浅析“热力环流”教学中的四个“过”

张 成

（合肥市第二十九中学, 安徽 合肥 230051）

浅析“热力环流”教学中的四个“过”

张 成

（合肥市第二十九中学, 安徽 合肥 230051）

“热力环流”是大气运动的基本模式，不能简单等同于大气运动常见的、最简单的形式。教师在教学中虽选用不同的方式来处理教材，但实际教学中也存在以下不足：教材研读过略；物理理论分析过细；温压关系归纳过于草率；教学时间安排过多。

热力环流；教材；教学

“大气运动”是高中地理知识中的重点也是难点，其中“热力环流”是将能量与运动联系的关键知识点。人教版的教材编排上也将其安排在“大气的受热过程”与“大气的水平运动”之间，这样既突出知识点的衔接与联系，又符合思维的逻辑过程。在教学中为突出重点，攻克难点，教师尝试着用不同的方式来处理教材，但实际教学中也存在以下误区。

一、教材研读过略

热力环流是由地面冷热不均引起的大气运动，它是大气运动的基本模式，不能简单等同于常见的、最简单的形式，不能排除其它的大气运动形式。在基于热力环流基础上，我们认识到冷热不均是大气运动的根本原因，气压差异是大气运动的直接原因。教学中要关注到“热力环流”模式的尺度和条件，不能简单推广热力环流的适用范围。教材中“过程”这两个字很重要，“受热”就是一个过程，而且是一个不断运动循环的过程。

教材中“受热膨胀上升”“冷却收缩下沉”，受初中物理托里拆利实验使用的仪器是封闭的玻璃管的影响，课堂上在形象展示时，不少教师利用计算机动画演示（见图1），演示中都采用的是假想的密闭空气柱。空气是流体，“膨胀上升”“收缩下沉”，“膨胀”“收缩”时，空气运动的方向不是固定为垂直的方向，“膨胀上升”时，有部分空气分子会运动到该空气柱以外，“收缩”时原有的空气柱内会补充来自不是该空气柱内的空气分子（见图1）。密闭的空气柱是假设的，它限制了大气的不规则运动。教材中没有假设的特定限定。大气运动的方向不是我们假设的只有垂直和水平两种形式。空气分子运动的路径是复杂的，上升、下沉只是其主要方面，不能因此忽视运动到指定地面上以外的空间。

图1　空气分子移动

我们分析“热力环流”的基本模式时，大气的垂直运动与水平运动的先后只具有认识意义，并不能代表空气运动本身的先后。“空气密度增大”“空气密度减小”“冷却”在时间和空间上都是一个运动的渐进过程，而教师在演示时只选取了特定的时间节点，是三个静止的状态。教材中的“热力环流的形成”图（见图2）中的a、b、c就是这种静止状态，选取特定静止的画面，用肢解的方法理解大气的运动。

图2　热力环流的形成

流体运动不同于固体运动，其过程是复杂变化的，不能简单地用静止、线性、固定的思维方式来认识。当然，为了认识的方便，在一定的条件下，复杂变化的运动可以简化称为一种模型，但这种模型是人们认识的一种方式，并不代表事物本身的简单。简化的模式在便于理解的基础上，一定程度会限制学生的思维。人的认识要遵循由简单到复杂的过程，这是认识提高的必须之路。

二、物理理论分析过细

按照教材的编排，“热力环流”的教学安排在高一上学期。这部分内容概念多，涉及太阳辐射、热量、温度、大气压强、流体压强、布朗运动、气压场等物理概念及其相关规律，对刚进入高中学习的学生来说有一定难度。在教学实施中有些教师认为，必须突出相关物理概念及规律的教学，在教学中对物理原理的性质和运用加以详细分析。

大气压强是学生在八年级物理中学习的知识。物理教材中通过马德堡半球实验、托里拆利实验的学习，学生已经初步掌握大气压强的概念，理解了大气压强随海拔高度升高而减小的规律。流体压强也是学生在八年级物理中学习的知识，主要学习的是“流体压强与流速的关系”“升力的产生”。对于“大气压强”和“流体压强”，“教”和“怎样教”，备课时要充分认识到这些知识点学生已经学习并掌握，教学中要敢于割舍。同时课标也并没有要求“大气压强”的学习。从学科关联出发，也有教师考虑到，高中学生将会在《物理·选修3-3》（人民教育出版社）中学习到建立在玻义耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等定律上的理想气体状态方程pV = nRT（p是指理想气体的压强；V为理想气体的体积；n表示气体物质的量；T表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数，为常量。）它描述的是理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。从假设的某种理想气体的大量的分子热运动、分子动能关联分析体积、压强、温度之间的关系。就高一学生而言，大气压强是初中所学的知识，分子热运动、分子动能、流体力学、布朗运动、气压场是物理学科将要学习的知识。从学情分析的角度出发，教学时要以学生已有的知识为基础，物理学中的规律与现象，不应该过度解读，应点到为止。不能让地理课堂变身成了物理课堂。当然教师可以简单地交代分子热运动、分子动能、布朗运动、流体力学、气压场等知识，留给学有余力和有兴趣的学生去探究。

三、温压关系归纳过于草率

图3　近地面温度与大气压强负相关

大气的气压变化并不是由热力原因引起空气的垂直运动这一单一情况决定的，水平气流的辐合与辐散、不同密度气团的移动等也会促成气压变化，实际是几种情况综合作用的结果，它们之间是相互联系、相互制约、相互补偿的。

温度场与气压场配置有温压场对称关系，如近地面有暖性高压、冷性高压、暖性低压、冷性低压（见图4），也有温压场不对称关系，如近地面的高压、低压系统中心同温度场冷暖中心配置不相重合（见图5）；大气中气压系统的稳压场配置绝大多数是不对称的，对称系统是很少的。[2]即使空气垂直运动中，假设的气柱内空气没有减少时，气柱中总质量没有改变，地面气压也不会发生变化，气柱中空气的上下传输，可造成气柱中某一高度上空气质量的改变，从而引起该高度上的气压变化。在归纳温度与气压之间的关系时，要有限制性条件，缺少限制性条件，归纳出来的规律过于草率，容易引起学生错误的分析。

图4　不同温压场配置垂直剖面图[3]

图5　温压场不对称的高压与低压[4]

四、教学时间安排过多

“热力环流”的原理是气候及天气知识的理论基础。根据《普通高中地理课程标准（实验）》编写的高中地理（必修一）《教师教学用书》，安排地理必修一第二章“地球上的大气”第一节“冷热不均引起大气运动”2课时，主要教学内容有：大气的受热过程、热力环流、大气的水平运动以及三个“活动”。《普通高中地理课程标准（实验）》强调：运用图表说明大气受热的过程，并没有强调“热力环流”的内容，但“大气的水平运动”以及第二节“气压带和风带”、第三节“常见天气系统”都要运用到这一知识。鉴于以上认识，不少教师在教学中对“热力环流”的教学安排为1课时。综合该节内容和课程标准的要求，“大气的受热过程”安排1课时讲解原理，“热力环流”和“大气的水平运动”安排1课时教学比较合适。

热力环流是大气运动的一个模式，并不能完全解释天气现象。要避免以上误区，我们在教学中要研读课标、教材，关注学生知识的掌握程度，对专业知识和理论知识灵活处理，做到讲清知识的含义、结构、层次，知识运用的方法步骤；不讲学生已经会的、学生通过自学也能会的、教师讲了学生也不会的。

[1] 赫斯, 等.科学发现者:地理、地质学、环境和宇宙[M].杭州:浙江教育出版社,2008.

[2][3][4] 周淑贞主编.气象学与气候学[M].北京:高等教育出版社,1997.