鄭艾文 李彤

【摘 要】高中地理中很多知識(shí)和物理學(xué)有著密切聯(lián)系。在教學(xué)中，教師可以借用物理學(xué)的一些常用研究方法，幫助學(xué)生更好地理解地理原理和地理現(xiàn)象，在學(xué)科融合的基礎(chǔ)上獲得更好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)常用研究方法；高中地理；探究學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】G633.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2018）11-0050-03

【作者簡(jiǎn)介】1.鄭艾文，南京市第八中學(xué)（南京，210003）副校長(zhǎng)，一級(jí)教師；2.李彤，南京市寧海中學(xué)分校（南京，210036）副校長(zhǎng)，高級(jí)教師，南京市學(xué)科帶頭人。

高中地理教學(xué)中有相當(dāng)一部分地理學(xué)知識(shí)和物理學(xué)密切相關(guān)，特別是地球運(yùn)動(dòng)、大氣、洋流等問題和物理學(xué)中的力、氣壓、密度、比熱及物體運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容有著密不可分的聯(lián)系。教師可以借助物理學(xué)一些常見的研究方法來(lái)進(jìn)行地理教學(xué)，幫助學(xué)生理解地理原理和地理現(xiàn)象，促進(jìn)能力提升和素養(yǎng)培育。筆者以人教版高中地理教材必修一“地球上的大氣”一章的部分教學(xué)為例，談?wù)劸唧w的做法。

一、以“模型法”促進(jìn)學(xué)生理解地理概念

在物理學(xué)中，對(duì)一些較為復(fù)雜及影響因素眾多的問題，為了方便分析，常常通過(guò)“模型法”將之轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單易懂的模型進(jìn)行研究，比如，在勻速直線運(yùn)動(dòng)、平衡狀態(tài)分析等問題的研究中就常需要用到這種方法。地理教學(xué)中在教學(xué)“地球上的大氣”一章時(shí)，“大氣受熱過(guò)程”知識(shí)點(diǎn)因比較抽象，學(xué)生較難理解。這時(shí)，教師可引入物理學(xué)的“模型法”幫助學(xué)生理解。筆者在教學(xué)中構(gòu)建的模型如圖1所示。

簡(jiǎn)潔的模型圖便于學(xué)生理解大氣受熱過(guò)程中的幾個(gè)重要問題，比如，學(xué)生通過(guò)判讀模型圖的箭頭可以判斷各輻射的方向；通過(guò)各箭頭的粗細(xì)差異，學(xué)生很容易理解太陽(yáng)輻射被大氣削弱及被地面吸收的比例差異以及地面輻射被大氣吸收及穿過(guò)大氣的比例差異，等等。同時(shí)，模型圖還具有便于變化和調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。

在整個(gè)“地球上的大氣”一章中，還有大量的知識(shí)，如風(fēng)向、全球氣壓帶與風(fēng)帶等內(nèi)容都可以采用構(gòu)建模型的方式加以分析。簡(jiǎn)潔清晰、突出重點(diǎn)、富含變化的模型圖，能夠使學(xué)生更直觀、更實(shí)質(zhì)、更靈活地掌握各種地理概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

二、以“控制變量法”深化學(xué)生探究

物理學(xué)中，一種物理現(xiàn)象的成因往往是多因素錯(cuò)綜復(fù)雜影響的結(jié)果，為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，需要先將其中一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來(lái)，使它保持不變，然后再來(lái)研究其他變量的關(guān)系，這種研究問題的科學(xué)方法就是“控制變量法”。在“地球上的大氣”一章中，教師在引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)“氣壓帶與風(fēng)帶”的教學(xué)內(nèi)容時(shí)就可以利用“控制變量法”逐步加以解決。筆者的教學(xué)設(shè)計(jì)如下——

假設(shè)一：假設(shè)地球不自轉(zhuǎn)、不公轉(zhuǎn)、表面物理性質(zhì)完全均一。

在這種假設(shè)下，全球的大氣運(yùn)動(dòng)只受太陽(yáng)輻射在地球表面分布不均的影響。由于赤道接受太陽(yáng)輻射最多，氣溫高，空氣受熱上升；極地接受太陽(yáng)輻射少，氣溫低，氣流下沉。從而在赤道及極地的近地面及高空形成同水平面的氣壓差異，進(jìn)而形成赤道和極地間的“單圈環(huán)流”，如圖2所示。

假設(shè)二：假設(shè)地球有自轉(zhuǎn)、不公轉(zhuǎn)、表面物理性質(zhì)完全均一。

由于地球自轉(zhuǎn)因素的加入，在分析大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)須加入地轉(zhuǎn)偏向力的影響。如圖3所示，在地轉(zhuǎn)偏向力的影響下，原先的單圈環(huán)流消失，在赤道和30°N之間形成一個(gè)環(huán)流圈層，在此分析的基礎(chǔ)上可以得到如圖4所示的“三圈環(huán)流”模式圖。

圖4

假設(shè)三：假設(shè)地球有自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)，表面物理性質(zhì)完全均一。

（因版面所限略。）

假設(shè)四：假設(shè)地球有自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)，地球表面存在海陸差異。

（因版面所限略。）

通過(guò)“控制變量法”的使用，學(xué)生在逐一加入變量的過(guò)程中更加深刻地理解了全球氣壓帶與風(fēng)帶的成因及特點(diǎn)。在高中地理教學(xué)中借用“控制變量法”，有利于扭轉(zhuǎn)教學(xué)中“重結(jié)論、輕過(guò)程”的傾向，更有利于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以及科學(xué)素養(yǎng)的形成。

三、以“實(shí)驗(yàn)推理法”發(fā)展學(xué)生思維

在物理學(xué)中，有一些物理現(xiàn)象，受條件所限，無(wú)法直接驗(yàn)證，需要先行實(shí)驗(yàn)，再在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)概括、抽象、推理得出規(guī)律和結(jié)論，這就是所謂的“實(shí)驗(yàn)推理法”。在“地球上的大氣”一章中，講授“常見天氣系統(tǒng)”內(nèi)容時(shí)，學(xué)生常常不易理解氣流向上抬升容易成云至雨這一較為抽象的地理現(xiàn)象，于是筆者在教學(xué)中設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)過(guò)程如下——

[實(shí)驗(yàn)展示]教師從保溫袋中取出兩聽可樂放于講臺(tái)上，其中一聽為常溫，一聽剛剛從冰箱中取出。放置于桌面片刻，讓學(xué)生觀察兩聽可樂的外表面情況。

師：兩聽可樂為什么一聽表面有水滴，而另一聽沒有？

生：其中一聽肯定經(jīng)過(guò)冷藏，所以表面會(huì)形成水滴。

師：這些水從哪來(lái)的，為什么會(huì)形成水滴？

生：這些水是大氣中的水汽在可樂聽表面冷凝的結(jié)果。

師：由此可見，氣溫下降是空氣中水汽形成水滴，并最終形成降水的必要條件。那么，暖空氣向上抬升并成云致雨的原因是什么？

生：暖空氣向上抬升，因?yàn)楦叨壬?，氣溫降低，其中含有的水汽遇冷凝結(jié)成水滴，所以容易成云致雨。

[實(shí)驗(yàn)展示]教師從保溫袋中再次取出兩聽可樂置于講臺(tái)，兩聽可樂均經(jīng)過(guò)冷藏，但其中一聽溫度較低，另一聽溫度較高。放置于桌面片刻，讓學(xué)生觀察兩聽可樂的外表面情況。

師：這兩聽可樂的表面都出現(xiàn)了水滴，但有什么差異？

生：一聽表面水滴多，另一聽少。

師：出現(xiàn)這種差異的原因可能是什么？

生：兩聽可樂都經(jīng)過(guò)冷藏，但其中一聽的溫度更低，所以冷凝現(xiàn)象更明顯。

師：在現(xiàn)實(shí)生活中，降水常常具有不同的強(qiáng)度，根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)，大家能否推斷出導(dǎo)致降水強(qiáng)度差異的一些原因？

……

通過(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生結(jié)合已知的“近地面氣溫隨海拔升高而降低”這一地理知識(shí)，在教師的有效實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)下，不僅理解了“氣流向上抬升容易成云致雨”這一地理現(xiàn)象，還進(jìn)一步認(rèn)識(shí)并理解了“降水形成的必要條件及決定降水強(qiáng)度的因素”?？梢?，實(shí)驗(yàn)推理法在高中地理教學(xué)中的運(yùn)用，不但能幫助學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和解決實(shí)際地理問題的能力，更能促使學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法，讓學(xué)生形成凡事都要科學(xué)推理的思維習(xí)慣。

四、以“轉(zhuǎn)換法”實(shí)現(xiàn)學(xué)生直觀體驗(yàn)

在物理學(xué)中，一些看不見，摸不著的物理現(xiàn)象，不好直接認(rèn)識(shí)它，常需要根據(jù)它們表現(xiàn)出來(lái)的看得見、摸得著的現(xiàn)象來(lái)間接認(rèn)識(shí)它們。如在物理教學(xué)過(guò)程中常常根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)電流大小，根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用來(lái)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)等。在“地球上的大氣”一章第四節(jié)“全球氣候變化”教學(xué)中，教材雖有對(duì)近代全球變暖程度的數(shù)據(jù)描述，即“1860年以來(lái)，全球平均氣溫升高了0.6℃”，但對(duì)于學(xué)生而言卻缺少相應(yīng)的直觀感受。甚至有學(xué)生在課堂中質(zhì)疑：“家里空調(diào)使用時(shí)，溫度范圍常常在2℃內(nèi)波動(dòng)，人卻沒什么感覺，為什么不到1℃的氣溫上升卻會(huì)給全球帶來(lái)如此大的影響？”

為此，在教學(xué)中，筆者借用了“轉(zhuǎn)換法”教學(xué)模式，向?qū)W生呈現(xiàn)了如下案例——

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)第27次全體會(huì)議2007年11月12日至17日在西班牙巴倫西亞舉行，在聯(lián)合國(guó)政府氣候變化專業(yè)委員會(huì)審議并批準(zhǔn)的《氣候變化評(píng)估報(bào)告》中，科學(xué)家指出，如果人類不采取行動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化，下列預(yù)言將不可避免地成為現(xiàn)實(shí)。

預(yù)言一：最早可能在2030年，北極夏天的冰層將全部融化。北極熊等生物只能依靠殘存的棲息地茍延殘喘。

預(yù)言二：如果氣溫上升2.5攝氏度，30%的物種將滅絕；如果上升3.5攝氏度，將有70%的物種消失。

預(yù)言三：全球大約6.34億生活在海拔10米以下地區(qū)的居民有被洪水淹沒的危險(xiǎn)。

預(yù)言四：……

預(yù)言五：……

將五個(gè)預(yù)言呈現(xiàn)給學(xué)生的目的就是讓“1860年以來(lái)，全球平均氣溫升高了0.6℃”這一看似微小的數(shù)量變化直觀地轉(zhuǎn)換為學(xué)生更易理解的自然環(huán)境惡化現(xiàn)象，讓學(xué)生更直觀地感受到全球變暖對(duì)人類產(chǎn)生的威脅。“轉(zhuǎn)換法”在高中地理教學(xué)中的運(yùn)用，能夠更好地讓學(xué)生學(xué)會(huì)從現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)，并對(duì)學(xué)生的地理思維及實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著十分重要的意義。

地理作為一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，除了物理學(xué)外，政治、歷史、生物及化學(xué)等諸多學(xué)科的研究方法都可供借用。高中新課改后的地理課堂教學(xué)更注重過(guò)程和方法，如果教師在教學(xué)中能夠有意識(shí)地靈活借用各種研究方法，讓學(xué)生在過(guò)程中體會(huì)方法、運(yùn)用方法，一定能夠進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的地理核心素養(yǎng)。