張紅俠

[摘要] 《地球概論》是地理科學(xué)專業(yè)的先行基礎(chǔ)課，天球坐標(biāo)是學(xué)習(xí)地球概論課程的基礎(chǔ)，內(nèi)容抽象，規(guī)律復(fù)雜。文章首先對(duì)有關(guān)天球坐標(biāo)的教學(xué)研究進(jìn)行綜述；然后分三個(gè)層次對(duì)天球坐標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法展開(kāi)分析；最后對(duì)采用的教學(xué)方法總結(jié)并討論。

[關(guān)鍵詞] 地球概論天球坐標(biāo)教學(xué)

中圖分類號(hào): K90-0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

基金項(xiàng)目：院教改項(xiàng)目“地理專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建研究——以地球概論為例”階段成果（10jyjx02012）。

《地球概論》課程是我國(guó)高等師范院校地理專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，它是研究行星地球的整體知識(shí)和一般規(guī)律的科學(xué)，主要闡述關(guān)于地球整體的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，是學(xué)習(xí)和研究地理專業(yè)課程的基礎(chǔ)，起著為其他課程開(kāi)路的作用，也是地理專業(yè)開(kāi)設(shè)的所有課程中唯一涉及天文知識(shí)的課程[1]。同時(shí)，課程中對(duì)于天文知識(shí)的講述幾乎都建立在天球坐標(biāo)的基礎(chǔ)上。因此可以說(shuō)“天球坐標(biāo)”是學(xué)習(xí)《地球概論》的基礎(chǔ)。而如何讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)快速、熟練地掌握“天球坐標(biāo)”相關(guān)知識(shí)，就成為任課教師需要認(rèn)真研究的問(wèn)題。

“天球坐標(biāo)”研究綜述及教學(xué)對(duì)象分析

有關(guān)“天球坐標(biāo)”的研究，歷年來(lái)不同的學(xué)者從不同的角度展開(kāi)并得出了合理的結(jié)論。如曹健（1999）在《天球坐標(biāo)的教學(xué)問(wèn)題》[2]一文中認(rèn)為：“天球坐標(biāo)”集中教學(xué)比較好，在教學(xué)過(guò)程中注意球面坐標(biāo)的模式化和理清各坐標(biāo)的聯(lián)系；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合直觀教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，加深學(xué)生學(xué)習(xí)印象和掌握程度。李桂仙（2000）在《“天球坐標(biāo)系”教學(xué)探微》[3]一文中認(rèn)為：對(duì)于“天球坐標(biāo)”的教學(xué)，要找準(zhǔn)地理坐標(biāo)與其的銜接點(diǎn)，建立易于掌握的普適坐標(biāo)系模式，清楚地給出基本點(diǎn)和大圓的系統(tǒng)，從而使學(xué)生加深學(xué)習(xí)。楊柯金（2003）在《天球坐標(biāo)系的難點(diǎn)解析》[4]一文中認(rèn)為：通過(guò)對(duì)天球坐標(biāo)系的兩個(gè)難點(diǎn)“認(rèn)識(shí)天球坐標(biāo)系”和“掌握天球坐標(biāo)系間的聯(lián)系”的分析，把抽象虛幻的天球坐標(biāo)系變得具體真實(shí)，以求達(dá)到學(xué)用結(jié)合的目的?？v觀這些研究，有幾點(diǎn)共性：一是均從宏觀上把握怎么安排教學(xué)，這樣有利于學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的整體把握，但同時(shí)缺失了對(duì)具體知識(shí)的分解消化。二是對(duì)于教學(xué)方法的分析以文字?jǐn)⑹鰹橹?，體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)和詳細(xì)，但缺失了圖表表示的直觀性。筆者在實(shí)際教學(xué)中觀察到大一新生對(duì)《地球概論》課程的學(xué)習(xí)，在知識(shí)的全面把握方面尚欠鍛煉，而用圖表表示教學(xué)內(nèi)容容易接受，理解較快。以下將自己對(duì)“天球坐標(biāo)”具體知識(shí)的講解進(jìn)行表述和圖示，以期對(duì)同行教學(xué)和地理及相近專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)提供借鑒。在此先說(shuō)明筆者選用的教材為金祖孟、陳自悟教授編著的《地球概論》第三版。

“天球坐標(biāo)”內(nèi)容簡(jiǎn)介及講解方法

“天球坐標(biāo)”的教學(xué)內(nèi)容可從如下層次展開(kāi)：1.什么是天球？什么是天球坐標(biāo)？2.如何掌握“天球坐標(biāo)”？3.它有什么作用和地理意義？這三個(gè)問(wèn)題是逐層遞進(jìn)的，首先給出定義，其次怎么去掌握，然后學(xué)習(xí)它能干什么，充分體現(xiàn)了地理教學(xué)從理論到應(yīng)用的培養(yǎng)目標(biāo)。針對(duì)這三個(gè)問(wèn)題，筆者在講課過(guò)程中是如下展開(kāi)的：

1.天球和天球坐標(biāo)。對(duì)這部分內(nèi)容采用類比法講解，輔以簡(jiǎn)圖示意。地球和地理坐標(biāo)是大一新生熟悉的內(nèi)容，地球是實(shí)際存在的星體，它的形狀近似球形；地理坐標(biāo)是為了進(jìn)行地球上事物的定位而人為規(guī)定的方法。由此可以放大思維，人們?yōu)榱颂接懹钪嬷刑祗w的知識(shí)提出了天球和天球坐標(biāo)。天球是地球的無(wú)限延伸，是以地心或觀測(cè)者為球心以任意長(zhǎng)為半徑的假想球體。天球坐標(biāo)就是為了探討宇宙中天體知識(shí)而人為規(guī)定的方法。講課過(guò)程中采用的圖示如下：

2.怎樣掌握天球坐標(biāo)。對(duì)這部分內(nèi)容采用類比和圖表歸納法講解。天球坐標(biāo)是一種方法，符合球面坐標(biāo)的基本規(guī)定，有基本大圓（簡(jiǎn)稱基圈）、輔助大圓（簡(jiǎn)稱輔圈）、原點(diǎn)和縱橫坐標(biāo)。只不過(guò)天球坐標(biāo)針對(duì)宇宙中的天體，涉及到它們的定位、運(yùn)動(dòng)、計(jì)時(shí)等不同問(wèn)題，因而有不同表現(xiàn)的天球坐標(biāo)。地理坐標(biāo)的基圈、輔圈、原點(diǎn)及坐標(biāo)名稱是固定的，天球坐標(biāo)可選擇的基圈有三個(gè)——地平圈、天赤道和黃道，分別對(duì)應(yīng)各自的輔圈，由此衍生的天球坐標(biāo)有四種（下文解釋），對(duì)應(yīng)的原點(diǎn)和坐標(biāo)名稱就有四種。一般講到這里，筆者會(huì)列出一個(gè)表格，通過(guò)對(duì)比讓學(xué)生先建立總體概念。如下所示：

教材中為了能闡述清楚“天球坐標(biāo)”這部分內(nèi)容，分為三個(gè)層次進(jìn)行，一是“天球上的圓和點(diǎn)”，二是“球面坐標(biāo)系概說(shuō)”，三是四種天球坐標(biāo)詳述。針對(duì)“天球上的圓和點(diǎn)”，教材除進(jìn)行文字?jǐn)⑹鐾?，還給出了如下圖示[5]：

圖示使抽象的內(nèi)容學(xué)習(xí)具有一定的直觀性，但筆者認(rèn)為尚缺乏知識(shí)之間的聯(lián)系性。因此在教材圖示的基礎(chǔ)上，對(duì)該部分內(nèi)容采取了如下變通表示：

圖3要表達(dá)的基本信息為：虛線方框內(nèi)為三個(gè)基本大圓；隸書字體為大圓兩個(gè)極點(diǎn)；雙向箭頭表示交點(diǎn)，單向箭頭表示對(duì)其的遠(yuǎn)距點(diǎn)。至此，“天球上的圓和點(diǎn)”內(nèi)容已了然：圓指的是地平圈、天赤道和黃道，點(diǎn)指的是各自極點(diǎn)、兩者交點(diǎn)和對(duì)其遠(yuǎn)距點(diǎn)。該部分內(nèi)容一定要掌握好，因?yàn)樗抢斫夂罄m(xù)天球坐標(biāo)其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。

關(guān)于“球面坐標(biāo)系概說(shuō)”部分，教材中的講述很清楚，筆者只是在此基礎(chǔ)上提煉出“三個(gè)圈三個(gè)點(diǎn)、圈定坐標(biāo)類、點(diǎn)定坐標(biāo)值”的總結(jié)。三個(gè)圈指基圈、始圈（原點(diǎn)所在的半個(gè)輔圈）和終圈（天體所在的半個(gè)輔圈），三個(gè)點(diǎn)指極點(diǎn)、原點(diǎn)（視基圈而定）和介點(diǎn)（終圈與基圈的交點(diǎn)）；基圈決定坐標(biāo)種類；原點(diǎn)到介點(diǎn)的距離為橫坐標(biāo)值，介點(diǎn)到天體的距離為縱坐標(biāo)值。結(jié)合教材的文字和圖示（參見(jiàn)圖4），學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的理解還是比較牢靠的。

通過(guò)上述兩步的鋪墊，學(xué)生對(duì)天球上的圓和點(diǎn)以及球面坐標(biāo)系概說(shuō)的總體掌握已有一定基礎(chǔ)。關(guān)于各種天球坐標(biāo)詳述，筆者講解的思路為先總體闡述天球坐標(biāo)名稱來(lái)源和原點(diǎn)選取，然后逐一按要點(diǎn)進(jìn)行講解。天球坐標(biāo)名稱來(lái)源是以基圈定名，所以會(huì)有地平坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系；因?yàn)樘斐嗟朗沁B接紐帶（參見(jiàn)圖3），以它命名的天球坐標(biāo)有兩個(gè)，分別是第一赤道坐標(biāo)系和第二赤道坐標(biāo)系。原點(diǎn)的選取講究“求同存異”，求同指同選“春分點(diǎn)”，存異指分選“南點(diǎn)”和“上點(diǎn)”（參見(jiàn)圖3）。至于始圈和終圈按球面坐標(biāo)系概述里的規(guī)定，對(duì)教材中的命名逐一解釋?？v橫坐標(biāo)的名稱也有規(guī)律可循。至此，四種天球坐標(biāo)名稱、分組和坐標(biāo)要點(diǎn)列表如下：

內(nèi)容進(jìn)行到這里，已經(jīng)打下了天球上的圓和點(diǎn)、天球坐標(biāo)概述及四種天球坐標(biāo)的基本要點(diǎn)的知識(shí)基礎(chǔ)。然后按照教材編排順序逐一進(jìn)行天球坐標(biāo)其他內(nèi)容的講述。比如說(shuō)坐標(biāo)值方向的選取、確定天體不同坐標(biāo)值以及天球坐標(biāo)間關(guān)系表達(dá)式等。由于天球坐標(biāo)基礎(chǔ)知識(shí)類比講解到位，圖表示意直觀明確，學(xué)生掌握牢靠，其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)困難就不太大，達(dá)到了有限學(xué)時(shí)盡快盡好掌握的教學(xué)目標(biāo)。

3.天球坐標(biāo)的作用及地理意義。四種天球坐標(biāo)各有其用，教材是通過(guò)文字描述的，在講課過(guò)程中筆者依然主要采用圖表加以說(shuō)明。如下所示：

總結(jié)及討論

通過(guò)表3可發(fā)現(xiàn)，地球上許多地理現(xiàn)象的產(chǎn)生，如熱量條帶、晝夜長(zhǎng)短、計(jì)時(shí)系統(tǒng)和四季更替等都是由于太陽(yáng)與其之間的聯(lián)系。由此有人總結(jié)出“地上現(xiàn)象，天上原因”。對(duì)于這些地理現(xiàn)象如果要從數(shù)理推導(dǎo)的角度加以精確化和證明，天球坐標(biāo)就是很好的選擇。因此，《地球概論》是地理專業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)，而天球坐標(biāo)是學(xué)習(xí)《地球概論》的基礎(chǔ)。但正如金祖孟、陳自悟先生在《地球概論》教材中強(qiáng)調(diào)“對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，天球坐標(biāo)顯得頭緒紛繁、難以接受。這需要有一定的耐心?！苯處熢谥v課過(guò)程中除了按教材講解知識(shí)外，更需要研究教材、分析學(xué)生、鉆研教法，理清知識(shí)間的層次和聯(lián)系，爭(zhēng)取在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生盡快盡好地掌握。筆者在本文中提到的分析學(xué)生實(shí)際，采用類比法、圖表結(jié)合法等分步講解天球和天球坐標(biāo)及其作用和地理意義不失為一次認(rèn)真的教學(xué)探究，并且在實(shí)際教學(xué)中獲得了良好的效果。當(dāng)然其中仍有需要改進(jìn)和提高的地方，歡迎同行和廣大師生指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙捷.高師地球概論課程改革探析［J］.陰山學(xué)刊,2011,25(2):96-99．

[2]曹健.天球坐標(biāo)的教學(xué)問(wèn)題［J］.蘇州教育學(xué)院學(xué)報(bào),1999,(4):78-79.

[3]李桂仙.“天球坐標(biāo)系”教學(xué)探微［J］.玉溪師范學(xué)院學(xué)報(bào),2000,16(S1):84-87.

[4]楊柯金.天球坐標(biāo)系的難點(diǎn)解析［J］.南陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,2(9):97-99.

[5]金祖孟,陳自悟.地球概論(第三版)［M］.高等教育出版社,1997,10-11.

作者單位：商洛學(xué)院城鄉(xiāng)發(fā)展與管理工程系陜西商洛