冬至日测日影活动总结与反思
2010-04-26
20__年12月22日，我与我组几位老师及地理兴趣小组的学生们在我校北操场进行了“冬至日测日影”活动。一起探索实践地理第二课堂，以解决教学中的有关难点，培养学生的实践能力，开拓其地理思维，树立创新意识。
其后几天，在我组各位老师和兴趣小组学生的帮助下，我整理总结出本次活动的几点儿成果和反思，希望能对以后相关活动有所帮助。
一﹑活动时间与参加人员
20__年12月22日；
淮中分校地理兴趣小组辅导教师及全体学生
二﹑活动目的
1﹑观测并总结太阳方位周日变化周期规律；实地观测并总结记录本地日影长短变化及移动规律；
2﹑实地了解一天中太阳高度角大小变化规律，深刻理解太阳高度﹑正午太阳高度的概念及计算﹑测量方法；
3﹑在实践过程中加深理解地方时与北京时间的相互关系及其计算方法，培养地理学科思维和计算能力；
4﹑培养学生的收集数据﹑统计﹑分析相关数据的能力及绘图能力；
5﹑通过实践活动，激发学生学习﹑研究兴趣，增强科学探索意识﹑团队协作精神。三﹑活动工具
地面直立标杆一个（我们选用本校北操场上的一根竖直标杆）；
卷尺一个；电子表一个；计算器一个；锁一个；
细绳两根；
各色粉笔若干；
活动记录本、笔各一。
四、活动分工
本着分工协作的精神，全体成员分为四组，每组由1位辅导老师和3位兴趣小组学生组成。具体分工如下：
第一组负责测量各时间点对应的杆影长度并观测杆影的方位；
第二组负责读取所测量影长对应的标准北京时间；
第三组负责记录、收集并整理本次活动的有关图表、数据，绘出对应的图示；
第四组分析、计算，求出本校所在的地理经度、纬度、太阳高度、正午太阳高度等。
五、具体步骤
㈠场地布置
1、我校北操场地面较为平整，可就地取材，在其中的多个铁杆中利用铅垂线原理选择最竖直的一个。方法是：用一根细绳下端系锁成为简单的铅垂线，对这些铁杆逐个量试，选其中与铅垂线最平行的一个。
2、量取选定的铁杆之高度（159．5cm）并记录在活动记录本上。
3、取另一根细绳一端系于杆下，选择合适半径在另一端系一粉笔在偏北方向作一圆弧；同理，变换半径，做同心圆弧若干，分别量出其半径，记录在活动记录本上。需要注意：下端系绳要松，以便于绳结能左右转动；另一端所系的粉笔大小要适中，既不能太长影响半径
的精度，又不能太短半途而尽。
㈡测量工作
活动场地已经布置好，一、二两个小组各司其职，分别记录下每一时刻的杆影长度及方位。连线各点，可成杆影的移动轨迹。图像和具体实测数据见图1和表1。图1:活动中所取各点示意图
六、分析、计算、总结规律：
1、太阳高度的计算与日变化规律
用图示方法分别求出Hn=tan杆长/Ln（n=1、2、3……9）图2：太阳高度示意图
图3：太阳高度随时间变化示意图查三角函数值表，分别求出H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9，并作图如下:
2、正午太阳高度计算方法
tanH=杆长/正午日影长=1.595m/2.460m=0.84,查三角函数值表,可知H≈33N
3、杆影随太阳运动而长短变化，上午到中午逐渐变短、中午最短、下午又逐渐变长；且杆影长短关于当地中午时间对称。如图所示：
图4：杆影随时间变化示意图
4、计算本地经度：
方法有三：
其一、依测量中的最短影长（即图1中的点9）对应的北京时间为：12：22：33。根据地方时计算公式：本地经度为：11422′E.
其二、任取图示2中每一条弧线与日影轨迹两个交点（如1与9、2与8、3与7、4与6。）对应的北京时间ta, b;根据日影长度关于正午12：00（地方时）两侧对称的规律，可得本地地方时正午12：00时北京时间为ta＋(tb－ta)/即ta＋tb/2；再依据地方时计算公式可分别求出本地经度数值：如实测的两对关于正午对称的同一圆弧与日影的两交点对应时间分别为12：16：21与12：25：33；10：58：05与13：41：57，代入以上公式可计算得出本地经度值分别为：11446′E,115E;
其三、求以上所求各经度值的平均值。
5、计算本地纬度
根据本地冬至日正午太阳高度计算公式：H=90-（本地纬度+2326′），可求得本地纬度=6634′-H≈3334′N。
七、误差原因分析
1、使用GPS定位，我校经纬度坐标为（11451E′、3343′N）
2、误差产生的可能原因：
⑴标杆下的地面没有用水平仪测量，不是完全水平；
⑵标杆本身过粗，其上为圆顶，且直立程度不完全达标；
⑶地面为水泥质，且整个场地完全在阳光照射之下，杆影顶端不够清晰影响测量的精度；⑷所使用的北京时间不是绝对精确；
⑸测量点选择不够合理，对称点选取太少，使计算数据不能很好校正；
⑹选取的最短杆影2.46m主观性太强，并不一定为本日最短日影；
⑺测量工具本身和人为主观性必然会产生误差；
误差是必然存在的，我们追求的应是尽量减少误差，改进不足，力求尽善尽美，树立科学精神，为以后的测量工作提供经验与注意事项及改进的建议、设想。
八、改进方法设想
1、测量工具改进
为了让测量场地更水平，标杆更细更竖直，影日端点更清晰，设想如下：
⑴提前在选定的场地用水平议测量，如有不水平之处，处理之，确保活动场地的水平。
⑵对场地地面颜色加以处理，最好于其上涂以浅色（如白色），以使日影与地面增加对比度，更显清晰、准确。
⑶在场地南侧东西方向选取两根标杆，于其上方分别系上一根细绳的两端，在细绳系一铅垂线，以铅垂线代替标杆。
⑷以铅垂线下端对应的点为圆心，用铅笔代替粉笔系于另一细绳上作同心圆弧若干，方法同前。
2、测量方法改进
⑴通过网上授时中心获取更准确的北京时间，可反复调整电子表，直到其时间和北京时间分秒不差。
⑵在画圆弧时，可分别先测量其对应的半径，记录下来，画出圆弧后，再于每个圆弧上取几个点分别测量、验证，已达到进一步校正的目的。
⑶测量铅垂线最上端与地面的垂直距离，或反复调整上面的水平细绳，使其正好为一特殊值（如1.5m），以利于相关计算。
⑷时刻关注日影端点（即铅垂线最上端的影子）的移动轨迹，每逢它与所画的圆弧相交时，记录准确的北京时间并在地面上描出该点。这样，所测量的各点多在同一圆弧上成对出现，非常有利于以后的计算工作，且测量点可较均匀的分布。
⑸为了使最短日影的测量更精确，可提前做好南北方向的确定，以避免活动中测量正午日影过于主观。
3、计算方法改进
除了以上设想外，我认为还可以增加观测项目，如“测量地球的自转角速度”，“实践用手表指针定方向”，“冬至日日出日落时间（北京时间）的记录”，“冬至日一天中太阳视运动轨迹描绘”等等。这些活动也容易实施，但由于我们活动中准备不够周全而被忽略了，深感遗憾。九，活动之后的反思
活动结束后的几天里，我们所有的参加者都心情激动，而兴奋莫名，即通过活动获得了锻炼，又陷入深深的思考之中。
1、地理课堂需要甚至希望“第二课堂”以激发学生的求知探索欲望，培养学生对地理学科的兴趣爱好。也只有通过第二课堂的实践活动，才能在一定程度上弥补课堂之不足，甚至于在第二课堂中检验、巩固课堂知识，并可能有所思考、创新。
2、第二课堂是地理教学中重要的组成部分，但日常教学中，我们总有这样那样的顾虑，找理由推托而无法实践，这次，我们组织实施了此项活动，才知道它原来虽不容易，也没有想象中艰难。只有脚踏实地，身体力行，才能不断进步，反之，则陷入空想，终无所事事。
3、“天行有长，不为尧存，不为桀亡”，所以，我们要尊重甚至敬畏客观自然规律。但通过此次活动，我们同时能看到：每一个人只要勤思多动，去探索发现自然界的奥秘。并把它们应用于实践之中，就能一步步走进科学，接近真理。
4、活动进行过程中，我们每个人真切的甚或是心灵震撼的感觉到时光流逝的迅捷与无情，通过日影轨迹的描绘，我们眼睁睁地看着太阳的脚步轻盈地迈过，一刻不曾停留！不禁让人想起朱XX的著名散文——匆匆中的句子，“太阳他有脚啊，轻轻悄悄地挪移了；我也茫茫然跟着旋转。于是——洗手的时候，日子从水盆里过去；吃饭的时候，日子从饭碗里过去；默默时，便从凝然的双眼前过去。我觉察他去的匆匆了，伸出手遮挽时，他又从遮挽着的手边过去.......”
