3.3地理实验室创新应用案例大气热力环流高中地理必修一

地理创新实验室应用案例学习大气热力环流基本信息 学科地理年级高一设计者霍守亮学校通辽市第一中学案例名称应用地理创新实验室学习大气热力环流配置概况1设备名称应用设备图片设备功能大气热力环流套装大气热力环流套装包括:两个竖管，竖管的顶端为开口端:两个横管，每个横管的两端分别与两个竖管连通:控制竖管和横管通断状态的水阀，每个横管的两端均设置有水阀。通过模拟地面冷热不均面形成的空气环流这一抽象的地理原理。解决地理教学中抽象难懂的教学难点和重点。寰宇地理VR教学系统寰宇地理VR教学系统：将3D、VR、AR互动等技术应用于地理教学当中，将地理现象、地理事物以动态、三维立体的方式呈现出来，将地理教学中抽象、难懂的宇宙地球、大气与环境、岩石与矿物、典型地质地貌以及区域地理等模块的知识以直观、全景、360度的形式展现在学生的眼前，同时具有增强现实功能，支持老师、学生和3D虚拟图像互动，给学生带来终极的沉浸式学习体验，引导学生积极投入到复杂的课程中，激发学生探索知识的兴趣。图课交互式教学系统适用于初高中课标涉及的所有内容、课程资源、地图资源、图层、图层动画资源、一款集资源、授课、备课，网络为一体的教学工具突破配套硬件载体和物理空间的限制并支持兼容日常班级教学的软件应用二、设计理念根据高中地理学科课程改革的要求，落实立德树人的根本任务、强化学科实践”，在地理新课标、新教材、新高考背景下，地理教学需要以地理核心素养的落实为目的，关注学生发展的多元需求和依托现代信息化手段与教学融合。构建以地理学科核心素养为主导的地理课程”的基本理念，我将地理学科核心素养的培养贯穿于地理教学的设计与实施的始终。基于课程标准中高一年级高中地理湘教版必修一的第三章第三节大气热力环流的课标要求，利用热力环流套装进行探究实验的演示，利用VR现实虚拟教学系统可优化热力环流的科学建模，模拟海陆风、城市风现实，采用多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使学生沉浸到该环境中。课程设计优点：与课本的传统课堂相比，本课设计更加具有科技感、实验具有可操作性，沉浸式学习、互动三维立体动态画面更能够激发学生的学习兴趣，从而提高学习效率。二、本次课程设计的亮点：

第一，本课程设计的创新素养与创新能力培育是分步层层递进来实现的。在高中阶段志趣能水平的提升与志趣能的匹配发展，是创新人才早期培育的核心要素，特别重视落实立德树人的重大使命。

第二，本课程设计的创新实验课程的案例立足于高中地理新课标、新教材、新高考背景下，实现了课程架构的选择性、课程内容的现代性、教学方式的探究性、教学手段的数字化。

第三，本课程设计内容可以满足学生个性化需求，通过创新实验的合作、研究可以有效地提高创新能力。

第四，本课程设计的构建了符合高中阶段学生特点的情境，通过构建情境中沉浸式的学习、不断产生新问题，激发学生的求知欲等诸多方面，

第五，本课程设计的创新素养与创新能力培育与国家、学校创新环境有机融合。本次课程把传统课堂与数字化校园、数字化地理实验室建设成果融入到课程中。教师应用了专业化设备，在学习中打破了学生的传统认知，让学生感受到在习近平新时代中国特色社会主义思想的引领下中国科技魅力，激发学生的创新意识，易于突破教学难点。

第六，本课程设计的在实践基础上建构自身管理、文化的核心竞争力的思维体系，通过严谨的思考，勤奋努力的学习，最终可以达到最高水平学术境界。习近平新时代中国特色社会主义思想的引领下，引导学生听党话，跟党走，争做内蒙古模范自治区守护者的典范，提升学生的爱国主义的思想水平，可以将学生的科技创新意识与爱国主义情感有机的融合和相互转化。三、课程设计1、课程名称大气热力环流2、教学目标1.运用示意图，理解热力环流的基本原理，动态和系统地分析热力环流的形成过程，形成综合思维。（综合思维）2.根据所学知识和原理，合理描述和解释特定区域内的热力环流状况，感悟其与人类活动的相互影响。（区域认知）3.能够运用地理信息技术或其他地理工具，观察、识别、描述与热力环流相关的海陆风、山谷风、城市风等地理现象，具备运用模拟实验等方式探究热力环流的意识和能力。（地理实践力）4、通过对城市风、海陆风等内容的学习，进一步激发探究热情，提高学生的环境意识，谋求人与自然和谐发展。（人地协调观）3、教学重难点教学重难点：热力环流形成的过程及作用。根据课程标准的要求，确立教学重难点的分析如下：从教材内容结构上看，大气热力环流原理是大气运动规律的基础，小到城市热岛环流，大到全球性的大气环流，都可以用热力环流原理来解释。热力环流原理同其他地理原理一样，是基本的地球科学知识，能够帮助学生理解和解释一些自然现象的发生过程，增强对生活中自然地理现象进行观察、识别、描述、解释、欣赏的意识与能力，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的观念。因此，本节内容的教学重点是热力环流的形成过程及作用。热力环流的形成过程涉及物理学、地理学、气象学等学科，是跨学科的综合知识体系，而本节内容概念性强，对刚进入高中的学生而言，在知识的建构上缺乏理论支撑点，如大气压的概念，空气垂直运动对同一水平面气压造成的影响，以及等压面弯曲的地理含义等，学生在学习热力环流的过程中往往对这些知识点存在“留白”现象，难以深刻理解。其次，热力环流中涉及的气温、气压等地理要素的变化呈现多时空交互耦合，如教材阅读部分中提到的北京北部山区与平原之间“白天风向北转南，夜间风向南转北”的山谷风效应等。高一学生还未建立地理时空观，综合思维能力薄弱，理解这些问题还存在较大难度。第三，以培养学生核心素养为目标的教学是走入“田野”的教学，是提升学生地理实践力的教学。在这之前，学生缺乏生活经验，对真实复杂的现实情境缺少地理意义的思考，如对于教材中提到的“点蜡烛切洋葱，流泪”“湖陆风的周期性变化”“海南白天多雨，夜间晴朗”等现象，学生无切身体验，易出现置身其中不知其理的现象。最后，对热力环流原理的分析理解需要借助模拟实验、地理视频、虚拟现实技术，这对学校的教学资源及周边的自然条件提出了一定的要求，而恰当的教学辅助手段能帮助学生理解地理现象发生发展的过程，能加深巩固他们已经习得的地理原理。因此，本节内容的教学难点是理解热力环流的形成过程。综上所述，大气热力环流的形成过程既是重点，也是难点。在教学过程中，教师要围绕以学生为中心，教师为主导的原则。教师的讲解可通过课堂实验引入法、提出假设法、小组合作探究法、讲授法、模拟实验法、多媒体演示法等教学方法去突破重难点。4、教学过程教师活动学生活动设计意图（一）导入新课教师活动1：通过与学生分享关于贵州省热气球旅行的案例，配上富有激情的音乐，同学们，想不想一起去旅行？请问同学们：是什么原因导致热气球能够飞上天空呢？这节课我们就通过大气热力环流的学习来解决这个问题！学生活动1思考并回答问题：热气球怎么飞上天空的。1、问题导入，有利于激发学生的好奇心和求知欲，引起师生共鸣。（二）学习目标1.运用示意图，理解热力环流的基本原理，动态和系统地分析热力环流的形成过程，形成综合思维。（综合思维）2.根据所学知识和原理，合理描述和解释特定区域内的热力环流状况，感悟其与人类活动的相互影响。（区域认知）3.能够运用地理信息技术或其他地理工具，观察、识别、描述与热力环流相关的海陆风、山谷风、城市风等地理现象，具备运用模拟实验等方式探究热力环流的意识和能力。（地理实践力）学生活动2：学生齐读学习目标,明确本节课学习的重难点。2、明确学习目标，使学生熟悉本课需要学习和识记的知识点。（三）讲授新课教师活动3：在探究热力环流之前,先补充一些和气压有关的知识。一、气压、热传递的基础知识1.气压：指作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。以百帕为单位。2.等压线：各气压值相等点的连线3.等压面：气压相等的点组成的面。4、热量的传递有三种形式分别是：热传导、热辐射、热对流。而热气球属于热对流传递。靠气体和液体的流动来传热的方式叫热对流。教师活动4：假设：地表是均一的，没有陆地和海洋，没有草地与裸地之分……各地的受热状况也相同，没有高低纬度之分……那么此时等压面与地面应该是什么样的关系呢？过渡：由于地表的冷热不均而形成的空气运动，就是热力环流。热力环流属于热对流的一种，液体和气体形成热对流的原理是相同的。在生活中，同学们有没有留意过热空气是怎么运动的？冷空气又是怎么运动的呢？二、热力环流的形成过程教师活动5同学们，下面通过分组合作探究的方式进行，用液态水来演示，探究热力环流的原理。演示实验开始前一定提醒学生先看热力环流的演示探究实验报告单的内容具体演示实验见视频教师活动6为了更好的了解热力环流的原理，利用寰宇VR地理教学系统搭建热力环流的情景，教师边操作边讲解热力环流的基本原理：（具体讲解和操作有附带视频）教师讲解，在理想大气压的状态下，气压面是与地面是平行的关系，气压面与气压柱是相互垂直的关系这样理想的地方真的存在吗？空气分子受热会，受冷会收缩下沉，冷热不均会导致空气垂直运动。在近地面形成受热膨胀上升，大气密度变小，气压变低，两侧气压相对较高形成高压，在高空，受热空气分子大量聚集，形成高压，与之相比较，两侧气压较低，形成低压。在低压处、高压处气压面会发生什么变化呢教师演示：低压处由于气压力变小，气压面向低处凹，在高压处，气压力增大，气压面向高凸起。在同一高空上，大气在水平方向是怎么流动呢？教师演示：总是由高压流向低压处教师重点讲解：从气压面，我们可以观察到，无论高气压、低气压，低空的气压值永远大于高空气压，所以高压和低压只是相对于水平方向上的气压高低的比较。【走近生活】生活中都有哪些与热力环流相关的现象呢？空调、暖气、热水、冰箱、孔明灯[来源:Zxxk教师活动7三、自然界的大气热力环流过渡：我们通过预习教材知道，常见的热力环流包括海陆风、山谷风、城市风。教师活动7请同学们思考下列问题，并运用热力环流的原理，画出海陆风、山谷风、城市风大气运动的示意图。教师边操作地理VR教学系统边讲解相关知识点：海陆风是由于海陆热力性质（比热容）差异，陆地比热容小，海洋比热容大，陆地升温、降温速度快于海洋。白天陆地气温高，盛行上升气流，低空形成低压，海洋冷，盛行下沉气流，低空大气高压，地面风从海洋吹向陆地。夜晚，海洋气温高，盛行上升气流，低空形成低压，陆地冷，盛行下沉气流，低空大气高压，地面风从陆地吹向海洋。，影响：使海滨地区温差减小，降水增多。山谷风白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多，而山谷上空，同高度上的空气因离地面较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并在上层从山坡流向谷地，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流，下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。夜间，山坡上的空气受山坡降温影响，空气降温较多，而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。影响：山谷和盆地常因夜间冷的山风吹向谷底，使谷底和盆地内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染。所以，山谷地区不宜布局有污染的工业。城市风城市人口集中，产业发达，居民生活、工业生产和交通工具等每天要释放出大量的废热，导致城市的气温高于郊区，形成“城市热岛”。影响：1有大气污染的工业应该布局在城市风范围以外2、一般将绿化带布置在气流下沉处以及下沉距离以内，3，将卫星城或污染较重的工厂布置于下沉地带距离之外。注意：1.常见的热力环流中，海陆风、山谷风等的风向存在着昼夜的差异，而城市风的风向不存在这种差异。学生活动3：学生思考并回答：学生回顾初中学习的有关气压、热传递的相关知识学生活动4：思考并回答。问题1：地表均一且受热均匀，等压面与地面是什么关系？结论：地表均一且受热均匀，等压面与地面平行。气压随海拔的升高而降低。问题2：地球表面是受热均匀的吗？为什么？结论：我们的地球表面并不是均一的，由于各地所接受的太阳辐射不同，不同区域的比热容也不同等种种原因，地表受热并不是均匀的。学生活动5自主合作探究：1、观察到热水不断上升，冷水不断下沉，上层细管有热水流向冷水处，下层冷水流向热水处，画出示意图如下；2、热对流的根本原因是液体间存在温度的差异。学生活动6学生回答:世界上不存在理想大气压。高气压会向高空凸起，低气压会向地处凹。在同一高空的水平方向，大气流动方向总是从低压流向高压。学生活动7画出三种风的示意图海陆风山谷风城市风3、.回顾气压、热传递的相关基础知识，为下面知识的讲解做铺垫。4、.培养学生的演绎推理能力和抽象思维能力。5、体现新课程倡导的自主、探究，尊重学生的个性，鼓励学生学习方法多样化，在