“探秘地球的大气”单元主题学习活动
孟凡旺 李安强 许贝贝
摘 要：新课程标准下的单元主题学习过程中，学习活动的设计侧重于创设问题情境、设计探索性学习任务群和表现性评价系统。本单元围绕核心任务“探究灾害性天气形成机理，帮助人们防灾减灾”，设计有层次性的任务进行导引，循序渐进，让学生在完成任务的过程中，充分交流、体验、感悟，将学习活动引入更深层次，最终以学习超市的形式呈现学习成果。
关键词：核心任务;学习情境;表现性评价
一、单元概述
本单元是在高一学段学习了“宇宙中的地球”之后，第一个自然地理要素的内容，需要以认识自然地理要素及其与人类活动的关系为线索组织内容。因此，学习活动的设计侧重于创设问题情境、设计探索性学习任务群和表现性评价系统。本单元预计4课时。期间将通过精心设计的任务导引，循序渐进，让学生在完成任务的过程中，充分交流、体验、感悟，将学习活动引入更深层次。
由于大气无色无味，学生很难进行观察，而信息技术具有精确性、实时性、全天候等优势，可以将看不到的大气运动、天气现象等显性化，因此，教师可以借助信息技术和地理模拟实验帮助学生进一步理解大气的一些机理，为项目的完成提供信息支持。整个完成过程中，运用项目式学习的方式，以跨模块的项目情境为载体，综合运用地理、信息技术、影视、模拟实验等方式，融入学科核心知识，创造性地完成项目任务，形成项目作品——探秘灾害性天气的背后机理，帮助人们防灾减灾。
1.学习目标
借助网络、视频和App等搜集资源，学习地球上的大气组成、大气分层、大气受热过程、大气运动等相关知识;绘制大气垂直分层图、风向图等;分析热力环流、大气水平运动、全球气候变暖的形成机制;探究全球气候变暖背景下极端天气的成因及影响;制定合理的应对措施;有助于提升人地协调观、综合思维、地理实践力、科学探究能力和社会责任感。
2.项目介绍
（1）项目主题。教师将学科知识与生活实际相联系，提高学生的学科兴趣。教师将地理核心知识“大气的基本知识和原理”与其生活应用相联系，结合今年南方灾害性天气频发事件，探秘灾害性天气背后的机理，帮助人们防灾减灾，培养学生责任担当、人地和谐的意识和观念。
（2）项目作品——以终为始。此项目中，学生需要完成的作品是灾害性天气的研究报告，内容包括大气的组成、受热过程、热力环流、天气现象等主题研究成果的图片和文字。学生在确定主题目标的研究中，发现规律、提出问题、解决问题。这些问题涉及的学科内容非常符合地理课程标准的要求（图1）。
（3）项目活动。学生以团队的形式，完整地经历情境任务、分解任务、规划方案、解决任务、成果展示交流和评价改进各阶段。
3.设计思路与学习活动
设计思路与学习活动流程如图2所示。
二、实施过程
1.前期准备
探秘灾害性天气项目具有综合性、复杂性、实践性、开放性、体验性的特点，需要学生利用电子设备和网络查找资源，进行地理模拟实验等。为培养学生的规则意识，发展利用信息技术查找、筛选信息，并进行安全、高效学习的信息素养，教师可以明确地理课堂电子设备及网络使用规范，并簽订使用协议（图3）。
2.情境任务
教师准备2020年6～8月我国南方水灾的新闻、视频资料、《后天》电影，展示不同区域、不同时间发生的气象灾害，激发学生探究兴趣。
引导学生确定项目任务和驱动问题——如何探秘灾害性天气背后的机理？
引导学生选择感兴趣的主题，并根据主题进行分组。主题一致，有助于学生以积极态度投入探究活动中，在团队合作与交流中解决探索任务。
3.任务分解与方案规划
头脑风暴——引导学生思考解决该驱动性问题，需要解决哪些子任务（图4）。指导学生对分解的任务进行修改，达成任务预设。引导学生对任务的完成进行规划，初步填写分工计划表（表1）。
任务1. 探秘全球气候变暖的形成机制
【学习目标】通过搜索网络资源、研究教材，深入学习地球上的大气组成、大气分层和大气受热过程的相关知识，分析全球气候变暖的形成机制。从个人、社会和政府等不同角度为应对全球气候变暖提出可行建议。有助于提升综合思维、探究能力、人地协调观和社会责任感。
【学习评测】尝试用大气受热过程示意图，揭示全球气候变暖的形成机理，对于气候变暖能提出改进建议并说明原理。
【课时安排】2 课时。
【学习过程】
环节一：自主学习（搜集数据，阅读资料）。
教师组织
学生利用网络资源，界定全球气候变暖的内涵，列举生活中常见的气候变暖的实例，明确全球气候变暖是由于人类活动改变了大气的组成，并能相应地找到解决问题的思路和查阅相关知识。
本节课学生以小组为单位，查阅研究地球大气层的垂直结构，并思考从高空到地面的气温如何变化？为什么会有这样的变化？不同位置有哪些大气现象或地理事物？地球大气层有哪些组成成分？大气又是怎么分层的？各层有什么特点？与月球上的昼夜变化有何不同？体现了怎样的地理过程？用地图表示地球大气分层，结合通过网络查阅的资料推测地球和月球昼夜温度差异较大的地理原理。
请学生尝试用图形将地球大气分层、大气受热过程和大气对地面的保温效应的相关内容表示出来，至少绘制 3张相关图像，并确定主题。
学生活动
深入学习必备知识：带着问题深入学习相关内容，可以查阅课本以外的知识，并利用教师提供的大气流场模拟在线平台二维码，在观察、思考、讨论的基础上，结合表2确定任务，将找到的必备知识信息和确定的主题填在表 2的适当位置。
环节二：利用网络资源找到微视频，观看大气受热过程视频，并完成大气受热过程的示意图，通过小组交流，完善作品。班级内展示图形并说出各层大气的特点和大气受热过程的原理。
[学生活动]利用网络资源，查找能演示大气流动模拟简单快捷的软件和App，并掌握所需的基本功能和使用方法。
[教师活动]教师根据学生查找情况，提供易于操作的软件，如电脑版在线软件“MeteoEarth”。防止信息工具的功能过度使用，导致喧宾夺主、本末倒置。
环节三：搜集相关数据，运用示意图，说明全球气候变暖的原因和对策，形成文字资料，进行班级展示。
整个活动过程如图5所示。
拓展资源
大气的受热过程。太阳辐射到达地面，地面吸收太阳短波辐射增温。地面放出长波辐射，大气中的 CO2和水汽强烈吸收地面的长波辐射而增温。大气逆辐射对地面热量进行补偿，起保温作用。
大气对太阳辐射的削弱作用。吸收作用：具有选择性， 水汽和二氧化碳吸收红外线，臭氧吸收紫外线，对于可见光部分吸收比较少。反射作用：无选择性，云层、尘埃越多，反射作用越强。如多云的白天温度不太高。散射作用： 具有选择性，波长较短的蓝紫光易被散射，如晴朗的天空呈蔚蓝色等。
大气对地面的保温效应。大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量。大气这种向外放射能量的方式，称为大气辐射。由于大气本身的温度也低，放射的辐射能的波长较长，故也称为大气长波辐射。大气辐射的方向既有向上的，也有向下的。大气辐射中向下的那一部分，刚好和地面辐射的方向相反，所以称为大气逆辐射。大气逆辐射是地面获得热量的重要来源。由于大气逆辐射的存在， 使地面实际损失的热量比地面以长波辐射放出的热量少一些，大气的这种保温作用称为大气的温室效应。大气的保温作用使近地表的气温提高了约 18℃。月球则因为没有像地球这样的大气，致使表面的温度昼夜变化剧烈，白天表面温度可达 127℃，夜间可降至-183℃。
【作品1】尝试将“拓展资源”的内容用图像呈现，比一比谁画得最形象。
任务2.设计热力环流的模拟实验
【学习目标】通过探究海陆风的形成过程，绘制大气风向图，能灵活运用热力环流的基本原理，习得研究方法，寻找身边实例应用，有利于综合思维、地理实践力和科学探究能力的提高。
【学习评测】设计并观察实验，描述热力环流原理，解释生活中的大气运动现象。
【课时安排】1 课时。
【学习过程】
环节一：自主学习（观察、描述实验现象）。
[学生活动]利用各个学科知识完成模拟实验的设计，并将研究的成果以地理模拟实验的形式呈现。
[教师活动]引导学生选择实验器材，设计实验步骤，让学生自己查阅、利用信息技术在理解的基础上完成这个设计。
教师组织
本节课通过设计实验，理解热力环流原理和形成过程。通过个人研究、小组活动，探究某海滨城市（如青岛）的季风、海陆风的形成过程，绘制热力环流和大气风向图。
因为需要某沿海城市（如青岛）的气温、主导风向、昼夜风向，实时天气云图和气场图等资料，所以需要借助网络获取足够的信息。通过数据信息和图片的解读，绘制该城市该季节的风向图，分析该城市沿海的昼夜风向差异及原因。借助天气云圖和气场图等资料，绘制近地面和高空风向图，说明大气运动规律。
引导学生认真研究教材基础知识，设计模拟实验，模拟热力环流的形成过程，并完成探究问题。
学生活动
深入学习必备知识：深入学习相关内容，获取课本以外的知识，并利用271BAY资源和教师提供的App（windy.com和大气流场模拟），进行观察、分析、思考和讨论，结合表3，确定核心任务，找到必备知识和确定的主题填在表 3适当位置。
环节二：完成热力环流的模拟实验演示，探究总结实验原理。
教师组织
督促学生以组为单位设计小组热力环流模拟实验。引导学生准备实验器材、设计表格、完成实验，并根据观察到的现象总结热力环流的形成。
迷你小实验
材料准备：长方形的玻璃缸（长 100 厘米左右，宽 30 厘米左右，高 40 厘米左右）、胶合板或塑料薄膜、一盆热水、一盆冰块、一束香、火柴等。
实验步骤：①将一盆热水和一盆冰块分别放置在玻璃缸的两端，并在中间放置一块隔板（注意上下留出宽5厘米左右的缝隙）;②用平整的胶合板或塑料薄膜将玻璃缸上部开口处盖严;③在胶合板或塑料薄膜的一侧（装热水的盆上方）开一个小洞;④将一束香点燃，放进小洞内（图6）。
观察烟雾运动方向，描述空气运动状况。
学生活动
通过设计并演示实验，加深对热力环流原理的理解。完成对模拟实验的总结，绘制该城市季风风向，并说明形成过程。其他小组进行评价和完善。
登录App（windy.com和大气流场模拟），找到相关的实时天气云图和气场图（图7）。
绘制近地面、高空风向，注意归纳绘制过程中的步骤和方法，总结规律。将绘制的图形进行组内交流，重点交流图形绘制是否准确，步骤、方法是否完整有序。
【任务检查】图8为北半球近地面等压线图，在图8中画出甲乙两地风向，并比较风力大小。
本节核心内容为大气热力环流的形成及案例、风的形成与风向的绘制。请找出它们之间的关系，并绘制结构图。
拓展资源
逆温现象的成因及影响。在对流层中，气温随海拔的升高而降低，大约海拔每升高100米，气温降低0.6℃，但此种气温的梯度变化并非固定不变。实际上，有时可能出现温度随高度上升而增高的现象，导致空气“头重脚轻”，气象学上称为逆温。
辐射逆温。逆温形成的因素很多，根据其成因可分为辐射逆温、地形逆温和锋面逆温等。辐射逆温由于地面辐射强烈冷却，近地面层气温迅速下降，而高处大气层降温较少，从而出现上暖下冷的逆温现象。图9表明了这种辐射逆温的生消过程。表4为地形逆温和锋面逆温的成因。
任务3.探究灾害性天气机理，做好防灾减灾预案
【学习目标】通过观看《后天》等视频资料，或搜集全球气候变暖背景下的极端天气事件，展示极端天气给人类带来的灾害。小组探究灾害成因及影响，制定合理的应对措施。有利于人地协调观、综合思维、地理实践力和科学探究能力的提高。
【学习评测】简要分析某一自然灾害成因及影响，科学合理地制定避灾、减灾措施，并制作一期板报，进行班内展示。
【课时安排】1 课时。
【学习过程】
环节一：自主学习（观察视频或搜集资料）。
教师组织
生活中经历了多种气象灾害，如洪涝、干旱、寒潮、台风等。同学们可以结合老师提供的视频资料，或搜集全球气候变暖背景下的极端天气事件，来理解极端天气给人类带来的灾害。
视频《后天》主要讲述了温室效应造成地球气候异变，引起冰山融化，地球进入第二冰河期，龙卷风、海啸、地震在全球肆虐，整个纽约陷入冰河包围中的故事。从相关性角度，分析极端天气与全球气候变暖的关联性，并搜集资料，说出应对气象灾害应采取的措施。
学生活动
深入学习相关内容，获取课本以外的知识，并利用271BAY资源和提供的App，搜集全球气候变暖背景下极端天气的相关资料，进行观察、分析、思考和讨论。结合表5，确定核心任务，找到必备知识和确定的主题填在表5适当的位置。
环节二：探究该气象灾害的形成原因和影响。
教师组织
请学生借助271BAY资源和教师提供的App，搜集多样的资源。研究相关资料，明确某一气象灾害的形成原因和影响。如台风形成的位置、移动的路径和影响的范围，旱灾发生的时间、区域以及与降水量变化、自然环境变化的关系等;发现该气象灾害的发生与全球气候变暖的关联性。尤其是发现该气象灾害发生的频次、影响的范围、造成的损失等方面的趋势与全球气候变化的关系。
各类气象灾害有利有弊。如台风会带来狂风、特大暴雨、风暴潮灾害，造成暴雨成灾、城市内涝、海堤溃堤等。台风带来降水，在一定程度上缓解了长江中下游地区的伏旱天气。请客观分析各类气象灾害的影响，从趋利避害的角度制定合理的措施。
学生活动
分析教师提供的资料，明确2019年中国气象灾害的基本概况。
进一步查阅资料，搜集某气象灾害的相关信息，明确该气象灾害的形成原因和影响范围、危害等。小组探究该气象灾害的发生与全球气候变暖的关联性。结合资料，辩证地分析气象灾害的影响，注意提供资料支撑。
独立思考，对不同气象灾害的发生机制，提出合理的措施。组内交流，形成完善的结论。
小组收集相关资料，做一期板报，至少应包含某种气象灾害的时空分布、影响和措施，应有足够的文字、图片资料支撑。
环节三：结合中国的旱灾分布规律，制定合理的避灾、减灾措施。
迷你实践如图10所示。
请依据我国旱灾的分布规律，绘制出我国旱灾分布轮廓图，创意立体图例，黏贴在中国地图上，完成独特、直观的“中国旱灾分布立体实景图”，并根据研究的旱灾机理，提出针对性的措施建议。 ]
拓展资源
沙尘暴的形成与影响。沙尘暴是指强风把地面大量沙尘物质吹起并卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小于1千米的严重风沙天气现象。沙尘暴的形成需要三个条件：一是地面上的沙尘物质，它是形成沙尘暴的物质基础;二是大风，这是沙尘暴形成的动力基础，也是沙尘暴能够长距离输送的动力保证;三是不稳定的空气状态，这是重要的局地热力条件。沙尘暴多发生于午后傍晚，说明了局地热力条件的重要性。
沙尘暴带来的沙尘一定程度上弥补了部分地区的土壤不足。沙尘气溶胶含有铁离子等有助于植物生长的成分。沙尘暴为部分海洋的浮游生物提供养分，如澳大利亚的赤色沙暴中所夹带的大量铁质已被证明是南极海洋浮游生物重要的营养来源，而浮游植物又可消耗大量的二氧化碳，减缓温室效应的危害。
沙尘天气过后的天空是最洁净的。沙尘形成的气溶胶里面钙的含量较高，经常带有一些碱性物质，沙尘对空气中的氮氧化物、二氧化硫等物质有一定的中和作用，可以有效地减少沙尘沉降区的酸雨。
任务四：学习超市展示研究成果
【学习目标】分小组展示大气分层、受热过程、热力环流、大气运动和气象灾害防御的相关成果。小组探究各类大气现象的成因，制定合理的防灾、减灾应对措施，有利于人地协调观、综合思维、地理实践力和科学探究能力的提升。
【学习评测】展示研究成果，所有学生借助评价量规进行评价，借助展示交流情况，最后对成果进行修正和完善。
【课时安排】1 课时。
项目式学习是复杂、真实问题的探究过程，也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程，在这个过程中，学生能够掌握所需的知识和技能。因此，成果展示和交流还可以增加过程收获和提升地理实践力等核心素养。关于成果展示与交流的几点建议如图11所示。
三、单元评测
【设计意图】试题情境创设围绕全球气候变化和热力环流，为学生提供了图形和实验设备，旨在引导学生关注身边的地理现象，掌握理论联系实际的思路和研究自然科学客观严谨的方法。
Ⅰ必做部分
1.閱读图文材料，完成下列要求。
潍坊某学校高一地理社团做了如图13所示的实验，具体步骤如下：①将一盆黄沙和一盆茂密的草皮分别放在长方形玻璃缸的两端;②用保鲜膜把玻璃缸上部开口处盖严;③将玻璃缸放置在室外太阳底下;④十几分钟后，将一束香点燃，插入玻璃缸内。
（1）请在图14中用“→”绘出烟雾的飘动方向。
（2）若图15中的虚线表示放置在室外之前玻璃缸内顶部和底部的等压面，请用实线分别绘制形成上述热力环流后玻璃缸内顶部和底部的等压面。
（3）分析该实验说明的地理原理。
2.读“全球气温距平示意图”（图16），试从热力环流的形成角度，分析全球气候变暖对海陆风的影响。
3.读某城市阳光房示意图，回答下列问题。
随着生活品质的提高，阳光房（复式楼的露台、一楼的私人花园、楼房的顶层、别墅等的玻璃房）在城市中大受欢迎。阳光房（图17）附建在房子一侧，中间用一堵墙（带门、窗或通风孔）将房子与阳光房隔开，通过合理的设计发挥阳光房的作用，让时尚成为一种节能。
（1）一般将阳光房建在房屋南侧的城市，大多位于哪个温度带？
（2）图示阳光房的玻璃墙通风孔和共用墙通风孔一般在什么季节打开？
Ⅱ选做部分
4.阅读材料，完成以下问题。
太阳辐射是驱使大气运动的根本动力。太阳辐射因时因地而异，造就了变幻万千的天气现象。不同纬度地带的太阳辐射存在差异，形成全球尺度的大气环流，促使高低纬度之间、海陆之间的水热输送。
（1）假设地球没有自转、公转、海陆差异、地形高低起伏等因素（即没有地转偏向力、摩擦力等），仅凭水平气压梯度力，在赤道与极地之间可形成“闭合环流”，成为单圈环流。请在图18中绘制单圈环流图。
（2）受太阳辐射在地球表面高低纬度的热量分布不均和地转偏向力影响所形成的环流圈，称为三圈环流，它是大气环流的理想模式。请在图19中，根据近地面气压带、风带，绘制垂直方向和高空的大气运动状况。
参考答案：
Ⅰ必做部分
1.（1）顺时针方向? ?（2）图20? ?（3）该实验说明：黄沙升温快，草皮升温慢;地面冷热不均形成热力环流。
2.从图形看，全球气温呈现上升趋势。由于全球气候变暖，大陆增温强于海洋，从而使得冬夏季海陆温差出现变化。冬季，陆地气温低，海洋气温高;受全球气候变暖的影响，海陆温差变小，陆风减弱。夏季，陆地气温高，海洋气温低;受全球气候变暖的影响，海陆温差变大，海风增强。
3.（1）北溫带 （2）夏季? ?冬季。
Ⅱ选做部分
4.（1）图21
（2）图22。
（论文排名不分先后，指导教师：程菊）
