“熱力環(huán)流”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)思考

盧偉偉

摘 要：“熱力環(huán)流”為必修一第二章“地球上的大氣”中一節(jié)比較重要的內(nèi)容。它是大氣運(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的形式，前承接大氣的受熱過程，后為學(xué)習(xí)大氣的水平運(yùn)動(dòng)、全球性的大氣運(yùn)動(dòng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱力環(huán)流；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；氣壓；水平運(yùn)動(dòng)

本節(jié)課內(nèi)容較為抽象，特別是熱力環(huán)流的形成過程及等壓面的內(nèi)容，學(xué)生往往難以通過想象來理解，因此，筆者認(rèn)為，本節(jié)最好采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象，進(jìn)一步想去探究原理。筆者通過幾輪的教學(xué)以及數(shù)次聽、講一些公開課對(duì)本節(jié)課的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一些思考。

一、課本實(shí)驗(yàn)

人教版教材中有一個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察玻璃缸中煙霧的飄動(dòng)方向來直觀感受熱力環(huán)流，筆者在日常教學(xué)中對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)做了一些處理，使其與教學(xué)內(nèi)容更加融合：

第一步：將一盆熱水放入敞開的玻璃缸中，點(diǎn)燃一束香放在熱水的上方。設(shè)計(jì)第一個(gè)探究問題：“（1）觀察熱水上方煙霧的飄動(dòng)方向；（2）思考煙霧為何向上飄動(dòng)？”

第二步：將一盆冰塊放入玻璃缸，玻璃缸的上方用平整的膠合板或塑料薄膜蓋嚴(yán)，在冰塊的上方開一個(gè)洞，點(diǎn)燃一束香，放進(jìn)小洞內(nèi)。設(shè)計(jì)第二個(gè)探究問題：“（1）觀察冰塊上方煙霧的飄動(dòng)方向；（2）思考煙霧為何向下飄動(dòng)？”

第三步：將熱水和冰塊分別放在玻璃缸的兩側(cè)，將膠合板或塑料薄膜蓋嚴(yán)后，將有小洞的一側(cè)對(duì)準(zhǔn)冰塊，點(diǎn)燃一束香放進(jìn)小洞內(nèi)。設(shè)計(jì)第三個(gè)探究問題：“（1）觀察垂直方向、水平方向上煙霧的飄動(dòng)方向，并嘗試用示意圖表示出來；（2）結(jié)合教材內(nèi)容，試著解釋煙霧在垂直方向、水平方向飄動(dòng)的原因。”這個(gè)問題的難度比前兩個(gè)問題要大，學(xué)生可以觀察出現(xiàn)象，但解釋原因和繪制示意圖就有些難度，所以這個(gè)問題可以采用小組探究的方式，給出一定的討論時(shí)間。至此，整個(gè)熱力環(huán)流實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)束。

雖然這樣處理后用時(shí)要長(zhǎng)一些，但是，學(xué)生通過三個(gè)階梯式的探究可以自己一步一步得出結(jié)論并解釋成因，符合認(rèn)知過程，因此接受起來就完全可以做到水到渠成。

值得一提的是筆者在一次公開課教學(xué)中做本實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)的一次失敗的教訓(xùn)。前面兩個(gè)步驟和探究都很順利地結(jié)束后，筆者和學(xué)生進(jìn)入第三個(gè)步驟，實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于教室比較大，再加上聽課教師比較多，坐在后面的學(xué)生和一些其他學(xué)科的老師反映看不清楚實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要求筆者把玻璃缸往后排搬一下，當(dāng)時(shí)可能是因?yàn)橛行┚o張，于是就真的搬起玻璃缸往后面走，結(jié)果玻璃缸內(nèi)煙霧開始亂飄，實(shí)驗(yàn)失敗。事后反思，一是臨場(chǎng)應(yīng)變能力差，但是更重要的是對(duì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)思考得太少，熱力環(huán)流既然是最簡(jiǎn)單的大氣運(yùn)動(dòng)，它要避免很多外界干擾，比如，選擇玻璃缸并用膠合板或塑料薄膜蓋嚴(yán)，就是為了避免受到室內(nèi)其他氣流的影響，而搬起玻璃缸走動(dòng)則給了煙霧一些外力，它自然會(huì)亂飄。

二、趣味小實(shí)驗(yàn)

材料：礦泉水瓶、蠟燭、打火機(jī)、透明膠帶等。

步驟：（1）將礦泉水瓶去掉底部后，在適當(dāng)位置開一個(gè)小洞，并用透明膠帶將其封好；

（2）將蠟燭點(diǎn)燃，用礦泉水瓶將其罩住，使火焰的高度與小洞齊平，觀察此時(shí)火焰的形狀及狀態(tài)；

（3）將小洞上的透明膠帶撕掉，觀察此時(shí)的火焰形狀及狀態(tài)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單易操作，可以放在本節(jié)課的開始作為課堂導(dǎo)入，可以激起學(xué)生的探究欲望，想盡快知道該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并積極投入新課的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)完熱力環(huán)流的原理后可以再讓學(xué)生嘗試解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并畫出示意圖。

三、其他實(shí)驗(yàn)

筆者在聽課過程中也見到一些其他實(shí)驗(yàn)，比如，有些老師采用在教室門口吸煙的方法，讓學(xué)生觀察煙霧飄動(dòng)方向、還有在蠟燭旁邊點(diǎn)燃蚊香觀察蚊香的飄動(dòng)方向、在教室中間點(diǎn)燃一堆廢紙觀察煙灰的飄動(dòng)軌跡等，但是，這些實(shí)驗(yàn)有些不太容易操作且有較大的安全隱患，比如，在教室中間燃燒廢紙，學(xué)生可能會(huì)模仿引發(fā)一些危險(xiǎn)事件，還有一些是現(xiàn)象不容易觀察到，比如，蚊香的飄動(dòng)，當(dāng)然在教室門口吸煙這種方式是筆者最反對(duì)的，教學(xué)需求可以理解，但為人師表的一些基本規(guī)范還是要注意的。

總之，不管采取哪種實(shí)驗(yàn)方式，能讓學(xué)生直觀地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象再來理解學(xué)習(xí)原理就順利很多，當(dāng)然，依筆者的失敗教訓(xùn)來說，做實(shí)驗(yàn)前必須要反復(fù)論證，想到實(shí)驗(yàn)需要的外部環(huán)境和可能發(fā)生的意外狀況做好充足的準(zhǔn)備是實(shí)驗(yàn)成功的必要保證。

本節(jié)課的另外一個(gè)難點(diǎn)是等壓面的問題，等壓面是什么，在地表受熱不均的狀態(tài)下等壓面為什么會(huì)彎曲是怎么彎曲的，這些都是學(xué)生很難理解的問題。一方面，這是一個(gè)很抽象的概念，另一方面，課本在示意圖中用線來表示面，往往會(huì)讓學(xué)生誤解等壓面的形態(tài)。關(guān)于這部分內(nèi)容，筆者認(rèn)為如何把這些抽象的東西盡量具體化是關(guān)鍵。

筆者一般是這樣處理的：首先補(bǔ)充初中關(guān)于氣壓的知識(shí)，知道隨著海拔的升高氣壓是降低的，這時(shí)我們假設(shè)教室里的氣溫是均勻的，空氣是理想狀態(tài)下的，選取幾個(gè)面，比如，地面、課桌所在的平面以及燈所在的平面，同一平面上的各地氣壓相等，那么這些平面就可以看作是等壓面。這時(shí)的等壓面是平直的。我們把它們畫出來就是一條一條平行于地面的直線。

然后我們假設(shè)教室的地表開始受熱不均，比如，教室正中間開始受熱，那么這個(gè)地方的空氣就會(huì)受熱膨脹上升，其上空某一平面的氣壓就會(huì)升高，比如，燈所在的這個(gè)平面就不再是等壓面，那么新的等壓面應(yīng)該是怎樣的形態(tài)呢？學(xué)生結(jié)合自己所處的環(huán)境，思考、想象更有著力點(diǎn)，可以更好地理解等壓面的知識(shí)并加以

運(yùn)用。

當(dāng)然，熱力環(huán)流原理的學(xué)習(xí)是為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)去解釋生活中的地理現(xiàn)象，所以本節(jié)課萬萬不可講完原理就認(rèn)為大功告成了，理論與實(shí)際相結(jié)合才是最重要的，所以，教材安排了海陸風(fēng)的生活實(shí)例，教師可以再補(bǔ)充城市風(fēng)、山谷風(fēng)、巴山夜雨等實(shí)例，讓學(xué)生去自主探究，用學(xué)到的知識(shí)去分析生活中的地理，然后讓學(xué)生去表達(dá)、去展示、去體會(huì)成功，筆者認(rèn)為這才是地理教學(xué)的真正目的。

|編輯 李建軍