例談地理教學中“物理知識”的錯用與巧用

陳榮

摘 要：地理學科是一門兼具自然科學性質(zhì)和社會科學性質(zhì)的綜合性科學。其中自然科學部分蘊含了大量物理知識和物理原理。課堂教學中，“物理知識”存在哪些錯用現(xiàn)象？如何科學借助學生已有的物理知識來提高地理課堂效率呢？

關鍵詞：地理教學；物理知識；錯用；巧用

《易經(jīng)》有云：仰以觀于天文，俯以察于地理。我們常用“上知天文，下知地理”來形容一個人的知識淵博。正是由于地理學研究眾多現(xiàn)象、過程、特征及人類和自然環(huán)境的相互關系，造成地理學是一門高度跨學科性的學科。高中地理和物理交叉的地方比較多，我們所熟知的人教版必修一宇宙中的地球章節(jié)中涉及不少物理概念（如角速度、線速度、周期、參照物等）和物理規(guī)律（如開普勒定律等）。這對高中地理教學提出較高要求，不僅能講清本學科知識，還能運用其他學科例如物理等來解釋地理現(xiàn)象，達到事半功倍的高效課堂教學，培養(yǎng)學生跨學科的地理思維，體現(xiàn)新課程改革思想。本文例談筆者在地理教學過程中發(fā)現(xiàn)的錯用、巧用物理知識。

一、地理教學中“物理知識”的錯用

（一）教室里的大氣壓

課堂情境再現(xiàn)：熱力環(huán)流中同一地點垂直方向氣壓高低的比較。

【師問】參考圖1和圖2，判斷A、C兩點的氣壓高低關系，并用相關物理知識解釋此現(xiàn)象。

【生答】C點較低；因為C點海拔高，空氣稀薄，大氣密度較小，故氣壓較低。

【教師小結】很好，請大家仔細觀察圖2，氣壓是由于空氣柱的重力所致。由于不同高度的大氣所承擔的空氣柱高度不同，導致在垂直方向上隨著高度增加氣壓在下降。A處承受的空氣柱高度比C處高，導致A點氣壓大于C。所以我們一樓教室氣壓比六樓教室氣壓高。同學們還有疑問嗎？

【某學生舉手】那一樓教室里的氣壓比教室外的氣壓要小嗎？因為樓頂承受了一部分空氣的壓力。

【教師釋惑】我們一起來觀察一個物理小實驗，你能發(fā)現(xiàn)什么。

（1）物理實驗：“地面放置一敞口小瓶，瓶內(nèi)氣壓與同一水平面氣壓相同。在瓶口加置一玻璃片，此時瓶內(nèi)氣壓與瓶外相比，明顯是相同的，但按上述氣壓柱解釋，則解釋不了?！?/p>

（2）物理原理：大氣產(chǎn)生壓強的本質(zhì)原因是布朗運動即大氣分子每時每刻都在做無規(guī)則的熱運動，每個分子對器壁的碰撞給予了器壁一個沖力，大量分子持續(xù)不斷碰撞就產(chǎn)生了氣壓。單位時間內(nèi)單位面積上碰撞的分子數(shù)越多，氣壓就越大，所以大氣密度越大、溫度越高，大氣壓強越大。但同時若無重力，大氣散逸至宇宙空間，沒有大氣也就談不上氣壓。綜上所述，大氣壓是分子的熱運動和重力共同作用的結果。僅提其中某一個原因都是不準確的。

美國著名教育心理學家奧蘇泊爾曾表述：“假如讓我把全部教育心理學僅僅歸納為一條原理的話，那么我將一言以蔽之：影響學習的唯一最重要的因素就是學生已經(jīng)知道了什么，要探明這一點，并因此進行教學?！边@就要求在新課程標準下，教師備課時預設學生的已知不能僅僅局限于地理學科。例如，大氣壓強在人教版初中物理九年級十四單元第三課是這樣定義的：空氣受到重力的作用而且能夠流動。此時學習氣壓與高度的關系僅從重力角度考慮是符合初中學生認知水平的。但進入高中后，學生認識程度加深，知識體系有待進一步持續(xù)發(fā)展，從重力角度分析氣壓已不符合學生的持續(xù)發(fā)展。

（二）馬桶里的水旋

課堂情境再現(xiàn)：氣旋的形成。

【引入】受水平氣壓梯度力、地轉偏向力和摩擦力共同作用，近地面大氣在水平方向上作逆時針輻合運動，稱之為氣旋。氣旋強烈發(fā)展的形式就是臺風。同學們，其中地轉偏向力對地球上做水平運動的物體影響顯著，尤其是大氣和流水的運動。

【某學生插話】沖馬桶時水就做逆時針旋轉。

【師問】你觀察過，每次都是這樣？

【另一名學生反駁】在家洗碗后排水，我經(jīng)常觀察，有時順時針轉動，有時是逆時針。

【教師小結】地轉偏向力又稱科里奧利力。指由于地球自轉而產(chǎn)生作用于運動物體的力，使物體運動方向相對于地面發(fā)生偏轉。科里奧利力不僅對風、流水產(chǎn)生影響，任何一個環(huán)繞地表的遠距離運動都會受到它的影響。對于近距離的運動，科里奧利力影響極小，沖馬桶時水的逆時針旋轉是由于馬桶的設計問題。有的馬桶就是特地設計漩渦式?jīng)_水。

《普通高中地理課程標準》強調(diào)“學對生活有用的地理”這一重要理念。上述課堂教學中，學生提出的“一樓教室內(nèi)氣壓與教室外氣壓的比較”“北半球馬桶逆時針旋轉”都與學生日常生活息息相關，教師應抓住學生提問的火花，給予學生“準確的”“對生活有用的地理知識”。中國課程改革的發(fā)展趨勢之一是學科間整合、整體發(fā)展，在搞好地理科學知識理解和掌握的同時，應加強對相關聯(lián)系密切學科如物理、化學和生物等知識的科學理解，避免錯用其他學科的知識、原理和規(guī)律進行偽論證，形成偽科學。

二、地理教學中“物理知識”的巧用

（一）物理概念的活用

【問題呈現(xiàn)】人教版地理必修1《地球的圈層結構》一節(jié)，課程標準要求學生能通過觀察縱波和橫波在地球內(nèi)部的傳播狀況，將地球內(nèi)部進行劃分。筆者發(fā)現(xiàn)學生不太理解橫波為何不能在液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)中傳播。

【問題突破】結合高中物理選修3-4第十二章第一節(jié)《波的形成與傳播》一節(jié)中關于橫、縱波傳播特性的差異（圖3）及補充文字（材料一），有助于學生理解。

（二）物理方法的運用

課堂情境再現(xiàn)：課堂活動：結合圖文資料和關鍵詞，推測張家界河谷的形成。

材料一 位于湖南省境內(nèi)的張家界，是我國著名的風景旅游區(qū)。張家界市境內(nèi)四季溫和，雨量充沛，溪流發(fā)育，各條溪流匯入澧水后，從西向東，一直流入洞庭湖。張家界市的河谷多為隘谷、峽谷。河谷底部呈線形，兩壁陡峻，灘多水急。當你泛舟或漂流在這段河谷的急流險灘上時，驚濤駭浪會使你感到驚心動魄。

材料二 圖3為張家界市山河景觀掠影

關鍵詞：地殼 抬升 溪流 向下侵蝕 河流兩岸

【學生討論并回答】略。

【教師小結】內(nèi)力作用使地殼發(fā)生垂直運動，外力作用使河床不斷下切。還有什么疑問嗎？

【學生發(fā)問】為什么地殼抬升就會導致下蝕作用加強？

【教師釋惑】河流下蝕主要指河水及其挾帶的碎屑物質(zhì)對河床底部產(chǎn)生破壞，使其加深的過程。圖4中G為水的重力，G2為重力沿河床的分力，G1為重力垂直于河床的分力。地殼抬升導致河床坡度加大，則G2增大，河水流速快挾帶碎屑物質(zhì)能力強，下蝕效果明顯，如圖5所示。還有疑問嗎？

【學生發(fā)問】當坡度超過40°，為何侵蝕強度又呈現(xiàn)下降趨勢？

【教師引導】影響流水對河床侵蝕作用強度的因素還有哪些？

【學生討論】流量。

【教師引導】坡度的變化會對河流流量產(chǎn)生怎樣的影響呢？

【學生討論匯報】隨坡度增大受雨面積減小，河流流量減小，對河床的侵蝕強度減弱。

類似的例子還有在講地球自轉時，學生很難理解教材中的結論：“地球表面除南北兩極點外，任何地點的自轉角速度都一樣，地球自轉的線速度，則隨緯度的增大而減小?！痹诮虒W中從物理角度給學生講解線速度與角速度的定義，讓學生能夠快速理解。

地理學科是門基礎學科，物理、化學、生物、政治、歷史等這些學科與地理學科關系密切。在新課程改革背景下，除了地理學科內(nèi)知識體系的建立，還應加強學科間知識體系優(yōu)化，相互配合教學。掌握地理現(xiàn)象和地理規(guī)律性知識的同時培養(yǎng)學生從不同學科角度靈活考慮問題的良好品質(zhì)，培養(yǎng)學生大膽突破常規(guī)，敢于創(chuàng)新的思維品質(zhì)。

編輯 孫玲娟