借助立体几何模型 巧学大气三圈环流

许太州

（江苏省东海县第二中学, 江苏 连云港 222300）



借助立体几何模型 巧学大气三圈环流

许太州

（江苏省东海县第二中学, 江苏 连云港 222300）

摘要：大气三圈环流是高中地理教学的重难点，也是高频考点，因此如何学习大气三圈环流就显得尤为重要。基于此，本文以手工制作的立体几何模型为载体，阐述了模型的制作、思考、再设计、再反思，采用图文相结合的方法，借助立体几何模型，让学生巧妙而又生动地学习大气三圈环流，重视对地理问题的探究，从而使学生养成良好的地理素养。

关键词：几何模型；制作；大气三圈环流

一、模型制作缘由

2014年10月，笔者有幸参加了县组织的第二届“高效课堂大赛”。当时赛课的课题是鲁教版必修Ⅰ第二单元第二节中有关“大气三圈环流”的内容。这一节内容历来是高中地理教学的重点、难点，也是高频考点。对于这一块知识的讲解，很多教师都感到不好讲授，甚至有些老师干脆避繁就简地要求学生能够绘制出北半球的气压带和风带分布示意图，然后沿赤道对称能绘出南半球的示意图，死记硬背就行了。说实话，这样的讲授确实挺有效果的，最起码，教师讲得省事，学生记得容易，但是学生只知怎么画，却不知为什么这么画。俗话说得好，授人以鱼，不如授人以渔。

高中地理课程标准的基本理念中，“满足学生不同的地理学习需要”“重视对地理问题的探究”“注重学习过程评价和学习结果评价的结合”，就是对此的最好佐证。基于这种状况，笔者组织班级学生，采用小组合作形式制作“大气三圈环流”实物模型，以期借助立体几何模型，让学生巧学大气三圈环流。

二、实验模型的制作与问题

1.实验模型的制作

实验模型材料：带颜色的卡纸若干、废弃的试卷一沓、透明胶带一个、剪刀一把、模型制作与操作记录表，每组一份。

模型制作过程：(1)将班级分成若干小组（建议4—6人为一组，这里以6人为一组），确定小组长，实行组长负责制；(2)2人制作纸棒若干（4根较长），2人利用剪刀和卡纸制作直箭头若干，2人负责拼合、搭建长方体，并用纸棒将长方体三等分；(3)将剪好的箭头用胶带粘在长方体合适的位置（见图1）。

模型交流展示：每组制作完模型，由各组组长轮流负责讲解，组内其他成员给予适当的补充，其他小组可以在过程中进行提问，小组长负责解答，如遇不明白的地方，在记录表中做好记录，以便为后期模型的再设计提供素材。

图1 大气三圈环流模型示意

2.实验模型制作的问题和不足

课后，各小组依据课本上关于大气三圈环流的相关知识以及在模型制作过程中出现的一些问题，通过组内和组间交流发现模型制作过程中存在以下几个问题和不足之处：一是不能理解或理解不透长方体模型和地球空间的关联性，现实中地球的三圈环流怎样在一个长方体模型中展示；二是模型中箭头的制作存在差异，有的小组箭头制作过长或过短，不能依据长方体的三等分来制定，缺乏整体性和协调性，浪费了大量的卡纸；三是模拟大气在近地面和高空运动的箭头绘制成一模一样了，没有差别；四是箭头放置的方向相反，出现箭头胡乱放置的现象。

三、改进实验模型

针对以上问题与不足，同时也为了实验模型的不断完善，笔者建议各小组再次认真研读相关的地理知识，并在此基础上，针对记录表中记录的问题和不足之处，逐一排查、研究和制定解决措施。建立组间相互讨论机制，相互学习，相互竞争，在学习中求进步，在竞争中促进步。各小组就如何解决出现的不足之处达成以下几点共识：

第一，长方体的改进：长方体的制作是模拟地球大气空间运动的重要载体，其制作相对简单，但还应考虑到以下几个问题：一是，长方体素材的选取应考虑易操作性，纸棒取材相对便利，但粗细不均，在制作时尽量保持粗细较为均匀；二是，长方体三等分应准确，并在等分位置处标注有0º、30º、60º和90º字样的卡片，表示半球时还应标注N或S符号，这样易于直观、形象地观察和操作模型。

第二，箭头的再设计：箭头的制作是整个模型制作的关键之处。近地面箭头应采用直箭头，而高空采用弯曲的箭头，这样才符合大气运动的特征，即在高空，风基本不受地面摩擦力的影响，风向主要取决于气压梯度力和地转偏向力，在此二者共同作用下，风向偏至平行于等压线；而在近地面，风向还受到摩擦力的影响，与等压线斜交。

第三，模型、箭头的组合：两者的组合是整个模型制作的难点所在。以北半球为例，赤道地区温度高，空气受热膨胀上升（直箭头指向高空），近地面形成赤道低气压带，上升气流使赤道上空相对于同高度的其他区域来说，成为高气压区，故近地面直箭头应指向赤道地区；气流由赤道上空高气压区流向北极上空，在地转偏向力的作用下，逐渐向右偏转成西南风，流到30ºN附近上空时偏成西风，故这一段箭头应采用弯箭头，并指向东；北极地区，终年寒冷，空气冷却下沉，近地面形成高压带，南下冷气流与由30ºN北上的暖气流在60ºN相遇，形成极锋（副极地低压带）。这一块箭头的组合相对较为复杂，既要考虑方向，又要考虑锋面，暖气流应沿锋面向上爬升，故箭头向上布置。与此相对，60ºN高空形成高压区，受地转偏向力影响，向两侧的箭头采用弯箭头，弯曲方向应向右。

四、新实验模型的设计

实验模型材料：带颜色的卡纸若干、废弃试卷若干、透明胶带一个、剪刀一把、模型制作与操作记录表，每组一份。

模型制作过程：(1)长方体制作大致同上；(2)在三等分位置处粘贴带有0º、30ºN、60ºN和90ºN字样的卡片（以北半球为例）；(3)制作直、弯箭头若干，并在长方体上粘贴各种直、弯箭头，并不断进行调整（见图2）。

模型交流展示：(1)直箭头一般表示近地面空气和竖直气流的运动，注意方向有所不同：近地面应由高压指向低压；而竖直方向不一定由高压指向低压。(2)高空空气运动用弯箭头表示，运动方向由高压指向低压，并注意弯曲方向（以北半球为例）：应向右偏转并偏至与纬线平行。(3)长方体中每一等分范围内直弯箭头应形成一个循环。

图2 大气三圈环流改进模型示意

五、新实验模型的观察和反思

新实验模型的设计相对于原先的模型主要不同之处在于弯箭头的制作和特殊纬度的标注，尤其是弯箭头。观察新实验模型，可以看出：相对于原实验模型，弯箭头的设置更能符合高空大气运动的特征，而且箭头设置有一定的斜角，这样更能体现出是受地转偏向力的影响。此外，就是在60ºN近地面处，来自两侧的冷暖气流相遇形成极锋，暖气流暖而轻，处于锋面的上方，而冷气流冷而重，处于锋面的下方，故这一块箭头的处理就显得尤为重要。而且这一点正好与前面讲过的锋面系统相同，起到进一步巩固的作用。

当然，模型的制作不是一蹴而就的，需要一步一步的布置、加工和调整。在后期的课堂演示过程中，也发现了一些不足：首先，有的老师认为赤道地区由于终年高温，对流显著，大气运动高度较高；而极地地区由于终年寒冷，对流不是很显著，大气运动高度较低。所以，应将长方体制成“棺材状”，赤道地区较大，极地地区较小，这样更符合全球大气运动特征（以北半球为例）。其次，学生制作模型，能否制作得合理、规范

呢？由于数学学科的滞后性，学生立体几何的空间意识较欠缺，对于一定空间范围内，大气运动的方向如何把握，怎样向右或向左偏转、偏至什么位置等问题都需要一个一个地进行解决。再次，直、弯箭头衔接应该细化、细致。直、弯箭头的组合关乎模型制作的关键，而箭头的衔接是否合理、细致更是重中之重。比如高空，弯箭头末端应与直箭头始端相连，每个循环并不是一个规整的循环，而是一个相对别扭且具有三维立体感的循环。

（责任编校：周晓辉）