教案：探寻海洋与大气间的能量密码-海-气相互作用（高中地理选择性必修第一册·人教版）

教案：探寻海洋与大气间的能量密码——海—气相互作用（高中地理选择性必修第一册·人教版）

一、教学设计与整体思路（一）课题信息与课型定位【重要】本节课为“自然地理基础”模块第四章“水的运动”第三节内容，课型定位为概念原理课与综合应用课的融合型新授课，计划安排2课时完成。第1课时聚焦海—气相互作用的内涵及全球水热平衡维持机制，第2课时聚焦沃克环流、厄尔尼诺与拉尼娜现象的形成机理及其全球影响。（二）指导思想与理论依据本教学设计以《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》及2025年日常修订版的基本理念为纲领，深入贯彻落实“立德树人”根本任务，以培养学生地理学科核心素养为导向，践行“学习对生活有用的地理”“学习对终身发展有用的地理”的课程理念。【重要】教学设计坚持大单元教学理念，将本节内容置于第四章“水的运动”整体框架中，引导学生从洋流到海—气相互作用、从单一圈层到圈层耦合逐步深化对地球表层系统运行机制的理解。（三）教学内容分析【基础】【核心素养：综合思维】海—气相互作用是连接海洋圈与大气圈的关键动力过程，也是理解全球气候系统运行机制的核心内容。本节教材从三个层面展开：第一，海—气之间的水分交换与热量交换过程及其定量关系；第二，海—气相互作用通过大气环流与大洋环流维持全球水热平衡的机理；第三，当这种平衡被打破时，出现的厄尔尼诺、拉尼娜现象及其对全球气候和人类活动的深刻影响。【重要】本节知识逻辑主线为“正常交换→平衡维持→异常波动”，符合从常规到异常、从稳态到变化的认知规律，与气候学研究的前沿进展紧密对接。本节内容综合性强，涉及大气受热过程、水循环、洋流分布及运动等多模块知识的整合应用，对学生的综合思维和区域认知能力提出了较高要求。（四）学情分析【基础】知识基础方面，学生已经系统学习了大气的受热过程、水循环的基本原理和过程、世界洋流分布规律及其对地理环境的影响等前置知识，对海洋和大气各自圈层内部的过程有了一定认识，但对于两大圈层之间的相互作用机制还缺乏系统和深入的理解。能力基础方面，高二学生已具备一定的图表判读能力、信息提取能力和逻辑推理能力，能够从示意图和统计图表中获取地理信息并进行初步分析，但将多要素、多过程耦合起来的综合分析能力尚显不足，需要教师在教学过程中加以引导和强化。心理特征方面，学生对厄尔尼诺、拉尼娜等气候变化现象有较强的好奇心和生活体验，这为教学的情境创设提供了良好的切入点。（五）教学目标（核心素养导向）【核心素养：综合思维】【重要】1.通过绘制和解读海—气水分交换与热量交换示意图，能够准确说出海—气之间进行物质交换与能量交换的主要方式，从要素综合和时空综合的角度理解海—气相互作用的内在机理。【核心素养：综合思维】2.运用水量平衡和热量平衡原理，分析海—气相互作用通过大气环流与大洋环流维持全球水热平衡的过程，学会从系统论的角度认识地球表层系统的整体性。【核心素养：区域认知】3.通过阅读赤道太平洋东西两岸气候特征的相关图文材料，理解沃克环流的形成过程及其影响，在区域比较中深化对海—气相互作用区域差异性的认识。【核心素养：综合思维、人地协调观】【高频考点】4.结合厄尔尼诺现象和拉尼娜现象的案例，运用海—气相互作用原理解释其形成机理，并分析这两种现象对全球气候和人类活动的影响，形成科学的人地协调观和应对气候变化的理性态度。（六）教学重点与难点【重要】教学重点包括：海—气之间水分交换和热量交换的主要方式及定量特征；海—气相互作用维持全球水热平衡的机制；沃克环流的形成过程及其对太平洋东西两岸气候的影响；厄尔尼诺现象和拉尼娜现象的形成机理及其全球影响。【难点】教学难点主要有两个：一是海—气热量交换中潜热输送的概念及其抽象原理的理解；二是从正常年份到厄尔尼诺年份、拉尼娜年份沃克环流的变化及其全球影响的综合分析。难点突破策略是：利用动画模拟和热成像图像直观展示蒸发潜热过程；采用对比法将正常年份与异常年份大气环流状况并列呈现，引导学生逐步推导差异及其连锁反应。（七）教学方法与手段教法方面，主要采用问题驱动式教学法与案例教学法相结合的方式，以大问题统领小问题、以真实情境带动知识建构。具体包括：情境创设法，以秘鲁洪灾和全球极端天气事件为切入点引发认知冲突；图示引导法，以海—气相互作用示意图、全球水热平衡示意图等图像系统为依托，引导学生观察、描述和分析；比较分析法，通过对正常年份与异常年份大气环流状况的对比，揭示海—气相互作用的异常波动及其全球影响；合作探究法，组织学生以小组合作方式探究厄尔尼诺现象对不同区域的影响。学法方面，引导学生采用自主绘图法、观察归纳法、合作探究法和对比分析法等学习方法，注重学思结合、知行统一。（八）教学准备教师方面，应提前准备好海—气相互作用示意图、全球水量平衡图、全球海洋热量收支随纬度的变化图、沃克环流示意图、正常年份与厄尔尼诺年份赤道太平洋大气环流对比图、厄尔尼诺现象全球影响分布图、拉尼娜现象全球影响分布图、2025年全球海洋热含量变化数据图表、WMO《2025年全球气候状况》报告关键数据、NOAA最新ENSO监测数据等教学资源，并剪辑相关气候灾害新闻视频作为导入素材。同时应提前设计好课堂探究任务单和板书框架。学生方面，应提前预习教材中“海—气相互作用与全球水热平衡”部分，回顾水循环和洋流的知识，并在课前查阅与厄尔尼诺、拉尼娜相关的新闻报道，收集1至2个典型气候异常案例。二、教学过程设计——第1课时：海—气相互作用与全球水热平衡（一）导入新课（约5分钟）【核心素养：综合思维】教师以问题切入法开启本课：“同学们，我们已经学习过水循环和洋流，知道海洋和大气各自有一套复杂的运动系统。但你们有没有想过，这两个系统之间存在着怎样紧密的联系？全球的大气环流和洋流系统是如何被驱动起来的？”【重要】随后展示大西洋飓风卫星云图、2025年太平洋台风路径图和2025年全球海洋热浪分布图等实况资料，引导学生观察海洋与大气之间明显的耦合关系，激发探究兴趣，自然引入“海—气相互作用”的主题。（二）新知讲授（约30分钟）探究活动一：海洋与大气之间如何进行水分交换？【基础】【核心素养：综合思维】教师首先展示“全球水量平衡图”，引导学生阅读图中数据：大气中总水汽量为577单位（以全球年降水量为基准的相对数值），其中来自海洋的水汽为505单位，来自陆地的水汽仅为72单位。【重要】引导学生计算海洋水汽占大气水汽的比例，得出约87.5%，由此得出结论：海洋是大气中水汽的最主要来源。随后引导学生完成以下三个探究任务：第一，估算陆地和海洋对大气水汽的相对贡献，说明大气水汽的主要来源；第二，估算海洋蒸发和降水的差额，并说明补充这个差额的水量来源；第三，运用水量平衡原理分析，如果海洋蒸发量增加或减少，陆地可能发生怎样的相应变化。通过三个递进式的问题，帮助学生深入理解海—气水分交换的定量关系及其对全球水循环的调控作用。【思维方法】提示学生注意：海水温度对蒸发量有直接影响，低纬度海区和有暖流流经的海区海面蒸发旺盛，空气湿度大，降水丰沛，海—气间水分交换较为活跃。这一规律也解释了为什么热带洋面是台风生成的主要源地。探究活动二：海洋与大气之间如何进行热量交换？【难点】【核心素养：综合思维】教师展示“大气的受热过程图”并补充海洋部分的细致图解，引导学生回顾已学知识：太阳辐射是地球表层系统最根本的能量来源，到达地球的太阳辐射能大部分被海洋吸收。海洋表层储存了全球约85%的热量，是地球上最大的热量储存库。教师进而详细讲解海—气热量交换的三种主要方式：第一，【重要】海洋吸收太阳辐射后，以长波辐射的形式直接向大气输送热量，这是大气增温的重要直接能量来源；第二，【难点】【高频考点】海洋通过蒸发作用将液态水变为水汽，在此过程中吸收并储存潜热，当水汽在大气中凝结时，潜热释放出来加热大气，这种通过水相变化进行的能量输送称为潜热输送，是海—气热量交换中最主要的方式；第三，大气通过风对海洋表面施加切应力，驱使表层海水运动，将动能传递给海洋，而洋流的运动又将热量从低纬度向高纬度输送，间接影响着大气热量的再分配。教师引导学生进一步思考：水温高的海区向大气输送的热量更多，因此热带地区的海洋是驱动整个地球大气系统的主要能量来源地。海洋通过吸收太阳辐射并将其转化为感热和潜热的方式为大气运动提供能量，大气则通过风将部分能量返还给海洋，形成相互耦合的循环过程。探究活动三：海—气相互作用如何维持全球水热平衡？【重要】【核心素养：综合思维】教师将视角从局部迁移到全球尺度，展示“全球海洋热量收支随纬度的变化图”，引导学生观察低纬度和高纬度海区热量收支的差异：低纬度海区接收的太阳辐射多于支出的热量，出现热量盈余；高纬度海区支出的热量多于接收的太阳辐射，出现热量赤字。这种收支不均是如何得到调节的？教师引导学生理解：海—气相互作用通过大气环流和大洋环流两个系统，将盈余地带的热量和水汽向赤字地带输送。【基础】大气环流将热量和水汽从低纬度向高纬度输送，海洋环流同样将热量从热带向高纬度海区输送，这两个环流系统紧密耦合，共同维持着全球水热分布的动态平衡。正是海—气相互作用的这种调节功能，使得低纬度地区不至于因持续受热而过热、高纬度地区也不至于因持续冷却而过冷，地球表层的热量和水汽分布得以维持在一个相对稳定的状态。完成第1课时教学后，教师对本课时内容进行简要小结，并布置课后任务：预习教材中关于沃克环流、厄尔尼诺和拉尼娜现象的内容，思考当海—气相互作用的正常状态被打破时，全球气候会发生怎样的变化。三、教学过程设计——第2课时：沃克环流、厄尔尼诺与拉尼娜现象（一）复习导入（约5分钟）教师通过简要回顾上节课核心内容——海洋是大气的最主要水汽来源和热量储存库、海—气相互作用通过环流系统维持全球水热平衡——引导学生进入第2课时的学习主题。“在正常条件下，海—气相互作用维持着全球水热分布的平衡。但你们是否注意到，每隔几年，全球气候就会发生一些异常变化，有时太平洋东部出现异常暴雨和洪水，有时又出现严重干旱？这些异常现象的背后，正是海—气相互作用在赤道太平洋区域出现了特殊变化。”教师播放2017年秘鲁洪灾和2025年全球极端高温天气的新闻片段，激发学生探究这些气候异常背后原因的兴趣。（二）新知讲授（约35分钟）探究活动四：沃克环流是如何形成的？【基础】【难点】教师首先展示“赤道太平洋海水温度分布示意图”，引导学生观察一个重要现象：在正常年份，赤道太平洋海水温度分布呈明显的“西暖东冷”格局。教师以问题追问法引导学生探究这一现象的原因：“为什么赤道太平洋东侧海水温度低于西侧？”结合学生已学的洋流知识得出：赤道太平洋东侧受到秘鲁寒流的影响，西侧受到赤道暖流的影响，同时赤道地区受东南信风和东北信风驱动，表层暖水向西输送，使得西太平洋暖池水温不断升高，东太平洋冷水上翻持续，东西两侧温差进一步加大。【重要】教师在学生理解海水温度分布格局的基础上，引入沃克环流的概念。教师讲解：由于赤道太平洋东西两侧海面温度的显著差异，东侧海水温度低、上空空气冷缩下沉，形成高压区，天气晴朗干燥；西侧海水温度高、上空空气受热上升，形成低压区，水汽充沛、多云多雨。东西两侧气流在垂向上构成一个环流圈——海面附近空气从高压区向东太平洋流动，在高空从上升区流向下沉区后返回——这就是沃克环流。沃克环流是赤道太平洋地区海—气相互作用产生的特有环流系统，它的存在深刻影响着太平洋东西两岸的气候格局。教师展示“正常年份赤道太平洋大气环流与海水运动示意图”，引导学生运用所学原理解释如下现象：为什么秘鲁沿岸在正常年份气候干旱？为什么印度尼西亚和澳大利亚北部在正常年份降水丰沛？通过区域比较，让学生将沃克环流的影响落实到具体地理空间上，培养区域认知能力。探究活动五：什么是厄尔尼诺现象？其对全球气候有何影响？【高频考点】【核心素养：区域认知、人地协调观】【热点】教师展示正常年份与厄尔尼诺年份赤道太平洋海水表层温度距平对比图，指出厄尔尼诺现象的核心特征：【重要】赤道附近太平洋中东部海面温度异常上升的现象。在厄尔尼诺年份，原本应维持的东南信风减弱，导致赤道太平洋表层暖水向东回流，东太平洋冷水上翻受抑制甚至中断，东西两侧海面温度差异减小甚至消失，沃克环流随之减弱。教师进而引导学生对比分析：在厄尔尼诺年份，赤道附近太平洋中东部的下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，降雨明显增多，引发洪涝灾害；而赤道附近太平洋西部的上升气流减弱或消失，天空晴朗干燥，降水减少，引发旱灾甚至森林大火。沃克环流的这种异常变化不仅影响赤道太平洋地区，其影响甚至波及全球。【重要】【思维方法】教师通过全球地图展示厄尔尼诺现象的全球影响分布情况：【高频考点】厄尔尼诺现象发生时，南美洲西海岸降水异常增多，常引发严重的洪涝灾害，2025年前后的全球极端天气事件便与此有一定关联；印度尼西亚、澳大利亚北部、菲律宾等地出现干旱，增加了森林火灾风险；赤道非洲东部降水减少，干旱加剧；赤道非洲西部降水增加；北美南部冬季温暖湿润，东北部冬季偏冷；亚洲东南部及我国长江流域降水异常。通过多区域影响的归纳分析，引导学生认识海—气相互作用异常的全球联动效应。教师结合最新权威数据丰富教学素材：【拓展延伸】根据世界气象组织（WMO）于2026年3月发布的《2025年全球气候状况》报告，2024年初的强厄尔尼诺事件在2025年已过渡为弱拉尼娜状态。即便拉尼娜对全球气温具有一定的“冷却”效应，2025年依然成为有记录以来最暖的年份之一。值得注意的是，过去十一年（2015年至2025年）全部位列有记录以来最暖年份榜单，2023年至2025年更是观测记录中最暖的三个年份。这些数据让学生直观地认识到海—气相互作用异常对全球气候的重大影响，以及在全球变暖背景下气候系统变化的紧迫性。探究活动六：什么是拉尼娜现象？ENSO循环的完整图景【高频考点】【核心素养：综合思维】教师组织学生以小组合作方式，自主探究拉尼娜现象的特征和影响。学生通过阅读教材和相关资料，得出结论：拉尼娜现象是赤道附近太平洋中东部海面温度异常降低的现象，与厄尔尼诺现象正好相反。在拉尼娜年份，赤道太平洋东南信风比正常年份更强，将更多表层暖水吹向西太平洋，东太平洋深层冷水上翻更加强烈，东西两侧海水温差进一步加大，沃克环流加强。教师组织学生完成对比表格填写，比较厄尔尼诺现象与拉尼娜现象在以下四个方面的差异：海温变化趋势及幅度、信风强度变化、东西两侧气压梯度变化、沃克环流强度变化、对太平洋东西两岸气候影响的差异性。通过系统对比，学生全面掌握两种现象的成因和影响机制。【跨学科链接】教师引入最新科学研究进展，指出太平洋热带不稳定波（TIWs）是赤道冷舌区最强的中尺度海洋现象，其扰动涡流能通过涡致热输送影响ENSO等大尺度海气耦合过程。研究还揭示，大西洋尼诺/尼娜现象对ENSO的衰退速度具有调控作用，在全球变暖背景下，大西洋尼诺对ENSO的影响将因太平洋响应的增强而进一步加强。这些前沿研究有助于完善热带太平洋多尺度海气耦合动力学的理论体系，为气候模式模拟与预测提供新的理论支撑。这些内容的适当引入可以拓展学生视野，激发对学科前沿的兴趣。教师适时引导学生认识ENSO的全称——厄尔尼诺与南方涛动（ElNiño-SouthernOscillation），并理解厄尔尼诺现象和拉尼娜现象是ENSO循环的“暖相位”和“冷相位”。两种现象交替出现，通常厄尔尼诺事件发生后可能转为拉尼娜事件，共同构成赤道太平洋海—气相互作用的准周期性变化，对全球气候产生深远影响。探究活动七：人类活动与海—气相互作用的双向关系【核心素养：人地协调观】【拓展延伸】教师结合2025年最新数据，引导学生认识全球变暖背景下海—气相互作用的深刻变化。教师展示以下关键数据：【重要】根据中国科学院大气物理研究所联合国际团队发布的海洋“体检报告”，2025年全球海洋上层2000米热含量再次刷新历史纪录，这已是连续第九年创下新高。2025年海洋热含量相对2024年增加了约23±8泽塔焦耳（1泽塔焦耳等于10²¹焦耳），这一增量大约相当于2024年全球总发电量的200倍。报告进一步揭示，全球海洋变暖呈现显著的区域差异，2025年全球海洋有57%的面积热含量达到了局地历史前五水平，主要集中在南大洋、北印度洋、热带和南大西洋以及地中海等关键海区。另一个值得关注的现象是海洋表层与深层的“温度背离”：2025年全球平均海表温度比2024年略有下降，位居历史第三高位，这主要归因于拉尼娜气候事件将热量从海洋表层“压”向了100至300米次表层。教师引导学生思考：人类排放的温室气体导致全球变暖，地球上超过90%的过剩热量被海洋吸收储存，这使得海洋热含量持续攀升。海洋吸收热量在一定程度上减缓了大气升温的速度，但同时也产生了深远后果：海洋热浪频率增加、珊瑚白化加剧、海平面持续上升、海洋酸化程度加深。【跨学科链接】海洋吸收了约25%至50%的人类活动排放的二氧化碳，这在一定程度上减缓了大气中二氧化碳浓度的上升速度，但也导致海洋的pH值下降，即海洋酸化，对海洋生态系统产生严重威胁。科研数据显示，海洋热浪的发生天数在1991年至2025年间增长了三倍以上。教师引导学生进行人地关系讨论：海—气相互作用既是自然气候系统运行的核心机制，也日益受到人类活动的深刻影响。我们应当如何科学认识这种双向关系？如何在应对气候变化的过程中确立科学的人地协调观？教师展示中国在应对气候变化方面的积极行动案例，如长岛国际零碳岛建设等，引导学生将课堂所学与现实生活相结合，形成正确的价值观和行动方向。（三）巩固练习与课堂小结（约5分钟）教师设计一组由易到难的课堂练习题，包括选择题、填空题和简答题，既考查学生对基础知识的掌握，又考查综合应用能力。典型例题可包括：（1）根据海—气水热交换示意图分析低纬度海区向大气输送热量较多的原因；（2）结合沃克环流原理解释正常年份赤道太平洋东岸和西岸气候差异显著的原因；（3）从沃克环流的变化分析厄尔尼诺年份澳大利亚出现干旱的气候学依据。通过当堂检测及时发现和纠正学生的理解偏差。教师对本节全部内容进行系统小结，梳理核心知识脉络：海—气之间进行着水分和热量的交换→这种交换通过大气环流和大洋环流维持着地球水热平衡→在赤道太平洋区域形成的沃克环流是海—气相互作用的典型体现→当赤道太平洋地区的海—气相互作用出现异常时，就会发生厄尔尼诺或拉尼娜现象，导致全球气候异常→全球变暖背景下，海—气相互作用的强度和频率正在发生变化，对人类社会产生深刻影响。（四）作业布置基础性作业：完成课后配套练习题，重点巩固与海—气相互作用、沃克环流和ENSO相关的基础知识和核心概念。拓展性作业：以小组为单位，收集自2023年至2025年全球主要气候异常事件的相关报道，分析其中哪些事件与厄尔尼诺或拉尼娜现象有关，制作成简报或简易海报，在下节课上进行交流展示。实践性作业：登录中国气象局官方网站或世界气象组织官网，查阅最新的ENSO监测数据，结合本节所学知识分析当前赤道太平洋海温状况及其对未来几个月我国气候可能产生的影响。四、板书设计板书采取结构化呈现方式，分为左右两大板块：左侧板块（基础知识区）：一、海—气相互作用与全球水热平衡（一）水分交换：海洋是大气水汽最主要来源（约87.5%）→水汽凝结→降水返回海洋（二）热量交换：海洋辐射（长波辐射）+蒸发潜热输送+大气动能传递→热带海洋是主要能量源地（三）维持水热平衡：大气环流+大洋环流→热量和水汽由盈余区向赤字区输送右侧板块（综合应用区）：二、沃克环流与ENSO（一）沃克环流：赤道太平洋“西暖东冷”格局→空气西升东降→形成闭合环流（二）厄尔尼诺：信风减弱→暖水东流→东太平洋增温→沃克环流减弱→全球气候异常（三）拉尼娜：信风加强→暖水西聚→东太平洋降温→沃克环流加强→气候异常表现相反（四）ENSO循环：厄尔尼诺（暖相位）↔拉尼娜（冷相位）核心图示：教师绘制或预留空间展示“正常年份沃克环流示意图”和“厄尔尼诺年份沃克