“热力环流”的实验设计与教学思考

卢伟伟

摘 要：“热力环流”为必修一第二章“地球上的大气”中一节比较重要的内容。它是大气运动最简单的形式，前承接大气的受热过程，后为学习大气的水平运动、全球性的大氣运动奠定基础。

关键词：热力环流；实验设计；气压；水平运动

本节课内容较为抽象，特别是热力环流的形成过程及等压面的内容，学生往往难以通过想象来理解，因此，笔者认为，本节最好采用实验教学的方法，让学生在实验中观察现象，进一步想去探究原理。笔者通过几轮的教学以及数次听、讲一些公开课对本节课的教学和实验设计有一些思考。

一、课本实验

人教版教材中有一个实验，观察玻璃缸中烟雾的飘动方向来直观感受热力环流，笔者在日常教学中对这个实验做了一些处理，使其与教学内容更加融合：

第一步：将一盆热水放入敞开的玻璃缸中，点燃一束香放在热水的上方。设计第一个探究问题：“（1）观察热水上方烟雾的飘动方向；（2）思考烟雾为何向上飘动？”

第二步：将一盆冰块放入玻璃缸，玻璃缸的上方用平整的胶合板或塑料薄膜盖严，在冰块的上方开一个洞，点燃一束香，放进小洞内。设计第二个探究问题：“（1）观察冰块上方烟雾的飘动方向；（2）思考烟雾为何向下飘动？”

第三步：将热水和冰块分别放在玻璃缸的两侧，将胶合板或塑料薄膜盖严后，将有小洞的一侧对准冰块，点燃一束香放进小洞内。设计第三个探究问题：“（1）观察垂直方向、水平方向上烟雾的飘动方向，并尝试用示意图表示出来；（2）结合教材内容，试着解释烟雾在垂直方向、水平方向飘动的原因。”这个问题的难度比前两个问题要大，学生可以观察出现象，但解释原因和绘制示意图就有些难度，所以这个问题可以采用小组探究的方式，给出一定的讨论时间。至此，整个热力环流实验环节结束。

虽然这样处理后用时要长一些，但是，学生通过三个阶梯式的探究可以自己一步一步得出结论并解释成因，符合认知过程，因此接受起来就完全可以做到水到渠成。

值得一提的是笔者在一次公开课教学中做本实验教学时的一次失败的教训。前面两个步骤和探究都很顺利地结束后，笔者和学生进入第三个步骤，实验的时候，由于教室比较大，再加上听课教师比较多，坐在后面的学生和一些其他学科的老师反映看不清楚实验现象，要求笔者把玻璃缸往后排搬一下，当时可能是因为有些紧张，于是就真的搬起玻璃缸往后面走，结果玻璃缸内烟雾开始乱飘，实验失败。事后反思，一是临场应变能力差，但是更重要的是对实验的本质思考得太少，热力环流既然是最简单的大气运动，它要避免很多外界干扰，比如，选择玻璃缸并用胶合板或塑料薄膜盖严，就是为了避免受到室内其他气流的影响，而搬起玻璃缸走动则给了烟雾一些外力，它自然会乱飘。

二、趣味小实验

材料：矿泉水瓶、蜡烛、打火机、透明胶带等。

步骤：（1）将矿泉水瓶去掉底部后，在适当位置开一个小洞，并用透明胶带将其封好；

（2）将蜡烛点燃，用矿泉水瓶将其罩住，使火焰的高度与小洞齐平，观察此时火焰的形状及状态；

（3）将小洞上的透明胶带撕掉，观察此时的火焰形状及状态。

这个实验比较简单易操作，可以放在本节课的开始作为课堂导入，可以激起学生的探究欲望，想尽快知道该实验现象产生的原因并积极投入新课的学习，在学习完热力环流的原理后可以再让学生尝试解释这个实验现象并画出示意图。

三、其他实验

笔者在听课过程中也见到一些其他实验，比如，有些老师采用在教室门口吸烟的方法，让学生观察烟雾飘动方向、还有在蜡烛旁边点燃蚊香观察蚊香的飘动方向、在教室中间点燃一堆废纸观察烟灰的飘动轨迹等，但是，这些实验有些不太容易操作且有较大的安全隐患，比如，在教室中间燃烧废纸，学生可能会模仿引发一些危险事件，还有一些是现象不容易观察到，比如，蚊香的飘动，当然在教室门口吸烟这种方式是笔者最反对的，教学需求可以理解，但为人师表的一些基本规范还是要注意的。

总之，不管采取哪种实验方式，能让学生直观地观察实验现象再来理解学习原理就顺利很多，当然，依笔者的失败教训来说，做实验前必须要反复论证，想到实验需要的外部环境和可能发生的意外状况做好充足的准备是实验成功的必要保证。

本节课的另外一个难点是等压面的问题，等压面是什么，在地表受热不均的状态下等压面为什么会弯曲是怎么弯曲的，这些都是学生很难理解的问题。一方面，这是一个很抽象的概念，另一方面，课本在示意图中用线来表示面，往往会让学生误解等压面的形态。关于这部分内容，笔者认为如何把这些抽象的东西尽量具体化是关键。

笔者一般是这样处理的：首先补充初中关于气压的知识，知道随着海拔的升高气压是降低的，这时我们假设教室里的气温是均匀的，空气是理想状态下的，选取几个面，比如，地面、课桌所在的平面以及灯所在的平面，同一平面上的各地气压相等，那么这些平面就可以看作是等压面。这时的等压面是平直的。我们把它们画出来就是一条一条平行于地面的直线。

然后我们假设教室的地表开始受热不均，比如，教室正中间开始受热，那么这个地方的空气就会受热膨胀上升，其上空某一平面的气压就会升高，比如，灯所在的这个平面就不再是等压面，那么新的等压面应该是怎样的形态呢？学生结合自己所处的环境，思考、想象更有着力点，可以更好地理解等压面的知识并加以

运用。

当然，热力环流原理的学习是为了让学生学会去解释生活中的地理现象，所以本节课万万不可讲完原理就认为大功告成了，理论与实际相结合才是最重要的，所以，教材安排了海陆风的生活实例，教师可以再补充城市风、山谷风、巴山夜雨等实例，让学生去自主探究，用学到的知识去分析生活中的地理，然后让学生去表达、去展示、去体会成功，笔者认为这才是地理教学的真正目的。

|编辑 李建军