的同性相长、异性相克。就其中的纬度差异类问题而言，其突破手段可概括为这样一句话：当太阳直射北半球，则北半球各地昼长夜短，且纬度越高昼越长（北北长）。据此还可以派生出南南长、南北短、北南短等结论。而就时间变化类问题而言，其突破手段可概括为这样一句话：当太阳直射点向北移时，北半球各地昼变长（北移北变长）。也可以据此派生出南移南变长、北移南变短、南移北变短等结论。 熟练运用这些手段，可以帮助我们更方便快捷地解决问题。但是，我们也很容易在归纳全球昼夜长短分布规律时，犯概括不全的毛病。在数据分析的基础上做一下坐标图，就可以有效降低出错的几率。如图1所示，当太阳直射点位于20°N时，全球昼夜长短分布规律可概括为：赤道昼夜平分；北半球昼长夜短，且纬度越高昼越长，70°N及其以北地区为极昼；南半球昼短夜长，且纬度越高昼越短，70°S及其以南地区为极夜。再仔细观察图像，我们还可以发现更多有价值的东西。比如，曲线形态接近正切余切函数曲线，呈现出纬度越高昼长变化幅度就越大的趋势；在极昼极夜现象范围的最外围纬线上，昼长的量变达到了一个极限，有一个突变；赤道这一纬度位置的特殊性，并不表现在量变的剧烈程度上，反而体现在微小和缓的量变中孕生了质变。分析了这类图像，我们就更明白，为什么探讨昼夜长短变化一定要关注赤道和极昼极夜范围边界纬线（不仅仅是极圈）了。
同样，如果再针对昼夜长短变化作一幅时间变化类示意图，也是很有意思的。如下页图2，它表示40°N某地昼长的周年变化规律。我们发现，这条曲线也是饶有趣味的，它的形态更接近于拼接在一起的两条正切余切函数曲线，就像一个倒扣着的大括号，而不是想象中应该是呈正弦或余弦函数曲线，更不是两条对接的直线线段。有兴趣的读者不妨再研究一番。图像分析显示，昼夜长短在两至节气前后的变化相对更快，并且两至前后发生了一种转折性突变，而不是一般意义上的渐变，这在自然界的周期性变化现象中似乎并不常见；而两分节气的特殊性，也体现在微小量变导致质变上。分析了这类图像，我们也就更明白为什么探讨昼夜长短变化还要关注二分二至这些特殊节气了。
2.正午太阳高度变化抓“远”“近” 正午太阳高度变化类问题，其关键手段在于把握“远”“近”两个字。就其中的纬度差异类问题而言，其突破手段可概括为这样一句话：离太阳直射点越远，正午太阳高度越小；离太阳直射点越近，正午太阳高度越大，即远日则小近日则大。而就时间变化类问题而言，其突破手段可概括为这样一句话：当太阳直射点远离某地时，该地正午太阳高度变小；当太阳直射点靠近某地时，该地正午太阳高度变大，即日远渐小日近渐大。这两句话还可以笼统地处理为一句话：远小近大。 比如，当太阳直射点位于10°N时，全球正午太阳高度分布规律为：正午太阳高度由10°N向南北两侧递减。对此可以作图如图3。分析图像，我们会发现，图像线条呈折线状，极值出现在太阳直射点所在纬度和极点；极点的正午太阳高度更多情况下并不为0，极点这个位置只是纬度值变化区间的极值边界，其上的正午太阳高度值在变化规律上并无特殊性；而处于极夜时期的地区，正午太阳高度虽为负值，但仍然遵循随纬度的递增而直线型递减的规律。也就是说，这一类问题，真正值得我们关注的特殊点似乎就只有太阳直射点所在地而已。 又如图4，它表示40°N某地正午太阳高度的周年变化规律。我们看到，图中线条也呈折线状。显然，就数据分析而言，正午太阳高度变化一类的问题要比昼夜长短变化一类的问题简单许多。对于40°N地区而言，它一年有一次达到极大值但并没有能够达到90°，出现在每年的夏至日；极小值也是一年只有一次且没有达到0，它出现在每年的冬至日。图像的特征显示，二至日的正午太阳高度会有一个转折，二分日就没什么特殊性了。当然，这种规律似乎有些过于简单，反思图3，是不是有太阳直射的地方，必须考虑其特殊性，而没有太阳直射现象的地区就不必过多考虑呢？但总之，这一类问题，值得我们关注的特殊时间点就只有二至日而已。
我们看到，在明确了问题的类型后，正确地运用一些解题手段，一般的问题已经不再成为难题。在运用这些手段时，明辨并紧扣空间分布差异或时间变化规律这条思路，对解决问题具有深刻的意义。而如果能够在分析解决问题的过程中配合以数据图像分析，更能帮助我们抓住分析问题的关键点，大大地减少了不必要的思绪干扰。做到将带有感性色彩的应用思维与理性色彩的数理逻辑结合起来，这对提升教学者的教学素养也具有深远的意义。 二、动静结合，做到时空联系 要真正做到掌控“昼夜长短和正午太阳高度的变化”的规律，单靠一些个例研究肯定是远远不够的。我们必须在细致观察的基础上，多选择一些具有代表性价值的个例，然后通过科学的对比分析，才有可能将现象综合上升为真正的规律。 根据“昼夜长短和正午太阳高度的变化”这一类问题的实际，分析过程中，做到时空之间的联系和转化尤为重要。 一般情况下，静态的事物总是相对容易分析。上文图3表示的“当太阳直射点位于10°N时，全球正午太阳高度分布规律怎样”就属于这类静态的问题。但是，前文得出的这个“规律”只是一个特定时间点的“规律”，它能代表整个周年时间变化过程中规律的全部吗？这需要我们进一步验证。 诚然，我们不可能真的将各个时间点的状况进行穷举，但我们可以多选取一些有代表意义的时间点，通过作图分析，然后再进一步进行规律的提炼和归纳。如图5所示的三条折线，代表了三个时刻全球正午太阳高度的分布规律。分析图像可知，其中夏至日和冬至日两个时刻都是周年变化过程中的特殊时刻；而如果我们能像图中箭头表示的那样，将静态的图“动”起来，我们就很容易发现，“太阳直射点位于10°N时”是整个周年时间变化区间内的一个具有普遍意义的时刻，并没有什么特殊性。这对我们进一步归纳更完整的规律，将有十分重要的意义。
让图像“动”起来。横向比较，我们可以确定，“正午太阳高度由太阳直射点向南北两侧递减”这一规律在任何时刻都具有概括性。我们对正午太阳高度空间分布规律的了解，当然也就更完整、更清晰了。纵向比较，其实同时也能反映正午太阳高度时间变化的规律在不同地区具有差异性。如图添加辅助虚线a、b，可以看出，以a、b为界，南北回归线之间地区，一年有两次最大值（达90°）和一次最小值，变化幅度小于46°52＇；南回归线及其以南地区和北回归线及其以北地区，一年有一次最大值和一次最小值，变化幅度等于46°52＇。现在，我们可以进一步确定，就正午太阳高度的时间变化规律而言，南北回归线之间地区与南回归线及其以南地区和北回归线及其以北地区的确还是存在较大差异的，而极圈以内区域并没有需要特别关注的东西。 同样，反过来，我们解决问题时，有时也需要在纷繁复杂的动态变化过程中提取我们最需要的静态信息，我们还要学会让动态的地理事物“静止”下来。如图6所示的五条曲（折）线，分别反映了北半球五个纬度地区昼长的周年变化情况，它们各自都有属于自己的动态变化规律。如果我们想具体比较它们某一时间点下的昼长差异，也是轻而易举的事情。只需在时间轴上找到那个时间点，然后引一条垂线与五条曲（折）线相交，读出这些交点的纵坐标值便可。当然，就像前文所说，这幅图中，其实既有动态的时间变化，也有静态的空间差异，但侧重点还在比较空间差异。如果我们又觉得它在反映时间变化上不够直观，很好解决，再作一幅“不同时刻各地昼长分布示意图”（见图7），两相配合，相得益彰。
图6中虚线
是从“太阳直射10°N时”这个时间点引出来的辅助线，该时间点各纬度位置的昼长分布情况可以在图7中分别找到相应的曲线来充分说明。而图7中虚线
是从“40°N”这个空间点引出来的辅助线，只要脑海中让这些曲线“动”起来，那么该纬度位置的昼长变化情况也就相当于图6中那条40°N曲线了。 静可变动，动可变静，时间变化与空间分布密切配合。在制作、分析和品味这类数据分析图的过程中，不仅化解了教与学的难点，提升了地理学的思维品质和能力素养，还能体会到地理学的美。
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