基于大气的垂直分层和大气的受热过程的问题式教学设计

刘妍　欧阳江城

摘 要：问题式教学是用“问题”来整合相关学习内容，教师通过构建问题情境来激发学生的学习兴趣，让学生有意识地调动所学知识去分析问题、解决问题的教学方式。本文针对高中地理“大气的垂直分层”和“大气的受热过程”进行问题式教学设计并进行了教学实践展示，为相关教学提供参考。

关键词：问题式教学;大气的垂直分层;大气的受热过程

中图分类号：G423  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2022）04-0008-03

1 引言

《普通高中地理课程标准（2017年版）》在教学建议中明确指出要重视问题式教学，问题式教学是用“问题”整合相关学习内容的教学方式，以“问题发现”和“问题解决”为要旨[1]。为了响应新课标号召，进一步增强问题式教学理念，笔者针对知识点做出问题式教学设计，并进行教学实践展示。教学过程按照课堂导入问题、课堂教学问题、课堂应用问题三个环节展开，问題层层递进、步步设疑，一步步引领学生的思维，提升学生的地理核心素养。

2 基点分析

2.1 课标分析

大气的垂直分层课标要求为“运用图表等资料，说明大气垂直分层及其与生产和生活的联系”，要求学生掌握大气垂直分层的特征，并说出其对人类活动的影响。大气的受热过程课标要求为“运用示意图等，说明大气受热过程原理，并解释相关现象”[2]，要求学生掌握原理，并用原理解释简单现象。

2.2 教材分析

人教版高中地理旧教材没有编写大气的垂直分层内容，而该内容是学生学习大气的受热过程的知识基础。笔者所在地区内蒙古仍在使用旧教材，因此对该知识点做出问题式教学设计具有一定的意义。大气的受热过程既是太阳辐射对地球的影响等知识的延伸，又是后面学习热力环流等内容的知识基础，因此该内容在教材中起到承上启下的作用。

2.3 学情分析

大气的垂直分层这部分知识比较抽象，大部分内容学生很难通过直接经验获得，但该知识点浅显易懂，学习难度不大。学生已经有了关于太阳辐射的知识储备，这是学习大气的受热过程的知识基础。但该内容涉及的专业名词比较多，学生理解难度大。

2.4 教学目标与教学重点难点（见表1）

3 教学过程

3.1 大气的垂直分层的教学过程

3.1.1 课堂导入问题

初中学过气温随海拔高度的升高而降低，海拔每升高100m，气温下降0.6℃。大气圈有1000km以上的厚度，在整个大气圈中气温都是随海拔高度的升高而降低吗？

教学价值：初高中知识的衔接不仅起到导课功能，还可将学生从旧知引入新知，构建起清晰完整的知识体系。

3.1.2 课堂教学问题

承接：人类为了方便研究大气圈，将大气圈自下而上划分为对流层、平流层和高层大气。

教师绘制大气垂直分层板图，提示横坐标表示气温，纵坐标表示高度，此处只绘制对流层气温垂直变化图，请学生读图并思考问题。

问题1：对流层中的气温与高度的关系是什么？

问题2：太阳辐射是大气的根本热源，按理说大气的海拔高度越高，越容易被太阳晒热，大气的温度应该是越高的，但为何对流层大气的气温却是随海拔高度的升高而递减呢？可见该层大气的温度不是被太阳晒热的，那么是怎样加热的？

设置实验探究：夏季晴天正午12时，将三支温度计分别放在距离地面15cm、50cm、100cm高度处，观测并记录此时的温度，半个小时后，再观测记录温度，实验前后的温度数值统计如表2所示。

思考：随着海拔高度的上升，气温有何变化？根据气温的变化，推测是怎样把近地面大气烤热的？近地面大气的直接热源是什么？

问题3：对流层中的主要成分是水汽和杂质，结合对流层气温变化特点，推测该层会发生什么现象？

教学价值：问题2使学生形成认知冲突，再通过实验引导学生探究地面是对流层大气主要的直接热源，为后面学生进一步学习大气的受热过程作铺垫。实验的设置激发学生的探究兴趣，从实验现象获得的原理更容易被理解和接受。问题3锻炼学生的推理能力，引导学生分析对流层会发生复杂多变的云、雨、雾等天气现象。

教师绘制平流层气温垂直变化图，学生读图并思考：平流层气温与高度的关系是什么？该关系存在的原因是什么？平流层中水汽、杂质比较少，结合平流层气温变化情况，分析飞机为什么适合在该层飞行。

教师绘制高层大气气温垂直变化图，学生读图并思考：高层大气中的气温与高度的关系是什么？为什么会有这样的变化规律？如何利用高层大气中的若干电离层？

教学价值：教师针对各层大气分别设置读图思考类问题、拓展延伸类问题，设计分步搭梯、由浅入深的问题链锻炼学生的推理能力和综合分析能力。

3.1.3 课堂应用问题

播放鲍姆加特纳跳伞视频，跳伞员降落过程中气温的变化趋势是怎样的[3]？为什么？此问题的设置可帮助学生知识迁移，学以致用，与课堂导入问题形成呼应。

3.2 大气的受热过程的教学过程

3.2.1 课堂导入问题

大气的受热过程是指近地面大气（对流层）的受热过程，地面是近地面大气的主要直接热源，该原理能否用科学的理论来证明？近地面大气是怎么变热的？

教学价值：利用新旧知识的衔接使学生形成一个简单的地理知识脉络，使相关的地理知识系统化。

3.2.2 课堂教学问题

学生自学解答什么是辐射？太阳辐射、地面辐射和大气辐射的含义是什么？三大辐射的波长长短有何不同[4]？为什么？有利于引导学生了解辐射的概念，三大辐射的定义，波长差别及原因，培养学生自主学习的能力。

利用言情小说故事探究近地面大气是如何变热的。教师在黑板上绘制出太阳、大气、地面三者的空间位置关系图，利用联想法确定小说主角太阳——太阳公公——男1号，大气——男生大气——男2号，地面——大地母亲——女1号，提问太阳、大气、地面三者是何关系？太阳和近地面大气都喜欢地面，那太阳和大气是如何表达对地面的喜爱的？地面又是如何回馈的？利用小说中的三大人物帮助学生厘清三大辐射之间的关系，故事情节将复杂的大气受热过程具体化、形象化、生动化。

巧设问题引出三大辐射、两大作用。地面上的光和热都是谁给的？太阳通过什么方式来喜欢地面？从而引出太阳辐射，并要求学生上黑板绘制该过程。太阳辐射在到达地面时经过了谁？大气与太阳是何关系？大气是否愿意看到太阳向地面传输太阳辐射？于是大气就通过各种破坏方式来削弱即将到达地面的太阳辐射，大气的这种行为叫作大气的削弱作用。追问大气通过哪些方式来削弱太阳辐射？并举例说明。教师出示图1并说明太阳释放的电磁波分为紫外线区、可见光区、红外线区，图中三种颜色箭头的粗细表示所占太阳辐射能比例的多少。

提问：大气中的哪些成分吸收太阳辐射？大气对可见光吸收的多吗？教师举例并引导学生解释说明为何夏季多云的白天比晴朗的白天气温低且天色暗沉？晴朗的天空为何呈现蔚蓝色？追问大量的太阳辐射到达了地面，地面吸收后会怎样？升温后又会如何？引出地面辐射，并要求学生在黑板上用箭头表示出地面向外散发辐射形成的地面辐射。承接大气对地面的喜欢具有功利性，何出此言？对流层中的水汽和二氧化碳喜好红外线，而地面长波辐射属于红外线区，故大气非常喜欢地面。提问：大气中的哪些成分可以吸收地面辐射？大气吸收了地面辐射后会怎样？升温后又会如何？从而引出大气辐射，并要求学生在黑板上用箭头表示大气向外散发辐射形成的大气辐射。追问大气辐射的大部分热量去哪了？大氣逆辐射对地面有什么意义？此处设问利于引导学生理解大气对地面长波辐射有较强的吸收作用，同时又会将吸收的热量归还给地面，理解大气对地面有保温作用。

学生用自己的话填空概述故事情节。太阳一厢情愿喜欢地面，给了地面大量的    ，地面吸收并升温，形成    ，地面接受了太阳的主动示好却并未回馈太阳。地面与大气两情相悦，地面将大量的    给了大气，大气吸收并返回给地面大量的    。该环节利于帮助学生理解大气受热过程，锻炼描述复杂地理过程的能力。

3.2.3 课堂应用问题

人类活动能否影响大气的受热过程？是如何影响的？

教师举例并引导学生解释：破坏臭氧——臭氧对紫外线的吸收下降——人类健康受到威胁;排放大量的温室气体——大气对地面的保温作用增强——全球气候变暖;严重的大气污染——大气散射作用增强——蓝天消失。

人类如何利用大气的受热过程提高生产生活活动？

教师播放《闯关东》中朱开山在田间燃烧秸秆的视频，要求学生结合大气受热过程图，解释其燃烧秸秆蕴含的地理原理是什么？燃烧秸秆有何弊端？人类可以通过哪些环保的方式减少农作物冻害？

教学价值：设计结合社会生活的问题，帮助学生学习生活中的地理，激发学生尊重自然规律，保护环境的情感，培养学生形成正确的人地协调观。

4 板书设计

4.1 大气的垂直分层（见图2）

4.2 大气的受热过程

学生完成版图如图3所示，教师完成板书如图4所示。

5 教学反思

大气的垂直分层课堂教学问题的设计主要围绕各层大气的气温垂直变化情况、呈现该变化规律的原因、各层大气运动特点与人类生产生活的关系三方面展开。大气的受热过程课堂教学问题的设计主要围绕太阳暖大地，地面暖大气，大气还大地这三个环节展开。通过教学实践展示，首先学生在本节内容的学习中缺乏一定的理化知识，难以抓住不同辐射种类的本质区别。其次，教师设计的某些问题过于抽象，学生听完问题后不知从何作答，教师需要设置具体的问题。最后，整节课没有学生分组讨论的环节，未来教师需要采用多样的教学方法。

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参考文献：

〔1〕中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.10.

〔2〕普通高中课程标准实验教科书地理必修一.人民教育出版社，2014.

〔3〕李欣兰.“大气的组成和垂直分层”教学设计[J].科学咨询/教育科研，2020，21（33）：230-231.

〔4〕胡金玲.基于问题式教学的地理核心素养培养实践——以“大气的受热过程”为例[J].地理教学，2018，60（13）：24-27.

收稿日期：2022-01-09

通讯作者：欧阳江城，副教授，硕士生导师，研究方向：地理教学、区域地理。