3.1 水循环教师教学用书
第三章 地球上的水
3.1 水循环
【教学目标和要求】
1.运用水循环示意图,识别水循环的主要环节,描述水循环的过程,指出水循环的类型。
2.结合实例,分析水循环对自然环境的影响,说明水循环的地理意义,体会水量平衡的思想。
3.结合实例,说明人类活动对水循环的影响,增强珍惜和保护水资源的意识,认同人类活动与水循环的协调观。
【教材设计思路】
依据课程标准的要求,本节教材重点落实“水循环的过程”以及“水循环的地理意义”两方面的内容,所用的方法是“运用示意图”。
教材结合“水循环示意图”主要说明以下几个方面。第一,明确水循环的发生空间。虽然水循环每时每刻都在发生,但不同空间范围内发生的水循环有显著的区别。海陆之间的水循环又称“大循环”,是全球尺度的水循环,规模较大、环节较多、影响较为深远。相比较而言,局部地区的水循环规模较小、环节较少,有些时候也会对当地自然环境造成重大影响。第二,清晰划分水循环的环节。水循环各环节紧密联系,相互影响。人类活动能够干涉或改变水循环环节。随着人类技术的进步,这种干涉或改变越来越剧烈。第三,解释水循环的动力。在常温条件下水的三态可以相互转化,使水循环成为活跃的地理过程。太阳辐射和重力作用为水循环提供了水物理状态变化和运动所需的能量。例如,太阳辐射使水蒸发;重力作用使降水沿地表流淌,形成地表径流。
说明“水循环的地理意义”,需要从以下几方面着手。第一,要在自然环境整体性的背景下理解水循环的地理意义。水循环把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈有机联系起来,彼此之间相互影响、相互作用。第二,说明水量平衡的概念。水量平衡可以看作水循环的定量表示。长期来看,全球降水量等于全球蒸发量,全球水量保持平衡;某局部区域的降水量及流入的径流量等于蒸发量及流出的径流量,区域水量保持平衡。第三,从人类利用的角度说明水体更新速度与水资源储量的关系。如果人类合理利用水资源,水资源可以满足人类永续利用。如果人类使用水资源的速度超过了水体自身的更新速度,或者水资源遭受污染,水资源就会“短缺”。第四,说明各圈层通过水循环进行物质迁移和能量转换,尤其是海洋与大气之间的相互作用。海洋通过输送热量影响大气运动,大气运动以风的形式向海洋提供动力。
综合上述分析,本节教材为落实课程标准的要求,便于教学,分“水循环的过程及类型”“水循环的地理意义”两个标题。
在“水循环的过程及类型”部分,编排思路是“总-分-总”。开篇给出水循环的定义,在定义中说明水循环的相关环节。继而说明根据水循环发生的空间范围,可以将水循环分为海陆间循环、陆地内循环和海上内循环。阐述三类水循环时,分别详细说明了每一类水循环的过程。其中水循环的环节是明线,水循环的动力是暗线。教材通过一幅综合性较强的水循环示意图,呈现水循环的过程及类型。这里要求学生能够从空间综合的角度分析水循环的过程,体现对综合思维的培养指向。这一部分为本节的重点内容,教材在详细说明的基础上,设计题为“认识砂田影响的水循环环节”的“活动”,要求学生理解人类活动对水循环环节的影响,体现培养学生人地协调观的指向。
“水循环的地理意义”的课文共4个自然段,每自然段各从一个角度阐述水循环的地理意义。教材没有列出水循环所有的地理意义,仅列出其中具有概括性、代表性的地理意义。水循环的地理意义有很强的综合性,要求学生从空间和时间两方面综合分析,理解多地理要素的相互作用和影响。其中,理解全球水量平衡的原理需要涉及物理、生物学科的相关知识,教材仅进行概括性的描述。水循环是地球上物质迁移和能量转换的重要过程,选择性必修教材中将安排相关内容进一步阐述。
本节设计了题为“河水是从哪里来的”的“自学窗”,追溯17世纪法国水文学家发现河水来源的经过。该设计不仅扩展学生的知识面,让学生更多了解科学史的内容,而且说明科学猜想需要通过实地观测和计算来证明,鼓励学生探究地理科学问题,体现对学生地理实践力培养的指向。
本节内容结构如图3-2所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.中国古代有许多学者对水循环现象进行描述和推测。情境设计所引用的内容来自何承天在公元442年所著的《论混天象体》一文,该文收录在《宋书·天文志》中。教材选择这部分内容,一是因为原文比较浅显易懂;二是因为这种解释将海洋与陆地紧密联系在一起,呈现朴素的水量平衡的思想。为了减少学生阅读古文的难度,教材对原文进行了简要解释。
2.本节的情境设计围绕“海水稳定性”展开。古人认为海水既不会增多也不会减少的原因是海水蒸发的消耗与河流汇入海水的补给相互抵消,保持了海水的平衡。值得肯定的是,古人注意到蒸发、地表径流等现象,提出水循环的动力是太阳加热;但古人的解释没有考虑降水、水汽输送等现象,没有解释海水蒸发后去往何处,也没有用数据证实自己的猜想。
3.情境设计最后设问“蒸发的海水去哪儿了”。教材通过水循环示意图进行回应。在海陆间循环与海上内循环中,蒸发的海水去往的空间、所经环节均有不同。
水循环的过程及类型
1.教材根据发生的空间范围将水循环分为三类。也有专家根据发生的空间尺度将水循环分为两类。海陆间循环是全球尺度的水循环,也是规模最大、空间范围最广的水循环,因此海陆间循环被称为“大循环”或“外循环”。与之相对应,较小尺度、发生在局部范围内的水循环被称为“小循环”或“内循环”。
2.海陆间循环作为大循环,包括了许多小循环。教材中所讲的陆地内循环和海上内循环就是其中两个小循环。小循环互相交织,不停地运转。虽然小循环的规模不如大循环,但小循环也可以十分活跃。例如,如果一个内陆地区河湖密布,地下水丰富,蒸发比较强烈,还有从海洋吹来的含有丰富水汽的风,那么这个地区的小循环就会比较活跃。
3.只有海陆间循环是封闭系统,其他水循环都是开放系统。由于地球与宇宙空间每年交换的水量非常有限,所以,海陆间循环可近似看作一个既无输出,也无输入的封闭系统。它由无数个不同空间尺度的小循环组成。陆地内循环和海上内循环既有水分输出也有水分输入,是一个开放系统。教材提出全球水量平衡,是以海陆间循环的封闭性为基础的。
4.水资源的更新主要依靠海陆间循环,陆地内循环对水资源的更新也有一定作用,但这种作用非常有限。在深居内陆、远离海洋的地区,陆地淡水资源的更新会较为依赖陆地内循环。
5.教材中图3.2是落实课程标准“运用示意图,说明水循环的过程”的重要抓手。图中含有完整的水循环环节,是本节教材内容的明线。图中的箭头,只表明水循环环节的方向,和参与水循环的水量没有关系。降落到地面的水,一部分蒸发,一部分被蒸发和植物蒸腾,还有一部分下渗。下渗的水,一部分以地下径流形式进入河道,成为河川径流的一部分,另一部分补充地下水。而地下水,一部分上升至地表供蒸发,一部分向深层渗透,在一定的条件下溢出成为不同形式的泉水。在教材图3.2中,分别以土壤中向上和向下的箭头表示上升至地表供蒸发的部分和下渗的部分。
6.水循环的动力是本节教材内容的暗线。在图3.2中,只标识了水循环各环节,没有说明其动力,但在相应的教材文字中,说明水是在“太阳辐射作用下大量蒸发”,以及在重力作用下“降落到地面的水”,会“沿地面流动”。理解水循环的动力,有助于理解全球水量动态平衡和水体更新周期。
7.人类能够对水循环的多个环节产生影响。人类对地表径流环节的改变是最明显的,具体包括调节地表径流的水量,改变地表径流的方向等。建造水库,可以调节地表径流。通过植树造林,发挥森林的储水功能,可以减小地表径流量。对江、河、湖、水库、水塘等进行疏浚和清淤,在低洼地带修建人工湖泊或湿地,就能提升地表的储水功能,调节地表径流量。南水北调等跨流域调水工程,通过改变地表径流,实现我国水资源的空间调配。人类也通过人工增雨改变降水环节。
8.在我国,砂田多分布在西北地区和青藏地区。这些地区的气候条件往往是冬春干旱、夏秋暴雨,蒸发强烈。砂田能够提高土壤的蓄水能力,作物产量较高,是人类改造自然环境实现区域可持续发展的典型案例,也体现人地协调发展的科学思想。“活动”提供宁夏砂田景观图(图3.3),便于不熟悉砂田的学生对砂田有直观印象。图3.4和图3.5提供数据资料,供学生对比,体会砂田对水循环环节的影响。
9.“活动”的数据来源于2010年《水土保持通报》中《宁夏中部干旱带压砂地耕作方式的生态功能》一文。文中提供的裸田、砂田蒸发量数据为2005-2009年,教材将这些数据绘制成图3.3。图3.4是根据文章提供的4月砂田和裸田不同深度土壤含水量数据绘制而成的。选择这部分数据的原因,是此时未种植农作物,土壤水分的影响因素较为单一。从平均值看,砂田不同深度的土壤含水量均高于裸田,随着深度变大,砂田与裸田的土壤含水量差距在逐渐变小。砂石覆盖层阻碍土壤表层与大气的直接接触,减少蒸发,表层土壤水分含量较多,利于作物的萌发与出苗,对干旱地区春耕十分重要。
水循环的地理意义
1.水量平衡是指一定时间段内,一个区域水量保持动态平衡。水量平衡是水文学的基本原理之一。水量平衡的研究时段可以是日、月,也可以是一年、数十年或更长的时间。水量平衡的研究区域可以是某个流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区,也可以是整个地球。长期来看,全球水量保持着动态平衡。
2.水体以不同的周期进行自然更新。更新周期较短的水体,如江河水、浅层地下水等,取用后容易恢复,是人类开发利用的主要对象。更新周期较长的水体,如深层地下水、冰川水等,取用后难以恢复,一般不宜作为长期稳定的供水水源。
3.教材将水资源短缺的原因归结为两类:第一,人类用水速度超过水体更新速度;第二,水体污染。第一类原因比较容易理解,人类用水过度会导致水资源枯竭,如河流断流、湖泊干涸。第二类原因也与水体更新速度密切相关。根据教材中表3.1,江河污染因更新周期较短,可以短时间完成净化,但地下水等水体一旦发生污染,在相当长的一段时间内都无法完成自身净化。这种情况下,虽然水量充沛,但人类无法利用。
4.水资源是可再生资源,既是无限的也是有限的。在人类合理用水,用水速度低于水体更新速度,不发生水体污染的情况下,水资源是无限的,可以满足人们永续使用。然而,一旦用水过度或水体被污染,水资源就是有限的,甚至会发生短缺。
5.水循环是地球上物质迁移的重要过程。一方面,通过蒸发、水汽输送和降水,海洋不断向陆地补充淡水;另一方面,通过地表径流,陆地上的物质源源不断地流向海洋。水的运动不断塑造着地表形态,例如河流地貌、喀斯特地貌、海岸地貌等的形成和演变,都与水的运动有关。具体内容将在第四章展开讲述。
6.水循环是地球上能量转换的重要过程。地球上不同纬度的热量收支不平衡,水循环通过对地表太阳辐射能的吸收、转化、传输和调节,使得低纬度地区不至于过于炎热,高纬度地区不至于过于寒冷。高低纬度之间的能量传输还通过大气环流、洋流完成。
7.水循环与大气环流、洋流的共同作用会影响全球的气候,进而影响全球的生态环境。本节以概述水循环的地理意义为主,不具体展开。
8.早在几千年前人们就开始观察水文现象,也对河水的来源、水的循环进行了各种猜测。但17世纪之前人们的所有猜测没有通过实验、测量的方法进行证明。佩罗是第一个把水文学建立在定量研究基础之上的人。据资料记载,佩罗观测的是塞纳河上游的一段流域,范围大致从塞纳河源头至巴黎。图3.6为塞纳河流入巴黎的景观。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学总体上可遵循“情境设疑-建构过程-探究意义-渗透观念”的思路展开。重在通过解决教材情境设计提出的问题,引导学生运用示意图建构水循环的主要环节、过程及类型,结合案例探究水循环的地理意义;在说明水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”的同时,重点运用地理要素联系的观点,渗透水量平衡思想、水资源意识、环保观念以及人类活动与水循环的协调观。
本节内容是自然地理学的核心内容之一。内容跨越的空间尺度很大,联系和影响的地理要素众多且关系复杂,理解水循环的机理和水量平衡的原理需要较多的物理、生物等学科的知识储备,说明水循环的地理意义以及人类活动与水循环的关系需要较高的理性思维和逻辑表达能力。因此本节教学要充分调动和运用学生已有的知识和经验,结合教材的“活动”和其他典型案例,开展情境式教学。要引导学生紧扣地理过程,关联地理要素,说明地理意义,以此训练其综合思维,强化人地协调观。教学时,要注意以下四点。
一、从物质迁移和能量转换的角度认识水循环过程。
水循环是自然界最重要的物质循环之一,由蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水、下渗、径流等五个基本环节组成,这些环节相互联系、相互影响、交错并存,通过物质迁移和能量转换,使自然环境成为一个有机的整体。教学中,要透过现象看本质,从水循环环节和过程中,分析其中包含的物质迁移和能量转换,理解水循环的本质和动力机制,增强综合思维能力。
二、关注资源意识、环保观念、人类活动与水循环的协调观的渗透。
无论“水循环的过程及类型”的教学,还是“水循环的地理意义”的教学,都应该在学习自然地理知识的过程中,适当增加人文关注和人文情怀,将教学的着眼点落在人类活动与水循环的协调观。例如,“海陆间循环”的教学要关注水资源得以再生;“陆地内循环”的教学要关注对水资源的更新也有一定作用;“认识砂田影响的水循环环节”的活动教学更是要落在人类活动可以利用和改造水循环环节,促进区域可持续发展;“水循环的地理意义”的教学要关注水资源是有限的,如果人类用水过度,超过了水体更新的速度,或者水资源遭受污染,就会导致水资源的短缺。
三、关注自然地理原理的“落地”。
要结合区域案例,增加区域地理背景,使自然地理教学“有理”也“有地”。教学中应达成一个基本共识:不同区域,水循环的过程和环节可能是不一样的,水循环对地理环境产生的影响可能是不一样的,人类活动影响水循环的方式和途径可能也是不一样的,应该具体区域具体分析。
四、注重课程资源的开发利用。
课标中“运用示意图”,既是对教学目标水平的限定,也是对教学方法的建议。教学中应以“水”为主题,以水循环示意图为主要载体,多角度开发利用课程资源,将视频、景观图片等资源串联起来,展示广阔的海陆空间,呈现大气圈、水圈、生物圈、岩石圈这四大圈层之间密不可分的物质和能量联系,彰显水体转换及水体与地形、大气、生物、土壤、岩石等地理要素之间相互联系、相互制约的关系。通过展示丰富的学习素材,为学生的自主、合作和探究性学习提供鲜活的地理情境。
重点和难点
本节教学的重点是“运用示意图,说明水循环的过程及其地理意义”,其中“运用示意图,说明水循环的地理意义”是难点。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
教科书以《宋书·天文志》中关于海水水量维持稳定的解释设计情境,在渗透中华优秀传统文化的同时,激发学生的问题意识和探究兴趣,引出水循环的概念,体会自然界水量平衡的思想。教学中要注意引导学生辩证地看待古人思想,鼓励学生寻找、理解、尊重自然规律,在学完本节内容后正确解释“蒸发的海水去哪儿了”这一问题。也可以选择以下方式导入。
方式一:提问“水从哪里来?”“水往哪里去?”引导学生调动自己的体验展开讨论,建立与问题相关的思维链条,感知水循环的自然现象。例如,水从天上来(降水),水从上游来(地表径流),水向大海去(地表径流),水向地下去(下渗),水向天上去(蒸发)等。
方式二:朗诵古诗词“黄河之水天上来,奔流到海不复还”,设问“天上’指的是什么?”“黄河之水‘奔流到海’真的‘不复还’吗?”板画黄河干流示意图,标出源头和注入的海洋,引导学生感知水循环的自然现象。
方式三:观看视频“小水滴的旅行”。引导学生观察水的三态变化以及水体在地球各圈层之间、各地理要素之间的转换和运动,感知水循环的自然现象。
也可以从观察模拟水循环实验或者结合当地的河流考察开启新课。
【水循环的过程及类型】
这部分内容的教学重点是运用示意图说明水循环的主要过程和类型。具体教学过程应该围绕两个核心问题进行:第一,地球上的水是如何循环运动的?第二,人类活动与水循环过程是如何协调的?
一、运用水循环示意图,理解水循环的概念,说明水循环过程
水循环是指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中,通过蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水、下渗、径流等环节连续运动的过程。水循环的概念内涵丰富,既包含水体运动的空间范围,又涵盖水循环的主要环节,还蕴藏水的三态变化、地球上的物质迁移和能量转换以及地理环境的整体性。因此,教学中不能简单地让学生背记概念,可从情境设计提取有指向性的信息,引导学生对照教材中图3.2或自绘水循环示意图,理解、概括水循环的概念。
教学中可以运用“水滴旅行”情境引导学生对照图3.2绘制水循环模式图。绘图时注意海陆空间尺度,完整地呈现蒸发、水汽输送、降水、下渗、地表径流、地下径流等环节,并运用水循环环节描述水循环过程,划分水循环类型。
教材中水循环的环节是明线,水循环的动力是暗线。教学时要注意对暗线的把握,引导学生思考“水为什么会循环运动”,从而理解水循环的动力来源—太阳辐射和重力作用。通过教科书的“活动”教学,一方面帮助学生巩固理解水循环原理;另一方面说明人类活动对水循环主要环节的影响,渗透资源意识、环保观念、人类活动与水循环的协调观。
二、运用水循环示意图,划分水循环类型
水循环类型可以分为海陆间水循环、陆地内循环和海上内循环,三类水循环是根据发生的空间范围来划分的。教学中要注意空间尺度的变化,结合典型的、学生容易感知的案例进行教学,注意比较三类水循环主要环节的异同。学生基础较好的学校,可以从水量平衡的角度引导学生理解。海陆间循环可近似看作一个既无输出、也无输入的封闭系统,而陆地内循环和海上内循环既有水分输出也有水分输入,是一个开放系统。
比较而言,海陆间水循环是最重要的一种水循环,发生的空间范围广,参与的环节多且复杂,对地理环境和人类活动的影响最为广泛而深刻,应该作为教学重点。这部分教学的关键是深入解读水循环示意图(图3.2):图示有哪几种水体?这些水体之间是如何相互转化的?存在哪些补给方式?水循环的动力是什么?联系哪些地理要素?涉及哪些地球圈层?在水循环过程中,能量是如何转化的?解读这幅图时,不仅要弄清楚水循环的过程、主要环节、补给类型,还要渗透地理环境整体性的思想,感知水量平衡原理,为后面章节学习做好铺垫。
图3.2也显示海上内循环,可以引导学生与海陆间水循环进行对比自学这一内容。对图上不明显的陆地内循环,教学中可以提供具体的案例进行扩充。可以新疆塔里木河流域为例,引导学生绘制陆地内循环示意图,识别陆地内循环的主要环节,描述陆地内循环的过程。引导学生与海陆间水循环、海上内循环比较,认识陆地内循环发生的范围小,参与的水量少,水资源再生速度慢,但对内陆地区的自然环境和人类活动来说有至关重要的作用。
【活动:认识砂田影响的水循环环节】
在水循环的过程及类型的教学中,重点是认识水循环的过程和主要环节,但人类认识水循环的意义则在于利用水循环规律为人类造福。通过这个“活动”教学要让学生理解人类活动可以利用和改造某些水循环环节,实现区域的可持续发展,同时还应该着重培养学生的读图技能,特别是信息获取能力和分析问题、解决问题的能力。
教材以宁夏砂田为案例,引导学生对比分析砂田与裸田的景观差异,理解砂石覆盖层对径流、下渗、蒸发等水循环环节的影响。教学中要引导学生学会观察景观图片和统计图并提取有效信息的方法。指导学生查阅地图册,回顾西北地区的自然地理特征,补充介绍宁夏砂田的具体耕作方式和产生的效益,为学生回答问题提供支撑。
问题1:观察教材中图3.3可以发现,和裸田相比(展示宁夏裸田的景观图片),砂石覆盖层增加地表粗糙度,可以削减地表径流,增加下渗量。
问题2:对比教材中图3.4砂田和裸田的蒸发量曲线,可以发现砂田与裸田的蒸发量随季节变化的趋势较为相似。但无论何时,砂田的蒸发量总是小于裸田的蒸发量,说明砂石覆盖层可以有效抑制蒸发,减少蒸发量。
问题3:对比教材中图3.5砂田和裸田的土壤含水量曲线,可以发现不同深度土壤含水量不同,其中水分变化以0-10厘米最为明显,随着深度变大,砂田与裸田的土壤含水量差距在逐渐变小,但在同一深度上砂田的土壤含水量总是大于裸田,说明砂田覆盖层具有蓄水保墒的作用。
综合上述问题,可以得出结论:砂田影响的水循环环节主要有下渗、蒸发、地表径流、地下径流;砂田的作用主要表现为增加下渗、抑制蒸发、削减地表径流、蓄水保墒:砂田是干旱地区一种有效的保护性耕作方法。
“活动”的三个问题虽然只字未提人类活动,但砂田作为一种人文景观,体现了人类利用自然、改造自然的聪明智慧,反映了人类活动影响局地水循环,渗透着人地协调发展的科学思想,这是“活动”教学的意义所在。
第二课时
【承转】
水循环是自然界最重要的物质运动之一,它把四大圈层联系起来,促进地球上的物质迁移和能量转换,对全球地理环境产生深刻而广泛的影响。
方式一:读图3.2设问,在水循环过程中,物质(泥沙、有机质、无机盐类)是如何迁移的?能量是如何转换的?水循环过程对大气、水、生物、土壤、地形等产生哪些影响?
方式二:播放纪录片《话说黄河》片段,展示黄河浩浩荡荡、浊浪滔天的壮观景象;黄土高原千沟万壑、支离破碎的地表形态;黄河三角洲湿地盐沼密布、鸟飞蝶舞、鱼虾满仓的动人景象。回顾黄河参与的水循环过程,设问:在水循环过程中,物质(泥沙、有机质、无机盐类)是如何迁移的?能量是如何转换的?水循环过程对大气、水、生物、土壤、地形等产生哪些影响?
【水循环的地理意义】
这部分内容的教学重点是从自然环境要素相互作用的视角说明水循环对自然环境的影响,培养学生综合思维能力。具体教学过程应该围绕四个核心问题进行。第一,水循环联系了哪些地理环境要素?第二,水循环联系了哪些地球圈层?第三,水循环过程中,存在着哪些物质迁移和能量转换?第四,如何理解水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”?
一、渗透自然地理环境整体性思想,说明水是自然界最活跃的要素之一
教材对水循环的地理意义是以概括为主,教学中可以适当拓展,以案例等形式帮助学生理解水循环是如何将大气圈、水圈、岩石圈、生物圈有机联系起来的。教学中要以地理环境整体性的原理为指导,抓住“联系”这个关键词,从水循环联系的空间之广、地理要素之多、程度之深等方面说明水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”。水循环对全球气候和生态的影响比较抽象,教学中不必拓展,但需要引导学生感知地理环境各要素是相互联系、密不可分的。对于学有余力的同学,可以引导他们阅读相关的文献资料,加深对地理环境整体性的理解。
二、运用示意图,说明全球水量的动态平衡
可以结合相关材料,在教材中图3.2上标注水循环主要环节的多年平均水量,引导学生发现其中的平衡关系。
教学中可以将教材中表3.1与图3.2结合使用,引导学生将表3.1列出的水体落到图3.2中进行综合分析,说明不同水体的更新速度是不同的。如果只通过图3.2,学生仅能定性感知水循环促使陆地水资源不断更新,但并不知道更新的速度。结合表31,学生通过定量数据,就能够发现不同水体的更新速度是不同的,从而对水体更新有更全面的认识。
教学中,还要注意“动态平衡”的内涵,防止机械地、片面地、教条地理解水量平衡原理,引导学生全面地、动态地、辩证地理解地理事物,认识自然规律。在回答教材情境中的问题“为什么大海的水没有增多”的同时,引导学生养成运用定量计算研究地理问题的意识和方法。
三、理解水资源的无限性与有限性
对人类而言,水循环最重要的意义是水体的更新。人类目前利用的水资源主要源于江河、湖泊和浅层地下水,这些水体更新速度快,如果人类合理利用水资源,水资源可以满足人类永续利用(无限性)。但如果人类用水过度,超过了水体更新的速度,或者水资源遭受污染,就会导致水资源的短缺(有限性)。教学中可以列举黄河断流、太湖水污染等典型案例加以说明,引导学生认识人类合理利用水资源的重要性,增强珍惜和保护水资源的意识,认同人类活动须与水循环相协调。
四、结合案例,理解水循环是全球物质迁移和能量转换的重要过程
水循环的过程也伴随着物质迁移过程,这直接或间接地影响着地表形态的塑造。在本节内全面理解这一点有些困难,教学中可以以某个水循环环节为例进行解释。
教学中可以地表径流为例,引导学生认识地表径流对物质迁移的作用,从而理解水循环是全球物质迁移的重要过程。教学中可以一条河流(如黄河)为例,通过展示该河的年输沙量、河口三角洲面积增长等具体数据,引导学生理解地表径流向海洋输送物质的规模。也可以选择某一条修建水坝的河流,通过对比该河流(如尼罗河)建坝前后河流的年输沙量、河口三角洲面积变化数据,引导学生感知径流量大小、径流速度快慢对物质迁移的影响。
降水和地表径流对地表形态的塑造强大而普遍,但这部分知识将在选择性必修教材中学习,本节教学中不宜作深入的研究。可以借助视频、景观图片等形式让学生直观感知大气降水、地表径流、地下径流等水循环环节对形成千姿百态的地表形态的作用。
水循环过程中水的三态变化伴随着吸收、释放热量的过程,对维持全球海陆之间、不同纬度之间的热量平衡具有重要的意义。如果要理解其背后的原理,需要补充大量的内容,如“海-气相互作用”等知识。本节教学中这部分内容不必讲清原理,可以结合学生已有知识,说明高低纬度之间存在巨大的热量差距,水循环可以缓解不同纬度地区热量收支不平衡的矛盾。
这部分是本节教学的难点,教学过程中,应充分利用网络平台和多媒体技术提供必要的学习资料,创设鲜活的学习情境,鼓励学生观察、讨论、探究,自主归纳得出结论。
【自学窗:塞纳河的水是从哪里来的】
这部分内容是为学生自学准备的,也是对本节情境的呼应,指导学生自学时应注意以下几点。
第一,请学生凭借已学知识和自身经验判断,降水能不能成为河水的主要来源。学生一定要经过一个主观判断的过程。这期间,引导学生思考,如果要回答这个问题需要查阅哪些信息,如何进行信息的整理,如何验证结论的真实性。学生只有通过这一阶段的思考,才能领会佩罗定量方法的可贵,体会佩罗结论的可信性与可验证性。这一环节能够培养学生的综合思维,也能帮助学生领悟科学探究的魅力。
第二,理解佩罗对水文学的贡献。引导学生查阅17世纪之前古人对河水来源的推论,可参看本节情境设计,也可提供本书“知识拓展”中古人的解释。当时人们对河水来源的所有推论都停留在猜测阶段,没有人进行定量测量和论证。佩罗将定量的方法引入水文学,开启了现代水文学研究。
第三,客观评价佩罗的观测方法。佩罗的实地观测仅针对塞纳河一部分河段的流域,他的观测方法、仪器精度、计算和估算在今天来看并不精确。佩罗当年通过估算数据进行的推论,也被后续科学家精密观测所证实。这种反复求证的精神,正是科学素养的重要组成部分。学生如果感兴趣,也可以自行查找现代水文观测方法和工具,体会水文观测技术的突飞猛进。
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3-1)。
表3-1 第三章第一节教学与评价目标
(1)纸笔测验。命制试题时不能过度偏重水循环主要环节和类型的识记,而要重点关注水循环对自然环境以及人类活动的影响,结合具体区域和案例,要求学生进行过程分析。
(2)课堂观察。主要观察学生对教材提供的示意图、案例等内容的使用情况,观察学生完成相应读图和活动任务时的思维和表达水平。
(3)表现记录。本节评价的素养指向可以分为两个层次。第一个层次以新的案例创设情境(如纪录片《话说黄河》片段),完成观察、讨论、探究、汇报展示等任务。第二个层次以模拟实验或户外实践形式展开,自主设计、演示水循环模拟实验或参与本地某流域调查,观察地表径流、下渗等水循环环节,提取河水携带的泥沙和有机物等物质,理解水循环的地理意义,提升资源意识、环保观念以及人类活动与水循环的协调观。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:认识砂田影响的水循环环节(材料略)
1.分析砂石覆盖层对水的下渗的影响。
对本活动中学生的表现评价可参考表3-2。
表3-2 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3-3。
表3-3 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3-4。
表3-4 活动表现评价及样例
3.1 水循环
【教学目标和要求】
1.运用水循环示意图,识别水循环的主要环节,描述水循环的过程,指出水循环的类型。
2.结合实例,分析水循环对自然环境的影响,说明水循环的地理意义,体会水量平衡的思想。
3.结合实例,说明人类活动对水循环的影响,增强珍惜和保护水资源的意识,认同人类活动与水循环的协调观。
【教材设计思路】
依据课程标准的要求,本节教材重点落实“水循环的过程”以及“水循环的地理意义”两方面的内容,所用的方法是“运用示意图”。
教材结合“水循环示意图”主要说明以下几个方面。第一,明确水循环的发生空间。虽然水循环每时每刻都在发生,但不同空间范围内发生的水循环有显著的区别。海陆之间的水循环又称“大循环”,是全球尺度的水循环,规模较大、环节较多、影响较为深远。相比较而言,局部地区的水循环规模较小、环节较少,有些时候也会对当地自然环境造成重大影响。第二,清晰划分水循环的环节。水循环各环节紧密联系,相互影响。人类活动能够干涉或改变水循环环节。随着人类技术的进步,这种干涉或改变越来越剧烈。第三,解释水循环的动力。在常温条件下水的三态可以相互转化,使水循环成为活跃的地理过程。太阳辐射和重力作用为水循环提供了水物理状态变化和运动所需的能量。例如,太阳辐射使水蒸发;重力作用使降水沿地表流淌,形成地表径流。
说明“水循环的地理意义”,需要从以下几方面着手。第一,要在自然环境整体性的背景下理解水循环的地理意义。水循环把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈有机联系起来,彼此之间相互影响、相互作用。第二,说明水量平衡的概念。水量平衡可以看作水循环的定量表示。长期来看,全球降水量等于全球蒸发量,全球水量保持平衡;某局部区域的降水量及流入的径流量等于蒸发量及流出的径流量,区域水量保持平衡。第三,从人类利用的角度说明水体更新速度与水资源储量的关系。如果人类合理利用水资源,水资源可以满足人类永续利用。如果人类使用水资源的速度超过了水体自身的更新速度,或者水资源遭受污染,水资源就会“短缺”。第四,说明各圈层通过水循环进行物质迁移和能量转换,尤其是海洋与大气之间的相互作用。海洋通过输送热量影响大气运动,大气运动以风的形式向海洋提供动力。
综合上述分析,本节教材为落实课程标准的要求,便于教学,分“水循环的过程及类型”“水循环的地理意义”两个标题。
在“水循环的过程及类型”部分,编排思路是“总-分-总”。开篇给出水循环的定义,在定义中说明水循环的相关环节。继而说明根据水循环发生的空间范围,可以将水循环分为海陆间循环、陆地内循环和海上内循环。阐述三类水循环时,分别详细说明了每一类水循环的过程。其中水循环的环节是明线,水循环的动力是暗线。教材通过一幅综合性较强的水循环示意图,呈现水循环的过程及类型。这里要求学生能够从空间综合的角度分析水循环的过程,体现对综合思维的培养指向。这一部分为本节的重点内容,教材在详细说明的基础上,设计题为“认识砂田影响的水循环环节”的“活动”,要求学生理解人类活动对水循环环节的影响,体现培养学生人地协调观的指向。
“水循环的地理意义”的课文共4个自然段,每自然段各从一个角度阐述水循环的地理意义。教材没有列出水循环所有的地理意义,仅列出其中具有概括性、代表性的地理意义。水循环的地理意义有很强的综合性,要求学生从空间和时间两方面综合分析,理解多地理要素的相互作用和影响。其中,理解全球水量平衡的原理需要涉及物理、生物学科的相关知识,教材仅进行概括性的描述。水循环是地球上物质迁移和能量转换的重要过程,选择性必修教材中将安排相关内容进一步阐述。
本节设计了题为“河水是从哪里来的”的“自学窗”,追溯17世纪法国水文学家发现河水来源的经过。该设计不仅扩展学生的知识面,让学生更多了解科学史的内容,而且说明科学猜想需要通过实地观测和计算来证明,鼓励学生探究地理科学问题,体现对学生地理实践力培养的指向。
本节内容结构如图3-2所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.中国古代有许多学者对水循环现象进行描述和推测。情境设计所引用的内容来自何承天在公元442年所著的《论混天象体》一文,该文收录在《宋书·天文志》中。教材选择这部分内容,一是因为原文比较浅显易懂;二是因为这种解释将海洋与陆地紧密联系在一起,呈现朴素的水量平衡的思想。为了减少学生阅读古文的难度,教材对原文进行了简要解释。
2.本节的情境设计围绕“海水稳定性”展开。古人认为海水既不会增多也不会减少的原因是海水蒸发的消耗与河流汇入海水的补给相互抵消,保持了海水的平衡。值得肯定的是,古人注意到蒸发、地表径流等现象,提出水循环的动力是太阳加热;但古人的解释没有考虑降水、水汽输送等现象,没有解释海水蒸发后去往何处,也没有用数据证实自己的猜想。
3.情境设计最后设问“蒸发的海水去哪儿了”。教材通过水循环示意图进行回应。在海陆间循环与海上内循环中,蒸发的海水去往的空间、所经环节均有不同。
水循环的过程及类型
1.教材根据发生的空间范围将水循环分为三类。也有专家根据发生的空间尺度将水循环分为两类。海陆间循环是全球尺度的水循环,也是规模最大、空间范围最广的水循环,因此海陆间循环被称为“大循环”或“外循环”。与之相对应,较小尺度、发生在局部范围内的水循环被称为“小循环”或“内循环”。
2.海陆间循环作为大循环,包括了许多小循环。教材中所讲的陆地内循环和海上内循环就是其中两个小循环。小循环互相交织,不停地运转。虽然小循环的规模不如大循环,但小循环也可以十分活跃。例如,如果一个内陆地区河湖密布,地下水丰富,蒸发比较强烈,还有从海洋吹来的含有丰富水汽的风,那么这个地区的小循环就会比较活跃。
3.只有海陆间循环是封闭系统,其他水循环都是开放系统。由于地球与宇宙空间每年交换的水量非常有限,所以,海陆间循环可近似看作一个既无输出,也无输入的封闭系统。它由无数个不同空间尺度的小循环组成。陆地内循环和海上内循环既有水分输出也有水分输入,是一个开放系统。教材提出全球水量平衡,是以海陆间循环的封闭性为基础的。
4.水资源的更新主要依靠海陆间循环,陆地内循环对水资源的更新也有一定作用,但这种作用非常有限。在深居内陆、远离海洋的地区,陆地淡水资源的更新会较为依赖陆地内循环。
5.教材中图3.2是落实课程标准“运用示意图,说明水循环的过程”的重要抓手。图中含有完整的水循环环节,是本节教材内容的明线。图中的箭头,只表明水循环环节的方向,和参与水循环的水量没有关系。降落到地面的水,一部分蒸发,一部分被蒸发和植物蒸腾,还有一部分下渗。下渗的水,一部分以地下径流形式进入河道,成为河川径流的一部分,另一部分补充地下水。而地下水,一部分上升至地表供蒸发,一部分向深层渗透,在一定的条件下溢出成为不同形式的泉水。在教材图3.2中,分别以土壤中向上和向下的箭头表示上升至地表供蒸发的部分和下渗的部分。
6.水循环的动力是本节教材内容的暗线。在图3.2中,只标识了水循环各环节,没有说明其动力,但在相应的教材文字中,说明水是在“太阳辐射作用下大量蒸发”,以及在重力作用下“降落到地面的水”,会“沿地面流动”。理解水循环的动力,有助于理解全球水量动态平衡和水体更新周期。
7.人类能够对水循环的多个环节产生影响。人类对地表径流环节的改变是最明显的,具体包括调节地表径流的水量,改变地表径流的方向等。建造水库,可以调节地表径流。通过植树造林,发挥森林的储水功能,可以减小地表径流量。对江、河、湖、水库、水塘等进行疏浚和清淤,在低洼地带修建人工湖泊或湿地,就能提升地表的储水功能,调节地表径流量。南水北调等跨流域调水工程,通过改变地表径流,实现我国水资源的空间调配。人类也通过人工增雨改变降水环节。
8.在我国,砂田多分布在西北地区和青藏地区。这些地区的气候条件往往是冬春干旱、夏秋暴雨,蒸发强烈。砂田能够提高土壤的蓄水能力,作物产量较高,是人类改造自然环境实现区域可持续发展的典型案例,也体现人地协调发展的科学思想。“活动”提供宁夏砂田景观图(图3.3),便于不熟悉砂田的学生对砂田有直观印象。图3.4和图3.5提供数据资料,供学生对比,体会砂田对水循环环节的影响。
9.“活动”的数据来源于2010年《水土保持通报》中《宁夏中部干旱带压砂地耕作方式的生态功能》一文。文中提供的裸田、砂田蒸发量数据为2005-2009年,教材将这些数据绘制成图3.3。图3.4是根据文章提供的4月砂田和裸田不同深度土壤含水量数据绘制而成的。选择这部分数据的原因,是此时未种植农作物,土壤水分的影响因素较为单一。从平均值看,砂田不同深度的土壤含水量均高于裸田,随着深度变大,砂田与裸田的土壤含水量差距在逐渐变小。砂石覆盖层阻碍土壤表层与大气的直接接触,减少蒸发,表层土壤水分含量较多,利于作物的萌发与出苗,对干旱地区春耕十分重要。
水循环的地理意义
1.水量平衡是指一定时间段内,一个区域水量保持动态平衡。水量平衡是水文学的基本原理之一。水量平衡的研究时段可以是日、月,也可以是一年、数十年或更长的时间。水量平衡的研究区域可以是某个流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区,也可以是整个地球。长期来看,全球水量保持着动态平衡。
2.水体以不同的周期进行自然更新。更新周期较短的水体,如江河水、浅层地下水等,取用后容易恢复,是人类开发利用的主要对象。更新周期较长的水体,如深层地下水、冰川水等,取用后难以恢复,一般不宜作为长期稳定的供水水源。
3.教材将水资源短缺的原因归结为两类:第一,人类用水速度超过水体更新速度;第二,水体污染。第一类原因比较容易理解,人类用水过度会导致水资源枯竭,如河流断流、湖泊干涸。第二类原因也与水体更新速度密切相关。根据教材中表3.1,江河污染因更新周期较短,可以短时间完成净化,但地下水等水体一旦发生污染,在相当长的一段时间内都无法完成自身净化。这种情况下,虽然水量充沛,但人类无法利用。
4.水资源是可再生资源,既是无限的也是有限的。在人类合理用水,用水速度低于水体更新速度,不发生水体污染的情况下,水资源是无限的,可以满足人们永续使用。然而,一旦用水过度或水体被污染,水资源就是有限的,甚至会发生短缺。
5.水循环是地球上物质迁移的重要过程。一方面,通过蒸发、水汽输送和降水,海洋不断向陆地补充淡水;另一方面,通过地表径流,陆地上的物质源源不断地流向海洋。水的运动不断塑造着地表形态,例如河流地貌、喀斯特地貌、海岸地貌等的形成和演变,都与水的运动有关。具体内容将在第四章展开讲述。
6.水循环是地球上能量转换的重要过程。地球上不同纬度的热量收支不平衡,水循环通过对地表太阳辐射能的吸收、转化、传输和调节,使得低纬度地区不至于过于炎热,高纬度地区不至于过于寒冷。高低纬度之间的能量传输还通过大气环流、洋流完成。
7.水循环与大气环流、洋流的共同作用会影响全球的气候,进而影响全球的生态环境。本节以概述水循环的地理意义为主,不具体展开。
8.早在几千年前人们就开始观察水文现象,也对河水的来源、水的循环进行了各种猜测。但17世纪之前人们的所有猜测没有通过实验、测量的方法进行证明。佩罗是第一个把水文学建立在定量研究基础之上的人。据资料记载,佩罗观测的是塞纳河上游的一段流域,范围大致从塞纳河源头至巴黎。图3.6为塞纳河流入巴黎的景观。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学总体上可遵循“情境设疑-建构过程-探究意义-渗透观念”的思路展开。重在通过解决教材情境设计提出的问题,引导学生运用示意图建构水循环的主要环节、过程及类型,结合案例探究水循环的地理意义;在说明水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”的同时,重点运用地理要素联系的观点,渗透水量平衡思想、水资源意识、环保观念以及人类活动与水循环的协调观。
本节内容是自然地理学的核心内容之一。内容跨越的空间尺度很大,联系和影响的地理要素众多且关系复杂,理解水循环的机理和水量平衡的原理需要较多的物理、生物等学科的知识储备,说明水循环的地理意义以及人类活动与水循环的关系需要较高的理性思维和逻辑表达能力。因此本节教学要充分调动和运用学生已有的知识和经验,结合教材的“活动”和其他典型案例,开展情境式教学。要引导学生紧扣地理过程,关联地理要素,说明地理意义,以此训练其综合思维,强化人地协调观。教学时,要注意以下四点。
一、从物质迁移和能量转换的角度认识水循环过程。
水循环是自然界最重要的物质循环之一,由蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水、下渗、径流等五个基本环节组成,这些环节相互联系、相互影响、交错并存,通过物质迁移和能量转换,使自然环境成为一个有机的整体。教学中,要透过现象看本质,从水循环环节和过程中,分析其中包含的物质迁移和能量转换,理解水循环的本质和动力机制,增强综合思维能力。
二、关注资源意识、环保观念、人类活动与水循环的协调观的渗透。
无论“水循环的过程及类型”的教学,还是“水循环的地理意义”的教学,都应该在学习自然地理知识的过程中,适当增加人文关注和人文情怀,将教学的着眼点落在人类活动与水循环的协调观。例如,“海陆间循环”的教学要关注水资源得以再生;“陆地内循环”的教学要关注对水资源的更新也有一定作用;“认识砂田影响的水循环环节”的活动教学更是要落在人类活动可以利用和改造水循环环节,促进区域可持续发展;“水循环的地理意义”的教学要关注水资源是有限的,如果人类用水过度,超过了水体更新的速度,或者水资源遭受污染,就会导致水资源的短缺。
三、关注自然地理原理的“落地”。
要结合区域案例,增加区域地理背景,使自然地理教学“有理”也“有地”。教学中应达成一个基本共识:不同区域,水循环的过程和环节可能是不一样的,水循环对地理环境产生的影响可能是不一样的,人类活动影响水循环的方式和途径可能也是不一样的,应该具体区域具体分析。
四、注重课程资源的开发利用。
课标中“运用示意图”,既是对教学目标水平的限定,也是对教学方法的建议。教学中应以“水”为主题,以水循环示意图为主要载体,多角度开发利用课程资源,将视频、景观图片等资源串联起来,展示广阔的海陆空间,呈现大气圈、水圈、生物圈、岩石圈这四大圈层之间密不可分的物质和能量联系,彰显水体转换及水体与地形、大气、生物、土壤、岩石等地理要素之间相互联系、相互制约的关系。通过展示丰富的学习素材,为学生的自主、合作和探究性学习提供鲜活的地理情境。
重点和难点
本节教学的重点是“运用示意图,说明水循环的过程及其地理意义”,其中“运用示意图,说明水循环的地理意义”是难点。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
教科书以《宋书·天文志》中关于海水水量维持稳定的解释设计情境,在渗透中华优秀传统文化的同时,激发学生的问题意识和探究兴趣,引出水循环的概念,体会自然界水量平衡的思想。教学中要注意引导学生辩证地看待古人思想,鼓励学生寻找、理解、尊重自然规律,在学完本节内容后正确解释“蒸发的海水去哪儿了”这一问题。也可以选择以下方式导入。
方式一:提问“水从哪里来?”“水往哪里去?”引导学生调动自己的体验展开讨论,建立与问题相关的思维链条,感知水循环的自然现象。例如,水从天上来(降水),水从上游来(地表径流),水向大海去(地表径流),水向地下去(下渗),水向天上去(蒸发)等。
方式二:朗诵古诗词“黄河之水天上来,奔流到海不复还”,设问“天上’指的是什么?”“黄河之水‘奔流到海’真的‘不复还’吗?”板画黄河干流示意图,标出源头和注入的海洋,引导学生感知水循环的自然现象。
方式三:观看视频“小水滴的旅行”。引导学生观察水的三态变化以及水体在地球各圈层之间、各地理要素之间的转换和运动,感知水循环的自然现象。
也可以从观察模拟水循环实验或者结合当地的河流考察开启新课。
【水循环的过程及类型】
这部分内容的教学重点是运用示意图说明水循环的主要过程和类型。具体教学过程应该围绕两个核心问题进行:第一,地球上的水是如何循环运动的?第二,人类活动与水循环过程是如何协调的?
一、运用水循环示意图,理解水循环的概念,说明水循环过程
水循环是指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中,通过蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水、下渗、径流等环节连续运动的过程。水循环的概念内涵丰富,既包含水体运动的空间范围,又涵盖水循环的主要环节,还蕴藏水的三态变化、地球上的物质迁移和能量转换以及地理环境的整体性。因此,教学中不能简单地让学生背记概念,可从情境设计提取有指向性的信息,引导学生对照教材中图3.2或自绘水循环示意图,理解、概括水循环的概念。
教学中可以运用“水滴旅行”情境引导学生对照图3.2绘制水循环模式图。绘图时注意海陆空间尺度,完整地呈现蒸发、水汽输送、降水、下渗、地表径流、地下径流等环节,并运用水循环环节描述水循环过程,划分水循环类型。
教材中水循环的环节是明线,水循环的动力是暗线。教学时要注意对暗线的把握,引导学生思考“水为什么会循环运动”,从而理解水循环的动力来源—太阳辐射和重力作用。通过教科书的“活动”教学,一方面帮助学生巩固理解水循环原理;另一方面说明人类活动对水循环主要环节的影响,渗透资源意识、环保观念、人类活动与水循环的协调观。
二、运用水循环示意图,划分水循环类型
水循环类型可以分为海陆间水循环、陆地内循环和海上内循环,三类水循环是根据发生的空间范围来划分的。教学中要注意空间尺度的变化,结合典型的、学生容易感知的案例进行教学,注意比较三类水循环主要环节的异同。学生基础较好的学校,可以从水量平衡的角度引导学生理解。海陆间循环可近似看作一个既无输出、也无输入的封闭系统,而陆地内循环和海上内循环既有水分输出也有水分输入,是一个开放系统。
比较而言,海陆间水循环是最重要的一种水循环,发生的空间范围广,参与的环节多且复杂,对地理环境和人类活动的影响最为广泛而深刻,应该作为教学重点。这部分教学的关键是深入解读水循环示意图(图3.2):图示有哪几种水体?这些水体之间是如何相互转化的?存在哪些补给方式?水循环的动力是什么?联系哪些地理要素?涉及哪些地球圈层?在水循环过程中,能量是如何转化的?解读这幅图时,不仅要弄清楚水循环的过程、主要环节、补给类型,还要渗透地理环境整体性的思想,感知水量平衡原理,为后面章节学习做好铺垫。
图3.2也显示海上内循环,可以引导学生与海陆间水循环进行对比自学这一内容。对图上不明显的陆地内循环,教学中可以提供具体的案例进行扩充。可以新疆塔里木河流域为例,引导学生绘制陆地内循环示意图,识别陆地内循环的主要环节,描述陆地内循环的过程。引导学生与海陆间水循环、海上内循环比较,认识陆地内循环发生的范围小,参与的水量少,水资源再生速度慢,但对内陆地区的自然环境和人类活动来说有至关重要的作用。
【活动:认识砂田影响的水循环环节】
在水循环的过程及类型的教学中,重点是认识水循环的过程和主要环节,但人类认识水循环的意义则在于利用水循环规律为人类造福。通过这个“活动”教学要让学生理解人类活动可以利用和改造某些水循环环节,实现区域的可持续发展,同时还应该着重培养学生的读图技能,特别是信息获取能力和分析问题、解决问题的能力。
教材以宁夏砂田为案例,引导学生对比分析砂田与裸田的景观差异,理解砂石覆盖层对径流、下渗、蒸发等水循环环节的影响。教学中要引导学生学会观察景观图片和统计图并提取有效信息的方法。指导学生查阅地图册,回顾西北地区的自然地理特征,补充介绍宁夏砂田的具体耕作方式和产生的效益,为学生回答问题提供支撑。
问题1:观察教材中图3.3可以发现,和裸田相比(展示宁夏裸田的景观图片),砂石覆盖层增加地表粗糙度,可以削减地表径流,增加下渗量。
问题2:对比教材中图3.4砂田和裸田的蒸发量曲线,可以发现砂田与裸田的蒸发量随季节变化的趋势较为相似。但无论何时,砂田的蒸发量总是小于裸田的蒸发量,说明砂石覆盖层可以有效抑制蒸发,减少蒸发量。
问题3:对比教材中图3.5砂田和裸田的土壤含水量曲线,可以发现不同深度土壤含水量不同,其中水分变化以0-10厘米最为明显,随着深度变大,砂田与裸田的土壤含水量差距在逐渐变小,但在同一深度上砂田的土壤含水量总是大于裸田,说明砂田覆盖层具有蓄水保墒的作用。
综合上述问题,可以得出结论:砂田影响的水循环环节主要有下渗、蒸发、地表径流、地下径流;砂田的作用主要表现为增加下渗、抑制蒸发、削减地表径流、蓄水保墒:砂田是干旱地区一种有效的保护性耕作方法。
“活动”的三个问题虽然只字未提人类活动,但砂田作为一种人文景观,体现了人类利用自然、改造自然的聪明智慧,反映了人类活动影响局地水循环,渗透着人地协调发展的科学思想,这是“活动”教学的意义所在。
第二课时
【承转】
水循环是自然界最重要的物质运动之一,它把四大圈层联系起来,促进地球上的物质迁移和能量转换,对全球地理环境产生深刻而广泛的影响。
方式一:读图3.2设问,在水循环过程中,物质(泥沙、有机质、无机盐类)是如何迁移的?能量是如何转换的?水循环过程对大气、水、生物、土壤、地形等产生哪些影响?
方式二:播放纪录片《话说黄河》片段,展示黄河浩浩荡荡、浊浪滔天的壮观景象;黄土高原千沟万壑、支离破碎的地表形态;黄河三角洲湿地盐沼密布、鸟飞蝶舞、鱼虾满仓的动人景象。回顾黄河参与的水循环过程,设问:在水循环过程中,物质(泥沙、有机质、无机盐类)是如何迁移的?能量是如何转换的?水循环过程对大气、水、生物、土壤、地形等产生哪些影响?
【水循环的地理意义】
这部分内容的教学重点是从自然环境要素相互作用的视角说明水循环对自然环境的影响,培养学生综合思维能力。具体教学过程应该围绕四个核心问题进行。第一,水循环联系了哪些地理环境要素?第二,水循环联系了哪些地球圈层?第三,水循环过程中,存在着哪些物质迁移和能量转换?第四,如何理解水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”?
一、渗透自然地理环境整体性思想,说明水是自然界最活跃的要素之一
教材对水循环的地理意义是以概括为主,教学中可以适当拓展,以案例等形式帮助学生理解水循环是如何将大气圈、水圈、岩石圈、生物圈有机联系起来的。教学中要以地理环境整体性的原理为指导,抓住“联系”这个关键词,从水循环联系的空间之广、地理要素之多、程度之深等方面说明水循环“对全球地理环境产生深刻而广泛的影响”。水循环对全球气候和生态的影响比较抽象,教学中不必拓展,但需要引导学生感知地理环境各要素是相互联系、密不可分的。对于学有余力的同学,可以引导他们阅读相关的文献资料,加深对地理环境整体性的理解。
二、运用示意图,说明全球水量的动态平衡
可以结合相关材料,在教材中图3.2上标注水循环主要环节的多年平均水量,引导学生发现其中的平衡关系。
教学中可以将教材中表3.1与图3.2结合使用,引导学生将表3.1列出的水体落到图3.2中进行综合分析,说明不同水体的更新速度是不同的。如果只通过图3.2,学生仅能定性感知水循环促使陆地水资源不断更新,但并不知道更新的速度。结合表31,学生通过定量数据,就能够发现不同水体的更新速度是不同的,从而对水体更新有更全面的认识。
教学中,还要注意“动态平衡”的内涵,防止机械地、片面地、教条地理解水量平衡原理,引导学生全面地、动态地、辩证地理解地理事物,认识自然规律。在回答教材情境中的问题“为什么大海的水没有增多”的同时,引导学生养成运用定量计算研究地理问题的意识和方法。
三、理解水资源的无限性与有限性
对人类而言,水循环最重要的意义是水体的更新。人类目前利用的水资源主要源于江河、湖泊和浅层地下水,这些水体更新速度快,如果人类合理利用水资源,水资源可以满足人类永续利用(无限性)。但如果人类用水过度,超过了水体更新的速度,或者水资源遭受污染,就会导致水资源的短缺(有限性)。教学中可以列举黄河断流、太湖水污染等典型案例加以说明,引导学生认识人类合理利用水资源的重要性,增强珍惜和保护水资源的意识,认同人类活动须与水循环相协调。
四、结合案例,理解水循环是全球物质迁移和能量转换的重要过程
水循环的过程也伴随着物质迁移过程,这直接或间接地影响着地表形态的塑造。在本节内全面理解这一点有些困难,教学中可以以某个水循环环节为例进行解释。
教学中可以地表径流为例,引导学生认识地表径流对物质迁移的作用,从而理解水循环是全球物质迁移的重要过程。教学中可以一条河流(如黄河)为例,通过展示该河的年输沙量、河口三角洲面积增长等具体数据,引导学生理解地表径流向海洋输送物质的规模。也可以选择某一条修建水坝的河流,通过对比该河流(如尼罗河)建坝前后河流的年输沙量、河口三角洲面积变化数据,引导学生感知径流量大小、径流速度快慢对物质迁移的影响。
降水和地表径流对地表形态的塑造强大而普遍,但这部分知识将在选择性必修教材中学习,本节教学中不宜作深入的研究。可以借助视频、景观图片等形式让学生直观感知大气降水、地表径流、地下径流等水循环环节对形成千姿百态的地表形态的作用。
水循环过程中水的三态变化伴随着吸收、释放热量的过程,对维持全球海陆之间、不同纬度之间的热量平衡具有重要的意义。如果要理解其背后的原理,需要补充大量的内容,如“海-气相互作用”等知识。本节教学中这部分内容不必讲清原理,可以结合学生已有知识,说明高低纬度之间存在巨大的热量差距,水循环可以缓解不同纬度地区热量收支不平衡的矛盾。
这部分是本节教学的难点,教学过程中,应充分利用网络平台和多媒体技术提供必要的学习资料,创设鲜活的学习情境,鼓励学生观察、讨论、探究,自主归纳得出结论。
【自学窗:塞纳河的水是从哪里来的】
这部分内容是为学生自学准备的,也是对本节情境的呼应,指导学生自学时应注意以下几点。
第一,请学生凭借已学知识和自身经验判断,降水能不能成为河水的主要来源。学生一定要经过一个主观判断的过程。这期间,引导学生思考,如果要回答这个问题需要查阅哪些信息,如何进行信息的整理,如何验证结论的真实性。学生只有通过这一阶段的思考,才能领会佩罗定量方法的可贵,体会佩罗结论的可信性与可验证性。这一环节能够培养学生的综合思维,也能帮助学生领悟科学探究的魅力。
第二,理解佩罗对水文学的贡献。引导学生查阅17世纪之前古人对河水来源的推论,可参看本节情境设计,也可提供本书“知识拓展”中古人的解释。当时人们对河水来源的所有推论都停留在猜测阶段,没有人进行定量测量和论证。佩罗将定量的方法引入水文学,开启了现代水文学研究。
第三,客观评价佩罗的观测方法。佩罗的实地观测仅针对塞纳河一部分河段的流域,他的观测方法、仪器精度、计算和估算在今天来看并不精确。佩罗当年通过估算数据进行的推论,也被后续科学家精密观测所证实。这种反复求证的精神,正是科学素养的重要组成部分。学生如果感兴趣,也可以自行查找现代水文观测方法和工具,体会水文观测技术的突飞猛进。
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3-1)。
表3-1 第三章第一节教学与评价目标
| 评价目标 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 |
| 运用水循环示意图,识别水循环的主要环节,描述水循环的过程,划分水循环的类型 | 能在水循环示意图上,依次指出水循环的主要环节,说出水循环发生空间范围的差异 | 能在水循环示意图上,依次指出水循环的主要环节,并据此描述水循环过程，识别水循环类型 | 能够绘制水循环示意图,并据此指出水循环的主要环节,描述水循环的过程,划分水循环的类型 | |
| 结合实例,分析水循环对自然环境的影响, 说明水循环的地理意义,体会水量动态平衡的思想 | 能结合实例,说出水循环对某自然环境要素的具体影响,据此理解水循环对具体区域地理环境形成和发展的影响 | 能结合实例,逐一阐释水循环对多个自然环境要素的影响,据此说明水循环对区域地理环境形成和发展的影响, 意识到全球水量的动态平衡 | 能结合实例,从总体上阐释水循环对自然环境的整体影响,概括水循环对全球地理环境形成和发展的影响,理解全球水量的动态平衡 | |
| 结合实例,说明人类活动对水循环的影响, 增强珍惜和保护水资源的意识,认同人类活动与水循环的协调观 | 能结合实例,说明人类活动对水循环的具体环节的影响,意识到水资源的时空有限性 | 能结合实例,说明人类活动对整个水循环过程的影响，据此说明珍惜和保护水资源的重要性, 意识到协调人类活动与水循环的重要性 | 能结合实例,从总体上说明人类活动对水循环的影响,列举珍惜和保护水资源的具体措施,意识到协调人类活动与水循环的必要性 | 能结合实例,从总体上说明人类活动对水循环的影响,提出珍惜和保护水资源的主要措施,懂得协调人类活动与水循环的基本途径 |
二、评价方法
(1)纸笔测验。命制试题时不能过度偏重水循环主要环节和类型的识记,而要重点关注水循环对自然环境以及人类活动的影响,结合具体区域和案例,要求学生进行过程分析。
(2)课堂观察。主要观察学生对教材提供的示意图、案例等内容的使用情况,观察学生完成相应读图和活动任务时的思维和表达水平。
(3)表现记录。本节评价的素养指向可以分为两个层次。第一个层次以新的案例创设情境(如纪录片《话说黄河》片段),完成观察、讨论、探究、汇报展示等任务。第二个层次以模拟实验或户外实践形式展开,自主设计、演示水循环模拟实验或参与本地某流域调查,观察地表径流、下渗等水循环环节,提取河水携带的泥沙和有机物等物质,理解水循环的地理意义,提升资源意识、环保观念以及人类活动与水循环的协调观。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:认识砂田影响的水循环环节(材料略)
1.分析砂石覆盖层对水的下渗的影响。
对本活动中学生的表现评价可参考表3-2。
表3-2 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 能够通过观察景观图片,说出砂田景观的地表特征,以及对下渗的影响 | 地表粗糙,利于下渗 |
| 水平2 | 通过观察景观图片,能够说出砂田景观的地表特征。理解砂田覆盖层对下渗的影响。能够认识到砂田位于干旱内陆地区,结合该区域的气候特征进行分析 | 宁夏气候干燥,蒸发旺盛,砂石覆盖层可以削减地表径流,增加下渗 |
2.读图34,比较砂田和裸田蒸发量的差异,说明砂石覆盖层对蒸发量的影响。
对本活动中学生的表现评价可参考表3-3。
表3-3 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 能够读懂图3.4,说出砂田和裸田蒸发量的差异 | 砂田蒸发量小,裸田蒸发量大 |
|
水平2 |
能够读懂图表,对比砂田和裸田蒸发量的差异。能够认识到砂田位于干旱内陆地区,结合该区域的气候特征进行分析,说明砂石覆盖层对蒸发量的影响 | 宁夏气候干燥,蒸发旺盛。砂石覆盖层能够增加下渗、抑制土壤水分蒸发,因此砂田蒸发量要比裸田小 |
3.读图3.5,比较4月末砂田和裸田土壤含水量,归纳砂田影响的水循环环节及其作用。
对本活动中学生的表现评价可参考表3-4。
表3-4 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 能够读懂图3.5,比较4月末种植前砂田和裸田不同深度土壤含水量高低 | 砂田土壤含水量高,裸田土壤含水量低 |
| 水平2 | 能够从大气、水、土壤之间相互作用的角度分析砂石覆盖层对水循环环节的影响 | 砂石覆盖层增加地表粗糙程度,利于地表水下渗,同时减少土壤水分蒸发,增加土壤含水量 |
| 水平3 | 能够结合宁夏气候特征,综合分析大气、水、土壤、生物各要素之间的联系,理解人类活动对地理环境的改造和利用,体会人地协调观 | 宁夏气候干燥,蒸发旺盛。砂石覆盖层可以削减地表径流、增加下渗、抑制蒸发、蓄水保墒,是干旱地区一种有效的保护性耕作方法 |
s.jpg "河南省地形图高清版")
s.jpg "贵州省地形图高清版")
