穿堂风里的大气密码-磁扣“跳动”探热力环流-高中-地理-教学设计

PAGE第二章第二节大气热力环流张婷婷西安铁一中滨河高级中学一、教材分析本节课为必修第一册第二章的第二节内容。本节内容在本章中处于中间位置，本课时内容是本节内容的第一部分，在结构中有着承上启下的功能性地位，既承接上节课中对受热过程的学习，又为下节课对大气的水平运动的进一步诠释做好铺垫。整体来看，教材内容按照由浅入深、层层递进的层次进行，符合学生的认知发展特点和学科逻辑特点。二、学情分析通过初中地理知识的学习，学生已经具有简单的地理知识储备。并通过第一、二章的学习，学生已初步具备地理思维，并能用简单的地理方法去解决地理问题。自然地理综合性较强，需要学生掌握简单的物理学知识，而通过之前的学习，对于热胀冷缩、气压与海拔、气压与气温等简单的知识学生已经基本掌握。这为热力环流原理的学习提供了基础，使学生对这个原理更容易接受。三、课标要求课标原文运用示意图等，说明大气受热过程与热力环流原理，并解释相关现象。课标解读行为条件为“运用示意图”，对学生读图、析图、图文转换和用地理语言科学能力到要求，属于地理实践力的体现。行为动词为“说明”和“解释”，这就要求教师在教学时充分结合实例讲解过程，并结合实例引导学生辩证看待大气热力环流和人类生产生活的影响，培养学生的人地协调观。本标准核心落在“热力环流原理”，说明本节课重点是：运用示意图说明大气热力环流的过程和原理。四、教学目标通过示意图和生活现象，说出气压、等压面的基本概念；（综合思维）通过地理实验，运用示意图，分析热力环流过程及其原理；（地理实践力、区域认知）通过示意图，分析城市热岛效应原理及其影响。（综合思维、人地协调观）五、学习目标绘制并运用热力环流示意图，说明热力环流原理；（地理实践力）运用大气热力环流原理，解释相关自然及生产和生活中的现象。（地理实践力）六、教学重难点教学重点热力环流的形成过程。教学难点1、热力环流的形成过程；2、利用热力环流解释穿堂风。七、教学过程课程导入今年夏天，我们西安好像“发烧”了。在38℃的天气下，我们靠着空调度过了这个难捱的夏天。但古人靠什么降温呢？我国有句俗语“睡觉莫在巷，最怕穿堂风”，中国民居中穿过房屋内部的风——穿堂风就承担了“空调”的角色，凝聚了古人的地理智慧。那么，穿堂风从何而来？又为何能“穿堂而过”呢？带着这样的问题，让我们共同走进《大气热力环流》。（中国的房屋建筑讲求依山傍水，屋后是山或者森林，屋前是晒坝子或水塘，哪怕是炎热夏季，也有风穿堂而过，称为“穿堂风”。）设计意图：以生活真实情境引入，引发学生思考，激发学生学习兴趣。气压与等压面【设问一】气压是什么？学生回答：气压：该地单位面积垂直方向上延伸到大气层顶部的空气柱总重量。随高度升高，气压降低。教师讲授：如果用磁铁类比大气分子，单位面积上会有一定数量的空气分子。气压，就是该地单位面积垂直方向上延伸到大气层顶部的空气柱总质量。在大气的垂直分层中我们已经学过，一般情况下——海拔越高，空气越稀薄，密度越小，则气压越小。（海拔——密度——气压建立关联）[以磁铁类比大气分子，把磁铁贴在板书模拟气柱上，磁铁越多，单位面积垂直方向上的空气分子越多。由此可以比较气压随高度的变化，也为后面气压随温度、运动的变化打下铺垫]【设问二】类比等高线的概念，你能说出等压面的概念吗？学生回答：等压面是空间中气压相等的各点组成的面。在受热均匀时，等压面是平直的。设计意图：在处理“气压”这种难以捉摸、无法看见，却又无处不在的地理现象时，采用磁铁展示的形式，化抽象为具象，帮助学生理解气压的概念、比较气压的大小以及变化，从而为后续学生理解“热力环流”中气流的流动和气压的变化作好知识铺垫。【承转】我们知道，当地面受热均匀时，等压面是平直的。但是当地面受热不均匀，等压面会发生怎样的变化呢？大气又会如何流动？大气和水都是流体，我们一起来模拟这个过程。热力环流【实验】在常温水下方放置热水和冰水，冷水上方加入蓝色颜料，热水上方加入红色颜料，观察水流流动方向。【设问一】你发现了什么现象？请把水流流动的方向贴到实验道具上。学生活动：主动举手或被教师要求上台将箭头贴在水箱壁上。【教师总结】我们发现，热区水流向上运动，冷区水流向下运动，在底部，水由冷区到暖区，高处则由暖区流向冷区。【设问二】结合温度和气压的关系，为何会这样呢？【教师总结】【板书】A地近地面空气受热膨胀，密度减小，（扣下来一个磁铁）上升，到上空聚集，上空空气密度增大（移动下部的磁铁到上部），在A1处形成高气压。注意，所有的高低压都是与同等高度对比后的结果。B、C空气遇冷收缩，密度增大（加一个磁铁）下沉，上空空气密度减小（移动上部的磁铁到下部），在B1、C1处形成低气压。这是垂直方向由于受热而发生的运动。在水平上，由于有水平高低气压差异，气体会从高压一侧流向低压一侧，在上空，空气从气压高的A1流向气压低的B1和C1，形成高空中的风。就好像用打气筒往轮胎打气，气体会从气压较高的打气筒流向气压较低的轮胎。近地面，A地空气上升向外流动后，密度减小（磁铁数量可以看出来），低气压；BC有下沉气流，密度增大，形成高气压，进地面空气从BC流到A,以补充A地上升的空气，形成近地面的风。这样就行成了一个闭环，因为他的直接原因是地面冷热不均，因此把他叫做热力环流，是大气运动的一种最简单的形式。【设问二】结合刚刚所学的气压概念，比较热力环流近地面和高空四点气压的大小。（借助磁铁数量可以判断）【教师讲授】借助磁铁数量可以判断，B处气压高于A处气压，A1处气压高于B1处气压。而我们知道，近地面气压总是高于高空气压，即A处气压高于A1处气压。因此A、B、A1、B1四处的气压关系为：B＞A＞A1＞B1。【设计意图】为突破学生对热力环流这一重难点的理解，老师引导学生观察“热力环流”课前实验，并提出“受热不均后空气为什么会形成环流”这一问题。借助磁铁逐一分析大气进行垂直运动后高空和近地面气压变化和水平运动情况，并结合板书引导学生用地理专业术语总结热力环流的过程及产生原因，并指出此为是大气运动最简单的形式。为巩固所学知识，结合气压的概念比较热力环流近地面和高空四点气压的大小。活动探究——穿堂风里的大气热力环流密码【情境导入】“古人的空调智慧”——展示徽派天井院落/福建土楼剖面图，抛出问题：在没有电扇的古代，为何这类房屋夏季依然凉爽？秘密藏在穿堂风里——你能用热力环流原理解码它的形成吗？【小组任务】（15分钟）现象观察：红外热成像对比图（白天庭院石板地vs后山林地）的学案。【问题链】1、两地表面温度差异如何？→推导下垫面性质对热力性质的影响；2、用箭头标出你认为的空气垂直运动方向（提供可粘贴箭头贴纸）3、根据气压变化，推测水平气流如何穿过房屋（在平面图上绘制气流线）【实验佐证】提供迷你模拟装置：用亚克力箱分隔“石板区”（黑沙铺面）和“山林区”（湿苔藓），顶部悬挂轻质丝带观测气流，用台灯模拟阳光照射，观察记录5分钟后两区近地面温度（插入温度计）和丝带飘动方向变化（拍摄延时对比视频）。【思维迁移】（1）挑战任务：如果冬季山林落叶导致地表反照率变化，穿堂风方向会改变吗？（2）社会议题：现代玻璃幕墙建筑是否会破坏局部热力环流？如何改良？（结合碳中和理念）【教师总结升华】白天，石质地面升温较快，大气受热膨胀上升，上空形成高压，近地面形成低压；山林升温较慢，大气遇冷收缩下沉，上空形成低压，近地面形成高压，水平方向上，空气从高压向低压流动，房屋在高压和低压间形成了穿堂风。穿堂风不仅是物理现象，更是古人‘因地制宜’的生态智慧——云南一颗印、江南河屋同理！【设计意图】本环节以“破解传统民居穿堂风密码”为真实情境，着力突破热力环流原理中“垂直运动触发气压变化”与“多要素联动推理”两大难点。借助红外热成像图对比、迷你模拟实验操作及反照率变式问题，将抽象的气压梯度转化为可视化的丝带飘动与可触的温度数据，引导学生在小组协作中经历“地表温差→垂直气流→水平风向”的推理过程，暴露“风从冷区来”等迷思概念；通过绘制气流图、辩论冬季风向变化、探讨现代建筑风廊设计，促进地理实践力与综合思维的进阶，同时渗透“人地协调观”的学科价值。课后探究画出夜晚穿堂风示意图，并以此类推，记录曲江池遗址公园白天、夜晚风向变化，形成一份曲江池遗址公园昼夜风向调查报告，总结规律，分析原因。设计意图：本通过长期跟踪观察曲江池遗址公园的昼夜风向，学生将建