杜志軍

摘 要：經(jīng)緯度的理論在初高中都有相應(yīng)的涉及，卻無(wú)經(jīng)緯度測(cè)量的方法和實(shí)驗(yàn)要求。學(xué)生對(duì)于掌握抽象的純理論知識(shí)興趣不大，因此，利用相關(guān)經(jīng)緯度測(cè)量的理論帶領(lǐng)學(xué)生自制經(jīng)緯度測(cè)量?jī)x，將理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)習(xí)的興趣。測(cè)量?jī)x側(cè)重于理論的驗(yàn)證和實(shí)踐操作，可運(yùn)用于北半球大部分地區(qū)當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度的簡(jiǎn)單測(cè)量。就自制中學(xué)實(shí)驗(yàn)操作型經(jīng)緯測(cè)量?jī)x進(jìn)行分析，并在實(shí)踐操作過(guò)程中不斷反思和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：經(jīng)緯度；測(cè)量?jī)x；操作；自制

一、研究背景

應(yīng)試壓力和素質(zhì)教育的矛盾使很多一線(xiàn)教師充滿(mǎn)無(wú)奈。雖然，課本中有著眾多的“活動(dòng)”“案例”“讀圖思考”等來(lái)提升學(xué)生的知識(shí)技能，但在學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的安排上卻比較缺乏。而實(shí)際上高中課本中的很多地理現(xiàn)象、地理原理、地理過(guò)程的實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)都可以通過(guò)教師的“信手拈來(lái)”來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，制作經(jīng)緯度測(cè)量?jī)x（下文簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)量?jī)x）。

二、理論基礎(chǔ)

1.緯度測(cè)量的相關(guān)理論

利用北半球當(dāng)?shù)鼐暥扰c北極星之間的關(guān)系，即北半球當(dāng)?shù)氐乩砭暥鹊扔诋?dāng)?shù)乇睒O星的仰角。如圖1，從而可以利用測(cè)得的當(dāng)?shù)乇睒O星的仰角來(lái)確定當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

2.經(jīng)緯測(cè)量的相關(guān)理論

（1）一天中影子的變化規(guī)律

一天之中，太陽(yáng)東升西落，影子日出時(shí)向西，日落時(shí)向東，一天中影子的長(zhǎng)短和方位關(guān)于當(dāng)?shù)卣缬白訉?duì)稱(chēng)，且當(dāng)?shù)卣缬伴L(zhǎng)為一天最短。因此，可以通過(guò)正午前后的相等長(zhǎng)度的2個(gè)時(shí)刻的影子計(jì)算出正午影子出現(xiàn)的當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)。

（2）地方時(shí)的計(jì)算

在地球上經(jīng)度相差15°，時(shí)間相差一個(gè)小時(shí)，即經(jīng)度相差1°，時(shí)間相差4分鐘?？梢砸源藶榛A(chǔ)，利用之前得出的正午最短影子出現(xiàn)的時(shí)間和某個(gè)參照經(jīng)度的時(shí)間（如北京時(shí)間為120°E的地方時(shí)）來(lái)計(jì)算出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度。

三、實(shí)驗(yàn)儀器的制作

測(cè)量?jī)x的制作采取了最為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、最為理想的制作方式、可操作性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量?jī)x由標(biāo)桿、皮尺、教學(xué)用圓規(guī)、指南針組成。

1.標(biāo)桿的制作

測(cè)量?jī)x的主體部分為標(biāo)桿。標(biāo)桿設(shè)計(jì)為利用2截長(zhǎng)60 cm的廢棄方形鋼管來(lái)制作，鋼管并排焊接，留出2 cm的中縫（測(cè)緯度時(shí)將北極星置于中縫中），在鋼管底部加焊一根長(zhǎng)30cm可用于固定在地表的舊鋼筋，在標(biāo)桿頂部安裝一個(gè)指南針，整根標(biāo)桿長(zhǎng)約90 cm。

2.北極星仰角刻度的刻畫(huà)

將量角器放大，并將刻度畫(huà)在一張足夠大的白色紙上。將制作好的標(biāo)桿垂直放置于畫(huà)好的量角器0°刻線(xiàn)上，此時(shí)可以得出量角器上各刻度與標(biāo)桿的相對(duì)位置，從而畫(huà)出標(biāo)桿上可用于測(cè)量仰角的角度。具體操作時(shí)，先畫(huà)出標(biāo)桿左邊鋼管上的刻度，在利用兩根鋼管對(duì)稱(chēng)的關(guān)系將左側(cè)鋼管上的刻度導(dǎo)致右側(cè)鋼管，且右側(cè)鋼管采用熒光筆畫(huà)刻度，有利于夜間觀(guān)測(cè)。而由于標(biāo)桿離量角器原點(diǎn)的距離不同將影響到標(biāo)桿上刻度的分布，因此，在刻畫(huà)刻度時(shí)我們將標(biāo)桿與量角器原點(diǎn)的距離設(shè)定為30 cm。如圖2：

四、實(shí)驗(yàn)操作

1.緯度測(cè)量

將標(biāo)桿垂直放置于地面，利用指南針找出北方，將圓規(guī)的一個(gè)腳對(duì)其標(biāo)桿底部，并水平，另一只腳指向北方，找出北極星，將北極星置于標(biāo)桿中縫，即可量出北極星的仰角，確定當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

2.經(jīng)度計(jì)算

在北京時(shí)間12點(diǎn)前將標(biāo)桿垂直放置于地面，確定出此時(shí)的影子及長(zhǎng)度，記下北京時(shí)間。利用該影長(zhǎng)在標(biāo)桿的有影子的一側(cè)畫(huà)出一條圓弧，當(dāng)標(biāo)桿影子再次落在圓弧上時(shí)，記下此時(shí)北京時(shí)間。先后記錄的兩個(gè)北京時(shí)間可以推算出當(dāng)?shù)卣?2點(diǎn)時(shí)北京時(shí)間。利用兩個(gè)時(shí)間差計(jì)算出經(jīng)度差，從而推算出當(dāng)?shù)亟?jīng)度。

五、實(shí)驗(yàn)操作反饋及測(cè)量?jī)x的改進(jìn)

教師及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。一是該實(shí)驗(yàn)的精度有限；二是可測(cè)得的緯度范圍有限，且只能測(cè)算北半球；三是實(shí)驗(yàn)儀器的制作還是比較麻煩，不夠簡(jiǎn)易；四是圓規(guī)一腳的水平不好確定，導(dǎo)致測(cè)得的緯度存在誤差。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和討論，我們將測(cè)量?jī)x進(jìn)行了較大幅度改進(jìn)。首先，不再將量角器的刻度刻畫(huà)于標(biāo)桿上，而是利用廣告噴繪技術(shù)將刻度繪制在長(zhǎng)條形紙上形成刻度表。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可將該刻度表貼在標(biāo)桿上，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求的不同噴繪不同量角器與標(biāo)桿距離的刻度表。其次，不再利用圓規(guī)來(lái)尋找測(cè)量緯度。而是利用一段繩子代替圓規(guī)，繩上刻畫(huà)出不同長(zhǎng)度的刻度。最后，由于刻度表的出現(xiàn)和繩子代替了圓規(guī)，對(duì)于標(biāo)桿的要求也進(jìn)一步降低，我們直接利用用來(lái)測(cè)量緯度的繩子作為標(biāo)桿。

實(shí)驗(yàn)操作時(shí)將繩子彎折成三角形，測(cè)量時(shí)，將刻度表貼在繩子垂直的一條邊上，與之連接的一邊水平放置，第三條邊用來(lái)尋找和確定北極星的仰角。而在測(cè)量經(jīng)度時(shí)也是將繩子分成兩段，一段垂直于地面代替原來(lái)的標(biāo)桿，另一段用來(lái)確定影長(zhǎng)和畫(huà)出圓弧。

最終，我們的測(cè)量?jī)x由繩子、刻度表、指南針組成。構(gòu)成簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適用性較強(qiáng)成為改進(jìn)后的測(cè)量?jī)x的突出特點(diǎn)。當(dāng)然，由于教師個(gè)人能力和技術(shù)的限制，無(wú)法制作形成高精度的測(cè)量?jī)x，但卻也能很好地用于教學(xué)，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升動(dòng)手實(shí)踐能力有較大的幫助。