歐陽子豪
(東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 長春 吉林 130024)
兩種能量來源導(dǎo)致的地表自然帶空間格局——對地理“必修1”教材邏輯結(jié)構(gòu)的思考
歐陽子豪
(東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 長春 吉林 130024)
長期以來,對地理教材內(nèi)容——尤其是《必修一》自然地理內(nèi)容部分的研究,更多地是集中于從尺度視角對教材內(nèi)容的編排進(jìn)行宏觀分析,而從地表環(huán)境內(nèi)部機理的視角進(jìn)行的研究相對較少。太陽輻射能量和地球內(nèi)能在自然地理環(huán)境中的作用,赫特納將之概括為貫穿整個自然界的氣候和構(gòu)造兩大原因序列。據(jù)此可以作為地理《必修一》教材內(nèi)容編排的上位邏輯。本次研究就是在上述理論的基礎(chǔ)上,力求理出在能量來源和能量分配差異控制下的地理內(nèi)容組織線索,為中學(xué)地理實際教學(xué)提供可參照的上位邏輯。
陸地自然帶;構(gòu)造原因序列;氣候原因序列;教材編排邏輯
高中地理新課程改革,提出教材編寫要“轉(zhuǎn)變以學(xué)科為中心”的主張,要“以人地關(guān)系為主線”選擇和組織教材,使得對地理學(xué)科其特定知識體系和邏輯結(jié)構(gòu),與屬于學(xué)校課程的“地理學(xué)科”其教育功能之間關(guān)系的思考,成為地理教育界不可避免且將持久存在的一個重要論題。其問題的實質(zhì)就在于尋找學(xué)科邏輯與學(xué)習(xí)邏輯的結(jié)合點。本文認(rèn)為,具備對地理學(xué)學(xué)科邏輯的深層次把握和對學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯的切實認(rèn)識才能建立起合理的地理教學(xué)邏輯。人地關(guān)系為主線的教材組織邏輯和教學(xué)導(dǎo)向,著眼于全體學(xué)生的全面發(fā)展,從而簡化了理論地理學(xué)知識,但同時也淡化了地理學(xué)固有的理論味道。
由于對地理學(xué)科內(nèi)在科學(xué)邏輯與“教材注意與實際聯(lián)系”和“以人地關(guān)系為主線”的內(nèi)容組織邏輯之間關(guān)系的認(rèn)識不清,容易導(dǎo)致教師在教材分析時對地理科學(xué)理論體系關(guān)注的減少乃至缺失,而教學(xué)實踐中的一線地理教師在進(jìn)行教材分析時更強調(diào)實踐性,實效性,側(cè)重針對性,故而關(guān)注點相對具體,對教材分析所需依托的上位理論支撐,如地理學(xué)科自身科學(xué)邏輯要求,研究不夠深入,在此情況下,進(jìn)行的教材分析就較難實現(xiàn)教材分析所要求達(dá)到的對教材深層次學(xué)科邏輯和學(xué)科思想方法的整體把握。此外,在選取對人類活動有重大影響的地理過程和地理現(xiàn)象作為教材內(nèi)容的大課程背景下,對教材中選擇性呈現(xiàn)的內(nèi)容,認(rèn)識容易流于瑣碎,而無法把握具體內(nèi)容教學(xué)的側(cè)重點。因此,對地理教材中所依循的上位學(xué)科邏輯的探尋便有了使地理教育具備和保持學(xué)科特色的現(xiàn)實意義。
學(xué)科邏輯必須具備能夠反映學(xué)科思想和方法的內(nèi)涵,其內(nèi)涵往往通過學(xué)科知識結(jié)構(gòu)來加以體現(xiàn)。依循學(xué)科邏輯,地理課程標(biāo)準(zhǔn)和教材中因圍繞人地關(guān)系主線,不強調(diào)學(xué)科體系完整,因而有選擇地機械呈現(xiàn)的地理知識“點”才能被一些邏輯“線”所貫穿,以此才能將課標(biāo)要求轉(zhuǎn)化為教材結(jié)構(gòu)。因此,即使現(xiàn)行的地理課程設(shè)計理念不再強調(diào)學(xué)科體系,而主張從人地關(guān)系和素質(zhì)教育的角度選擇教學(xué)內(nèi)容,學(xué)科邏輯的探索和滲透仍然是不可忽視的。
高中地理課程以可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)思想,以人地關(guān)系為主線,著力提升國民的現(xiàn)代文明素質(zhì)?!侗匦抟弧肥歉咧械乩碚n程必修三個模塊的第一冊,是全套教科書的基礎(chǔ)。《必修一》以自然地理內(nèi)容為主,從內(nèi)容結(jié)構(gòu)看,是對地球的宇宙環(huán)境、地球的圈層結(jié)構(gòu)、自然地理要素、自然環(huán)境的整體性和差異性等傳統(tǒng)高中課程中的經(jīng)典自然地理內(nèi)容的繼承;從設(shè)計主線看,緊扣可持續(xù)發(fā)展和人地關(guān)系的核心論題,以自然環(huán)境對人類活動的影響作為模塊的總結(jié),并起到溝通其他兩個模塊的作用。具體表現(xiàn)在從行星地球的宇宙背景、要素分析到整體綜合的轉(zhuǎn)變,強調(diào)地理尺度和基本方法在分析和歸納中的作用,滲透地理觀念和地理方法的培養(yǎng)。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識自然地理環(huán)境的要素組成、基本過程、基本特征及其對人類活動的影響,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)《必修二》人文地理和《必修三》區(qū)域可持續(xù)發(fā)展問題打好基礎(chǔ)。因此,利用《必修一》經(jīng)典自然地理內(nèi)容框架,從地表自然帶空間格局形成過程中的兩大能量來源入手梳理教材學(xué)科邏輯,是形成必修模塊高中自然地理內(nèi)容教學(xué)邏輯,進(jìn)而順利落實其他模塊教學(xué)的基礎(chǔ)。
氣候帶和陸地自然帶的空間分布,是體現(xiàn)地理事物和現(xiàn)象分布格局的重要內(nèi)容,也是研究地球表面空間規(guī)律性的重要對象。除此之外陸地地表的構(gòu)造,土地構(gòu)成,動植物和墾殖,人類活動(聚居,交通,經(jīng)濟(jì)和文化生活)等也或顯性或隱性地體現(xiàn)了地理空間分布規(guī)律性的特點。對這一系列地理事象空間分布格局的研究,必然涉及對造成格局的原因的思考,從地理過程和變化的能量來源角度,我們可以分為宇宙能和地球能,并初步思考這兩種能量對地理事物和現(xiàn)象空間格局的影響。
(一)宇宙能
從對地理學(xué)科的意義來說,宇宙能主要指兩個方面:引力和太陽能。
1.引力的作用主要使地球維持在其繞日運動的公轉(zhuǎn)軌道上,在地理方面,即作為造成地球表面差異的原因之一,引力的作用,幾乎只表現(xiàn)為海洋的潮汐運動。這一事實在中學(xué)地理階段,無論是初中還是高中都未涉及。
2.太陽能,主要是太陽輻射,是貫穿中學(xué)階段地理過程和現(xiàn)象的能量來源(當(dāng)然,構(gòu)造運動除外,將在下文敘述),因此個人認(rèn)為這是《必修一》教材編排將“太陽對地球影響”放在初始章節(jié)的原因。太陽輻射對地球的影響,其本質(zhì)是造成地球表面熱的差別,從而引起空氣和降水的調(diào)整運動,產(chǎn)生天氣和氣候現(xiàn)象。
3.三種世界性的力量作用下形成的自然帶分布格局
太陽輻射到達(dá)大氣上界時,因地球的物理形狀,產(chǎn)生初始的熱量差異,呈現(xiàn)從赤道到兩極熱量逐漸減少的分布規(guī)律,形成完全基于緯度的數(shù)理氣候帶,這是不同緯度上太陽輻射造成的原生差異性格局。這一熱量分布格局,對地表的加熱作用傳導(dǎo)到大氣圈,引起大氣的垂直運動,造成低緯地區(qū)和高緯地區(qū)之間的氣壓差,繼而導(dǎo)致大氣的水平運動,從而確定了地球表面大氣和洋流的最初循環(huán)趨勢,即赤道和兩極間循環(huán)運動。當(dāng)然大氣運動的單一環(huán)流圈,在地球自轉(zhuǎn)的影響下,被打破,形成全新的信風(fēng)體系,因此原生的太陽輻射差異和地球自轉(zhuǎn),麥金德稱之為兩種世界性的力量。在這樣一個認(rèn)識的基礎(chǔ)上,我們再來看《必修一》教材的編排,“行星地球”這一章中四個小節(jié)“宇宙中的地球”、“太陽對地球的影響”、“地球的運動”和“地球的圈層結(jié)構(gòu)”,這一順序,其邏輯就很好理解了。
在太陽輻射差異和地球自轉(zhuǎn)這兩種作用的影響下,形成了全球尺度上的大氣環(huán)流模式,即三圈環(huán)流。三圈環(huán)流是不同緯度間進(jìn)行熱量交流,從而使全球熱量差異縮小這一自然地理趨勢的驅(qū)動結(jié)果。另一個使熱量趨向全球均勻分布的世界性力量是黃赤交角,黃赤交角的存在直接導(dǎo)致太陽直射點的回歸運動,使其不再始終直射赤道,從而使得單純由緯度所造成的不同緯度間巨大的熱量差異趨于縮小。
當(dāng)然,黃赤交角的另一重要影響是造成同一緯度地區(qū)太陽輻射的季節(jié)變化,這一季節(jié)差異疊加上實際地表海陸差異,使得地表帶狀的氣壓分布模式被一系列塊狀的陸地氣壓中心和海洋氣壓中心割裂,大尺度大氣運動的三圈環(huán)流模式上,出現(xiàn)了季風(fēng)環(huán)流,加上海陸間水循環(huán)的形成,從而在原生緯向地表自然帶的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了大陸東部,西部,中部在熱量和水分狀況上的分異,使地表地帶性的分布更加復(fù)雜化。
綜上,可將太陽輻射影響下的地表地帶性分布格局的認(rèn)識過程梳理如下:
這一認(rèn)識過程可以作為分析《必修一》教材內(nèi)容的編排順序依次為:“行星地球”,“地球上的大氣”,“地球上的水”,“地表形態(tài)的塑造”,以及“自然地理環(huán)境的整體性和差異性”的上位邏輯。
(1) 對于“地球上的水”這一部分內(nèi)容,在這一邏輯結(jié)構(gòu)中的位置,可作如下理解:
陸地水體:地表水,地下水,冰川水等,其性質(zhì)決定于水的來源而非歸宿,因此主要取決于氣候;
海洋水體:其水體自身的運動,在中學(xué)階段,主要指洋流,和大氣運動一起承擔(dān)全球不同緯度間熱量和水分的交流,且大氣運動是洋流的基本動力,因此其運動格局最終歸結(jié)于太陽輻射分布格局的支配。
水循環(huán),尤其是海陸間循環(huán),其根本意義在于海陸間熱量和水分的交流,而交流的動力來源于差異的存在。
因此,從能量交換的角度來說,水圈的物理情況及其運動格局和大氣圈的情況一樣,主要處于太陽輻射的影響下。
(2)“地表形態(tài)的塑造”在上述邏輯結(jié)構(gòu)中的位置,更多體現(xiàn)為太陽輻射和地球能的共同作用:
地表形態(tài)的塑造可以簡單理解為外力和內(nèi)部構(gòu)造的共同作用,其中外力主要包括風(fēng)化作用,以及空氣和水體的運動,如侵蝕,搬運,堆積等,其能量來源于地球重力和太陽輻射;內(nèi)部構(gòu)造,在中學(xué)地理階段指構(gòu)造單元,如褶皺,斷塊山等,是地球構(gòu)造運動的結(jié)果,其能量來源于地球內(nèi)部。
(二)地球能
按照赫特納的觀點,地球能包括地球運動的能量、重力和內(nèi)力作用。
1.上文述及的地球自轉(zhuǎn),海陸分布屬于地球能的范疇,其中自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的使地表流體偏轉(zhuǎn)的作用,屬于地球運動的能量,這一作用對地表風(fēng)帶的影響即通過地轉(zhuǎn)偏向力造成近地面風(fēng)向的偏轉(zhuǎn)。
2.重力作用,造成地表一切的降落、滾動和滑動現(xiàn)象,同樣也對地表事物的運動產(chǎn)生影響。從對地理事物空間格局的影響來看,重力作用對地表形態(tài)塑造的作用更為凸顯,其研究內(nèi)容更多體現(xiàn)為地質(zhì)學(xué)的范疇,限于本文主題,故此不贅。
3.海陸分布和地表起伏對自然帶分布格局復(fù)雜性的增強
內(nèi)力作用,是固體地表構(gòu)造運動的原因,其運動結(jié)果是形成地表海陸分布和陸地上巨大的地形單元,如山脈、高原、平原等,增強地球表面構(gòu)造的復(fù)雜性,是造成太陽輻射的天文分布在實際地表復(fù)雜化的主要原因。其中海洋和陸地的差別是地表最大的差別,海陸的分異滲透在所有的無機自然界和有機自然界之中,如氣候性質(zhì)的海洋性和大陸性之別,生物界有陸生生物和海洋生物的區(qū)別。海陸分布對地表大氣運動的影響,主要通過兩種方式:純機械作用和海陸熱力差異。機械的阻礙,使陸地成為世界大氣和流水運動道路上的障礙物;海陸熱力差異,簡單來說,就是造成了海陸間水循環(huán)和季風(fēng)環(huán)流。機械作用和海陸熱力差異的共同作用使原本簡單的大氣運動復(fù)雜化。
緯度地帶性和實際地表海陸差異導(dǎo)致能量和水分重新分配后形成的經(jīng)度地帶性,統(tǒng)稱水平地帶性。水平地帶性是自然界最基本的地帶分異,它往往控制大尺度的自然地域。地球構(gòu)造運動在使地表結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜的同時,也破壞了水平自然帶的單純性。最常見的是陸地地勢的起伏,使得太陽輻射在到達(dá)地表后,因海拔高度的差異造成能量和水分的再分配,形成由山麓到山頂?shù)臒崃亢退纸M合狀況的帶狀垂直分異,即垂直地帶性。由此可見,垂直地帶的結(jié)構(gòu)和類型是從屬于一定的水平地帶性的,如山地垂直自然帶的數(shù)量和種類由山麓所處自然帶和山體海拔高度共同決定。
除此之外,構(gòu)造運動還造成自然帶的非地帶性分布,相比于地帶性分異,非地帶性地理單元其特征往往表現(xiàn)為突然躍遷,變化急劇,界線更明顯,不像地帶性分異有逐漸過渡的模糊界線。因而,非地帶性單元,如高山高原氣候區(qū),通常切斷地帶性單元,進(jìn)一步加大了地表自然帶分布格局的復(fù)雜性。下面以青藏高原對我國氣候的影響為例來說明構(gòu)造運動對自然帶分布格局的影響。
第四紀(jì)強烈的構(gòu)造運動,促使巨大地貌單元的形成和分異,青藏高原的隆升,是其突出表現(xiàn)。青藏高原強大的機械阻礙作用和熱力作用,改變了亞歐大陸乃至北半球的行星風(fēng)系環(huán)流。具體表現(xiàn)為:
(1) 機械阻礙作用
高海拔和廣闊的面積,使得青藏高原成了影響亞歐大陸各大氣運動的主要障礙。
① 對西風(fēng)帶的阻礙:青藏高原緯度位置的特點使其正當(dāng)西風(fēng)前進(jìn)的路徑,西風(fēng)帶內(nèi)廣闊的亞歐大陸東西延展和大陸中部世界海拔最高的高原地形,對氣流產(chǎn)生巨大的摩擦和阻擋作用,使得西風(fēng)無法大規(guī)模影響亞歐大陸東部,亞歐大陸東部海陸間大氣環(huán)流的勢力得以凸顯,從而形成世界上最顯著的季風(fēng)氣候區(qū)。反觀大陸西部,穩(wěn)定強勢的西風(fēng),吸收了夏季由大西洋吹向亞歐大陸的同樣自西向東的海洋氣流,削弱了冬季由亞歐大陸吹向大西洋的自東向西的干冷氣流,從而使海陸熱力差異的影響無法在亞歐大陸西部主導(dǎo)大氣運動,故亞歐大陸西部無法形成季節(jié)分異明顯的季風(fēng)氣候,而是在穩(wěn)定西風(fēng)的控制下成為世界上溫帶海洋氣候最顯著的地區(qū)。
② 對南亞季風(fēng)和北冰洋干冷氣流的阻擋:青藏高原和一系列東西走向山脈使來自南亞的暖濕海洋氣流帶來的降水停留在高原的南部,無法深入亞歐大陸腹地,造成大陸內(nèi)部干旱的氣候特征;而南下的北冰洋干冷氣流同樣受青藏高原的影響,被阻滯在高原北側(cè),干冷氣流的累積,加強了蒙古和西伯利亞高壓,從而使亞歐大陸內(nèi)部干旱的氣候得以維持并強化。
(2) 熱力作用
青藏高原面積廣闊,空氣稀薄,在太陽輻射作用下,地表降溫和升溫過程非常迅速,形成強烈的冷高壓和熱低壓效應(yīng),增強了東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng),使亞歐大陸東部季風(fēng)氣候更趨顯著。
在上述作用下,亞歐大陸大氣環(huán)流形成新的格局。對更小尺度的我國來說,青藏高原的機械阻礙使得西北地區(qū)干旱氣候得以維持和強化,其熱力作用使我國東部地區(qū)季風(fēng)氣候顯著。而自身高海拔的特點,使高原內(nèi)部形成獨特的不屬于緯度和經(jīng)度地帶序列的高原氣候,至此,緯向地帶性和經(jīng)向地帶性的格局被打破,形成由西北干旱區(qū),東部季風(fēng)區(qū)和高原氣候構(gòu)成的迥異的三大自然區(qū)域格局。
綜合全文,地表自然帶分布格局形成過程的核心線索可提煉為:
在這一線索中包含的太陽輻射差異的影響和地表差異的影響,就是造成自然帶現(xiàn)實格局的兩大原因序列。
本文對學(xué)科邏輯研究的結(jié)果期望對高中地理教學(xué)有如下啟示:
(一)正確認(rèn)識“以人地關(guān)系為主線”的教材內(nèi)容取舍和學(xué)科體系完整性之間的關(guān)系
地理課程標(biāo)準(zhǔn)中指出:“高中地理課程內(nèi)容的設(shè)計以可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)思想,以人地關(guān)系為主線”,此為現(xiàn)行的高中地理教材內(nèi)容選擇和組織的基礎(chǔ)和導(dǎo)向?!耙匀说仃P(guān)系為主線”的地理教材內(nèi)容選擇和組織邏輯,主要的出發(fā)點是關(guān)注現(xiàn)實社會的重大問題和學(xué)生生活實際問題,地理課程內(nèi)容的選擇和結(jié)構(gòu)主要不是從地理科學(xué)的需要,而是從地理教育的需要為出發(fā)點,其中地理教育的需要,其內(nèi)涵在于對社會需求和學(xué)生發(fā)展需求的強調(diào)。
地理教育的發(fā)展和完善必須有地理科學(xué)和教育科學(xué)的理論支撐。從課程起源和類屬看,地理教育學(xué)應(yīng)歸于應(yīng)用教育學(xué)科。但從其課程實施者和課程依托來看,則有賴于地理科學(xué)賦予其有別于其他應(yīng)用教育學(xué)的學(xué)科特色。要使地理教育研究的理論構(gòu)建和實施始終保持學(xué)科特色,就要在以教育學(xué)的基本理論和研究方法做指導(dǎo)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步深入到作為地理教育發(fā)展的另一大理論基礎(chǔ)的地理科學(xué)中,研究地理學(xué)的思想、學(xué)科發(fā)展、科學(xué)體系等地理科學(xué)重大間題,即學(xué)科教育的研究要從學(xué)科的角度去研究教育間題,實現(xiàn)在地理教育研究中,把地理學(xué)的內(nèi)容、學(xué)生心理和教育學(xué)原理有機的結(jié)合起來。
因此,學(xué)科體系對于知識的傳授和學(xué)習(xí)是必須的,高中地理課程的基礎(chǔ)性指要重視學(xué)科體系, 高中地理課程的內(nèi)容,要考慮學(xué)科的繼承性,經(jīng)典性。當(dāng)然,并非過分強調(diào)學(xué)科體系,置社會需求和學(xué)生接受水平而不顧。
由此可見,本文對《必修一》中學(xué)科邏輯的深層探究和關(guān)注,與這次基礎(chǔ)教育課程改革 “改變課程結(jié)構(gòu)過于強調(diào)學(xué)科本位”的理念并不矛盾:教材內(nèi)容呈現(xiàn)形式上對地理學(xué)科體系完整性的弱化并不意味著教材對支撐其內(nèi)容實質(zhì)的上位學(xué)科邏輯的疏離。教師在理解課標(biāo),提煉教材時,頭腦中應(yīng)具備如上述的清晰學(xué)科邏輯做支持,從而在 “以人地關(guān)系為主線”的地理教材設(shè)計和內(nèi)容選擇理念下,在教學(xué)內(nèi)容組織不強調(diào)學(xué)科體系的完整性,而只是選取對人類活動有重大影響的地理過程和地理現(xiàn)象作為教材內(nèi)容的大課程背景下,依然保持對地理學(xué)科自身固有的理論體系適時且足夠的關(guān)注和繼承。
(二)為《必修一》地理教學(xué)側(cè)重點的把握提供科學(xué)指向
通過前文關(guān)于《必修一》教材內(nèi)容所依循的能量來源學(xué)科邏輯的提煉,教師在處理教材具體內(nèi)容時便能抓住教材內(nèi)容上位的宏觀邏輯脈絡(luò),對《必修一》中各章節(jié)所蘊含的自然地理要素在自然帶空間格局形成過程中的作用便可有清晰認(rèn)識,以此作為確定大氣,水,地貌等各要素教學(xué)側(cè)重點的依據(jù),準(zhǔn)確把握教材內(nèi)容的具體教學(xué)。比如,通過上述的思考,對于大氣,水等要素在構(gòu)成“人類賴以生存的自然地理環(huán)境”中的作用實質(zhì)和作用形式的認(rèn)識更趨明確:大氣和水分的功能主要在于促進(jìn)太陽輻射能在地表空間的再分配,以使熱量在全球趨于均勻分布,進(jìn)而擴(kuò)大人類原始生存空間。因此,《必修一》中“地球上的大氣”,“地球上的水”中的主要過程:大氣受熱、大氣環(huán)流、水循環(huán)、洋流,其根本原因和作用在于太陽輻射在地表空間的再分配,以維持自然地理環(huán)境的水,熱平衡。從而,在處理“地球上的大氣”這一部分內(nèi)容時,重點應(yīng)放在全球尺度大氣環(huán)流,氣壓帶風(fēng)帶的分布對地球氣候空間分異的宏觀控制,以及人類可感知的局地尺度常見天氣系統(tǒng)對人類生活的具體影響上。而對于大氣運動,如三圈環(huán)流的具體物理過程,則應(yīng)淡化處理;同樣,“地球上的水”中的“洋流”教材內(nèi)容,教學(xué)應(yīng)側(cè)重介紹全球表層洋流的分布規(guī)律及其地理效應(yīng),而對洋流的成因和有關(guān)類型,在教科書緊緊圍繞“自然環(huán)境及其對人類活動的影響”這一主題的背景下,則不必涉及。這樣的教材剖析事實上正體現(xiàn)了上述能量來源邏輯脈絡(luò)中,大氣,水這兩大地理要素作為熱量再分配主要媒介,主要以“運動”作用形式參與和影響“人類賴以生存的自然地理環(huán)境”這一上位學(xué)科邏輯對中學(xué)地理教學(xué)中內(nèi)容取舍的指向性作用。因此本文梳理出的《必修一》中能量來源邏輯,在教材分析時對教材核心架構(gòu)進(jìn)行高端視角整體把控,在教學(xué)實施時對具體章節(jié)內(nèi)容側(cè)重點實施局部聚焦突破,有一定指導(dǎo)價值。
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