《大氣的垂直分層》實(shí)驗(yàn)探究教案

大氣的組成和垂直分層【課標(biāo)分析】課標(biāo)要求：《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》2017年版中指出：運(yùn)用圖表等資料說明大氣的組成和垂直分層及其與生產(chǎn)和生活的聯(lián)系。課標(biāo)分析：對于大氣的組成和垂直分層相關(guān)知識(shí)，課標(biāo)要求是“運(yùn)用圖表等資料說明大氣的組成和垂直分層及其與生產(chǎn)和生活的聯(lián)系”；學(xué)習(xí)條件是“運(yùn)用圖表等資料”，行為動(dòng)詞是屬于“理解水平”的“說明”，學(xué)習(xí)內(nèi)容是“大氣的組成和垂直分層”。由此可知，學(xué)生應(yīng)該在圖表、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)資料的基礎(chǔ)上理解并掌握大氣的組成和垂直分層，在分析具體事件、生活現(xiàn)象的過程中理解大氣的組成和垂直組成和生產(chǎn)生活的聯(lián)系。此外，具體案例與事件的分析并不是目標(biāo)，而是通過案例、事件學(xué)習(xí)大氣的組成和垂直分層的知識(shí)、理解其與生產(chǎn)生活的聯(lián)系、培育人地協(xié)調(diào)觀?！窘滩姆治觥啃掳嫦娼贪娓咧械乩斫滩闹R(shí)點(diǎn)全面，重難點(diǎn)內(nèi)容突出，難點(diǎn)問題呈現(xiàn)方式得當(dāng)，如“逆溫”沒有出現(xiàn)在課本正文，在人物對話框及活動(dòng)材料中簡要呈現(xiàn)，選擇性必修再深入學(xué)習(xí)。教材知識(shí)語言邏輯緊密，便于學(xué)生理解，如“隨著空氣的對流運(yùn)動(dòng)，近地面的水汽和雜質(zhì)向上輸送，在上升過程中隨著氣溫的降低、容易成云致雨”、“大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主，平流層由此而得名”。教材提供“臭氧層破壞帶來的氣候生物效應(yīng)”、“貴陽成為中國避暑之都的原因”、“3月林芝江南風(fēng)光”等活動(dòng)，教材探究活動(dòng)為教師開展問題式教學(xué)提供了若干切入點(diǎn)，有利于一線教師進(jìn)行二次開發(fā)成探究情境。某種程度上，教學(xué)的多主題配置，全部講完從教學(xué)時(shí)間上是肯定不允許的，一線教學(xué)中需要教師對教材進(jìn)行情境化處理?！緦W(xué)情分析】大氣的組成與垂直分層這一課學(xué)科綜合性強(qiáng)，而高一的學(xué)生已經(jīng)具備了一定的物理、化學(xué)知識(shí)，能夠進(jìn)行分析探究。而選取貼近學(xué)生生活的飛行情境更利于激發(fā)學(xué)生的探究欲望，并采取學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)探究的活動(dòng)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與問題探究，并且展現(xiàn)錄制實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的真實(shí)“bug”，營造了輕松愉快的課堂氛圍、推動(dòng)學(xué)生一起尋找實(shí)驗(yàn)失敗的原因，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)參與度。但此時(shí)高一的學(xué)生空間思維等素養(yǎng)還未深入培養(yǎng)，在情境中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行空間模式假設(shè)、空間模式驗(yàn)證、空間推理、時(shí)空綜合分析等利于培養(yǎng)學(xué)生的地理核心素養(yǎng)。【教學(xué)目標(biāo)】地理實(shí)踐力：學(xué)生通過觀看同學(xué)操作的“垂直方向上不同冷熱結(jié)構(gòu)的模擬實(shí)驗(yàn)”，思考實(shí)驗(yàn)中遇到問題的原因，培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。綜合思維：通過民航飛機(jī)不同時(shí)間同一地點(diǎn)起飛后景色的不同、同一時(shí)間不同地點(diǎn)民航飛機(jī)開啟客艙服務(wù)時(shí)間的真實(shí)情境問題，分析對流層平流層的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生時(shí)空綜合的能力。人地協(xié)調(diào)觀：通過民航飛行體驗(yàn)感受不同大氣分層的特點(diǎn)及其對飛行的影響，在試題情境中感受人類活動(dòng)對正常大氣溫度結(jié)構(gòu)的影響，樹立人與自然和諧相處的人地協(xié)調(diào)觀。區(qū)域認(rèn)知：通過模擬實(shí)驗(yàn)感受不同大氣垂直結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過民航飛行感受不同區(qū)域?qū)α鲗雍穸鹊牟町悾訌?qiáng)學(xué)生對大氣空間模式的理解與區(qū)域認(rèn)知能力。【教學(xué)重難點(diǎn)】【重點(diǎn)】對流層的特點(diǎn)及其對人類活動(dòng)的影響；【難點(diǎn)】感知大氣及大氣的垂直分層（從知識(shí)上看大氣的組成和垂直分層學(xué)習(xí)難度不大；難的是學(xué)生有沒有真正感知到大氣、大氣的垂直分層。突破難點(diǎn)的關(guān)鍵就要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，利用生活中與大氣的組成、垂直分層相關(guān)的事例來開展教學(xué)內(nèi)容。因此，本課選取的情境是“飛行體驗(yàn)”。）【教學(xué)過程】教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入展示飛機(jī)起飛爬行狀態(tài)的圖片、空姐提示系好安全帶收起小桌板的畫面，詢問學(xué)生在飛機(jī)起飛后20分鐘、著陸前30分鐘，空姐為什么要提示你系好安全帶、收起小桌板呢？（展示貼近學(xué)生的生活情境、喚起學(xué)生的體驗(yàn)記憶、引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活體驗(yàn)）【切入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)】飛機(jī)顛簸說明此時(shí)大氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的？到了飛行中途，這時(shí)候提示可以解開安全帶、允許上廁所，并且空姐們開始提供客艙服務(wù)了，說明這個(gè)時(shí)候的大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？【引導(dǎo)空間模式假設(shè)】結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，我們來設(shè)想，垂直方向上的冷熱結(jié)構(gòu)，會(huì)有哪兩種組合？不同冷熱結(jié)構(gòu)的大氣穩(wěn)定程度又是怎樣的呢？（實(shí)驗(yàn)假設(shè)：上冷下熱——不穩(wěn)定；上熱下冷——穩(wěn)定）【空間模式的假設(shè)——實(shí)驗(yàn)?zāi)M】1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河捎跉怏w和液體都屬于流體，因此可以利用不同溫度的水，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來探索垂直方向上、不同冷熱結(jié)構(gòu)對氣流穩(wěn)定程度的影響。所以我們實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖悄M垂直方向上的冷熱差異，來判斷大氣的穩(wěn)定程度。2.實(shí)驗(yàn)器材：如果請你來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，你需要哪些實(shí)驗(yàn)器材呢？學(xué)生完成學(xué)案上實(shí)驗(yàn)?zāi)M部分的實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)假設(shè)。3.第一次實(shí)驗(yàn)：（播放請學(xué)生提前錄制好的第一次模擬實(shí)驗(yàn)的視頻）為什么裝有熱水的塑料杯會(huì)收縮變形呢？怎么改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?.第二次實(shí)驗(yàn)：更換厚杯子，控制氣壓變量對實(shí)驗(yàn)的影響，開始第二階段的實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)啊，我們只是把冷水染成了藍(lán)色，熱水沒有染色。（播視頻）上熱下冷的垂直溫度結(jié)構(gòu)，我們預(yù)計(jì)應(yīng)該是穩(wěn)定的，也就是說上層的熱水不會(huì)往下走，那為什么冷水很快向上擴(kuò)散了？可能會(huì)是什么原因呢？怎么改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?.第三次實(shí)驗(yàn)：冷熱水我們加了等量的藍(lán)紅墨水后，我們開始了第三次實(shí)驗(yàn)，提醒一下，我們這次是用上下溫度差異較小的冷熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（播視頻），為什么熱水向下擴(kuò)散明顯呢？熱水都擴(kuò)散到了這個(gè)位置?！局R(shí)總結(jié)】三次實(shí)驗(yàn)失敗經(jīng)歷，這對于大氣垂直分層的依據(jù)有沒有啟示/關(guān)聯(lián)呢？根據(jù)大氣的溫度、密度、運(yùn)動(dòng)狀況（板書）在垂直方向上的差異，將大氣自下而上分為對流層、平流層、高層大氣。對流層是距離地面最近的一層，也是與人類活動(dòng)關(guān)系最密切的一層，對流層頂向上到50至55千米的高度是平流層，平流層往上的大氣是高層大氣。6.第四次實(shí)驗(yàn)：經(jīng)過不斷的迭代，第四次實(shí)驗(yàn)我們終于成功了。（播第四次實(shí)驗(yàn)成功視頻）結(jié)合實(shí)驗(yàn)成功的現(xiàn)象，總結(jié)垂直方向上不同冷熱結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。上熱下冷，氣流比較平穩(wěn)，專業(yè)術(shù)語叫平流運(yùn)動(dòng)，氣體主要是在水平方向上運(yùn)動(dòng)；而上冷下熱、氣體主要在垂直方向上運(yùn)動(dòng)，對流運(yùn)動(dòng)明顯。大氣垂直方向上的密度應(yīng)該是下面密度大、下面密度小。（但是大家發(fā)現(xiàn)沒有，我們是實(shí)驗(yàn)?zāi)M可能是不科學(xué)的，哪里不科學(xué)？密度、氣壓與實(shí)際的大氣狀況不一樣，我們的實(shí)驗(yàn)只是啟發(fā)了而不是驗(yàn)證了影響大氣穩(wěn)定因素我們只是通過模擬看到了這樣一種現(xiàn)象。）【時(shí)空綜合】分享坐飛機(jī)時(shí)的天氣情況及不同高度的天氣狀況，觀察不同時(shí)間地點(diǎn)從飛機(jī)上拍到的大氣，為什么景色不一樣？試從大氣組成的角度分析差異的原因。假設(shè)寒假期間，班上兩位同學(xué)分別從北京飛往烏魯木齊、從?？陲w往福州，航班同時(shí)起飛，但是剛好飛機(jī)起飛后他們兩個(gè)剛好都尿意襲來，誰能先上到廁所呢？（這里的關(guān)鍵是什么時(shí)候飛機(jī)進(jìn)入平穩(wěn)狀態(tài)？什么時(shí)候進(jìn)入平流層）【知識(shí)補(bǔ)充】高層大氣比較復(fù)雜，我們所知甚少，高層大氣離地面較遠(yuǎn)，主要與大氣物理學(xué)有關(guān)，大家看書自學(xué)、看看教材上提示的要點(diǎn)。注意高層大氣存在電離層、因此有利于無線電通信，極光、流星現(xiàn)象發(fā)生在這一層，宇宙飛船、航天飛機(jī)返回地面的時(shí)候經(jīng)歷的“黑障”也是在這一層。（對照知識(shí)結(jié)構(gòu)，針對核心知識(shí)提取知識(shí)技能點(diǎn)，形成依據(jù)緯度、高度、溫度判斷大氣層結(jié)的技能點(diǎn)。找到分別對應(yīng)根據(jù)對流層厚度判斷所處緯度、根據(jù)距離地面的高度判斷所處大氣層或者根據(jù)溫度特征判斷平流層等知識(shí)技能點(diǎn)的題目，鞏固學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。并充分利用教材資源，以溫度變化的垂直結(jié)構(gòu)、溫度變化趨勢的垂直