“闡述太陽對地球的影響”內容詳析

　　一、知識構建
　　
　　“太陽對地球的影響”以太陽為案例，說明宇宙環(huán)境對地球的影響。太陽對地球的影響是多方面的，從對地理環(huán)境和人類活動的影響來看，主要包括太陽輻射對地球的影響和太陽活動對地球的影響兩個方面。對于“太陽輻射對地球的影響”，要求學生先初步了解什么是太陽輻射，其能量來源及大小，再運用已有的地理知識聯(lián)系生活實際，分析太陽輻射對地球產生的影響。
　　太陽輻射對地球的影響，應從兩個方面加以認識。第一，太陽輻射對地理環(huán)境形成和變化產生影響。太陽輻射對地理環(huán)境的形成和變化，既有直接作用，又有間接作用。直接作用，如巖石受溫度變化的影響而產生風化，是顯而易見的；而間接作用，如地球上的大氣、水、生物等地理環(huán)境要素，它們本身的發(fā)展和變化以及各要素之間的相互聯(lián)系，大部分是在太陽輻射的驅動過程中完成的。太陽輻射的緯度差異，使各地獲得的熱量有所不同。在熱量盈余的地方（如赤道），溫度并沒有越來越高，熱量虧損的地方（如兩極），溫度也沒有越來越低，而是保持相對穩(wěn)定。這說明熱量在盈余區(qū)和虧損區(qū)之間不斷傳輸，其傳輸方式主要是大氣環(huán)流和洋流。大氣環(huán)流和洋流在地理環(huán)境的形成和變化中扮演著極其重要的角色，太陽輻射是它們運動的源動力。第二，太陽輻射影響人類的生產和日常生活。人類對太陽輻射作用最直接的感受，即它是人類進行生產和生活的主要能源。太陽能源主要包括兩部分，一部分是人類直接獲取的太陽能，一部分是由太陽能轉化的能源（能源礦產、生物能等）。知識結構見圖1。
　　
　　
　　為加深太陽輻射與人類活動的認識，應充分利用教材設計的實踐活動，通過綠色植物的光合作用來直觀感知太陽輻射對人類生產的影響。太陽輻射在地球上分布不均，因地而異，所以有必要讓學生簡單了解太陽輻射的分布規(guī)律，也為后面內容的學習打下基礎。太陽輻射體現(xiàn)了日地關系的一個方面。但是現(xiàn)代科學所研究的日地關系，更多地側重于太陽活動對地球的影響。
　　對于“太陽活動對地球的影響”，應讓學生先了解太陽活動的概念，再去認識太陽活動。太陽活動的類型較多，現(xiàn)在人類認識到的就有黑子、耀斑、日珥、太陽風等現(xiàn)象，它們出現(xiàn)在太陽大氣層的不同位置。其中黑子是太陽活動的標志，耀斑和太陽風是太陽活動最激烈的顯示。黑子和耀斑對地球影響最大。
　　太陽活動對地球電離層和地球磁場的影響，現(xiàn)在在實際觀測和理論分析上都比較成熟，教材介紹也比較詳細。太陽活動對地球氣候的影響，僅限于太陽黑子與降水的相關性得到證實。即降水量的年際變化與太陽黑子相對數(shù)的年變化有關；兩者的變化周期大體為11年。在太陽活動高峰年，地球上的激烈天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的機率明顯增加；反之，地球上天氣變化則相對平穩(wěn)。在理論工作上則進展不大。
　　太陽活動對地球的影響中，教材給出了具體案例，應把握好案例，引導學生進行開放式的思考、分析，并設計好課后活動，將知識拓展、延伸，讓學生動手動腦，積極探索，激發(fā)求知欲。知識結構見圖2。
　　
　　
　　二、目標導航
　　
　　知識與技能：了解太陽能量的來源，說出太陽輻射對地球環(huán)境和人類生產、生活的影響；說出太陽活動的主要類型，結合實例說明太陽活動對地球電離層、磁場和氣候的影響。
　　過程與方法：通過有關圖片、影像資料或多媒體課件的演示，了解太陽輻射的基本形式和特點，提高學生觀察、分析問題的能力；通過從具體生活、生產實例的討論入手，分析太陽輻射、太陽活動對人類的影響，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力；通過案例分析，激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)其遷移知識的能力，養(yǎng)成搜集資料的習慣和篩選資料的能力。
　　情感、態(tài)度與價值觀：正確認識太陽輻射對地球的影響、太陽活動對地球產生的影響，樹立科學的宇宙觀和事物相互聯(lián)系、相互影響的辯證唯物主義思想；激發(fā)學生探究關于太陽輻射、太陽活動的興趣，樹立愛科學、學科學、用科學來分析研究地理問題的決心和信心；通過觀察圖片、影像資料，培養(yǎng)學生欣賞美、鑒賞美的能力，從熱愛自然美升華到探索科學美的境界。
　　
　　三、重難疑點
　　
　　１．教學重點分析
　　“太陽輻射對地球的影響”為本部分教學重點?？赏ㄟ^分析生產、生活中的事例進行教學，應關注現(xiàn)象本身，不必涉及艱深的科學知識。
　　對于“太陽輻射對地球的影響”，可結合課本案例并讓學生舉實際事例進行感性認識。在具體講解太陽輻射對地球的影響時，可給出反映水體運動與太陽輻射關系、大氣運動與太陽輻射關系的圖像，給學生以直觀印象。
　　太陽輻射是地球能量的主要來源，關系各種地理事物和現(xiàn)象的相互作用以及分布和變化規(guī)律，是認識四大圈層相互作用形成地理環(huán)境的基礎。太陽直接為地球提供了光熱資源，地球上生物的生長發(fā)育離不開太陽。太陽以輻射的形式提供光熱資源，是維持地表溫度，促進地球上大氣運動、水循環(huán)、生物活動和變化的源動力，也是產生風、云、雨、雪等天氣現(xiàn)象的根本原因；煤、石油等礦物燃料，是地質歷史時期生物固定以后積累下來的太陽能，日常生活和生產所用的太陽灶、太陽能熱水器、太陽能電站等，能量更是直接來自太陽輻射。太陽輻射不僅影響著人類的生產、生活，還是地理環(huán)境形成和變化的主導因素。
　　
　?。玻虒W難點剖析
　　“太陽活動（黑子和耀斑）對地球的影響”為本部分教學難點，因為學生相關物理知識欠缺，要完全理解本部分知識對于高一學生難度很大。這就要求教師講解不宜過多涉及發(fā)生機制，應多深入淺出地打比方。具體教學中，需注意以下幾方面。
　　（１）重現(xiàn)象，輕機制。太陽活動及其對地球的影響表現(xiàn)在許多方面，而且有些影響現(xiàn)在正在研究之中，沒有定論。即便是有定論的一些太陽活動現(xiàn)象，其形成的物理機制對于高一年級學生來說也較難理解。因此，應將重點放在說明現(xiàn)象上。在諸多的太陽活動中，可選擇標志性活動——“黑子”和“耀斑”；在對地球的影響中，可選擇有材料說明的“磁暴”、“極光”。
　　（２）強調太陽活動的整體性。大量觀測資料顯示，黑子數(shù)目增多的區(qū)域和時期，也是耀斑出現(xiàn)頻繁的區(qū)域和時期，耀斑隨著黑子的變化同步起落。太陽活動有著同步、整體性的特點。
　　（３）說明太陽活動的未知性。人類對太陽活動影響地球只是淺層的認識，太陽活動對地球氣候的影響，至今還沒有整理出比較確切可靠并可以利用的統(tǒng)計規(guī)律，在理論工作上進展也不大。一些內在規(guī)律性的知識有待進一步探索。
　　
　　３．教學疑點解析
　?。?）太陽輻射的能量來源。太陽內部在高溫、高壓的環(huán)境下產生核聚變反應，即四個氫原子核聚變?yōu)橐粋€氦原子核，在這個核聚變過程中，太陽要損耗一些質量而釋放出大量能量，這符合質能守恒定律。太陽無私地犧牲自己，釋放熱能孕育了地球生命。
　?。ǎ玻┨柕姆€(wěn)定性和劇烈性。50億年的漫長時間，太陽質量僅僅損耗了0.03％，目前，太陽正值壯年，它是穩(wěn)定的。太陽活動有黑子、耀斑、太陽風、日珥等多種形式，每種活動的發(fā)生，都會釋放出巨大的能量，它又是劇烈的！并且，太陽劇烈的活動多發(fā)生在表面圈層，其內部又是相對安靜、穩(wěn)定的。所以說，太陽是一個穩(wěn)定、劇烈的矛盾統(tǒng)一體。
　　
　　四、教學建議
　　
　　１．方法參考
　?。ǎ保┙虒W策略。從學生周圍的生活實際出發(fā)，利用教材中的圖像、案例，結合視頻等手段提供新的材料，創(chuàng)設問題情境，使課堂教學在問題探究、問題研討活動中進行。
　　對高中生來講，不能只談問題，應結合實例。學生對太陽有一定的認識，因此學習本節(jié)內容時，可以按照“創(chuàng)設情景（提出問題）—引導學生思考、討論（解決問題）—歸納知識點、找出規(guī)律—應用于實際”的思路來進行。
　　
　　（２）教學方法。圖片展示法、引導法、圖表對比法、案例分析法、研討法等。
　　
　?。玻畧D表使用
　?。栞椛淙S空間分布圖（圖３）
　　
　　
　　這是一幅學生之前很少遇到過的三維立體圖形，該圖為全球、各月太陽輻射分布圖。其橫剖面表示某一時間太陽輻射隨緯度的分布情況；縱剖面表示某一緯度太陽輻射隨時間的變化情況。它直觀地表達了全球太陽輻射時、空分布的不均性。讀該圖時應注意以下幾點：①明確圖中橫坐標表示緯度，縱坐標為時間，豎坐標反映的是太陽輻射量。②找準線。要了解太陽輻射某一月份隨緯度分布的情況，應查該月份對應的橫線，找某緯度一年內太陽輻射分布情況，則應查看其所對應的縱線。③分析曲線的變化趨勢，總結太陽輻射分布規(guī)律。應對縱、橫曲線分別進行分析，看其最大值和最小值分別出現(xiàn)在幾月份、什么緯度；看其有怎樣的變化趨勢。如圖4中：a地處于回歸線之間，有兩次輻射量最大值，且值較大；b地、c地位于極點附近，則出現(xiàn)太陽輻射量為0的時間段，且太陽輻射量較小。綜合歸納全球太陽輻射時空分布特點，總結出太陽輻射的分布規(guī)律。
　?。栞椛淞颗c生物量對應關系（圖5）
　　該圖直觀反映了太陽輻射影響地理環(huán)境，造成地理環(huán)境的差異。
　　從知識的角度考慮，該圖用事實進一步說明太陽輻射對地理環(huán)境形成的影響。太陽輻射不均勻的分布，是地球上熱帶、溫帶和寒帶氣候差異的根本原因，低緯度的地區(qū)太陽輻射量大，所以熱帶雨林植物生長旺盛，生物量多。中高緯度的地區(qū)太陽輻射量相對較少，植物生長比較緩慢，生物量相對較少。由此可以看出，太陽輻射量的大小，在一定情況下決定了當?shù)刂脖坏纳L情況，植被的生長情況又是對不同地理環(huán)境的反映。生物量的多少是不同環(huán)境特征的明顯反映。
　　讀該圖，首先應注意兩種景觀的生物量差異，其次注意景觀分布的不同，然后結合太陽輻射的緯度分布特點，分析太陽輻射量與生物量的對應關系。
　　從學習方法的角度考慮，閱讀分析該圖，能夠加強學生對地理要素的比較、對應、疊加分析的能力。
　?。柾獠拷Y構示意圖及黑子活動周期圖（圖6）
　　
　　
　　太陽外部結構示意圖直觀顯示了太陽大氣自內向外可以分為光球層（A）、色球層（B）和日冕層（C）三層（如圖6右圖）。光球層即肉眼所能觀察到的太陽表面，厚度500km，地球上接受的太陽光基本都由光球層發(fā)出；光球層外呈玫瑰色的太陽大氣就是色球層，這一層厚達幾千千米，但是發(fā)出的可見光卻不及光球層的千分之一，因此只有在日全食時肉眼才能觀測到；日冕層是太陽大氣的最外層，厚度也是三者之中最大的，但亮度最小，即使在日全食時肉眼也看不到，只有借助日冕儀才可以觀測。
　　區(qū)別太陽大氣的三個層次，可以根據(jù)三層的內外關系：自內而外分別是光球層、色球層、日冕層；也可以通過圖中各個層次的厚度來判斷；還可以從圈層名稱上來辨別，如日冕層理所當然分布在最外層。
　　應注意的是，這里所說的太陽大氣結構不是整個太陽的構造圖，它不包括太陽內部結構，只是太陽外部大氣的分層情況。
　　黑子發(fā)生在上述太陽外部圈層的光球層，它和發(fā)生在色球層的耀斑被看作太陽的標志性活動。黑子其實并不“黑”，只是黑子發(fā)生的區(qū)域比其它區(qū)域溫度低，所以在地球上的人看來就比其它區(qū)域暗一些。國際上統(tǒng)一規(guī)定用黑子的相對數(shù)表示太陽活動水平，太陽黑子出現(xiàn)最多的年份稱為太陽活動極大年（或稱太陽活動峰年），反之為太陽活動極小年。
　　太陽黑子活動周期圖（如圖6左圖），揭示了太陽活動的規(guī)律性。兩個相鄰太陽活動極大年或極小年之間的時間間隔，大體總是11年，反映出太陽黑子活動具有周期規(guī)律性，其活動周期是11年。太陽活動具有整體性，黑子出現(xiàn)往往和其它太陽活動同步相伴，所以太陽活動也具有11年的周期性。
　?。柡谧优c年降水量的相關性（圖7）
　　
　　
　　圖7是一幅由三幅小圖構成的太陽黑子與年降水量的相關性曲線圖。各幅小圖的站點全分布在北半球，每幅小圖均有兩條曲線，分別表示年平均降水量和太陽黑子相對數(shù)。圖中左側的縱坐標為年平均降水量，右側縱坐標為黑子相對數(shù)，底邊的橫坐標為被觀察點的時間跨度，共計80年。觀察三幅小圖，可以看出：①中緯度地區(qū)的36測站，19世紀末至20世紀初的30年間，每當太陽黑子相對數(shù)多的年份，即太陽活動激烈的年份，地球上年平均降水量處于最低值，兩者之間是負相關；從1910年開始，太陽黑子相對數(shù)多的年份，該測點的年平均降水量反而增加，兩者之間又出現(xiàn)正相關。②22測站的兩條曲線一直呈現(xiàn)負相關，黑子活動頻繁的年份，降水量減少，氣候干旱。③高緯度地區(qū)的12測站，從有觀測資料開始，兩條曲線谷與峰的變化基本吻合，即它們呈現(xiàn)正相關。
　　分析三幅小圖，可以得出這樣的結論：太陽黑子相對數(shù)變化的周期，與年平均降水量的變化周期基本吻合，大約為11年。這說明了兩者之間存在著一定的相關性，太陽活動的確對氣候產生了影響。但為什么在不同的地點或不同的時間，這種相關性時而表現(xiàn)為正相關，時而表現(xiàn)為負相關，還需要科學家進一步研究。
　　這個曲線圖帶來的問題是開放發(fā)散性的，旨在引導學生觀察，提取有效信息，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題。至于學生觀察到什么程度，能提取多少信息，則不是主要目的，重要的是從中發(fā)現(xiàn)問題，認識到太陽黑子活動和氣候的相關性，人類對太陽活動的研究任重而道遠。
　　3.活動指導
　　課標活動建議：了解太陽輻射及其對地球環(huán)境和人類生產、生活的影響。理解太陽活動對地球電離層、磁場和災害的影響。該活動在實際教學中可按照如下步驟進行。
　?。龑W生先初步了解什么是太陽輻射，其能量來源及大小，太陽的大氣結構類型及黑子、耀斑等太陽活動的表現(xiàn)形式。
　?。\用已有的地理知識聯(lián)系生活實際，讓學生舉實例說明太陽輻射對地球（人類的生產和生活）產生了哪些影響。
　　＊教師出示太陽外部結構示意圖、黑子活動周期圖（圖6）和太陽黑子與年降水量的相關性圖（圖7），讓學生分小組合作，通過觀察，提取有效信息，分析太陽黑子的活動周期以及黑子與年降水量的關系。
　　＊教師提供下列材料，學生閱讀材料后歸納太陽活動對地球產生的影響。
　　材料１：地球上所有的生命離開太陽都無法生存。然而，哺育了億萬生靈的太陽，最近又發(fā)脾氣了。２００７年１０月２７日，地球電離層遭受騷擾，北京、蘭州、拉薩等地的高頻無線電探測信號均受影響；１０月２８日，日本通訊衛(wèi)星被襲，通訊衛(wèi)星信號中斷。
　　材料２：北京、杭州等地曾受“日凌”的襲擊，廣播電視、通信信號受到不同程度的影響。據(jù)北京天文臺介紹，每年春分、秋分前后，太陽、地球和同步通信衛(wèi)星將會呈一線排列。這時，通信衛(wèi)星處于太陽和地球之間，太陽較強的電磁波輻射就會進入接收系統(tǒng)，干擾通信業(yè)務信號，產生所謂的“日凌”現(xiàn)象。
　　
　　五、思考與練習
　　
　　思考1：太陽輻射影響地球以及地球地理環(huán)境的形成和變化，影響人類的生產和生活。那么，人類自身的活動，對太陽輻射會產生怎樣的影響？
　　人類活動排放的氟氯烴會破壞大氣中的臭氧，減少對太陽輻射中紫外線的吸收，使到達地面的紫外線加強；排放的二氧化碳會增加對太陽輻射中紅外線的吸收；人類活動使塵埃增多，會加強對太陽輻射的反射等。
　　思考2：現(xiàn)代科技的進步，人造衛(wèi)星、宇宙飛船的上天，是否意味著人類可以逐步擺脫太陽的不利影響？
　　地球是太陽系的一員，太陽是該系統(tǒng)的中心。地球萬物的生長、生存都離不開太陽。太陽在孕育地球生命的同時，也對地球產生了一些不利的影響。無論科技如何發(fā)達，總不能改變地球所處的宇宙環(huán)境，地球總會受到太陽的影響。然而，人類擺脫不了太陽的影響，卻可以減少太陽不利影響造成的損失。相信隨著對太陽研究的深入，科學技術的日益進步，人類會趨利避害，掌握太陽活動對地球影響的規(guī)律，不斷減少太陽對地球造成的不利影響！
　　
　　“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”