張 成

（合肥市第二十九中學(xué), 安徽 合肥 230051）

淺析“熱力環(huán)流”教學(xué)中的四個(gè)“過”

張 成

（合肥市第二十九中學(xué), 安徽 合肥 230051）

“熱力環(huán)流”是大氣運(yùn)動(dòng)的基本模式，不能簡單等同于大氣運(yùn)動(dòng)常見的、最簡單的形式。教師在教學(xué)中雖選用不同的方式來處理教材，但實(shí)際教學(xué)中也存在以下不足：教材研讀過略；物理理論分析過細(xì)；溫壓關(guān)系歸納過于草率；教學(xué)時(shí)間安排過多。

熱力環(huán)流；教材；教學(xué)

“大氣運(yùn)動(dòng)”是高中地理知識(shí)中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，其中“熱力環(huán)流”是將能量與運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。人教版的教材編排上也將其安排在“大氣的受熱過程”與“大氣的水平運(yùn)動(dòng)”之間，這樣既突出知識(shí)點(diǎn)的銜接與聯(lián)系，又符合思維的邏輯過程。在教學(xué)中為突出重點(diǎn)，攻克難點(diǎn)，教師嘗試著用不同的方式來處理教材，但實(shí)際教學(xué)中也存在以下誤區(qū)。

一、教材研讀過略

熱力環(huán)流是由地面冷熱不均引起的大氣運(yùn)動(dòng)，它是大氣運(yùn)動(dòng)的基本模式，不能簡單等同于常見的、最簡單的形式，不能排除其它的大氣運(yùn)動(dòng)形式。在基于熱力環(huán)流基礎(chǔ)上，我們認(rèn)識(shí)到冷熱不均是大氣運(yùn)動(dòng)的根本原因，氣壓差異是大氣運(yùn)動(dòng)的直接原因。教學(xué)中要關(guān)注到“熱力環(huán)流”模式的尺度和條件，不能簡單推廣熱力環(huán)流的適用范圍。教材中“過程”這兩個(gè)字很重要，“受熱”就是一個(gè)過程，而且是一個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)循環(huán)的過程。

教材中“受熱膨脹上升”“冷卻收縮下沉”，受初中物理托里拆利實(shí)驗(yàn)使用的儀器是封閉的玻璃管的影響，課堂上在形象展示時(shí)，不少教師利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫演示（見圖1），演示中都采用的是假想的密閉空氣柱。空氣是流體，“膨脹上升”“收縮下沉”，“膨脹”“收縮”時(shí)，空氣運(yùn)動(dòng)的方向不是固定為垂直的方向，“膨脹上升”時(shí)，有部分空氣分子會(huì)運(yùn)動(dòng)到該空氣柱以外，“收縮”時(shí)原有的空氣柱內(nèi)會(huì)補(bǔ)充來自不是該空氣柱內(nèi)的空氣分子（見圖1）。密閉的空氣柱是假設(shè)的，它限制了大氣的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。教材中沒有假設(shè)的特定限定。大氣運(yùn)動(dòng)的方向不是我們假設(shè)的只有垂直和水平兩種形式?？諝夥肿舆\(yùn)動(dòng)的路徑是復(fù)雜的，上升、下沉只是其主要方面，不能因此忽視運(yùn)動(dòng)到指定地面上以外的空間。

圖1　空氣分子移動(dòng)

我們分析“熱力環(huán)流”的基本模式時(shí)，大氣的垂直運(yùn)動(dòng)與水平運(yùn)動(dòng)的先后只具有認(rèn)識(shí)意義，并不能代表空氣運(yùn)動(dòng)本身的先后?！翱諝饷芏仍龃蟆薄翱諝饷芏葴p小”“冷卻”在時(shí)間和空間上都是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的漸進(jìn)過程，而教師在演示時(shí)只選取了特定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，是三個(gè)靜止的狀態(tài)。教材中的“熱力環(huán)流的形成”圖（見圖2）中的a、b、c就是這種靜止?fàn)顟B(tài)，選取特定靜止的畫面，用肢解的方法理解大氣的運(yùn)動(dòng)。

圖2　熱力環(huán)流的形成

流體運(yùn)動(dòng)不同于固體運(yùn)動(dòng)，其過程是復(fù)雜變化的，不能簡單地用靜止、線性、固定的思維方式來認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，為了認(rèn)識(shí)的方便，在一定的條件下，復(fù)雜變化的運(yùn)動(dòng)可以簡化稱為一種模型，但這種模型是人們認(rèn)識(shí)的一種方式，并不代表事物本身的簡單。簡化的模式在便于理解的基礎(chǔ)上，一定程度會(huì)限制學(xué)生的思維。人的認(rèn)識(shí)要遵循由簡單到復(fù)雜的過程，這是認(rèn)識(shí)提高的必須之路。

二、物理理論分析過細(xì)

按照教材的編排，“熱力環(huán)流”的教學(xué)安排在高一上學(xué)期。這部分內(nèi)容概念多，涉及太陽輻射、熱量、溫度、大氣壓強(qiáng)、流體壓強(qiáng)、布朗運(yùn)動(dòng)、氣壓場等物理概念及其相關(guān)規(guī)律，對(duì)剛進(jìn)入高中學(xué)習(xí)的學(xué)生來說有一定難度。在教學(xué)實(shí)施中有些教師認(rèn)為，必須突出相關(guān)物理概念及規(guī)律的教學(xué)，在教學(xué)中對(duì)物理原理的性質(zhì)和運(yùn)用加以詳細(xì)分析。

大氣壓強(qiáng)是學(xué)生在八年級(jí)物理中學(xué)習(xí)的知識(shí)。物理教材中通過馬德堡半球?qū)嶒?yàn)、托里拆利實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握大氣壓強(qiáng)的概念，理解了大氣壓強(qiáng)隨海拔高度升高而減小的規(guī)律。流體壓強(qiáng)也是學(xué)生在八年級(jí)物理中學(xué)習(xí)的知識(shí)，主要學(xué)習(xí)的是“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”“升力的產(chǎn)生”。對(duì)于“大氣壓強(qiáng)”和“流體壓強(qiáng)”，“教”和“怎樣教”，備課時(shí)要充分認(rèn)識(shí)到這些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握，教學(xué)中要敢于割舍。同時(shí)課標(biāo)也并沒有要求“大氣壓強(qiáng)”的學(xué)習(xí)。從學(xué)科關(guān)聯(lián)出發(fā)，也有教師考慮到，高中學(xué)生將會(huì)在《物理·選修3-3》（人民教育出版社）中學(xué)習(xí)到建立在玻義耳-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等定律上的理想氣體狀態(tài)方程pV = nRT（p是指理想氣體的壓強(qiáng)；V為理想氣體的體積；n表示氣體物質(zhì)的量；T表示理想氣體的熱力學(xué)溫度；R為理想氣體常數(shù)，為常量。）它描述的是理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程。從假設(shè)的某種理想氣體的大量的分子熱運(yùn)動(dòng)、分子動(dòng)能關(guān)聯(lián)分析體積、壓強(qiáng)、溫度之間的關(guān)系。就高一學(xué)生而言，大氣壓強(qiáng)是初中所學(xué)的知識(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)、分子動(dòng)能、流體力學(xué)、布朗運(yùn)動(dòng)、氣壓場是物理學(xué)科將要學(xué)習(xí)的知識(shí)。從學(xué)情分析的角度出發(fā)，教學(xué)時(shí)要以學(xué)生已有的知識(shí)為基礎(chǔ)，物理學(xué)中的規(guī)律與現(xiàn)象，不應(yīng)該過度解讀，應(yīng)點(diǎn)到為止。不能讓地理課堂變身成了物理課堂。當(dāng)然教師可以簡單地交代分子熱運(yùn)動(dòng)、分子動(dòng)能、布朗運(yùn)動(dòng)、流體力學(xué)、氣壓場等知識(shí)，留給學(xué)有余力和有興趣的學(xué)生去探究。

三、溫壓關(guān)系歸納過于草率

圖3　近地面溫度與大氣壓強(qiáng)負(fù)相關(guān)

大氣的氣壓變化并不是由熱力原因引起空氣的垂直運(yùn)動(dòng)這一單一情況決定的，水平氣流的輻合與輻散、不同密度氣團(tuán)的移動(dòng)等也會(huì)促成氣壓變化，實(shí)際是幾種情況綜合作用的結(jié)果，它們之間是相互聯(lián)系、相互制約、相互補(bǔ)償?shù)摹?/p>

溫度場與氣壓場配置有溫壓場對(duì)稱關(guān)系，如近地面有暖性高壓、冷性高壓、暖性低壓、冷性低壓（見圖4），也有溫壓場不對(duì)稱關(guān)系，如近地面的高壓、低壓系統(tǒng)中心同溫度場冷暖中心配置不相重合（見圖5）；大氣中氣壓系統(tǒng)的穩(wěn)壓場配置絕大多數(shù)是不對(duì)稱的，對(duì)稱系統(tǒng)是很少的。[2]即使空氣垂直運(yùn)動(dòng)中，假設(shè)的氣柱內(nèi)空氣沒有減少時(shí)，氣柱中總質(zhì)量沒有改變，地面氣壓也不會(huì)發(fā)生變化，氣柱中空氣的上下傳輸，可造成氣柱中某一高度上空氣質(zhì)量的改變，從而引起該高度上的氣壓變化。在歸納溫度與氣壓之間的關(guān)系時(shí)，要有限制性條件，缺少限制性條件，歸納出來的規(guī)律過于草率，容易引起學(xué)生錯(cuò)誤的分析。

圖4　不同溫壓場配置垂直剖面圖[3]

圖5　溫壓場不對(duì)稱的高壓與低壓[4]

四、教學(xué)時(shí)間安排過多

“熱力環(huán)流”的原理是氣候及天氣知識(shí)的理論基礎(chǔ)。根據(jù)《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》編寫的高中地理（必修一）《教師教學(xué)用書》，安排地理必修一第二章“地球上的大氣”第一節(jié)“冷熱不均引起大氣運(yùn)動(dòng)”2課時(shí)，主要教學(xué)內(nèi)容有：大氣的受熱過程、熱力環(huán)流、大氣的水平運(yùn)動(dòng)以及三個(gè)“活動(dòng)”。《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》強(qiáng)調(diào)：運(yùn)用圖表說明大氣受熱的過程，并沒有強(qiáng)調(diào)“熱力環(huán)流”的內(nèi)容，但“大氣的水平運(yùn)動(dòng)”以及第二節(jié)“氣壓帶和風(fēng)帶”、第三節(jié)“常見天氣系統(tǒng)”都要運(yùn)用到這一知識(shí)。鑒于以上認(rèn)識(shí)，不少教師在教學(xué)中對(duì)“熱力環(huán)流”的教學(xué)安排為1課時(shí)。綜合該節(jié)內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，“大氣的受熱過程”安排1課時(shí)講解原理，“熱力環(huán)流”和“大氣的水平運(yùn)動(dòng)”安排1課時(shí)教學(xué)比較合適。

熱力環(huán)流是大氣運(yùn)動(dòng)的一個(gè)模式，并不能完全解釋天氣現(xiàn)象。要避免以上誤區(qū)，我們?cè)诮虒W(xué)中要研讀課標(biāo)、教材，關(guān)注學(xué)生知識(shí)的掌握程度，對(duì)專業(yè)知識(shí)和理論知識(shí)靈活處理，做到講清知識(shí)的含義、結(jié)構(gòu)、層次，知識(shí)運(yùn)用的方法步驟；不講學(xué)生已經(jīng)會(huì)的、學(xué)生通過自學(xué)也能會(huì)的、教師講了學(xué)生也不會(huì)的。

[1] 赫斯, 等.科學(xué)發(fā)現(xiàn)者:地理、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境和宇宙[M].杭州:浙江教育出版社,2008.

[2][3][4] 周淑貞主編.氣象學(xué)與氣候?qū)W[M].北京:高等教育出版社,1997.