2.2 大气受热过程和大气运动教师教学用书
第二章 地球上的大气
2.2 大气受热过程和大气运动
【教学目标和要求】
1.运用示意图等,说明大气受热过程,并解释相关现象。
2.运用示意图等,说明大气保温作用,并解释相关现象。
3.运用示意图等,说明大气热力环流原理,并解释相关现象。
4.运用示意图等,说明风的形成和风向规律。
【教材设计思路】
根据课程标准要求,本节教材重点落实“说明大气受热过程与热力环流原理,并解释相关现象”的内容,其方法要求是“运用示意图等”。课程标准中本条“内容要求”的“大气”是指低层大气,其高度不超过对流层顶。
大气受热过程,实际上是太阳辐射、地面辐射和大气辐射之间相互转化的过程。大气受热过程重点需要学生掌握的是大气是怎样受热的,以及对流层大气的主要直接热源。在大气受热过程中出现的“保温作用”,是学生后续学习全球变暖知识的基础。
大气热力环流是理解大气运动需要的基本原理之一。它在大气受热状况的基础上解答了“大气为什么会运动”这一问题。大气一旦运动,还需要解答“大气是怎样运动的”这个问题,而大气的运动,以水平运动为主。因此,解答这个问题,需要大气水平运动—风的知识。大气热力环流和大气水平运动—风的知识,都是理解大气运动需要的基本原理。
与大气受热过程有关的现象,包括气温随海拔升高而降低、城市热岛效应、温室效应等。与大气热力环流原理有关的现象,包括小尺度的海陆风、大尺度的行星风系等。
课程标准要求达成本部分教学要求的方法是“运用示意图等”,与本部分内容相关的示意图包括大气受热过程示意图、大气保温作用示意图、大气热力环流形成示意图、海陆风示意图、城市热岛环流示意图、风向与力的关系示意图等。
综上所述,为了落实“运用示意图等,说明大气受热过程与热力环流原理,并解释相关现象”这条“内容要求”,教材设计了“大气的受热过程”“大气对地面的保温作用”“大气热力环流”和“大气的水平运动—风”四个标题的内容。
第一个标题“大气的受热过程”部分,首先通过文字资料简单介绍太阳辐射和地面辐射在大气中的转化过程,最后为了更好落实“运用示意图”的方法要求,用大气受热过程示意图和文字相结合的方式,总结大气的受热过程。
第二个标题“大气对地面的保温作用”部分,重点说明大气逆辐射和大气保温作用原理。为了让学生进一步理解大气的保温作用原理,设计了“说明地球大气的保温作用”的活动。
第三个标题“大气热力环流”部分,用文字资料和示意图相结合的方式,说明大气热力环流的形成过程。为了让学生能够运用大气热力环流原理解释相关现象,设计了“城市热岛环流”的案例和“绘制海陆间大气热力环流示意图”的活动。
第四个标题“大气的水平运动—风”部分,用图文结合的方式说明风和力的关系。为了让学生能够理解和运用这部分知识,设计了“根据等压线确定风向和风速”的活动。
工业革命以后,由人类活动导致的二氧化碳等温室气体排放增多,使得全球变暖加剧。而有效减缓全球变暖、限制温室气体排放,离不开科学研究和科学家的贡献。教材结合本节内容,设计了“温室气体的发现”的自学窗,旨在让学生理解科学研究需要经历的一般过程,培养学生的科学精神。本节内容结构如图2-3所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.情境设计选取了《台海使槎录》中记述福建、台湾两地海陆风的风向特点和风向差异的一段古文资料。选择这段古文资料的原因:一是资料内容记载了海陆风的特点,与所要学习的内容吻合;二是资料内容与生活联系密切,有利于学生建立学习内容与生活的联系,有利于培养学生的学习兴趣。
2.《台海使槎录》中的“内地之风,早西晚东”说的是台湾海峡西岸沿海地区,海陆风的日变化规律;“台地早东风,午西风”说的是台湾海峡东岸沿海地区,海陆风的日变化规律。这里的“四时皆然”反映了海陆风的规律性。海陆风是一种典型的大气热力环流
大气受热过程
1.太阳是离地球最近的一颗恒星,其表面温度约为6000K,内部温度更高,所以太阳不停地向外辐射巨大的能量。太阳辐射能主要是波长在0.4-0.76微米的可见光,约占总辐射量的50%;其次是波长大于0.76微米的红外辐射,约占总辐射能的43%;波长小于0.4微米的紫外辐射,约占7%。相对于地球辐射来说,太阳辐射的波长比较短,故称太阳辐射为短波辐射。教材以脚注的形式解释了太阳辐射为短波辐射的原因地面和大气吸收热能后,依据本身的温度不停地向外辐射能量。由于地面和大气的温度远低于太阳的温度,地面和大气辐射的主要波长在4-120微米。相对于太阳辐射来说,地面辐射和大气辐射的波长较长,故称为长波辐射。对于地面辐射为长波辐射的原因,教材同样以脚注的形式解释。而对于大气辐射为长波辐射的原因,因为其与地面辐射同理,所以没有单独解释。
2.“大气的受热过程”这部分内容从课程标准层面来说,重点是让学生了解“地面是大气主要的直接热源”,以理解大气热力环流和大气运动。为此,不需要讲述大气对太阳辐射的削弱作用,只需讲清楚太阳加热地面、地面加热大气这一过程。所以,教材简化了大气对太阳辐射削弱作用的内容。在教材中大气的受热过程示意图(图2.9)中没有画大气的吸收、反射、散射等作用,只示意性地画出太阳短波辐射被大气少量吸收后到达地面、地面长波辐射被大气大量吸收后射向宇宙空间。另外,此图也没有单独画出大气逆辐射。
大气对地面的保温作用
1.大气逆辐射使地面实际损失的热量比它以长波辐射放出的热量少,大气的这种作用称为大气的保温作用。大气对地面的这种保温作用类似于栽培农作物的温室,因此俗称“温室效应”。后来温室效应成为一个专业术语,指低层大气由于对长波和短波辐射的吸收特性不同而引起的增温现象。温室效应的原理是大气的保温作用,而与温室大棚的原理并不相同。
2.活动通过地球和月球辐射过程的对比,让学生理解地球大气保温作用的意义。教材用示意图的形式,示意了地球和月球表面的辐射过程,重点是让学生理解大气逆辐射的意义,以及培养学生运用示意图说明原理的能力。
大气热力环流
1.大气热力环流的案例,主要有海陆风、山谷风和城市热岛环流。受篇幅限制,教材在案例栏目选择了与人类活动关系较密切的城市热岛环流,海陆风的内容安排在活动栏目中,而山谷风由于涉及高差和山坡的斜坡,其气流比较复杂,因此教材没有涉及。
2.“案例”介绍了城市热岛环流,以及城市热岛环流与人类活动的关系。安排这个案例的主要目的:一是让学生运用热力环流原理解释身边的现象;二是培养学生的人地协调观。
3.教材安排了主题为“绘制海陆间大气热力环流模式图”的活动,引导学生完成海陆风的形成过程示意图,理解海陆风对滨海地区气温的调节作用。这个活动的主要目的是让学生学会运用示意图解释相关现象,培养学生的绘图技能,让学生进一步理解大气热力环流原理。
大气的水平运动—风
1.大气的水平运动称为风。这种水平运动是在力的作用下产生的。作用于空气的力有气压梯度力、地转偏向力、摩擦力,空气作曲线运动时还受到惯性离心力的作用。以上四种力都是在水平方向上作用于空气的力,它们对空气的影响是不一样的。一般说来,气压梯度力是使空气产生运动的直接动力,是最基本的力;其他力是在空气开始运动后产生和起作用的,而且所起的作用视具体情况而不同。地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大,而对于低纬地区特别是赤道附近的空气运动,因量值很小可不予考虑。惯性离心力在空气作曲线运动时起作用,而在空气运动近于直线时,可忽略不计。摩擦力主要在摩擦层中起作用,而对自由大气中的空气运动也可不予考虑。地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态,但却能影响空气运动的方向和速度;气压梯度力既可改变空气运动的状态,又可使空气由静止状态转变为运动状态。
教材用图像和文字相结合的方式,说明了不同状况下作用于风的力,以及由其形成的风向。教材中图2.14示意了只受水平气压梯度力作用的风向,图2.15以北半球高空为例示意了受水平气压梯度力和地转偏向力作用的风向,图2.16以北半球近地面为例示意了受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用的风向。这部分内容需要物理学中“力与运动”和“合力”的知识。另外,需要强调的是示意图中的要素,都是处于同一水平面上的。图中作用于风的力,也都是水平方向上的力。教材用的是二维图,这一点需要特别注意。
2.“活动”通过实际气压分布图,让学生分析形成风的力,再根据力的情况,进一步确定风向和比较风速。这个活动主要目的是让学生进一步理解风和力的关系,并根据实际情况判断风向。
3.“自学窗”的重点不是让学生了解温室气体,而是让学生了解温室气体的发现过程,即从开始的理论猜想到后来的科学实验。通过学习让学生懂得科学研究需要经历的一般过程,从而培养学生的科学精神。
【教学建议】
教学思路及方法建议
教学总体上可以遵循“情境感知-原理说明-实践应用-共同建构”的思路展开。首先利用教材设计的情境《台海使槎录》中关于台湾海峡两岸风向特点和风向差异的描述,提出核心问题:风是怎样形成的?为什么台湾海峡两岸风向的日变化相反呢?接着运用原理示意图和模拟实验等方法说明大气受热过程、大气对地面的保温作用以及大气热力环流等知识,并应用原理解释生产、生活中的相关现象。然后运用图示法说明大气的水平运动—风。最后师生共同归纳知识框架及核心问题的结论。具体教学过程中要注意以下三点。
一、本节内容逻辑性、原理性较强,教学中要紧密联系实际。
大气受热过程、大气对地面的保温作用、大气热力环流及大气的水平运动—风等知识都是自然地理中经典的基本原理和基本过程,理论性较强。学生受经验所限,对许多地理事物和现象及其原理和规律缺乏认识,就事论事地说明和讲解容易使学生提不起兴趣甚至产生畏难情绪,所以教学中教师要充分把握地理学与人们生产、生活关系密切的特点,寻找原理、规律与现实生活的最佳结合点,运用通俗易懂的语
言,并通过创设情境、板图板画、模拟实验等多种方式在学生的已知和未知之间搭建桥梁,突出重点,化解难点,让学生感知大气环境与现实生活的紧密联系,并体验学习的乐趣和意义。
二、通过对基本原理和基本过程的学习,培养学生基本的地理技能。
课标要求“运用示意图”,即要求学生利用原理示意图学习并说明相关的大气原理。地理原理性知识是引导学生将知识转化为技能,解决“学会学习”问题的重要途径。教学中要精心组织和安排学习内容,加强对图表分析、地理实验等基本地理技能的训练和培养。在学习大气受热过程、大气对地面的保温作用、大气热力环流等知识的基础上,教师要有意识地强化联系的观点,引导学生绘制联系图,利用图形语言厘清地理事物和现象之间的内在联系及因果关系,使学生更容易理解地理事象的形成过程。图像语言的掌握还可以帮助学生构建缜密的地理思维,形成地理脑图,提高地理学习的自主性和成就感。此外,通过图-文、图-图、文-图的转换与核心概念互动,帮助学生不仅理解知识的来龙去脉,还能使用文字和图像语言等从多角度阐释原理。
三、教学中要增强欣赏和解释大气现象的意识和能力,以培养学生的科学审美能力。
教师可以通过挖掘知识的内在联系,精心设计教学活动,使学习内容的逻辑美与教学环节的逻辑美融为一体。寓知识的逻辑联系于层层递进、环环相扣的教学环节,帮助学生在结构井然的整体学习中做到心中有数、前后贯通,并能学以致用。
例如,“大气热力环流”这一内容的知识内在逻辑关系为:
（文字识别）近地面空气的受热或冷却→同一水平面上的气压差异→大气的水平运动（风）→地区间的大气热力环流。
教师可设计以下教学流程展开具体原理和应用的教学:
（文字识别）近理解大气为什么运动→绘制大气运动示意图→分析大气运动带来的影响→解释相关现象。
重点和难点
本节内容的教学重点是“说明大气受热过程和大气热力环流原理”;难点是“能够用事实解释自然界和生活中的热力环流”以及“说明风的形成和风向规律”。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
方式一:利用教材的情境设计“台湾海峡两岸的风向差异”进行引导、拓展。文献资料形象地说明了两地的风向日变化,教师启发学生思考:风是大气运动的形式之一,大气运动最重要的能量源自哪里呢?
方式二:以月球和地球表面的昼夜温差对比作为情境导入,引导学生思考:为什么月球表面昼夜温度变化比地球表面剧烈得多?学生很容易得出与大气有关的结论。教师追问:大气是如何缓和地球表面昼夜温度变化的?自然过渡到本节课的学习主题。
方式三:由生活经验导入。日常经历告诉我们阳光照射让人感到温暖;和阴天相比,晴朗天气时路面会变得更热……教师提出问题:这些现象背后的原因是什么呢?自然引入学习内容。
【大气的受热过程】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、运用原理示意图剖析大气受热过程
教材以图文结合的方式说明大气受热过程。这是本节课的核心知识,也是后面学习大气热力环流原理的基础。教学中教师可以引导学生阅读教材中图2.9,也可以借助板图呈现大气的受热过程。结合第一节所学的大气组成知识,重点理解和掌握地面是近地面大气主要的直接热源的原理:太阳辐射加热地面,使地面增温;地面加热大气,使大气增温。
二、应用大气受热过程原理解释相关现象,学习生活化的地理
教师在讲解过程中可以充分调动学生的生活体验和学习经验解释相关现象。例如,为什么对流层大气上部冷下部热?为什么高处不胜寒?为什么拉萨被称为“日光城”?通过在抽象的书本知识和鲜活的现实世界之间搭建桥梁,一方面引导学生养成关注身边地理现象的意识和习惯;另一方面增强学生运用所学知识对生活中的地理现象进行解释的意识与能力。也可以请学生举例加以说明,在讲解过程中了解其对原理的掌握程度。
【大气对地面的保温作用】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、通过图-文、图-图转换与核心概念互动,阐释大气保温作用和温室效应
1.教师可以在图2.9的基础上结合文字说明,引导学生利用图示法直观呈现大气辐射和大气逆辐射,理解大气在获得热能后对地面的保温作用。这一作用是通过“截留加补偿”的方式共同完成的,即大气截留了绝大部分的地面辐射,然后依据自身温度向外辐射,射向地面的部分即大气逆辐射,使地面实际损失的热量比它放出的热量少,故对地面起到保温作用。如果没有这一系列复杂的“接力游戏”,地面的平均温度要低得多。
2.大气保温作用是本节课需要重点阐述的基本原理。教师不断通过图-文、文-图、图-图的转换加强与核心概念互动。可以用“太阳暖大地、大地暖大气、大气还大地”来概括大气受热过程和对地面的保温作用。也可以给出关键术语“太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射、长波辐射、短波辐射、大气保温作用”等,请学生绘制联系图以厘清思路、明确概念间的关系。还可以对基础图作图一图变式转换,请学生填图说明大气受热过程的各个环节,在加工图像信息的过程中加深对原理的理解,并灵活运用。
二、应用原理解释相关现象,深化知识理解
教学中可以选取身边的案例深化理解,例如霜冻多出现在晴朗的夜晚,冬季“月夜苦寒”等。教师还可以创设情境,鼓励学生在虚拟现实中尝试分析问题、解决问题。例如,2014年暑假,厦门华侨大学5位学生从成都出发,穿着轮滑鞋行走2159千米,经过33天的跋涉抵达拉萨。行程中他们为了应对青藏高原自然环境的特殊性,携带了防晒霜、防寒衣物、高压锅等物品,请用所学知识说明理由。
【活动:说明地球大气的保温作用】
1.该活动的开展主要实现以下两个功能。
一是理论联系实际,让学生应用所学原理解释相关现象。通过地球和月球辐射过程的对比,让学生深入理解地球大气的保温作用。二是认识大气对地球环境及人类活动的重要意义。
2.对第一个问题的解答,教材用箭头示意了月球和地球表面昼夜各类辐射的方向及相互间的联系,学生通过仔细读图便可准确回答。
3.对第二个问题的解答,重点在引导学生思考大气逆辐射的作用。
4.对第三个问题的解答,可通过与月球情况的对比,让学生理解大气对太阳辐射的削弱作用和大气逆辐射对地表昼夜温差的减缓作用,进一步认识大气对地面的保温作用。
第二课时
【承转】可以参考以下三种方式。
方式一:教师可以沿用教材的情境设计,提出问题:为什么台湾海峡两岸风向的日变化相反呢?风是怎样形成的?其他地区也有类似现象吗?对于这些问题,可以先让学生交流讨论,然后发表看法。教师仔细聆听,在归纳学生的想法中导入新课。
方式二:模拟实验导入。教师可以创设情境展示真实世界中的“大气热力环流现象”,设计实验步骤,采用小组合作模拟实验。然后提出导入问题:由实验可以得出哪些结论?教师也可预先录好实验的视频在课堂播放,然后提出问题。通过模拟实验形成感性认识并激发学生的探究热情。
方式三:利用学生的经历导入。结合在海滨或大湖畔的旅行体验,提问:为什么风有时从海洋(大湖)吹向陆地,有时从陆地吹向海洋(大湖)?也可以结合生活经验,例如,在炎热的夏季,走进一个宽敞且装有空调的大楼,当打开大门时,首先“欢迎”我们的是一股急速的冷空气,这股空气急流就是人们常说的风。它是怎么形成的呢?教师提出相关问题导入。
【大气热力环流】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、设计问题链开展原理教学
大气热力环流是基本的自然地理原理,也是本节的重点。它承前启后,既承接大气的受热过程,又是学习大气水平运动—风的基础。教师可先带领学生从生活经验出发,引导学生了解由于下垫面性质差异、天气状况不同等原因,地区间存在冷热不均现象。然后设计暗含知识逻辑关系的问题链,引导学生按此逻辑思路展开学习。(1)理解大气为什么运动;(2)绘图示意大气如何运动;(3)分析大气运动带来哪些影响;(4)利用大气运动解释相关现象。问题链相当于学习任务前的综合提要,帮助学生做到心中有数;同时又提供了学习后的逻辑梳理,帮助学生前后贯通,把握结构,从整体上建构知识体系。具体教学时,教师可以边板图边讲解或进行多媒体教学,使学生在掌握大气热力环流原理的过程中体会气温、气压、气流运动和天气现象之间的关系。在各种大气要素中,人们对气压的变化是最不敏感的,而气压是影响天气变化的重要因素,并与温度、风等其他要素存在因果关系,所以教师可以采用举例的方式以通俗易懂的语言说明气压的概念。
二、拓展学生对大气热力环流的感性认识,应用所学原理解释生活中的相关现象
1.鼓励学生举例说明生活中存在的大气热力环流现象,然后通过文字、图片和视频等资料呈现海陆间热力环流、城市热岛环流、山谷风等,让学生直观体验大气热力环流是一种常见的自然现象。如宋代诗人陆游曾写道:“城市尚余三伏热,秋光先到野人家”,这说明古人就已察觉城市与农村的气温差异。同时启发学生运用原理解释上述情境中的现象。
2.引导学生采用图示法对现实问题作出解释,如绘制台湾海峡两岸风向的日变化图。在绘制过程中,教师要观察学生的基本推理顺序,这既体现学生对大气热力环流基本原理的理解程度,又体现学生灵活运用知识在新情境中解决问题的能力。教师还需根据学生作图中出现的问题不断调整教学策略。此外,还可以引导学生从地理视角赏析诗词中蕴含的意境美和科学美。例如,“烟湿树姿娇,雨余山态活”一句出自杜牧的《池州送孟迟先辈》,诗文描绘了夏季午后山坡上降雨后出现的烟雾缭绕的情景。这种现象在我国南方低山丘陵地区较为常见。由此启发学生思考我国南方夏季午后山坡上多降雨的原因。
【案例:城市热岛环流】
1.城市热岛环流是常见的大气热力环流现象。教学中教师可以引导学生结合自身体验比较城市和乡村气温的差异,感知城市热岛环流的存在;然后描述并绘制城市热岛环流示意图;在此基础上分析城市热岛环流对城市空气质量以及天气和气候的影响。
2.通过展示图片、文字等信息鼓励学生多角度分析城市热岛环流形成的原因,继而激发学生思考减弱城市热岛效应的措施。治理措施的提岀应与形成原因相对应。除了教材给出的合理规划城市工业企业布局外,还可以启发学生从“吸热源”和“放热源”等角度加以分析,培养学生分析地理现象的能力。
3.教师可以结合时事热点如“海绵城市”的建设等,开阔学生视野,引导学生思考海绵城市是如何缓解城市热岛效应的。也可以组织学生在课外进行实地考察,在实践中升华对地理现象的认识,提高对原理的应用能力。
4.对该主题感兴趣的学生,教师可以激励他们继续收集一些大城市数年内气温、降水和空气质量等方面的资料,寻找这些地理要素的特征、变化与城市发展间的联系。
【活动:绘制海陆间大气热力环流模式图】
1.该活动的开展主要实现三个功能:一是引导学生应用所学原理解释海陆间热力环流现象从而提高学生解决问题的能力;二是通过环环相扣的作图步骤说明,为学生实现知识和能力的迁移提供思路;三是通过分析大气热力环流对滨海地区气温的调节作用,启发学生思考大气热力环流对地理环境的影响,培养学生的综合思维能力。
2.对第一、第二问的解答,教师可引导学生根据提供的四个绘制步骤边绘制边解释,进一步认识白天海陆间大气热力环流的形成,在绘制过程中体验并加深对气温、气压和风向之间关系的理解。
3.对第三问的解答,可以启发学生思考海陆间热力环流对地理环境的影响,同时引导学生根据风的性质(如温度和湿度)思考其对滨海地区气温的调节作用,以及对人类的生产与生活的影响。
4.教师也可根据实际教学情况,将绘制台湾海峡两岸风向的日变化作为主要活动内容。
【大气的水平运动—风】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、紧扣形成风的力开展原理教学
1.教学中教师可引导学生阅读图2.14和文字,结合大气热力环流知识,边板图边讲解(或多媒体演示),着重掌握以下几方面的内容:(1)水平气压梯度力的概念和表示方法;(2)水平气压梯度力是形成风的直接原因,是最基本的力;(3)水平气压梯度力的大小与等压线疏密的关系,是判断风力大小的主要因素。
2.对于图2.15的教学,教师同样引导学生阅读图文,结合地转偏向力知识,边板图边讲解(或多媒体演示),着重掌握以下几方面:(1)地转偏向力对风向的具体影响,即在北半球向右偏转,在南半球向左偏转;(2)地转偏向力始终垂直于风向;(3)受地转偏向力影响,风向逐渐偏离水平气压梯度力的方向,直到两个力达到平衡;(4)风向与等压线平行的情况一般只出现在高空;(5)地转偏向力只改变风向,不改变风速。
3.对于图2.16的教学,教师可引导学生阅读示意图,着重掌握以下几方面:(1)摩擦力与物体运动方向相反;(2)摩擦力可减小风速;(3)水平气压梯度力、地转偏向力、近地面摩擦力等力的合成决定风的方向:(4)风向与等压线斜交的情况一般出现在近地面。
4.分析风向的形成原因时,教师可以启发学生结合物理学“力的合成”原理进行,也可自制教具演示高空或近地面的风向,以培养和提高学生科学探究的意识和能力。
5.在上述学习的基础上,师生共同归纳三个作用力对风力和风向的影响。
二、结合“思考”和“活动”指导学生在给定的等压线分布图上确定风向
1.确定南半球近地面的风向,关键是明确地转偏向力的方向(使气流向左偏转)。在此基础上,综合南北半球风向的表示方法,全面掌握大气的运动规律。第一步:判断气压高低,然后用虚线画出水平气压梯度力。第二步:判断南、北半球,近地面还是高空,然后用实线画出偏转后的风向。第三步:读出具体风向,即风的来向。最后将此步骤和规律运用到真实的海平面等压线图中加以实践。
2.在给定的实际海平面等压线分布图上,引导学生在真实的问题情境中根据等压线的概念和分布规律,正确判断各地风向,掌握近地面大气的运动规律。
【活动:根据等压线确定风向和风速】
1.教师可以首先指导学生正确阅读气压分布图中的信息,如高低气压中心、等压线疏密变化的分布特征等,然后着手分析三个问题。
2.对第一问等压线的疏密与气压梯度大小关系的解答,一方面可以根据教材所给文字资料加以说明;另一方面教师也可以引导学生回忆初中地理学过的等高线知识加以分析。等高线越密集,高差越大,地形越陡。等压线的原理与此相同。
3.对第二问的解答,教师可引导学生根据形成近地面风的作用力画出具体的风向。
4.对第三问的解答,风速大小的比较应紧密结合气压梯度的大小得出结论,即水平气压梯度力越大,风速越大。
【自学窗:温室气体的发现】
1.本自学窗为拓展性内容,教师可以结合课时情况、学生学习能力等相机安排。
2.教师可以引导学生结合教材的文字描述,了解温室气体发现的过程。此外通过学习本自学窗,还可引导学生认识科学探索的一般过程和方法—提出科学问题、提出假设、设计实验步骤、分析数据、得出结论等,同时感悟求真、求实、探索、创新的科学精神。
评价建议
一、评价目标
根据教学目标,参照学业质量标准,可制定本节评价目标(表2-5)。
表2-5 第二章第二节教学与评价目标
1.认知测评着重关注对知识和原理的理解过程。例如在评价学生是否掌握了大气受热过程时,不能以能否准确复述教材相应文字作为评价的标准,而要关注学生是否能够结合示意图通过读图、析图、绘图等多种形式积极进行知识的自我建构,并通过语言、文字和图像等多种方式灵活地加以表达。
2.在教学评价中要注重对学生认知方法和思维水平的评价。本节内容重在对大气受热过程和热力环流等基本原理的分析及应用,所以要关注学生在学习过程中能否准确地利用文字语言和图像语言说明原理的形成过程及逻辑关系,同时是否知道这些知识在生产、生活中的应用。在说明和应用原理时教师要对学生表现出的信息获取和加工能力以及地理思维方法进行合理地评价。例如,在根据等压线确定风向和风速时,学生能否在海平面气压分布图上根据等压线分布规律正确画出各地的风向,并从中总结确定风向的一般规律和方法。
3.情感态度价值观评价可以放在具体情境中进行。例如,在案例“城市热岛环流”中提出可以采取哪些措施减弱城市热岛效应,以唤起学生利用所学原理保护大气环境、建设宜居城市的迫切感和责任感。在具体的课堂互动交流中,设计能让学生深刻思考大气环境与人类活动关系的问题,教师在学生回答问题的过程中评价学生的人地协调观水平。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:说明地球大气的保温作用(材料略)
1.观察图2.10,找出地球比月球多了哪些辐射途径。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-6。
表2-6 活动表现评价及样例
对本活动中学生的表现评价可参考表2-7。
表2-7 活动表现评价及样例
对本活动中学生的表现评价可参考表2-8。
表2-8 活动表现评价及样例
1.在图2.13a上,按如下步骤完成白天海陆间大气的热力环流模式图。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-9。
表2-9 活动表现评价及样例
3.分析夏季大气热力环流对滨海地区气温的调节作用。
对活动中学生的表现评价可参考表2-10。
表2-10 活动表现评价及样例
1.略。
2.在图上画出甲、乙两地的风向。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-11。
表2-11 活动表现评价及样例
对本活动中学生的表现评价可参考表2-12
表2-12 活动表现评价及样例
2.2 大气受热过程和大气运动
【教学目标和要求】
1.运用示意图等,说明大气受热过程,并解释相关现象。
2.运用示意图等,说明大气保温作用,并解释相关现象。
3.运用示意图等,说明大气热力环流原理,并解释相关现象。
4.运用示意图等,说明风的形成和风向规律。
【教材设计思路】
根据课程标准要求,本节教材重点落实“说明大气受热过程与热力环流原理,并解释相关现象”的内容,其方法要求是“运用示意图等”。课程标准中本条“内容要求”的“大气”是指低层大气,其高度不超过对流层顶。
大气受热过程,实际上是太阳辐射、地面辐射和大气辐射之间相互转化的过程。大气受热过程重点需要学生掌握的是大气是怎样受热的,以及对流层大气的主要直接热源。在大气受热过程中出现的“保温作用”,是学生后续学习全球变暖知识的基础。
大气热力环流是理解大气运动需要的基本原理之一。它在大气受热状况的基础上解答了“大气为什么会运动”这一问题。大气一旦运动,还需要解答“大气是怎样运动的”这个问题,而大气的运动,以水平运动为主。因此,解答这个问题,需要大气水平运动—风的知识。大气热力环流和大气水平运动—风的知识,都是理解大气运动需要的基本原理。
与大气受热过程有关的现象,包括气温随海拔升高而降低、城市热岛效应、温室效应等。与大气热力环流原理有关的现象,包括小尺度的海陆风、大尺度的行星风系等。
课程标准要求达成本部分教学要求的方法是“运用示意图等”,与本部分内容相关的示意图包括大气受热过程示意图、大气保温作用示意图、大气热力环流形成示意图、海陆风示意图、城市热岛环流示意图、风向与力的关系示意图等。
综上所述,为了落实“运用示意图等,说明大气受热过程与热力环流原理,并解释相关现象”这条“内容要求”,教材设计了“大气的受热过程”“大气对地面的保温作用”“大气热力环流”和“大气的水平运动—风”四个标题的内容。
第一个标题“大气的受热过程”部分,首先通过文字资料简单介绍太阳辐射和地面辐射在大气中的转化过程,最后为了更好落实“运用示意图”的方法要求,用大气受热过程示意图和文字相结合的方式,总结大气的受热过程。
第二个标题“大气对地面的保温作用”部分,重点说明大气逆辐射和大气保温作用原理。为了让学生进一步理解大气的保温作用原理,设计了“说明地球大气的保温作用”的活动。
第三个标题“大气热力环流”部分,用文字资料和示意图相结合的方式,说明大气热力环流的形成过程。为了让学生能够运用大气热力环流原理解释相关现象,设计了“城市热岛环流”的案例和“绘制海陆间大气热力环流示意图”的活动。
第四个标题“大气的水平运动—风”部分,用图文结合的方式说明风和力的关系。为了让学生能够理解和运用这部分知识,设计了“根据等压线确定风向和风速”的活动。
工业革命以后,由人类活动导致的二氧化碳等温室气体排放增多,使得全球变暖加剧。而有效减缓全球变暖、限制温室气体排放,离不开科学研究和科学家的贡献。教材结合本节内容,设计了“温室气体的发现”的自学窗,旨在让学生理解科学研究需要经历的一般过程,培养学生的科学精神。本节内容结构如图2-3所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.情境设计选取了《台海使槎录》中记述福建、台湾两地海陆风的风向特点和风向差异的一段古文资料。选择这段古文资料的原因:一是资料内容记载了海陆风的特点,与所要学习的内容吻合;二是资料内容与生活联系密切,有利于学生建立学习内容与生活的联系,有利于培养学生的学习兴趣。
2.《台海使槎录》中的“内地之风,早西晚东”说的是台湾海峡西岸沿海地区,海陆风的日变化规律;“台地早东风,午西风”说的是台湾海峡东岸沿海地区,海陆风的日变化规律。这里的“四时皆然”反映了海陆风的规律性。海陆风是一种典型的大气热力环流
大气受热过程
1.太阳是离地球最近的一颗恒星,其表面温度约为6000K,内部温度更高,所以太阳不停地向外辐射巨大的能量。太阳辐射能主要是波长在0.4-0.76微米的可见光,约占总辐射量的50%;其次是波长大于0.76微米的红外辐射,约占总辐射能的43%;波长小于0.4微米的紫外辐射,约占7%。相对于地球辐射来说,太阳辐射的波长比较短,故称太阳辐射为短波辐射。教材以脚注的形式解释了太阳辐射为短波辐射的原因地面和大气吸收热能后,依据本身的温度不停地向外辐射能量。由于地面和大气的温度远低于太阳的温度,地面和大气辐射的主要波长在4-120微米。相对于太阳辐射来说,地面辐射和大气辐射的波长较长,故称为长波辐射。对于地面辐射为长波辐射的原因,教材同样以脚注的形式解释。而对于大气辐射为长波辐射的原因,因为其与地面辐射同理,所以没有单独解释。
2.“大气的受热过程”这部分内容从课程标准层面来说,重点是让学生了解“地面是大气主要的直接热源”,以理解大气热力环流和大气运动。为此,不需要讲述大气对太阳辐射的削弱作用,只需讲清楚太阳加热地面、地面加热大气这一过程。所以,教材简化了大气对太阳辐射削弱作用的内容。在教材中大气的受热过程示意图(图2.9)中没有画大气的吸收、反射、散射等作用,只示意性地画出太阳短波辐射被大气少量吸收后到达地面、地面长波辐射被大气大量吸收后射向宇宙空间。另外,此图也没有单独画出大气逆辐射。
大气对地面的保温作用
1.大气逆辐射使地面实际损失的热量比它以长波辐射放出的热量少,大气的这种作用称为大气的保温作用。大气对地面的这种保温作用类似于栽培农作物的温室,因此俗称“温室效应”。后来温室效应成为一个专业术语,指低层大气由于对长波和短波辐射的吸收特性不同而引起的增温现象。温室效应的原理是大气的保温作用,而与温室大棚的原理并不相同。
2.活动通过地球和月球辐射过程的对比,让学生理解地球大气保温作用的意义。教材用示意图的形式,示意了地球和月球表面的辐射过程,重点是让学生理解大气逆辐射的意义,以及培养学生运用示意图说明原理的能力。
大气热力环流
1.大气热力环流的案例,主要有海陆风、山谷风和城市热岛环流。受篇幅限制,教材在案例栏目选择了与人类活动关系较密切的城市热岛环流,海陆风的内容安排在活动栏目中,而山谷风由于涉及高差和山坡的斜坡,其气流比较复杂,因此教材没有涉及。
2.“案例”介绍了城市热岛环流,以及城市热岛环流与人类活动的关系。安排这个案例的主要目的:一是让学生运用热力环流原理解释身边的现象;二是培养学生的人地协调观。
3.教材安排了主题为“绘制海陆间大气热力环流模式图”的活动,引导学生完成海陆风的形成过程示意图,理解海陆风对滨海地区气温的调节作用。这个活动的主要目的是让学生学会运用示意图解释相关现象,培养学生的绘图技能,让学生进一步理解大气热力环流原理。
大气的水平运动—风
1.大气的水平运动称为风。这种水平运动是在力的作用下产生的。作用于空气的力有气压梯度力、地转偏向力、摩擦力,空气作曲线运动时还受到惯性离心力的作用。以上四种力都是在水平方向上作用于空气的力,它们对空气的影响是不一样的。一般说来,气压梯度力是使空气产生运动的直接动力,是最基本的力;其他力是在空气开始运动后产生和起作用的,而且所起的作用视具体情况而不同。地转偏向力对高纬地区或大尺度的空气运动影响较大,而对于低纬地区特别是赤道附近的空气运动,因量值很小可不予考虑。惯性离心力在空气作曲线运动时起作用,而在空气运动近于直线时,可忽略不计。摩擦力主要在摩擦层中起作用,而对自由大气中的空气运动也可不予考虑。地转偏向力、惯性离心力和摩擦力虽然不能使空气由静止状态转变为运动状态,但却能影响空气运动的方向和速度;气压梯度力既可改变空气运动的状态,又可使空气由静止状态转变为运动状态。
教材用图像和文字相结合的方式,说明了不同状况下作用于风的力,以及由其形成的风向。教材中图2.14示意了只受水平气压梯度力作用的风向,图2.15以北半球高空为例示意了受水平气压梯度力和地转偏向力作用的风向,图2.16以北半球近地面为例示意了受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力共同作用的风向。这部分内容需要物理学中“力与运动”和“合力”的知识。另外,需要强调的是示意图中的要素,都是处于同一水平面上的。图中作用于风的力,也都是水平方向上的力。教材用的是二维图,这一点需要特别注意。
2.“活动”通过实际气压分布图,让学生分析形成风的力,再根据力的情况,进一步确定风向和比较风速。这个活动主要目的是让学生进一步理解风和力的关系,并根据实际情况判断风向。
3.“自学窗”的重点不是让学生了解温室气体,而是让学生了解温室气体的发现过程,即从开始的理论猜想到后来的科学实验。通过学习让学生懂得科学研究需要经历的一般过程,从而培养学生的科学精神。
【教学建议】
教学思路及方法建议
教学总体上可以遵循“情境感知-原理说明-实践应用-共同建构”的思路展开。首先利用教材设计的情境《台海使槎录》中关于台湾海峡两岸风向特点和风向差异的描述,提出核心问题:风是怎样形成的?为什么台湾海峡两岸风向的日变化相反呢?接着运用原理示意图和模拟实验等方法说明大气受热过程、大气对地面的保温作用以及大气热力环流等知识,并应用原理解释生产、生活中的相关现象。然后运用图示法说明大气的水平运动—风。最后师生共同归纳知识框架及核心问题的结论。具体教学过程中要注意以下三点。
一、本节内容逻辑性、原理性较强,教学中要紧密联系实际。
大气受热过程、大气对地面的保温作用、大气热力环流及大气的水平运动—风等知识都是自然地理中经典的基本原理和基本过程,理论性较强。学生受经验所限,对许多地理事物和现象及其原理和规律缺乏认识,就事论事地说明和讲解容易使学生提不起兴趣甚至产生畏难情绪,所以教学中教师要充分把握地理学与人们生产、生活关系密切的特点,寻找原理、规律与现实生活的最佳结合点,运用通俗易懂的语
言,并通过创设情境、板图板画、模拟实验等多种方式在学生的已知和未知之间搭建桥梁,突出重点,化解难点,让学生感知大气环境与现实生活的紧密联系,并体验学习的乐趣和意义。
二、通过对基本原理和基本过程的学习,培养学生基本的地理技能。
课标要求“运用示意图”,即要求学生利用原理示意图学习并说明相关的大气原理。地理原理性知识是引导学生将知识转化为技能,解决“学会学习”问题的重要途径。教学中要精心组织和安排学习内容,加强对图表分析、地理实验等基本地理技能的训练和培养。在学习大气受热过程、大气对地面的保温作用、大气热力环流等知识的基础上,教师要有意识地强化联系的观点,引导学生绘制联系图,利用图形语言厘清地理事物和现象之间的内在联系及因果关系,使学生更容易理解地理事象的形成过程。图像语言的掌握还可以帮助学生构建缜密的地理思维,形成地理脑图,提高地理学习的自主性和成就感。此外,通过图-文、图-图、文-图的转换与核心概念互动,帮助学生不仅理解知识的来龙去脉,还能使用文字和图像语言等从多角度阐释原理。
三、教学中要增强欣赏和解释大气现象的意识和能力,以培养学生的科学审美能力。
教师可以通过挖掘知识的内在联系,精心设计教学活动,使学习内容的逻辑美与教学环节的逻辑美融为一体。寓知识的逻辑联系于层层递进、环环相扣的教学环节,帮助学生在结构井然的整体学习中做到心中有数、前后贯通,并能学以致用。
例如,“大气热力环流”这一内容的知识内在逻辑关系为:
（文字识别）近地面空气的受热或冷却→同一水平面上的气压差异→大气的水平运动（风）→地区间的大气热力环流。
教师可设计以下教学流程展开具体原理和应用的教学:
（文字识别）近理解大气为什么运动→绘制大气运动示意图→分析大气运动带来的影响→解释相关现象。
重点和难点
本节内容的教学重点是“说明大气受热过程和大气热力环流原理”;难点是“能够用事实解释自然界和生活中的热力环流”以及“说明风的形成和风向规律”。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
方式一:利用教材的情境设计“台湾海峡两岸的风向差异”进行引导、拓展。文献资料形象地说明了两地的风向日变化,教师启发学生思考:风是大气运动的形式之一,大气运动最重要的能量源自哪里呢?
方式二:以月球和地球表面的昼夜温差对比作为情境导入,引导学生思考:为什么月球表面昼夜温度变化比地球表面剧烈得多?学生很容易得出与大气有关的结论。教师追问:大气是如何缓和地球表面昼夜温度变化的?自然过渡到本节课的学习主题。
方式三:由生活经验导入。日常经历告诉我们阳光照射让人感到温暖;和阴天相比,晴朗天气时路面会变得更热……教师提出问题:这些现象背后的原因是什么呢?自然引入学习内容。
【大气的受热过程】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、运用原理示意图剖析大气受热过程
教材以图文结合的方式说明大气受热过程。这是本节课的核心知识,也是后面学习大气热力环流原理的基础。教学中教师可以引导学生阅读教材中图2.9,也可以借助板图呈现大气的受热过程。结合第一节所学的大气组成知识,重点理解和掌握地面是近地面大气主要的直接热源的原理:太阳辐射加热地面,使地面增温;地面加热大气,使大气增温。
二、应用大气受热过程原理解释相关现象,学习生活化的地理
教师在讲解过程中可以充分调动学生的生活体验和学习经验解释相关现象。例如,为什么对流层大气上部冷下部热?为什么高处不胜寒?为什么拉萨被称为“日光城”?通过在抽象的书本知识和鲜活的现实世界之间搭建桥梁,一方面引导学生养成关注身边地理现象的意识和习惯;另一方面增强学生运用所学知识对生活中的地理现象进行解释的意识与能力。也可以请学生举例加以说明,在讲解过程中了解其对原理的掌握程度。
【大气对地面的保温作用】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、通过图-文、图-图转换与核心概念互动,阐释大气保温作用和温室效应
1.教师可以在图2.9的基础上结合文字说明,引导学生利用图示法直观呈现大气辐射和大气逆辐射,理解大气在获得热能后对地面的保温作用。这一作用是通过“截留加补偿”的方式共同完成的,即大气截留了绝大部分的地面辐射,然后依据自身温度向外辐射,射向地面的部分即大气逆辐射,使地面实际损失的热量比它放出的热量少,故对地面起到保温作用。如果没有这一系列复杂的“接力游戏”,地面的平均温度要低得多。
2.大气保温作用是本节课需要重点阐述的基本原理。教师不断通过图-文、文-图、图-图的转换加强与核心概念互动。可以用“太阳暖大地、大地暖大气、大气还大地”来概括大气受热过程和对地面的保温作用。也可以给出关键术语“太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射、长波辐射、短波辐射、大气保温作用”等,请学生绘制联系图以厘清思路、明确概念间的关系。还可以对基础图作图一图变式转换,请学生填图说明大气受热过程的各个环节,在加工图像信息的过程中加深对原理的理解,并灵活运用。
二、应用原理解释相关现象,深化知识理解
教学中可以选取身边的案例深化理解,例如霜冻多出现在晴朗的夜晚,冬季“月夜苦寒”等。教师还可以创设情境,鼓励学生在虚拟现实中尝试分析问题、解决问题。例如,2014年暑假,厦门华侨大学5位学生从成都出发,穿着轮滑鞋行走2159千米,经过33天的跋涉抵达拉萨。行程中他们为了应对青藏高原自然环境的特殊性,携带了防晒霜、防寒衣物、高压锅等物品,请用所学知识说明理由。
【活动:说明地球大气的保温作用】
1.该活动的开展主要实现以下两个功能。
一是理论联系实际,让学生应用所学原理解释相关现象。通过地球和月球辐射过程的对比,让学生深入理解地球大气的保温作用。二是认识大气对地球环境及人类活动的重要意义。
2.对第一个问题的解答,教材用箭头示意了月球和地球表面昼夜各类辐射的方向及相互间的联系,学生通过仔细读图便可准确回答。
3.对第二个问题的解答,重点在引导学生思考大气逆辐射的作用。
4.对第三个问题的解答,可通过与月球情况的对比,让学生理解大气对太阳辐射的削弱作用和大气逆辐射对地表昼夜温差的减缓作用,进一步认识大气对地面的保温作用。
第二课时
【承转】可以参考以下三种方式。
方式一:教师可以沿用教材的情境设计,提出问题:为什么台湾海峡两岸风向的日变化相反呢?风是怎样形成的?其他地区也有类似现象吗?对于这些问题,可以先让学生交流讨论,然后发表看法。教师仔细聆听,在归纳学生的想法中导入新课。
方式二:模拟实验导入。教师可以创设情境展示真实世界中的“大气热力环流现象”,设计实验步骤,采用小组合作模拟实验。然后提出导入问题:由实验可以得出哪些结论?教师也可预先录好实验的视频在课堂播放,然后提出问题。通过模拟实验形成感性认识并激发学生的探究热情。
方式三:利用学生的经历导入。结合在海滨或大湖畔的旅行体验,提问:为什么风有时从海洋(大湖)吹向陆地,有时从陆地吹向海洋(大湖)?也可以结合生活经验,例如,在炎热的夏季,走进一个宽敞且装有空调的大楼,当打开大门时,首先“欢迎”我们的是一股急速的冷空气,这股空气急流就是人们常说的风。它是怎么形成的呢?教师提出相关问题导入。
【大气热力环流】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、设计问题链开展原理教学
大气热力环流是基本的自然地理原理,也是本节的重点。它承前启后,既承接大气的受热过程,又是学习大气水平运动—风的基础。教师可先带领学生从生活经验出发,引导学生了解由于下垫面性质差异、天气状况不同等原因,地区间存在冷热不均现象。然后设计暗含知识逻辑关系的问题链,引导学生按此逻辑思路展开学习。(1)理解大气为什么运动;(2)绘图示意大气如何运动;(3)分析大气运动带来哪些影响;(4)利用大气运动解释相关现象。问题链相当于学习任务前的综合提要,帮助学生做到心中有数;同时又提供了学习后的逻辑梳理,帮助学生前后贯通,把握结构,从整体上建构知识体系。具体教学时,教师可以边板图边讲解或进行多媒体教学,使学生在掌握大气热力环流原理的过程中体会气温、气压、气流运动和天气现象之间的关系。在各种大气要素中,人们对气压的变化是最不敏感的,而气压是影响天气变化的重要因素,并与温度、风等其他要素存在因果关系,所以教师可以采用举例的方式以通俗易懂的语言说明气压的概念。
二、拓展学生对大气热力环流的感性认识,应用所学原理解释生活中的相关现象
1.鼓励学生举例说明生活中存在的大气热力环流现象,然后通过文字、图片和视频等资料呈现海陆间热力环流、城市热岛环流、山谷风等,让学生直观体验大气热力环流是一种常见的自然现象。如宋代诗人陆游曾写道:“城市尚余三伏热,秋光先到野人家”,这说明古人就已察觉城市与农村的气温差异。同时启发学生运用原理解释上述情境中的现象。
2.引导学生采用图示法对现实问题作出解释,如绘制台湾海峡两岸风向的日变化图。在绘制过程中,教师要观察学生的基本推理顺序,这既体现学生对大气热力环流基本原理的理解程度,又体现学生灵活运用知识在新情境中解决问题的能力。教师还需根据学生作图中出现的问题不断调整教学策略。此外,还可以引导学生从地理视角赏析诗词中蕴含的意境美和科学美。例如,“烟湿树姿娇,雨余山态活”一句出自杜牧的《池州送孟迟先辈》,诗文描绘了夏季午后山坡上降雨后出现的烟雾缭绕的情景。这种现象在我国南方低山丘陵地区较为常见。由此启发学生思考我国南方夏季午后山坡上多降雨的原因。
【案例:城市热岛环流】
1.城市热岛环流是常见的大气热力环流现象。教学中教师可以引导学生结合自身体验比较城市和乡村气温的差异,感知城市热岛环流的存在;然后描述并绘制城市热岛环流示意图;在此基础上分析城市热岛环流对城市空气质量以及天气和气候的影响。
2.通过展示图片、文字等信息鼓励学生多角度分析城市热岛环流形成的原因,继而激发学生思考减弱城市热岛效应的措施。治理措施的提岀应与形成原因相对应。除了教材给出的合理规划城市工业企业布局外,还可以启发学生从“吸热源”和“放热源”等角度加以分析,培养学生分析地理现象的能力。
3.教师可以结合时事热点如“海绵城市”的建设等,开阔学生视野,引导学生思考海绵城市是如何缓解城市热岛效应的。也可以组织学生在课外进行实地考察,在实践中升华对地理现象的认识,提高对原理的应用能力。
4.对该主题感兴趣的学生,教师可以激励他们继续收集一些大城市数年内气温、降水和空气质量等方面的资料,寻找这些地理要素的特征、变化与城市发展间的联系。
【活动:绘制海陆间大气热力环流模式图】
1.该活动的开展主要实现三个功能:一是引导学生应用所学原理解释海陆间热力环流现象从而提高学生解决问题的能力;二是通过环环相扣的作图步骤说明,为学生实现知识和能力的迁移提供思路;三是通过分析大气热力环流对滨海地区气温的调节作用,启发学生思考大气热力环流对地理环境的影响,培养学生的综合思维能力。
2.对第一、第二问的解答,教师可引导学生根据提供的四个绘制步骤边绘制边解释,进一步认识白天海陆间大气热力环流的形成,在绘制过程中体验并加深对气温、气压和风向之间关系的理解。
3.对第三问的解答,可以启发学生思考海陆间热力环流对地理环境的影响,同时引导学生根据风的性质(如温度和湿度)思考其对滨海地区气温的调节作用,以及对人类的生产与生活的影响。
4.教师也可根据实际教学情况,将绘制台湾海峡两岸风向的日变化作为主要活动内容。
【大气的水平运动—风】
这部分内容的教学可分两个层次展开。
一、紧扣形成风的力开展原理教学
1.教学中教师可引导学生阅读图2.14和文字,结合大气热力环流知识,边板图边讲解(或多媒体演示),着重掌握以下几方面的内容:(1)水平气压梯度力的概念和表示方法;(2)水平气压梯度力是形成风的直接原因,是最基本的力;(3)水平气压梯度力的大小与等压线疏密的关系,是判断风力大小的主要因素。
2.对于图2.15的教学,教师同样引导学生阅读图文,结合地转偏向力知识,边板图边讲解(或多媒体演示),着重掌握以下几方面:(1)地转偏向力对风向的具体影响,即在北半球向右偏转,在南半球向左偏转;(2)地转偏向力始终垂直于风向;(3)受地转偏向力影响,风向逐渐偏离水平气压梯度力的方向,直到两个力达到平衡;(4)风向与等压线平行的情况一般只出现在高空;(5)地转偏向力只改变风向,不改变风速。
3.对于图2.16的教学,教师可引导学生阅读示意图,着重掌握以下几方面:(1)摩擦力与物体运动方向相反;(2)摩擦力可减小风速;(3)水平气压梯度力、地转偏向力、近地面摩擦力等力的合成决定风的方向:(4)风向与等压线斜交的情况一般出现在近地面。
4.分析风向的形成原因时,教师可以启发学生结合物理学“力的合成”原理进行,也可自制教具演示高空或近地面的风向,以培养和提高学生科学探究的意识和能力。
5.在上述学习的基础上,师生共同归纳三个作用力对风力和风向的影响。
二、结合“思考”和“活动”指导学生在给定的等压线分布图上确定风向
1.确定南半球近地面的风向,关键是明确地转偏向力的方向(使气流向左偏转)。在此基础上,综合南北半球风向的表示方法,全面掌握大气的运动规律。第一步:判断气压高低,然后用虚线画出水平气压梯度力。第二步:判断南、北半球,近地面还是高空,然后用实线画出偏转后的风向。第三步:读出具体风向,即风的来向。最后将此步骤和规律运用到真实的海平面等压线图中加以实践。
2.在给定的实际海平面等压线分布图上,引导学生在真实的问题情境中根据等压线的概念和分布规律,正确判断各地风向,掌握近地面大气的运动规律。
【活动:根据等压线确定风向和风速】
1.教师可以首先指导学生正确阅读气压分布图中的信息,如高低气压中心、等压线疏密变化的分布特征等,然后着手分析三个问题。
2.对第一问等压线的疏密与气压梯度大小关系的解答,一方面可以根据教材所给文字资料加以说明;另一方面教师也可以引导学生回忆初中地理学过的等高线知识加以分析。等高线越密集,高差越大,地形越陡。等压线的原理与此相同。
3.对第二问的解答,教师可引导学生根据形成近地面风的作用力画出具体的风向。
4.对第三问的解答,风速大小的比较应紧密结合气压梯度的大小得出结论,即水平气压梯度力越大,风速越大。
【自学窗:温室气体的发现】
1.本自学窗为拓展性内容,教师可以结合课时情况、学生学习能力等相机安排。
2.教师可以引导学生结合教材的文字描述,了解温室气体发现的过程。此外通过学习本自学窗,还可引导学生认识科学探索的一般过程和方法—提出科学问题、提出假设、设计实验步骤、分析数据、得出结论等,同时感悟求真、求实、探索、创新的科学精神。
评价建议
一、评价目标
根据教学目标,参照学业质量标准,可制定本节评价目标(表2-5)。
表2-5 第二章第二节教学与评价目标
| 评价目标 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 |
| 说明大气受热过程,并解释相关现象 | 能说出大气受热过程中各种辐射的名称及其相互间的因果关系 | 能准确说明大气受热的各个环节,并绘制原理示意图 | 能在给定案例和问题情境中应用大气受热过程的原理解释相关现象 | |
| 说明大气对地面的保温作用,并解释相关现象 | 能说明大气逆辐射的含义及其作用 | 能准确说明大气保温作用的过程及其意义,并绘制原理示意图 | 能在给定案例和问题情境中应用大气的保温作用原理解释相关现象 | |
| 说明大气热力环流原理,并解释相关现象 | 能说出大气热力环流的各个环节，但缺乏逻辑联系 | 能准确说明大气热力环流的形成过程 | 能准确说明大气热力环流的形成过程，并绘制原理示意图加以说明 | 能结合真实案例和问题情境应用大气的保温作用原理解释说明相关现象 |
| 说明风的形成和风向规律 | 能说明形成风的力的名称和风向规律 | 能在实际的海平面气压分布图上判断各地风向并比较风力大小 | 能在实际的海平面气压分布图上判断各地风向和风力,说明一般规律 | |
| 体验大气环境与人类活动的关系 | 在对大气环境的学习探究中知道大气对人类活动具有影响 | 能结合具体的大气基本原理,认识大气对人类活动的影响,认识人类活动要遵循自然规律, 要与自然和谐相处 | 能结合大气基本原理的学习,欣赏气象中的景观美;能深刻领悟大气对人类活动的具体影响,理解人地和谐的重要性,形成因地制宜的观念 | |
| 探究大气环境的科学精神和实践能力 | 对大气的受热过程和大气运动有一定兴趣,能够查阅一些资料,提取较为简单的信息 | 对探究大气有较强的主动性与兴趣, 能够结合所学自主设计问题并尝试查阅资料进行多角度回答;能够综合多方看法 | 对探究大气表现出主动性与热情,敢于提出自己的想法,并能获取和处理较复杂的信息 |
二、评价建议
1.认知测评着重关注对知识和原理的理解过程。例如在评价学生是否掌握了大气受热过程时,不能以能否准确复述教材相应文字作为评价的标准,而要关注学生是否能够结合示意图通过读图、析图、绘图等多种形式积极进行知识的自我建构,并通过语言、文字和图像等多种方式灵活地加以表达。
2.在教学评价中要注重对学生认知方法和思维水平的评价。本节内容重在对大气受热过程和热力环流等基本原理的分析及应用,所以要关注学生在学习过程中能否准确地利用文字语言和图像语言说明原理的形成过程及逻辑关系,同时是否知道这些知识在生产、生活中的应用。在说明和应用原理时教师要对学生表现出的信息获取和加工能力以及地理思维方法进行合理地评价。例如,在根据等压线确定风向和风速时,学生能否在海平面气压分布图上根据等压线分布规律正确画出各地的风向,并从中总结确定风向的一般规律和方法。
3.情感态度价值观评价可以放在具体情境中进行。例如,在案例“城市热岛环流”中提出可以采取哪些措施减弱城市热岛效应,以唤起学生利用所学原理保护大气环境、建设宜居城市的迫切感和责任感。在具体的课堂互动交流中,设计能让学生深刻思考大气环境与人类活动关系的问题,教师在学生回答问题的过程中评价学生的人地协调观水平。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:说明地球大气的保温作用(材料略)
1.观察图2.10,找出地球比月球多了哪些辐射途径。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-6。
表2-6 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅以罗列的形式简单说明 | 大气对太阳辐射的反射、吸收作用,大气对地面辐射的吸收作用,大气辐射等 |
|
水平2 |
能充分挖掘图像信息,并从白天和黑夜两个时段分别加以说明 | 白天:大气对太阳辐射的反射、吸收等削弱作用;大气对地面辐射的吸收作用:射向地面的大气逆辐射。夜晚:大气吸收地面辐射:大气逆辐射 |
2.说明上述辐射途径对地球昼夜温差的影响。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-7。
表2-7 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅能简单地说明对地球昼夜温差的影响结果 | 使地球昼夜温差减小 |
| 水平2 | 能结合具体的辐射途径简要说明对地球昼夜温差的影响 | 白天有大气对太阳辐射的削弱作用,所以地面温度不致上升太高;夜晚有大气逆辐射对地面的保温作用,使地面降温不致太快。所以地球表面昼夜温差较小 |
| 水平3 | 能应用原理结合具体的辐射途径详细说明对地球昼夜温差的影响 | 有大气的地球,白天小部分太阳辐射在穿过大气层时被大气反射、散射和吸收,到达大气上界的太阳辐射不能全部到达地面,使地面温度不致上升太高。夜间大部分地面辐射被近地面大气吸收,大气在吸收热量的同时以大气逆辐射的方式把热量还给地面,在一定程度上补偿了地面辐射热量的损失,使地表夜间的降温速度减慢。正是由于大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用,地表温度变化比较和缓 |
3.说明月球表面昼夜温度变化比地球表面剧烈得多的原因。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-8。
表2-8 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅能简单地用“没有大气”加以说明 | 月球上没有大气,所以昼夜温度变化剧烈 |
| 水平2 | 能应用原理简要说明 | 白天没有大气对太阳辐射的削弱作用,月球表面温度迅速升高;夜晚没有大气的保温作用,月球表面温度迅速降低 |
| 水平3 | 能应用原理结合具体的辐射形式和过程准确说明 | 没有大气的月球,白天太阳辐射全部到达月面,使月球表面温度迅速升高。夜晚,月球表面辐射强烈,没有大气的保温作用,温度下降速度很快。所以月球表面温度昼夜变化比地球表面剧烈得多 |
活动2:绘制海陆间大气热力环流模式图(材料略)
1.在图2.13a上,按如下步骤完成白天海陆间大气的热力环流模式图。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-9。
表2-9 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 判断出海洋和陆地温度的高低,后续接连出错 | 略 |
| 水平2 | 根据提示步骤按要求逐步准确画出相应内容 | 略 |
2.略。
3.分析夏季大气热力环流对滨海地区气温的调节作用。
对活动中学生的表现评价可参考表2-10。
表2-10 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 直接给出结论,未能应用原理加以说明 | 使滨海地区的气温日较差较小 |
| 水平2 | 能应用原理分别从白天和夜晚简单说明 | 白天海风对滨海地区起到降温的作用;夜晚陆风对滨海地区同样起到降温的作用。海陆风使得滨海地区的气温日较差较小 |
| 水平3 | 能应用原理推断海陆风的性质并加以准确说明 | 白天来自海洋的风较凉爽湿润,对滨海地区起到降温的作用;夜晚来自陆地的风较凉爽干燥,对滨海地区能够起到降温的作用。海陆风使得滨海地区的气温日较差较小 |
活动3:根据等压线确定风向和风速(材料略)
1.略。
2.在图上画出甲、乙两地的风向。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-11。
表2-11 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅根据水平气压梯度力的方向画出风向 | 略 |
| 水平2 | 能画出水平气压梯度力并结合地转偏向力和摩擦力正确画出风向 | 略 |
| 水平3 | 能画出水平气压梯度力并结合地转偏向力和摩擦力正确画出风向,同时标注风向名称 | 甲地吹西北风(偏北风),乙地吹东北风(偏东风) |
3.比较甲、乙两地风速的大小,并说明理由。
对本活动中学生的表现评价可参考表2-12
表2-12 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅根据等压线的疏密作出判断 | 甲地风速大,因为甲地附近等压线密集 |
| 水平2 | 能根据等压线的疏密和气压梯度的大小作出判断 | 甲地风速大,因为甲地附近等压线密集,水平气压梯度力大 |
