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        追尋科學家探究之路全面提升學生地理技能

        2014-03-30 00:19:21李興防
        地理教學 2014年5期
        關鍵詞:亞歐大陸高氣壓風帶

        李興防

        (淄博市高青一中, 山東 淄博 256300)

        追尋科學家探究之路全面提升學生地理技能

        李興防

        (淄博市高青一中, 山東 淄博 256300)

        科學家在探究地理問題時一般從地理環(huán)境中的具體事項著眼,由特殊案例產生疑問→觀察地理事象的時間、空間分布及變化→假定條件實驗、模擬,探究規(guī)律→分析原因→得出結論。下面以“天氣系統(tǒng)和氣候”創(chuàng)新思維為例,追尋科學家的探究之路,全面提升學生地理技能,以拋磚引玉。

        一、善于觀察,提出問題

        假如你沿亞歐大陸東西兩岸或橫穿亞歐大陸長途旅行,會感受到自然景觀紛繁復雜,天氣、氣候特征差別很大,這自然就會產生很多疑問——亞歐大陸東岸和西岸、沿海和內陸的天氣、氣候的特征有什么差異?這種差異有沒有規(guī)律可循?影響天氣和氣候的主要因素有哪些?這些因素之間又有怎樣的內在聯(lián)系等等。

        二、設定條件,模擬實驗

        科學家在探究地理問題時,常見的思路有以下兩種。

        1.由現(xiàn)象到原理,逐步推進

        現(xiàn)象人人都能感知,但大多數(shù)人在腦海中一晃而過,而科學家則善于捕捉到這些看似平常,又蘊含規(guī)律的事象,逐步追尋、探究,幫助人們揭開世界的萬物之謎。例如,晴朗無風的夜晚,在安全開闊的場地點燃一堆柴火(篝火晚會),觀察到火苗從中間向上升起,草木灰也跟隨火苗上升,在四周有草木灰紛紛落下,就可以推知火堆中間溫度最高、氣流上升、密度最小,火苗和草木灰隨之而上升;而四周氣溫較低,空氣下沉,密度較大,在重力和下沉氣流的影響下,草木灰也跟著降下,從而形成熱力環(huán)流。再如,地中海沿岸夏季炎熱干燥、冬季溫和多雨,氣溫、降水差別很大→季節(jié)差異較大→夏季受副熱帶高氣壓帶控制、冬季受西風帶影響→氣壓帶、風帶的季節(jié)移動→太陽直射點的南北季節(jié)移動→地球運動(公轉)→黃赤交角存在、北極總是指向北極星附近等;然后把由現(xiàn)象到原因的思路反過來就是科學家呈現(xiàn)給我們的思路:由于黃赤交角存在、北極總是指向北極星附近→地球運動(公轉)→太陽直射點南北季節(jié)移動→氣壓帶、風帶南北季節(jié)移動→地中海沿岸夏季受副熱帶高氣壓帶控制、冬季受西風帶影響→夏季炎熱干燥、冬季溫和多雨→天氣、氣候差別很大。

        2.由簡單到復雜,層層深入

        對于簡單的問題,人們都能分析原因,但一遇到復雜的問題就束手無策。而科學家有一個最大的特點,就是把復雜的問題簡單化,構建模型、假定條件,用簡單的道理幫助我們理解復雜的問題。如地球上天氣和氣候復雜多變,與緯度位置、大氣環(huán)流、海陸分布、地形、洋流、人類活動等因素有關,在探索成因規(guī)律時,科學家一般是先設定一些要素(定量),研究某一要素(變量)是如何影響的。我們知道,地球表面分布著陸地、海洋,陸地上地形多樣,加上人類活動影響,探究某一要素對天氣、氣候影響是非常困難的。在這種情況下,科學家為把復雜問題簡單化,就要進行一系列的假設,假定地表均一就排除陸地、海洋因素影響;假定不運動,就排除自轉、公轉的影響,這樣探究天氣、氣候的影響因素就一目了然了。

        在探究大氣環(huán)流形成時可分為四個階段:第一階段,先假設地球表面均一、不運動,由于黃赤交角的存在,地球表面各地獲得太陽輻射量多少不同,得出地表溫度隨緯度升高而降低。這時赤道地區(qū)氣溫高、近地面空氣膨脹上升后向南北擴散,地面空氣密度減小,形成低氣壓,而上空由于空氣的不斷流入,空氣密度相對增大,比同高度南北方氣壓高,形成高氣壓;極地附近由于氣溫低,空氣冷卻下沉,近地面空氣密度大,形成高氣壓,而對應的高空,空氣密度相對較小,形成低氣壓。這樣近地面由極地地區(qū)流向赤道地區(qū),高空由赤道上空流向極地上空,從而形成了單圈環(huán)流。第二階段,加上地球自轉,使得水平運動物體發(fā)生偏轉(北半球向右偏、南半球向左偏、赤道上不偏轉),結合高空、近地面風的受力情況,高空的風受水平氣壓梯度力和地轉偏向力兩個力的影響(摩擦力忽略不計),風向與等壓線是平行的(如由赤道上空奔向南北極地的高空風在南北緯30°上空形成西風帶,阻擋了向高緯去的氣流,被迫下沉,形成副熱帶高氣壓帶);近地面受水平氣壓梯度力、地轉偏向力和摩擦力共同作用,風向與等壓線成一夾角,如信風帶(東北信風、東南信風)、西風帶(北半球西南風、南半球西北風)、極地東風帶(北半球東北風、南半球東南風),從而形成了三圈環(huán)流。第三階段,加上地球公轉,使得氣壓帶、風帶隨太陽直射點的南北移動而移動,大氣環(huán)流圈也隨著移動,從而影響地球表面的天氣、氣候,如地中海氣候、熱帶草原氣候的形成等。第四階段,考慮海陸分布,地球上海陸相間分布對大氣環(huán)流有較大影響,陸地熱容量小于海洋,使得陸地在夏季形成熱低壓、在冬季形成冷高壓,就截斷了氣壓帶的分布規(guī)律,如1月亞歐大陸上形成亞洲高壓(蒙古-西伯利亞高壓),把副極地低氣壓帶截斷,在海洋上形成阿留申低壓中心、冰島低壓中心;7月亞歐大陸上形成亞洲低壓(印度低壓),把副熱帶高氣壓帶截斷,在海洋上形成夏威夷高壓中心、亞速爾高壓中心,從而在亞歐大陸東岸形成典型的季風氣候。

        三、分析現(xiàn)象,得出規(guī)律

        科學家在研究特殊的事象后,再到一般,進一步推知,看其他類似事象是否符合這一規(guī)律。如地中海地區(qū)是典型的地中海氣候,隨地球的公轉,太陽直射點南北來回移動,使得冬、夏季分別受西風帶和副熱帶高氣壓帶的影響,冬季溫和多雨、夏季炎熱干燥。地中海地區(qū)位于30°N~40°N大陸西岸,是不是南北緯30°~40°大陸西岸都是地中海氣候呢?由特殊到一般,通過分析,確實有這一規(guī)律;但不同地區(qū)的地中海氣候特點、分布有明顯差異,然后再由一般到特殊,找出一些特殊的現(xiàn)象和規(guī)律。如南北美洲大陸西岸地中海氣候南北延伸,且逼近太平洋海岸是因為科迪勒拉山系的影響,非洲南端、澳大利亞南端地中海面積較小是由于陸地面積小的原因。

        四、設計思路,展示成果

        在探究出天氣、氣候的規(guī)律后,為了普及,科學家就設計了學習思路,即大氣的受熱過程→熱力環(huán)流→大氣的水平運動→單圈環(huán)流→三圈環(huán)流→氣壓帶、風帶的季節(jié)移動→氣壓帶風帶對氣候的影響→海陸分布對氣壓帶、風帶的影響→季風環(huán)流→常見的天氣系統(tǒng)→全球氣候變化。這樣設計體現(xiàn)了由簡單到復雜、層層遞進,便于理解,這其中包含了許多人的智慧、辛勞。

        通過以上分析,應該體會到身邊處處是學問,要善于用睿智雙眼觀察自然、社會,從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、假定條件、模擬探究、得出結論,這樣大自然的許多奧秘就會被我們逐一破解,實現(xiàn)從普通人向科學家的飛躍。還等什么,抓緊行動,放飛我們的理想吧。

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