借助立體幾何模型 巧學(xué)大氣三圈環(huán)流

許太州

（江蘇省東?？h第二中學(xué), 江蘇 連云港 222300）

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借助立體幾何模型 巧學(xué)大氣三圈環(huán)流

許太州

（江蘇省東?？h第二中學(xué), 江蘇 連云港 222300）

摘要：大氣三圈環(huán)流是高中地理教學(xué)的重難點(diǎn)，也是高頻考點(diǎn)，因此如何學(xué)習(xí)大氣三圈環(huán)流就顯得尤為重要。基于此，本文以手工制作的立體幾何模型為載體，闡述了模型的制作、思考、再設(shè)計(jì)、再反思，采用圖文相結(jié)合的方法，借助立體幾何模型，讓學(xué)生巧妙而又生動(dòng)地學(xué)習(xí)大氣三圈環(huán)流，重視對地理問題的探究，從而使學(xué)生養(yǎng)成良好的地理素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：幾何模型；制作；大氣三圈環(huán)流

一、模型制作緣由

2014年10月，筆者有幸參加了縣組織的第二屆“高效課堂大賽”。當(dāng)時(shí)賽課的課題是魯教版必修Ⅰ第二單元第二節(jié)中有關(guān)“大氣三圈環(huán)流”的內(nèi)容。這一節(jié)內(nèi)容歷來是高中地理教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，也是高頻考點(diǎn)。對于這一塊知識的講解，很多教師都感到不好講授，甚至有些老師干脆避繁就簡地要求學(xué)生能夠繪制出北半球的氣壓帶和風(fēng)帶分布示意圖，然后沿赤道對稱能繪出南半球的示意圖，死記硬背就行了。說實(shí)話，這樣的講授確實(shí)挺有效果的，最起碼，教師講得省事，學(xué)生記得容易，但是學(xué)生只知怎么畫，卻不知為什么這么畫。俗話說得好，授人以魚，不如授人以漁。

高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念中，“滿足學(xué)生不同的地理學(xué)習(xí)需要”“重視對地理問題的探究”“注重學(xué)習(xí)過程評價(jià)和學(xué)習(xí)結(jié)果評價(jià)的結(jié)合”，就是對此的最好佐證?；谶@種狀況，筆者組織班級學(xué)生，采用小組合作形式制作“大氣三圈環(huán)流”實(shí)物模型，以期借助立體幾何模型，讓學(xué)生巧學(xué)大氣三圈環(huán)流。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱髋c問題

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧希簬ь伾目埲舾?、廢棄的試卷一沓、透明膠帶一個(gè)、剪刀一把、模型制作與操作記錄表，每組一份。

模型制作過程：(1)將班級分成若干小組（建議4—6人為一組，這里以6人為一組），確定小組長，實(shí)行組長負(fù)責(zé)制；(2)2人制作紙棒若干（4根較長），2人利用剪刀和卡紙制作直箭頭若干，2人負(fù)責(zé)拼合、搭建長方體，并用紙棒將長方體三等分；(3)將剪好的箭頭用膠帶粘在長方體合適的位置（見圖1）。

模型交流展示：每組制作完模型，由各組組長輪流負(fù)責(zé)講解，組內(nèi)其他成員給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，其他小組可以在過程中進(jìn)行提問，小組長負(fù)責(zé)解答，如遇不明白的地方，在記錄表中做好記錄，以便為后期模型的再設(shè)計(jì)提供素材。

圖1 大氣三圈環(huán)流模型示意

2.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鞯膯栴}和不足

課后，各小組依據(jù)課本上關(guān)于大氣三圈環(huán)流的相關(guān)知識以及在模型制作過程中出現(xiàn)的一些問題，通過組內(nèi)和組間交流發(fā)現(xiàn)模型制作過程中存在以下幾個(gè)問題和不足之處：一是不能理解或理解不透長方體模型和地球空間的關(guān)聯(lián)性，現(xiàn)實(shí)中地球的三圈環(huán)流怎樣在一個(gè)長方體模型中展示；二是模型中箭頭的制作存在差異，有的小組箭頭制作過長或過短，不能依據(jù)長方體的三等分來制定，缺乏整體性和協(xié)調(diào)性，浪費(fèi)了大量的卡紙；三是模擬大氣在近地面和高空運(yùn)動(dòng)的箭頭繪制成一模一樣了，沒有差別；四是箭頭放置的方向相反，出現(xiàn)箭頭胡亂放置的現(xiàn)象。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

針對以上問題與不足，同時(shí)也為了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟粩嗤晟疲P者建議各小組再次認(rèn)真研讀相關(guān)的地理知識，并在此基礎(chǔ)上，針對記錄表中記錄的問題和不足之處，逐一排查、研究和制定解決措施。建立組間相互討論機(jī)制，相互學(xué)習(xí)，相互競爭，在學(xué)習(xí)中求進(jìn)步，在競爭中促進(jìn)步。各小組就如何解決出現(xiàn)的不足之處達(dá)成以下幾點(diǎn)共識：

第一，長方體的改進(jìn)：長方體的制作是模擬地球大氣空間運(yùn)動(dòng)的重要載體，其制作相對簡單，但還應(yīng)考慮到以下幾個(gè)問題：一是，長方體素材的選取應(yīng)考慮易操作性，紙棒取材相對便利，但粗細(xì)不均，在制作時(shí)盡量保持粗細(xì)較為均勻；二是，長方體三等分應(yīng)準(zhǔn)確，并在等分位置處標(biāo)注有0o、30o、60o和90o字樣的卡片，表示半球時(shí)還應(yīng)標(biāo)注N或S符號，這樣易于直觀、形象地觀察和操作模型。

第二，箭頭的再設(shè)計(jì)：箭頭的制作是整個(gè)模型制作的關(guān)鍵之處。近地面箭頭應(yīng)采用直箭頭，而高空采用彎曲的箭頭，這樣才符合大氣運(yùn)動(dòng)的特征，即在高空，風(fēng)基本不受地面摩擦力的影響，風(fēng)向主要取決于氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力，在此二者共同作用下，風(fēng)向偏至平行于等壓線；而在近地面，風(fēng)向還受到摩擦力的影響，與等壓線斜交。

第三，模型、箭頭的組合：兩者的組合是整個(gè)模型制作的難點(diǎn)所在。以北半球?yàn)槔?，赤道地區(qū)溫度高，空氣受熱膨脹上升（直箭頭指向高空），近地面形成赤道低氣壓帶，上升氣流使赤道上空相對于同高度的其他區(qū)域來說，成為高氣壓區(qū)，故近地面直箭頭應(yīng)指向赤道地區(qū)；氣流由赤道上空高氣壓區(qū)流向北極上空，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，逐漸向右偏轉(zhuǎn)成西南風(fēng)，流到30oN附近上空時(shí)偏成西風(fēng)，故這一段箭頭應(yīng)采用彎箭頭，并指向東；北極地區(qū)，終年寒冷，空氣冷卻下沉，近地面形成高壓帶，南下冷氣流與由30oN北上的暖氣流在60oN相遇，形成極鋒（副極地低壓帶）。這一塊箭頭的組合相對較為復(fù)雜，既要考慮方向，又要考慮鋒面，暖氣流應(yīng)沿鋒面向上爬升，故箭頭向上布置。與此相對，60oN高空形成高壓區(qū)，受地轉(zhuǎn)偏向力影響，向兩側(cè)的箭頭采用彎箭頭，彎曲方向應(yīng)向右。

四、新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧希簬ь伾目埲舾伞U棄試卷若干、透明膠帶一個(gè)、剪刀一把、模型制作與操作記錄表，每組一份。

模型制作過程：(1)長方體制作大致同上；(2)在三等分位置處粘貼帶有0o、30oN、60oN和90oN字樣的卡片（以北半球?yàn)槔?3)制作直、彎箭頭若干，并在長方體上粘貼各種直、彎箭頭，并不斷進(jìn)行調(diào)整（見圖2）。

模型交流展示：(1)直箭頭一般表示近地面空氣和豎直氣流的運(yùn)動(dòng)，注意方向有所不同：近地面應(yīng)由高壓指向低壓；而豎直方向不一定由高壓指向低壓。(2)高空空氣運(yùn)動(dòng)用彎箭頭表示，運(yùn)動(dòng)方向由高壓指向低壓，并注意彎曲方向（以北半球?yàn)槔簯?yīng)向右偏轉(zhuǎn)并偏至與緯線平行。(3)長方體中每一等分范圍內(nèi)直彎箭頭應(yīng)形成一個(gè)循環(huán)。

圖2 大氣三圈環(huán)流改進(jìn)模型示意

五、新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠^察和反思

新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)相對于原先的模型主要不同之處在于彎箭頭的制作和特殊緯度的標(biāo)注，尤其是彎箭頭。觀察新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可以看出：相對于原?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，彎箭頭的設(shè)置更能符合高空大氣運(yùn)動(dòng)的特征，而且箭頭設(shè)置有一定的斜角，這樣更能體現(xiàn)出是受地轉(zhuǎn)偏向力的影響。此外，就是在60oN近地面處，來自兩側(cè)的冷暖氣流相遇形成極鋒，暖氣流暖而輕，處于鋒面的上方，而冷氣流冷而重，處于鋒面的下方，故這一塊箭頭的處理就顯得尤為重要。而且這一點(diǎn)正好與前面講過的鋒面系統(tǒng)相同，起到進(jìn)一步鞏固的作用。

當(dāng)然，模型的制作不是一蹴而就的，需要一步一步的布置、加工和調(diào)整。在后期的課堂演示過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些不足：首先，有的老師認(rèn)為赤道地區(qū)由于終年高溫，對流顯著，大氣運(yùn)動(dòng)高度較高；而極地地區(qū)由于終年寒冷，對流不是很顯著，大氣運(yùn)動(dòng)高度較低。所以，應(yīng)將長方體制成“棺材狀”，赤道地區(qū)較大，極地地區(qū)較小，這樣更符合全球大氣運(yùn)動(dòng)特征（以北半球?yàn)槔Ｆ浯?，學(xué)生制作模型，能否制作得合理、規(guī)范

呢？由于數(shù)學(xué)學(xué)科的滯后性，學(xué)生立體幾何的空間意識較欠缺，對于一定空間范圍內(nèi)，大氣運(yùn)動(dòng)的方向如何把握，怎樣向右或向左偏轉(zhuǎn)、偏至什么位置等問題都需要一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行解決。再次，直、彎箭頭銜接應(yīng)該細(xì)化、細(xì)致。直、彎箭頭的組合關(guān)乎模型制作的關(guān)鍵，而箭頭的銜接是否合理、細(xì)致更是重中之重。比如高空，彎箭頭末端應(yīng)與直箭頭始端相連，每個(gè)循環(huán)并不是一個(gè)規(guī)整的循環(huán)，而是一個(gè)相對別扭且具有三維立體感的循環(huán)。

（責(zé)任編校：周曉輝）