第五章《植被與土壤》影響土壤對雨水滲蓄能力的因素實(shí)驗(yàn)+課件+人教版（2019）必修一高一上學(xué)期

影響土壤對雨水滲蓄能力的因素實(shí)驗(yàn)高中地理01.實(shí)驗(yàn)基本信息02.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新點(diǎn)03.實(shí)驗(yàn)原理04.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)05.教學(xué)過程06.實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)基本信息01實(shí)驗(yàn)基本信息

實(shí)驗(yàn)“影響土壤對雨水滲蓄能力的因素”是人教版教材高中《地理》必修第一冊（2019年版）第五章《植被與土壤》的"問題研究"部分，如何讓城市不再“看?！苯虒W(xué)內(nèi)容中一部分。課標(biāo)內(nèi)容：

運(yùn)用示意圖，說明水循環(huán)的過程及其地理意義；城鎮(zhèn)化的利弊課標(biāo)解讀：

水循環(huán)由不同的環(huán)節(jié)共同組成，城市化過程中人類對自然土壤的改造影響了土壤對雨水的滲透和蓄積能力，當(dāng)強(qiáng)降雨天氣出現(xiàn)時(shí)不能及時(shí)排走或下滲的雨水在城市中聚集并形成城市內(nèi)澇，是城市化進(jìn)程中常出現(xiàn)的問題，本堂實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)主要是討論城市化進(jìn)程中土壤性狀改變對水循環(huán)中下滲環(huán)節(jié)的影響，進(jìn)而影響到雨水轉(zhuǎn)化為地下水和地表徑流量的差異，引發(fā)城市內(nèi)澇問題情境設(shè)計(jì)：

以"綿陽城市內(nèi)澇"為案例，運(yùn)用綿陽城市內(nèi)澇與學(xué)校雨季積水的資料與我國海綿城市的資料，以真實(shí)案例問題為導(dǎo)向，探索導(dǎo)致城市內(nèi)澇的下墊面因素，通過實(shí)驗(yàn)對比城市不同種類下墊面對下滲的影響，探究防治城市內(nèi)澇的解決措施---海綿城市，培養(yǎng)人地協(xié)調(diào)觀學(xué)情分析【認(rèn)知水平分析】

經(jīng)過較長時(shí)間的地理課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)具備一定的分析與解決地理問題的能力。在此之前，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了土壤、植被和水土保持等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對土壤、植被、水循環(huán)與城鎮(zhèn)化的關(guān)系有了一定的了解。【生活經(jīng)驗(yàn)分析】

“城市內(nèi)澇”就發(fā)生在學(xué)生身邊，并且學(xué)生在日常生活中可以見到屋頂花園、滲水磚、下凹的綠地等蓄排水設(shè)施，但是很少從地理角度對其進(jìn)行探究；部分學(xué)生聽過“雨水花園""海綿城市"等概念，但不熟悉其具體原理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新點(diǎn)02實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

土壤對雨水有滲透、凈化、蓄積等作用，不同的土壤狀況滲蓄能力也會(huì)有很大的差異，城市化進(jìn)程中人類活動(dòng)對自然土壤的改造是多樣的，常見的有水泥硬化路面、綠地、公園濕地、滲水磚鋪設(shè)的人行道、瀝青路面等。這些不同的土壤狀態(tài)在城市內(nèi)澇問題中扮演著什么樣的角色呢？是加劇內(nèi)澇還是緩解內(nèi)澇？本堂課實(shí)驗(yàn)就分小組模擬這些不同狀態(tài)下的土壤，在同樣的降水條件下，分別測量出降水轉(zhuǎn)化為地下水和地表徑流的水量，以此分析出影響土壤滲蓄能力的因素，并進(jìn)一步探究解決城市內(nèi)澇問題的具體措施。具體思路如下：①分7個(gè)小組分別代表城市中7種不同的地表狀況，模擬真實(shí)城市情境，有自然土壤、薄土層、砂礫土、濕土、植被覆蓋的土壤、水泥硬化后的地表、滲水磚。②各小組模擬降水量都為500mm，通過量杯測量降水轉(zhuǎn)化為地表徑流的量，并記錄。③降水量減去地表徑流量即為該種地表狀況對雨水的滲蓄量。④通過分析降水量轉(zhuǎn)化為地表徑流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出不同性質(zhì)地表對雨水的下滲和蓄積能力的差異。⑤模擬“雨水花園”的土壤結(jié)構(gòu)，測量同樣降水條件下“雨水花園”發(fā)揮的作用，體現(xiàn)其滲透蓄積和凈化水質(zhì)的能力。實(shí)驗(yàn)亮點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)①實(shí)驗(yàn)分組中所模擬的地表狀況在我們生活的城市中和身邊的校園里都能找到對應(yīng)的真實(shí)場景，吸引學(xué)生興趣，學(xué)習(xí)生活中的地理。②我們所生活的城市--綿陽，由于季風(fēng)氣候夏季多暴雨且地勢低平，城市內(nèi)澇問題時(shí)常出現(xiàn)于同學(xué)們?nèi)粘Ｉ钪?，其中土壤的滲透和蓄水能力在解決城市內(nèi)澇問題中扮演著重要角色。真實(shí)的生活實(shí)踐情境增加了本次實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的實(shí)用性。③用鏡頭記錄下一次降雨后校園內(nèi)真實(shí)的積水狀況，將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用于分析校園內(nèi)積水狀況差異的原因，學(xué)以致用，聯(lián)系生活實(shí)際。④城市中土壤狀態(tài)多種多樣，為盡可能多的體現(xiàn)出土壤對雨水滲蓄能力的差異并分析出影響土壤滲蓄能力的因素，所以本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了7種不同的場景來展示差異。⑤解決城市內(nèi)澇問題的有效途徑之一“雨水花園”具體功效如何，通過實(shí)驗(yàn)的方式抽象的知識(shí)可視化。學(xué)生通過自己的動(dòng)手操作，理解“雨水花園”如何將渾濁的大量的雨水滲透蓄積起來，并實(shí)現(xiàn)凈化再利用。實(shí)驗(yàn)原理03實(shí)驗(yàn)原理

水循環(huán)根據(jù)空間差異可以分為海上內(nèi)循環(huán)、海陸間循環(huán)和陸地內(nèi)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)由不同的環(huán)節(jié)共同組成，如左圖所示。實(shí)驗(yàn)原理

降水到達(dá)地面后，一部分是在重力作用下沿地表匯入河道，即“地表徑流”。一部分則以下滲的形式進(jìn)入土土壤，形成“壤中流”。還有部分降水則滲入地下達(dá)到地下含水層，形成“地下徑流”（如下圖所示）。降水(P)轉(zhuǎn)化為地表徑流的比例和速度受到降水強(qiáng)度、地形坡度、土壤孔隙度、植被覆蓋度等因素共同影響，本次實(shí)驗(yàn)探究是在其他條件一致的前提下，研究土壤性狀對雨水滲蓄能力的影響。實(shí)驗(yàn)原理

城市內(nèi)澇是指由于降水強(qiáng)度大或連續(xù)性降水超過城市排水和蓄水能力使城市內(nèi)積水形成災(zāi)害的一種現(xiàn)象。城市化進(jìn)程中，人類活動(dòng)對自然土壤的某些改造活動(dòng)（如道路房屋建設(shè)、路面硬化）導(dǎo)致土壤對雨水的下滲能力和蓄積能力下降，轉(zhuǎn)化為壤中流和地下徑流的比例減少，更多的降水直接轉(zhuǎn)化為地表徑流，致使城區(qū)內(nèi)積水成災(zāi)。

影響降水轉(zhuǎn)化比例分配和土壤滲蓄能力的因素多樣，如土壤的植被覆蓋度，土壤孔隙度、土壤現(xiàn)有含水量、地表坡度等。

本堂課設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究是在假設(shè)降水強(qiáng)度，地表坡度等土壤外因素一致前提下，通過測量降水到達(dá)地表后轉(zhuǎn)化為地表徑流的水量，并以此計(jì)算出下滲的水量。分小組對7種不同土壤狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)來分析出影響土壤滲透和蓄積能力的因素有哪些。7組實(shí)驗(yàn)樣本分別為自然土壤、厚度較薄的土層、砂礫石為主的土層、含水量已接近飽和的濕潤土壤、植被覆蓋高的土壤；水泥硬化的地表；鋪設(shè)滲水磚的地表。為盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，7組實(shí)驗(yàn)樣本的地表坡度、地表徑流導(dǎo)水管位置和每個(gè)樣本中的自然土壤部分的土壤質(zhì)地一致，除厚度較薄的土層樣本外，其余實(shí)驗(yàn)樣本的土層厚度一致。

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果中對數(shù)據(jù)的分析對比可以得知：土層厚度、孔隙度、植被覆蓋率與土壤滲蓄力呈正相關(guān)關(guān)系，土壤水分飽和度、地表硬化程度與土壤滲蓄力呈反相關(guān)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)04實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)①理解水循環(huán)的具體環(huán)節(jié)和每個(gè)環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系，尤其是海陸間循環(huán)中降水、下滲、地表徑流、地下徑流的相互關(guān)系，分析出下滲和地表徑流存在此消彼長的關(guān)系②掌握城鎮(zhèn)化進(jìn)程中人類活動(dòng)對土壤不同形式的改造對水循環(huán)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的影響③學(xué)會(huì)分析影響土壤滲蓄能力的因素和“雨水花園”的具體功能④分析城市內(nèi)澇的原因并結(jié)合生活實(shí)際提出具體解決措施實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程05導(dǎo)入人教版（2019）高中地理必修一展示城市內(nèi)澇圖片及視頻提出疑問：1.什么是城市內(nèi)澇？2.內(nèi)澇的原因是什么？3.我們學(xué)校會(huì)內(nèi)澇嗎？創(chuàng)設(shè)情境思考：校園內(nèi)這些路面有什么共同特點(diǎn)？與地表積水有什么關(guān)系？創(chuàng)設(shè)情境

土壤截留的降水越多，降水通過它流到河流所需要的時(shí)間就越長，削減了洪峰，因此降低了洪災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。1米厚的多空隙土壤截留300毫米的降水量。用瀝青或者混凝土之類的不透水層覆蓋的土地，降水無法向土壤下滲。城市中大面積的土地表面被硬化，一旦發(fā)生強(qiáng)降雨，產(chǎn)生的徑流量很容易超過排水系統(tǒng)的排水能力，積水成澇。【資料分析】

1.說明地表狀況差異對水循環(huán)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的影響。2.影響土壤下滲和蓄水能力的因素有哪些。人教版（2019）高中地理必修一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主題：探究影響土壤下滲蓄水功能的因素材料準(zhǔn)備：透明方形盒子7個(gè)；量杯7個(gè)；500mL水；泥土；砂石；草皮；滲水磚；不透水磚一塊；橡皮泥；灑水壺7個(gè)；短吸管7只；直尺；記號(hào)筆；鐵棍；打火機(jī)。實(shí)驗(yàn)要求：1.每個(gè)實(shí)驗(yàn)2分鐘（模擬降雨1分鐘，觀察數(shù)據(jù)1分鐘）；模擬降水量等量500mL。2.小組成員分工合作完成。3.實(shí)驗(yàn)過程中注意實(shí)驗(yàn)安全和衛(wèi)生。實(shí)驗(yàn)分組和任務(wù)分配：（1）實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配：①號(hào)組：自然土壤；②號(hào)組：薄土層；

③號(hào)組：砂礫；④號(hào)組：濕土；⑤號(hào)組：植被覆蓋；⑥號(hào)組：地表硬化；⑦號(hào)組：滲水磚；（2）組內(nèi)成員分配：①號(hào)、②號(hào)：擺放實(shí)驗(yàn)器材；③號(hào)：模擬降水；④號(hào)：用量杯接通過導(dǎo)管流出的水⑤號(hào)：觀察并記錄地表徑流形成時(shí)間

⑥號(hào)：觀察土壤滲水蓄水情況并記錄數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)樣本準(zhǔn)備人教版（2019）高中地理必修一第一步：準(zhǔn)備7個(gè)同規(guī)格長方體塑料盒，其中6個(gè)盒子兩端的分別用記號(hào)筆標(biāo)記一高一低兩個(gè)高度，另1個(gè)代表薄土層樣本的盒子兩端分別低于其他盒子的高度做好標(biāo)記，但兩端的高度差所有盒子必須保持一致。（教師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)盒子規(guī)格確定高度和高差）。第二步：在每個(gè)盒子低的一端用打火機(jī)燒紅鐵棍打孔，接入小段吸管做導(dǎo)水管，并用橡皮泥密封導(dǎo)管周邊縫隙，防止漏水。第三步：將土壤、礫石、草皮、橡皮泥（代替水泥）、滲水磚等材料分別裝入實(shí)驗(yàn)盒。第四步：調(diào)整每個(gè)實(shí)驗(yàn)盒子中樣本的最高和最低位置，保持與標(biāo)記高度一致。第五步：滲水磚邊緣用橡皮泥密封，防止水從磚塊邊緣漏走。實(shí)驗(yàn)步驟人教版（2019）高中地理必修一第一步：根據(jù)小組內(nèi)成員分工編號(hào)，由①號(hào)和②號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)器材擺放：將實(shí)驗(yàn)托盤水平放置于操作臺(tái)，土壤樣品盒中有導(dǎo)管一端放置于托盤外側(cè)邊緣，量杯放置于托盤中合適位置以便于完整接住模擬降水后通過導(dǎo)管流出的雨水。保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減小誤差。器材擺放如下圖所示：第二步：由組內(nèi)③號(hào)同學(xué)模擬降水。為盡量縮小降水誤差，每個(gè)小組都使用統(tǒng)一樣式灑水壺模擬降水，用量杯準(zhǔn)確測量500mL自來水轉(zhuǎn)入壺中，同時(shí)對7名模擬降水員在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行統(tǒng)一訓(xùn)練，1分鐘時(shí)間勻速灑完壺內(nèi)500mL自來水，并且要求灑水壺的高度和灑水落入實(shí)驗(yàn)樣本盒的位置點(diǎn)相同，保證每個(gè)小組的降水強(qiáng)度和降水持續(xù)時(shí)間一致。第三步：④號(hào)同學(xué)在模擬降雨開始時(shí)用量杯完整接住通過導(dǎo)管流出的水。第四步：⑤號(hào)同學(xué)觀察模擬降雨開始后雨水轉(zhuǎn)化為地表徑流的速度，并記錄導(dǎo)管有水開始外流的時(shí)間（即形成地表徑流的時(shí)間）。第五步：⑥號(hào)同學(xué)觀察下滲情況，讀取并記錄模擬降水完成后量杯內(nèi)水量。第六步：匯總并展示各小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，組內(nèi)成員交流實(shí)驗(yàn)觀察心得，討論分析總結(jié)。實(shí)驗(yàn)步驟人教版（2019）高中地理必修一實(shí)驗(yàn)記錄表①自然土壤②薄土層③砂礫土④濕土⑤植被覆蓋⑥地表硬化⑦滲水磚模擬降水量500mL500mL500mL500mL500mL500mL500mL地表徑流量土壤滲蓄量開始形成地表徑流時(shí)間小組討論與互評(píng)：1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)想要說明什么？2.分析影響土壤下滲與蓄水量的因素及其所產(chǎn)生的具體影響。實(shí)驗(yàn)過程實(shí)錄及數(shù)據(jù)人教版（2019）高中地理必修一①自然土②薄土層③砂礫④濕土⑤植被覆蓋⑥地表硬化⑦滲水磚模擬降水量500mL500mL500mL500mL500mL500mL500mL地表徑流量160mL270mL100mL450mL95mL480mL137mL土壤滲蓄量340mL230mL400mL50mL405mL20mL363mL開始形成地表徑流時(shí)間降水開始后25秒降水開始后13秒降水開始后31秒降水開始后8秒降水開始后31秒降水開始后2秒降水開始后28秒注：數(shù)據(jù)僅代表本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)操作過程的教師指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)結(jié)論人教版（2019）高中地理必修一實(shí)驗(yàn)操作過程中的教師指導(dǎo)：1.實(shí)驗(yàn)物品擺放時(shí)教師實(shí)時(shí)指導(dǎo)位置調(diào)整，既能方便③號(hào)同學(xué)模擬降水員操作模擬降水，又能方便④號(hào)同學(xué)用量杯接住從盒子內(nèi)通過導(dǎo)管導(dǎo)出的水，同時(shí)注意不遮擋實(shí)驗(yàn)盒子，便于同學(xué)們觀察完整的實(shí)驗(yàn)過程。2.實(shí)驗(yàn)倒計(jì)時(shí)前調(diào)整7位模擬降水員拿灑水壺的位置和高度一致，并強(qiáng)調(diào)模擬降水時(shí)灑水壺的傾斜角度。倒計(jì)時(shí)開始后實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整，盡可能保證降水強(qiáng)度和降水持續(xù)時(shí)間一致。3.提醒⑤號(hào)同學(xué)記錄時(shí)參照白板中倒計(jì)時(shí)來計(jì)算出地表徑流開始形成的時(shí)間。4.教師觀察⑥號(hào)同學(xué)讀取量杯數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)驗(yàn)樣本盒子內(nèi)的地表徑流部分已全部流出并及時(shí)提醒，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。5.讀取量杯數(shù)據(jù)時(shí)教師觀察各小組操作是否規(guī)范，需要將量杯水平放置于操作臺(tái)，保持視線與量杯內(nèi)水面平行。課堂小組討論與小組互評(píng)得出結(jié)論：1.通過對七個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本對比分析得知，與自然土壤土壤相比，薄土、砂礫土、濕土、植被覆蓋地、硬化地表和滲水磚分別在土層厚度、孔隙度、水分飽和度、植被覆蓋度等特征上存在差異。2.土層厚度、孔隙度、植被覆蓋率與土壤滲蓄力呈正相關(guān)關(guān)系，土層厚度越大、土壤孔隙度越大、植被覆蓋率越高，土壤對雨水的滲蓄能力越強(qiáng)，降水形成地表徑流的時(shí)間越慢。3.土壤水分飽和度、地表硬化程度與土壤滲蓄力呈反相關(guān)關(guān)系，土壤水分飽和度和地表硬化程度越高，土壤對雨水的滲蓄能力越差，降水形成地表徑流的時(shí)間越快。【聯(lián)系生活實(shí)際】校園中的不同土壤狀況思考：這些場景中的土地狀態(tài)對雨水的滲蓄能力如何？為什么會(huì)有這樣的差異【聯(lián)系生活實(shí)際】城市中的不同土壤狀況思考：這些場景中的土地狀態(tài)對雨水的滲蓄能力如何？為什么會(huì)有這樣的差異實(shí)驗(yàn)：模擬“雨水花園”實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：1.“雨水花園”實(shí)驗(yàn)樣本盒自下而上分別由底部導(dǎo)水孔、濾網(wǎng)、礫石、細(xì)沙、土壤、草皮、上部導(dǎo)水孔（最大蓄水高度）組成，樣本盒子內(nèi)模擬地表的坡度為零。2.用量杯盛500ml自來水并摻入泥沙（模擬雨后渾濁的地表徑流）。實(shí)驗(yàn)過程：1.將量杯放置于操作臺(tái)，實(shí)驗(yàn)樣本盒置于量杯上部并保證底部導(dǎo)水孔對準(zhǔn)量杯。2.將500ml渾水倒入樣本盒，