一九八二年三月初,我完成了一篇教学论文,标题为《关于大气环流的课堂教学》,全文如下:
关于大气环流的课堂教学
大气环流知识是学习气候的基础,在现行的中学地理教材中,气压带、风带是“世界的气候”一节中前一部分的内容。从这个部分来看,由于内容较多,又比较抽象复杂,如果教学不得法,很容易造成学生在概念上的混乱,继而影响有关各种气候类型及其分布的教学。因此,如何讲好这一课,提高课堂教学的效果,很值得我们去探讨。为了便于各校教学经验的交流,我就上这节可课的过程,按教材的安排,分作以下几个部分,谈谈自己的尝试,以拱地理教师参考。
一、基础教学
可先在黑板正中画出个大圆,标出高、中、低纬度的界线(即30º、60º、90º的纬线),在右边注明纬度,于左边各纬线上分别画出太阳光线与地面的入射角。然后,依据这些纬度界线上,接受太阳光线的情况,引导学生复习纬度与气温、气温与气压的关系,引出气压带的分布对风向的影响、大气环流对各地气温和降水的作用,得出地球上之所以会出现各种不同的气候特征,主要是因为各地的纬度位置不同,以及由此产生的不同气压带、风带造成的。这样,既为下节课讲气候开了个头,又可为下面气压带和风带的讲述打好了基础。
二、气压带的教学
通过基础教学,学生对气温与纬度、气温与气压的关系,已有了明确的概念。为了抓住学生的思路,在气压带的教学顺序上,可以先讲赤道低气压带和极地高气压带,再讲副热带高气压带和副极地低气压带。
1.赤道低气压带的讲述:在赤道及其两侧,是太阳高度最大的地带,在理论上,这里接受太阳的光热最多,地面气温最高。接近地面的空气受热膨胀上升(在图上檫去射向赤道的太阳光线,换画出上升气流的箭头),空气减少,气压下降。这样,在南北纬5º之间的地区,就形成了一个低气压带,即赤道低气压带(画上南北5º的纬线,檫去0º经线,在其中间标上赤道低气压带的名称)。
2.极地高气压带的讲述:在地球的南北两极和附近,是纬度最高的地区,这里的太阳高度最小,接受太阳的光热最少,终年低温,空气冷重下沉(在北极的左上角,南极的左下角标出气流下降的箭头),地面空气多,气压高,形成了南北两个极地高气压带(在图上檫去射乡南北两极的太阳光线,于略低于90º的纬度范围,画出一条横线,再于北极的右上角、南极的右下脚,各标出极地高气压带的名称)。
3.副热带高气压带的讲述:由赤道低气压带上升的气流,在地球重力的作用下于离地面约4―8公里处大量聚集,转向两极方向扩散,在地转偏向力的作用下,到南北纬30º附近堆积下沉(檫去此处的太阳光线,标出下沉气流的箭头),使地面空气增多,气压升高,形成了南北两个副热带高气压带(檫去30º的纬线,画上并注明副热带高气压带)。
关于为什么会在南北纬30º附近堆积下沉,如果是对高中讲述,便可引用地转偏向力的概念。只需让学生知道,流动着的空气,在北半球右偏、南半球。解释由赤道上升的气流,之所以会在南北纬30º附近堆积,是因为由赤道上空分作南北流动的两股气流,随着地转偏向力的不断增大,再此偏成西风而拥挤的缘故。
4.副极地低气压带的讲述:这个气压带处在南北纬60º附近,至于他的形成,目前在学术上还没有统一的说法,但是可以从这方面理解:
1)由于这个地带,处在副高和极地高压之间,两边既然是高压,中间那就是一个相对的低压了;
因为极地是高压脊,那它周围就应该是低压槽,副极地低气压带则是该低压槽的一部分。
由于中纬度的暖空气和高纬度的冷空气在此相遇,暖空气沿着锋面向上滑升,再于高空转向南北,以补充极地高压和副高的下沉气流。因此,副极地低气压带的气流,也处在上升状态(檫去此处的太阳光线和60º的纬线,标出由此上升、流向两侧的气流箭头,再标出副极地低气压带的范围,并注明名称)。
三、风带的教学
为了使学生过早地接触复杂的风向,在教学上可先考虑气压梯度力的情况,即把地转偏向力的影响放在下一步。那末全球各风带的风向都应该是:要么正北,要么正南(先于图的左侧,画出各高压分别流向各低压的环流箭头;再于各风带内标出正北或正南的风向箭头)。然后,在强调了流动着的大气于北半球右偏、南半球左偏的前提之下,再深入讲解各风带在地转偏向力作用下的风向情况。
1.信风带的讲述:从副高吹向赤道低压带的风,在北半球右偏,由原来的正北风偏成东北风(画出偏往东南的风向箭头,檫去正北的风向箭头);在南半球左偏,由原来的正南风,偏成东南风(画出偏往东北的风向箭头,檫去正南的风向箭头)。这种风向常年不变似乎恒而有信,把它叫做信风或贸易风(可用航海行船向学生解释)。这个终年吹着信风的地带,就是信风带(在这两个地带写出信风带的名称)。
这里还存在一个很容易使学生造成错觉的问题,学生面对黑板或书本,看到两个信风带的风向都往他们的左边偏,觉得不好理解。我们可用这样的方法解释:所谓左偏右偏,是指我们面对气流运动的方向而言,如果一个人背对着我们往前走,他的右就是我们的右,他的左就是我们的左;如果是面对着我们,那就相反了。前者可用来说明南半球的信风,后者可用来说明北半球的信风。
2.西风带的讲述:在南北纬40º―60º的地带,纬度要比信风带高,地转偏向力也较大,从副高吹向副极地低气压带的风,于北半球,由原来的正南风,右偏为偏西风;于南半球,由原来的正北风,也偏成了偏西风。这样,在这两个地带就形成了西风带(分别于这两个风带檫去正北或正南风向箭头,画出偏成偏西风的风向箭头、箭头右侧标出西风带的名称)。
3.极地东风带的讲述:从极地高压区吹向副极地低压带的风,在增至很大的地转偏向力的作用下,于北半球、向右偏成偏东风,于南半球向左也偏成偏东风。这样两极地形成了极地东风带(在这两个风带分别檫去正北或正南风向箭头,画出偏成东风的箭头,右侧标出极地东风带)。
四、概括性教学
通过上述教学,学生对气压带、风带的来龙去脉已有大致的了解,但还必须加深印象,这就要求我们教师进行全面的概括,可作以下讲述。
从整个图上来看,地球上不仅有七个气压带、六个风带,南北对流层中还各有三个上下层风向相反、又相衔接的大气环流圈。在低纬度的叫信风―反信风环流,又叫哈特莱环流;在中纬度的,就叫中纬度环流;在高纬度的叫极地环流。这样,总的概括起来,可谓“七压六风三环流”。这种形式又叫行星风系(板书行星风系的解释:假定全球地表性质均一,在地转偏向力的作用下形成的大气环流形式)。
需要指出的三点说明:
1)由于地球上海陆分布的差异,行星风系在不同程度上受到了破坏;
随着太阳直射点的回归运动,气压带、风带也会发生季节性变化而南北运动,一些地区便处在气压带、风带的交替控制之下;
3)从大气环流的运动情况来看,西风带和信风带对世界的气候影响最大。
五、地转偏向力的解释
为了说明地面移动物体的偏转原因,课本的小字教材只用了纬度与线速度的关系,对于初中学生,只需稍作引导;对于高中学生要求就不一样,恐怕还要加深解释。
地转偏向力实际上是一种视偏转,可看成一种视力作用的结果,由于这是法国数学家科里奥利(1792-1843年)最早研究确定的,所以又叫科里奥利力。地球上的方向是用经纬线来确定的,在地球自转时,其指示东西向的经线也随之旋转,如果把空间真正的方向用地面水平方向来确定,则会相对发生偏向,在北半球是按逆时针方向旋转,经纬线跟着向做偏转,使得那里移动着的物体,都相对地按顺时针方向往右偏;在南半球的情况相反。
在地球上,纬度越高,其偏向力越大;纬度越低,其偏向力越小。如超然于地球自转的傅科摆(法国物理学家傅科,于1851年设计、用来证明地球自转的摆),在两极一天可偏转360º,与地球自转的速度相同;在南北纬45º处,一天可偏转254º30′;在赤道上,偏转速度为零,因为在赤道上的经线都相互平行。
本文图略)
这篇论文,后来发表在重庆师范大学的《地理教育》。
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