大气的能量密码：大气的受热过程与温室效应-高中地理（中图版·必修一）教学设计

大气的能量密码：大气的受热过程与温室效应——高中地理（中图版·必修一）教学设计

一、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日常修订版（2017年版2025年修订）》为根本遵循，全面落实“立德树人”根本任务，坚持深化核心素养理念。本次课标修订体现了“守正”与“创新”的辩证统一，在坚守习近平新时代中国特色社会主义思想指导和立德树人根本任务的基础上，进一步明确了地理学科育人价值的核心指向-5。新课标从地理学科视角，进一步将核心素养细化为“形成正确价值观、必备品格和关键能力，具备家国情怀和全球视野”，为课堂教学提供了清晰的方向指引-。在教学理念上，本设计以“学生发展为中心”，强调从知识本位向素养导向的根本转变。课程改革倡导的“做中学、用中学、创中学”理念贯穿始终，通过真实情境创设、问题驱动引导、探究活动展开，引领学生从被动接受走向主动建构。同时，本设计突出跨学科融合视角，将物理学热学原理（辐射波长与温度关系）与地理学科知识有机结合，培养学生的综合思维能力。在价值导向上，本设计将“双碳”理念巧妙融入课堂教学各个环节。“双碳”目标的实现关键在于教育，将“双碳”理念融入中学地理教学，既是地理教育自身发展的需要，更是时代发展的需要-12。通过引导学生关注全球气候变化议题，理解中国在碳达峰、碳中和方面的国家战略与大国担当，实现学科育人价值的深度落地。二、教学内容分析【重要】本节“大气的受热过程”是中图版（2019）高中地理必修第一册第二章“自然地理要素及现象”的核心内容，是全书自然地理知识体系中的关键枢纽。从知识体系来看，大气受热过程是理解大气运动、天气系统、气候形成与变化等一系列后续内容的逻辑前提。教材编写者将其置于“大气的组成与垂直分层”之后、“大气热力环流”之前，体现了由静态到动态、由表及里的认知递进逻辑。本节教材从整体层面描述了大气的受热过程，继而又通过大气的两个热力作用——大气对太阳辐射的削弱作用和大气对地面的保温作用——进行了分层次详述-。这一编排方式既有宏观的整体认知，又有微观的深入分析，符合学生的认知发展规律。本课的核心知识体系可概括为“三大辐射、两大作用、一个效应”。“三大辐射”即太阳辐射（短波辐射）、地面辐射（长波辐射）和大气辐射（长波辐射），三者之间的能量转化关系是理解大气温室效应的力学关键。“两大作用”即大气对太阳辐射的削弱作用（吸收、反射、散射）和大气对地面的保温作用（大气逆辐射补偿地面热量损失）。“一个效应”即温室效应——由于大气层的存在，地球表面平均温度得以维持在约15℃，形成了适宜人类生存的温度环境-。地面是近地面大气的主要、直接的热源，这一核心结论被学生广泛接受是后续学习的基础-。本节内容与人类生产生活联系极为紧密，具有突出的现实应用价值。从“为什么农民在霜冻夜焚烧烟熏防冻”到“为什么温室大棚能反季节生产蔬菜”，从“为什么月球表面昼夜温差超过300℃而地球表面温差较小”到“为什么近百年来全球气候呈变暖趋势”，这些鲜活的生活现象背后，都蕴含着大气受热过程的深刻原理。将这些现实问题引入课堂，既能激发学生的学习兴趣，又能引导学生关注人地关系，树立人地协调观。三、学情分析授课对象为高中一年级学生，年龄在15至16岁之间。从知识储备来看，学生在初中阶段已经学习过“天气与气候”相关的基础知识，对昼夜温差、四季变化等现象有一定的感性认识，但这些认识多停留在描述层面，缺乏系统性的原理理解。从物理学科知识来看，学生在初中物理中接触过“热传递的三种方式”（传导、对流、辐射），对“物体温度越高，辐射波长越短”这一定律有一定了解，但尚未形成系统的热学知识体系。从认知特点来看，高一学生正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键时期，对于肉眼无法直接观察的“辐射”“削弱”“保温”等抽象概念，理解上存在一定困难，需要借助示意图、动画模拟、类比实验等直观手段来降低认知负荷。本节内容的教学难点集中体现在三个方面。其一，【难点】三种辐射（太阳辐射、地面辐射、大气辐射）的波长特征差异及其与能量传递的关系——学生容易混淆大气是被太阳辐射直接加热还是被地面辐射加热。其二，【难点】大气削弱作用与保温作用的辩证关系——学生容易将二者割裂理解，难以形成对大气热力作用的整体认知。其三，【难点】运用所学原理解释实际的地理现象——学生在知识迁移与应用层面可能存在障碍。教学中需要采用“图示引导→原理建构→现象解释→迁移应用”的教学路径，循序渐进地帮助学生突破认知障碍。从学习风格来看，高一学生普遍具有较强的探究欲望和表现意识，喜欢通过小组合作、动手实验等方式进行学习。因此，在教学过程中应设计充分的探究活动，给予学生操作、表达、交流的机会，调动学生的多种感官参与学习。四、教学目标【核心素养】本节课以培育地理学科核心素养为核心导向，具体教学目标如下。综合思维层面：学生能够运用示意图，完整描述太阳辐射、地面辐射、大气辐射之间的能量转化过程；能够从时空综合的角度，分析不同地区、不同时间大气热力作用的差异成因；能够从要素综合的角度，认识太阳辐射、大气性质、下垫面状况等因素对大气受热过程的综合影响。区域认知层面：学生能够结合具体区域的地理事象，运用大气受热过程原理进行区域性解释，如青藏高原地区“日光充足却气温较低”的现象、新疆地区“早穿皮袄午穿纱”的气候特征等。地理实践力层面：学生能够通过模拟实验观察和记录热量的传递过程，能够绘制规范的大气受热过程示意图，能够运用所学知识设计简单的实验验证温室气体的保温作用。人地协调观层面：学生能够辩证地看待人类活动对大气受热过程的影响，认识到温室气体排放与全球气候变暖之间的内在关联，形成绿色低碳发展的价值认同，自觉践行环境保护行为；能够从中国参与全球气候治理的积极作为中，增强家国情怀与全球视野。五、教学重难点【重要】教学重点：大气对太阳辐射的削弱作用（吸收、反射、散射）及其影响因素；大气逆辐射对地面的保温作用原理；大气受热过程的完整示意图表达与理解。【难点】教学难点：三种辐射（太阳辐射、地面辐射、大气辐射）的波长特征差异及其对能量传递的影响；学生能够运用大气受热过程原理解释实际生产生活中的相关现象。六、教学策略与资源本设计采用“情境导入—问题驱动—探究建构—迁移应用—总结升华”的五步教学策略。在导入环节，以生活化情境激发认知冲突；在新授环节，以层层递进的问题链引导学生自主建构知识体系；在巩固环节，以典型案例实现知识迁移与深度应用；在升华环节，以价值引领实现学科育人功能。信息技术应用方面，利用多媒体课件展示太阳辐射光谱示意图、大气削弱作用示意图、大气保温作用示意图等关键图像，借助动画模拟技术动态展示辐射能量的传递路径与过程，增强教学的直观性与生动性。同时，可以借助生成式人工智能辅助教学，引导学生通过主动探索、深度推理、知识迁移与批判性思维的有机融合，形成高阶思维与解决问题的能力-1。实验教学资源方面，准备两个玻璃箱（或透明塑料箱）、两支温度计、红外灯、CO₂气体发生装置等，开展模拟温室效应的对比实验。同时，绘制规范的大气受热过程示意图空白板，供学生填图练习使用。七、教学过程设计（一）第一环节：情境导入——从生活现象走向地理规律（约5分钟）教师展示“晴天的昼夜温差大于阴天的昼夜温差”这一生活现象，提出“为什么晴天白天更热、夜晚更凉”的问题，引发学生的认知冲突。组织学生分享各自的生活体验，激活已有认知。随后播放一段约1分钟的短视频（或展示一组对比图片），呈现月球表面昼夜温差超过300℃与地球表面温度相对温和的对比场景，强调正是由于地球大气层的存在，才为生命的繁衍提供了适宜的温度条件。通过以上情境创设，引出本节课的核心议题：大气究竟是如何“调控”地球温度的？这背后蕴含着怎样的物理与地理原理？顺势板书课题。【设计意图】以学生熟悉的生活现象为切入点，激发探究兴趣；通过地月对比突出大气层的价值，为大气的保温功能奠定情感基础，渗透人地协调观。（二）第二环节：铺垫建构——热源与辐射波长（约8分钟）教师首先明确：就整个地球大气而言，热量的根本来源是太阳辐射。太阳内部的热核反应源源不断地向外释放巨大能量，其中约二十二亿分之一的能量被地球接收，但这一能量却成为驱动地球表层系统运行的根本动力。接着，利用太阳辐射光谱示意图，引导学生了解太阳辐射的波长分布。太阳辐射分为紫外线区、可见光区和红外线区三个部分，其中可见光区是能量最集中的区域。教师引导学生回顾物理学中的维恩位移定律——物体温度越高，辐射的最大能量部分的波长越短。太阳表面温度约6000K，因此太阳辐射以短波辐射为主。太阳辐射到达地球后经历了怎样的变化呢？教师构建“三种辐射”的比较表格，引导学生区分太阳辐射（短波）、地面辐射（长波）、大气辐射（长波）的主要差异，突出核心认知：物体温度越高，辐射波长越短。【设计意图】跨学科链接物理学相关原理，夯实学生的知识基础；通过辐射波长的对比，为后续理解大气对不同波长辐射的选择性吸收能力奠定基础，破除“大气直接吸收太阳辐射增温”的常见认知误区。（三）第三环节：深度探究（一）——大气的削弱作用（约12分钟）1.大气削弱作用的三种方式教师展示“大气对太阳辐射的削弱作用”示意图，引导学生观察并归纳：投射到地球上的太阳辐射，在穿越厚厚大气层的过程中，并非全部到达地面。大气通过吸收、反射、散射三种方式对太阳辐射进行“过滤”。【基础】吸收作用具有选择性：臭氧吸收紫外线，水汽和二氧化碳吸收红外线。值得特别关注的是，大气对于太阳辐射中能量最为集中的可见光部分吸收能力很弱，这保证了大部分可见光能够穿透大气到达地面。反射作用没有选择性：云层和较大颗粒的尘埃可以将太阳辐射反射回宇宙空间。云层越厚、云量越多，反射作用越强，到达地面的太阳辐射越少。散射作用改变了太阳辐射的方向：空气分子和微小尘埃将太阳光向四面八方散射。晴朗天空呈现蔚蓝色，正是由于波长较短的蓝紫光被空气分子选择性散射的结果。2.影响削弱作用强度的因素教师通过系列图示，引导学生分析影响削弱作用强度的关键因素。纬度因素：低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射穿过大气层的路径短，被削弱得少，故太阳辐射强；高纬度地区则正好相反。海拔因素：海拔越高，空气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用越弱，到达地面的太阳辐射越多——这解释了青藏高原成为“日光城”的原因。3.学以致用——解释生活现象组织学生分组探讨以下现象背后的原因，每组选择一个话题展开讨论，时限4分钟，随后各组代表发言交流。①为什么日出前的天空已经明亮，日落后天空尚未完全黑暗？（散射作用将阳光传递到地平线以下部分区域）②为什么白天多云时的气温比晴天时低？（云层反射作用强，削弱到达地面的太阳辐射）③为什么青藏高原地区太阳能资源极为丰富？（海拔高，大气稀薄，削弱作用弱）【设计意图】通过“原理讲解—因素分析—案例应用”的递进链条，帮助学生完整理解大气削弱作用的内涵机制，并在实际应用中巩固认知；小组合作学习促进同伴互助与思维碰撞。（四）第四环节：深度探究（二）——大气的保温作用（约15分钟）1.地面是大气主要的直接热源这是一个容易被学生忽视的关键认知。教师引导学生明确：太阳短波辐射穿过大气层到达地面，地面吸收太阳辐射后温度升高，以长波辐射的形式向外释放能量。大气对于短波太阳辐射吸收能力很差，但对长波地面辐射却有很强的吸收能力——大气中的水汽和二氧化碳能够大量吸收地面辐射的能量，使大气增温。数据证明：大气吸收太阳辐射仅约19%，而吸收地面辐射可达约75%，因此地面才是近地面大气的“主要、直接热源”-61。这一结论的建立，对于后续学习全球气候差异至关重要。2.大气逆辐射的保温原理教师展示“大气受热过程示意图”，以“太阳暖大地—大地暖大气—大气还大地”三句口诀帮助学生形象记忆能量传递路径。大气增温后也向外辐射能量。大气辐射的一部分射向宇宙空间，另一部分则射向地面，这一射向地面的部分称为大气逆辐射。大气逆辐射将部分热量补偿给地面，减少了地面辐射损失的热量，对地面起到保温作用。正是由于大气的保温作用，才使得地球表面白天与夜晚的温度差异不至于太大，为地球上生物的生存提供了适宜的温度条件-。教师进一步补充：地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用，既降低了白天的最高气温，又提高了夜间的最低气温，从而减小了气温日较差-。3.模拟实验验证保温效应教师课前准备两个相同的透明玻璃箱，箱内各放置一支温度计。其中一个玻璃箱保持开放状态（模拟无温室气体条件），另一个玻璃箱内充入一定量CO₂气体或覆盖透明塑料膜（模拟温室气体增强状态）。将两个玻璃箱并排置于红外灯或阳光照射下，初始温度读取后，每隔2分钟记录一次温度，持续观察10分钟。实验后将两组温度数据进行比较分析：充入CO₂的玻璃箱升温更快、最终温度更高。这一现象直观验证了温室气体对长波辐射的吸收能力远强于普通空气，从而具有更强的保温效应。4.大气的温室效应教师引导学生总结：大气层对太阳短波辐射几乎是“透明体”，大部分太阳辐射能够透过大气到达地面；大气对地面长波辐射却是“隔热层”，把地面辐射释放的热量绝大部分截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量还给地面——这正是大气的温室效应。由于温室效应的存在，地球表面的平均温度才得以维持在约15℃左右，而不是-18℃-。【重要】【高频考点】【设计意图】本环节是本节课的核心内容，通过实验演示增强学生对“保温效应”的直观感知，以规律概括帮助学生形成知识体系，为后续知识迁移与实际应用奠定基础。（五）第五环节：迁移应用——原理解析与社会议题（约12分钟）1.生产生活现象解释组织学生进行“快问快答”形式的抢答练习，检验知识迁移与运用能力。【热点】问题1：为什么农民在霜冻的夜晚，会在田间地头点燃柴草形成烟雾进行防冻？（答案：烟雾中CO₂和颗粒物含量高，可以有效吸收地面辐射并增强大气逆辐射，补偿地面热量损失，从而提高近地面气温）问题2：“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”生动描述了新疆地区巨大的昼夜温差现象，试用大气受热过程原理解释其成因。（新疆地区深居内陆，气候干旱，云量少，白天大气对太阳辐射的削弱作用弱，地面获得的太阳辐射多，气温高；夜晚大气逆辐射弱，保温作用差，地面热量散失快，气温迅速降低）问题3：为什么温室大棚能够实现反季节种植蔬菜？（温室透明薄膜允许太阳短波辐射进入，但对地面长波辐射具有较强的阻挡作用，从而减少热量散失，使棚内温度高于棚外）问题4：位于青藏高原上的拉萨有“日光城”的美誉，但夏季气温却并不高，为什么？（海拔高，大气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，太阳辐射强；但同样由于大气稀薄，吸收地面辐射的能力差，大气温度低，大气逆辐射也弱，致使气温不高）-2.“双碳”理念融入教学【核心素养】【跨学科链接】教师引导学生关注全球气候变化这一重大议题。近百年来，由于人类大量燃烧化石燃料、破坏森林植被，大气中二氧化碳等温室气体的浓度持续升高，温室效应随之增强，导致全球气候呈现变暖趋势。这一现象已经对自然生态系统和人类社会产生了广泛而深刻的影响。教师展示全球大气CO₂浓度变化曲线图（参考美国夏威夷冒纳罗亚观测站“基林曲线”数据），引导学生观察CO₂浓度的长期变化趋势，并思考这与全球气温变化之间的可能关联。同时，结合全球极端天气事件增多的实际案例，说明温室效应增强所带来的生态与社会风险。在此基础上，教师引入国家“双碳”战略目标（力争2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和）。2025年9月24日，习近平总书记在联合国气候变化峰会上进一步宣布了中国2035年国家自主贡献目标，为全球气候治理注入更大动力和更多确定性，充分展现了中国作为负责任大国的道义与担当-。2025年中央经济工作会议将“以‘双碳’为引领，推动全面绿色转型”列为2026年八大重点任务之一-。这些政策举措体现了中国在应对气候变化方面的积极态度与大国担当。组织学生以小组为单位，围绕“作为中学生能为碳达峰、碳中和做些什么”这一话题展开讨论。各小组从“绿色出行”“节约用电”“垃圾分类与资源回收”“低碳消费”等角度提出可行建议，并进行全班交流分享。【设计意图】通过生活案例强化知识应用能力；链接“双碳”国家战略与全球气候治理议题，实现学科育人与价值引领的有机统一，培养学生的家国情怀与全球视野。（六）第六环节：知识梳理与课堂小结（约6分钟）1.体系建构教师引导学生回顾本节课的核心内容，以板书知识图谱为依托，从“三个环节、两个作用、一个效应”的脉络进行系统梳理。三个环节对应能量传递的完整链条；两个作用对应大气在能量传递中的关键调控功能；一个效应指向大气层对地球温度的总体调节效果。组织学生在学习任务单上独立绘制大气受热过程示意图，标注三种辐射的波长特征以及削弱作用和保温作用的实现路径。完成后与同桌互查互评，教师选取优秀作品进行展示和点评。2.核心结论提炼教师再次强调本课的核心结论——地面是近地面大气主要的直接热源。这一结论既是本课学习的认知成果，也是后续学习大气运动（热力环流）的逻辑起点。3.当堂检测设计三道选择题和一道简答题，限时5分钟完成，当堂核对答案并简要讲评。选择题示例：①下列辐射中，波长最短的是（A.太阳辐射B.地面辐射C.大气辐射D.大气逆辐射）；②以下现象中，主要与大气散射作用有关的是（A.多云的白天气温较低B.晴朗天空呈现蓝色C.霜冻夜农民焚烧柴草D.温室大棚内温度较高）。简答题：运用大气受热过程原理解释“为什么霜冻天气多出现在晴朗的夜晚”。4.学习反思引导学生填写学习反思卡片，内容包括“本节课我最大的收获是_______”“我还不太明白的问题是_______”“我想进一步探究的问题是_______”。收集反思卡片，作为后续教学调整的依据。【设计意图】通过自主建构知识体系，促进知识的深度内化与系统整合；当堂检测及时诊断学习效果；学习反思引导学生形成元认知能力，为后续学习做好衔接。（七）第七环节：分层作业布置（约2分钟）【基础巩固型】完成配套练习册中本课时的基础练习题（选择题与填空题）；在教材空白处再次独立绘制大气受热过程示意图，要求标注各类辐射的名称和波长特征。【实践探究型】（三选一完成）①连续三天记录本地清晨、午间、傍晚的气温数据，同时记录当日的天气状况（云量、降水等），分析不同天气条件下昼夜温差的变化特征，运用大气受热过程原理解释观察到的现象；②查阅资料，了解CO₂等温室气体排放与全球气温变化之间的科学关联，撰写一篇300字左右的小短文；③以小组为单位，设计一个简易的实验装置来验证温室气体的保温效应，提交实验方案。【拓展延伸型】【拓展延伸】阅读推荐：查阅中国气候变化事务特使刘振民关于能源转型与全球气候治理的相关论述，了解中国在应对气候变化领域的积极贡献-；观看纪录片《逐冰之旅》或《我们的星球》中涉及气候变化的片段，撰写观后感；关注2026年“零碳中国”论坛相关议程，了解循环经济在碳减排中的贡献-。【设计意图】作业设计体现分层理念，满足不同学生的学习需求；实践类作业引导学生将课堂所学延伸至真实世界，培养地理实践力与自主学习能力；拓展阅读拓宽学生视野，引导学生关注学科前沿与社会热点。八、教学评价设计本设计坚持“教学评一致性”原则，将评价贯穿于教学全过程，促进学生的深度学习与素养发展。过程性评价方面，教师通过课堂提问、小组讨论观察、实验操作指导、示意图绘制检查、当堂检测练习等多种形式，实时了解学生的学习状态和认知水平，及时调整教学策略。重点关注学生能否准确识别三种辐射的类型及其能量传递关系，能否正确运用大气受热过程原理解释实际现象。表现性评价方面，以实验操作规范性、小组合作参与度、示意图绘制的准确性、问题回答的条理性等为评价维度，对学生进行综合评定。小组合作表现纳入评价体系，具体从“材料准备”“操作规范”“数据记录”“讨论参与”“成果汇报”五个维度进行评价。例如，实验环节重点考察学生操作步骤的规范性和数据记录的严谨性，培养科学探究的规范意识和实事求是的科学精神。终结性评价方面，基础题侧重考查核心知识的掌握情况，实践题侧重考查知识的迁移应用能力和思维品质，为后续教学调整提供依据。评价主体涵盖教师评价、学生自评和生生互评三个层面。引导学生从“我学会了什么”“我能解决哪些问题”“我还想学什么”三个维度进行自我反思评价，培养元认知能力和终身学习意识。九、板书设计【板书设计】┌─────────────────────────────────────────────────┐│大气的受热过程与温室效应│├─────────────────────────────────────────────────┤│一、热源与辐射││根本热源：太阳辐射（短波）││直接热源：地面辐射（长波）│├─────────────────────────────────────────────────┤│二、大气对太阳辐射的削弱作用││吸收：选择性（紫外线—臭氧；红外线—水汽、CO₂）││反射：无选择性（云层、尘埃）││散射：选择性（蓝紫色光→天空蓝色）││影响因素：太阳高度角、海拔、云量│├─────────────────────────────────────────────────┤│三、大气对地面的保温作用││三种辐射转化：太阳暖大地→大地暖大气→大气还大地││大气逆辐射：将热量补偿给地面，减少地面辐射损失││温室效应：大气层使地表