基于STEM教育理念的地理实验设计——以“太阳光照仪”为例

基于STEM教育理念,根据日晷仪、太阳高度角测量仪、太阳方位角测量仪以及“观竿测影”原理,设计了太阳光照仪实验。从原理探究、方案设计、原型可视、评价反思四方面展开实验,利用科学、技术、工程与数学知识辅助开展地理实验,设计实验时侧重原理探究与实验过程,实验结束后注重反思提升,以期提高学生地理实践力,探索STEM教育与地理实验结合的有效路径。

各种天气状况下太阳辐射照度与太阳光照度关系

以同济大学自建的小型气象台站测得的2009—2011年气象数据为基础,采用回归分析的方法分析了晴空指数、太阳高度角对太阳辐射照度与光照度关系的影响,发现它们对太阳辐射照度的影响整体上呈现非线性,且影响规律在各分区间内略微不同.因此,采用分段线性拟合的方法将晴空指数和太阳高度角分为9个区间,分别建立对应的太阳辐射照度与太阳光照度之间的线性拟合关系,并通过实测数据证明这种处理方式具有较高精度.结论适用于纬度和天气条件与上海相似的地区.

高温强太阳光照条件下蓝藻水华形成的实验研究(英文)

富营养化和藻类水华尤其是蓝藻水华在全世界范围内的湖泊中都有发生,但富营养化和水面藻类水华出现之间没有等同关系. 目前人们对水华形成机制还不是很了解,对水华的具体形成过程也不是很清楚,因此若能通过一定的途径使没有形成水面水华的富营养水体出现水面水华就对水华形成机制的研究很有意义. 实验选用高温季节里,于 2007 年 8 月 28 日将室外塑料蓝桶中培育的浮游植物丰富的天然水体—其中含有类颤藻鱼腥藻但其并不占据优势,引入到无色透明玻璃瓶中. 实验初始水体的 chl-a、TN 和 TP 依次为 615.20mg?m-3、9.144mg?L-1和 0.453mg?L-1. 2007 年 8 月 29 日对各处理进行营养盐的梯度添加,添加的营养盐为 KNO3和 KH2PO4. 共有 4 个营养盐添加梯度,添加的 N/P(质量比)为 7:1,其中添加的 N 的梯度为(mg?L-1):0,0.5,1.0 和 2.0. 实验过程中测定了水温、光合有效辐射、氮磷营养盐、叶绿素 a 和浮游植物种类的数量变化. 结果表明实验过程中各处理的营养盐和 chl-a 含量均比开始时有下降,同时各处理中水面出现了类颤藻鱼腥藻水华,且类颤藻鱼腥藻的数量随处理中营养盐添加量的增多而升高. 这说明了含有少量鱼腥藻的高chl-a含量的天然水体在高温季节引入到透明玻璃容器中后能形成水表面鱼腥藻水华,玻璃容器中的高温强光照条件和营养盐的添加能促进鱼腥藻在竞争中取得优势. 本实验利用小玻璃容器,排除了鱼类、风浪、底泥等多个因素的影响,集中关注营养盐添加和高温强光照因子,成功重现了蓝藻表面水华的发生. 营养盐添加水平与浮游植物种间竞争并导致水体表面水华发生之间的关系在此实验中得到很好的体现. 虽然本实验不能揭示蓝藻水华形成的具体机制,但为蓝藻水华形成机制研究提供了便捷的途径而很有意义.

太阳光照对湿地蒸发蒸腾的影响

通过构建潜流型人工湿地,在夏季时段对湿地蒸发蒸腾日变化规律进行了研究。通过回归分析发现,湿地的蒸发蒸腾与太阳光照和气温密切相关,而光照是影响湿地蒸发蒸腾的主要因素。试验结果表明,光强对湿地蒸腾作用影响较大,蒸腾引起的水量损失是植物湿地水量损失的主要原因,同时湿地水位对湿地的蒸发蒸腾和水量损失有着显著影响。

基于太阳光照强度的夏季玻璃温室温度建模

基于传热学、能量平衡以及质量平衡的温室理论模型,在分析太阳光照强度和太阳辐射强度关系的基础上,研究了夏季晴天玻璃温室封闭情况下太阳光照强度和温室温度关系;通过试验确定了温室自身降温的参数和太阳光照与温室温度变化率之间的参数,建立了温室室内温度和太阳光照以及温室室外温度之间的模型;通过晴天和多云天、雨天和阴天的试验验证发现:模型在这3种天气的均方根误差分别是0.500 3、0.474 7、0.629 1℃,模型能精确地模拟晴天温室温度,对雨天和阴天模拟效果也较好。这种建模方式在节约成本的同时也提出了另一种新思路,有一定的参考和推广价值。

空间光学遥感器太阳光照分析计算方法的研究

本文针对空间光学遥感器的太阳光照分析问题,综合考虑现有的研究技术和基础,介绍并比较了3种常用方法的优缺点,并根据空间遥感器镜面反射与漫反射情形并存的情况,提出了一种新的计算思路,即揉合了辐射度法和光线跟踪法的光照图法。根据这个思路在VC中建立仿真计算软件,并以FY-4大气垂直探测仪模型为例,定量计算了其光机结构主要部件的太阳光照仿真数据。

太阳光照吸收率对屋顶最优保温厚度的影响

对保温材料太阳光照吸收率从0~1变化,采用MATLAB矩阵函数求解瞬态热传导逐时太阳-空气温度。根据逐时太阳-空气温度计算南京办公建筑屋顶XPS保温全年采暖和制冷负荷。基于现值系数最大程度减少保温总成本和加热冷却能耗得到最优保温厚度。通过20年寿命周期计算,得出采用最优保温厚度节省经济成本和保温投资回收期。结果表明,减小太阳光照吸收率可有效降低屋顶外表面温度,随着太阳光照吸收率的减小,全年采暖热负荷线性增加,而空调冷负荷线性降低,冷负荷减小速率大于热负荷增加速率。最优保温厚度为6.3~7.1 cm。太阳光照吸收率对最优保温厚度影响不大,而对全年冷热负荷以及寿命周期节省经济成本影响较大。

基于视线清晰概率模型的区域级太阳光照资源可用性研究

太阳光是地球上生命的主要能量来源,合理利用太阳能源可抵消全球一大部分不可再生电力需求,缓解全球能源供给紧张。由于太阳光照资源的地面监测站点不具有大范围空间覆盖能力,可以考虑充分发挥卫星观测的优势,利用遥感卫星来进行持续高精度监测太阳光照资源时空规律。而定量反演太阳辐射强度需要考虑众多当时当地气候地理参数,计算过程较为受限,因此,基于遥感数据的太阳光照资源可用性的代理估算,对人类生活生产各方面都有着重要作用。本文基于视线清晰概率模型理论分析并选择二维泊松分布云模型下合适的云形状,辅以观测地理信息,通过建立云分数和日照时长之间关系分析太阳光照资源的可用性,实现日照时长的估算。

“体验教学模式”在中学地理教学中的应用——以“太阳光照图”的教学为例

普通高中《地理课程标准》提出＂重视对地理问题的探究,倡导自主学习、合作学习和探究学习,开展地理观测、地理考察、地理实验、地理调查和专题研究等实践活动＂的新理念,这其实是呼唤在教学过程中转变全体学生的学习方式,呼唤在教学中实行体验性学习。

“太阳光照图”简易教具的制作与运用

地球的运动产生了许多对人类生产生活具有重要影响的地理规律和地理现象,这些规律和现象是中学地理学习的重难点内容。利用地球运动相关规律和数学知识制作“太阳光照图”演示教具,并模拟演示太阳直射点的回归运动,通过观察、归纳可获取昼夜长短变化、正午太阳高度变化和其他相关重要地理规律。

太阳光照图综合判读技法

在高中地理课程教学中,太阳光照图是个难点。本文对这个知识点做了深入的研究总结,从＂基本原理和基础知识＂和＂综合判读＂两部分综合分析了太阳光照图综合判读技巧。

运用原理规律解决太阳光照实际问题的探索

运用知识解决一些日常实际问题,是高中地理教学的目标之一.地球运动的地理意义是高中地理教学的重点和难点所在.根据多年教学实践,以例证方式,探讨运用地理学原理和规律,指导学生分析和解决太阳光照方面实际问题的教学方法.

太阳光照图的判读

太阳光照图形态各异，包含的知识点密集，历来是高考中的重点和难点，在地理复习过程中要加强判读训练。

太阳光照条件的分级评述

为使太阳光照条件的定性描述有统一的定量化标准,依太阳光照度值把光照条件分为四个光区和十级光.四个光区分别为暗光区、弱光区、中光区和强光区;1～10级光分别为黑暗、昏暗、灰暗、微明、光明、透明、明亮、透亮、强光、烈光.对各级光照条件下的部分物理现象及生物学意义也进行了简要评述.

遥感卫星在侧视和偏航导引模式下太阳帆板光照角变化分析

遥感卫星通常工作在太阳同步轨道,姿态控制较为复杂。卫星可采用姿态侧视来扩大成像载荷探测范围,并通过姿态偏航导引来消除或补偿成像畸变。上面两种模式的姿态机动对太阳帆板光照角产生了较大影响,使得卫星一年当中不同时段太阳电池阵光照角差异很大,这对卫星电源系统设计有很大影响。文中通过分解卫星姿态和帆板安装位置影响因素,分析二者的影响,并利用坐标矩阵转换将光线矢量和帆板法线映射到同一坐标系下进行解算,从而得到光照角关系式。经过仿真验证该计算方法对光照角分析的有效性。

太阳光照图高考试题的解析及建议

近年太阳光照图的考查情况及分析通过近三年全国和各地高考地理试卷分析不难发现,近三年高考试题非常注重对光照图的考查(2006年9~11题,2007年6~8题,2008年8~11题),而且试题具有间接考查的特点。