借助立體幾何模型 巧學大氣三圈環流

許太州

（江蘇省東海縣第二中學, 江蘇 連云港 222300）

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借助立體幾何模型 巧學大氣三圈環流

許太州

（江蘇省東海縣第二中學, 江蘇 連云港 222300）

摘要：大氣三圈環流是高中地理教學的重難點，也是高頻考點，因此如何學習大氣三圈環流就顯得尤為重要。基于此，本文以手工制作的立體幾何模型為載體，闡述了模型的制作、思考、再設計、再反思，采用圖文相結合的方法，借助立體幾何模型，讓學生巧妙而又生動地學習大氣三圈環流，重視對地理問題的探究，從而使學生養成良好的地理素養。

關鍵詞：幾何模型；制作；大氣三圈環流

一、模型制作緣由

2014年10月，筆者有幸參加了縣組織的第二屆“高效課堂大賽”。當時賽課的課題是魯教版必修Ⅰ第二單元第二節中有關“大氣三圈環流”的內容。這一節內容歷來是高中地理教學的重點、難點，也是高頻考點。對于這一塊知識的講解，很多教師都感到不好講授，甚至有些老師干脆避繁就簡地要求學生能夠繪制出北半球的氣壓帶和風帶分布示意圖，然后沿赤道對稱能繪出南半球的示意圖，死記硬背就行了。說實話，這樣的講授確實挺有效果的，最起碼，教師講得省事，學生記得容易，但是學生只知怎么畫，卻不知為什么這么畫。俗話說得好，授人以魚，不如授人以漁。

高中地理課程標準的基本理念中，“滿足學生不同的地理學習需要”“重視對地理問題的探究”“注重學習過程評價和學習結果評價的結合”，就是對此的最好佐證。基于這種狀況，筆者組織班級學生，采用小組合作形式制作“大氣三圈環流”實物模型，以期借助立體幾何模型，讓學生巧學大氣三圈環流。

二、實驗模型的制作與問題

1.實驗模型的制作

實驗模型材料：帶顏色的卡紙若干、廢棄的試卷一沓、透明膠帶一個、剪刀一把、模型制作與操作記錄表，每組一份。

模型制作過程：(1)將班級分成若干小組（建議4—6人為一組，這里以6人為一組），確定小組長，實行組長負責制；(2)2人制作紙棒若干（4根較長），2人利用剪刀和卡紙制作直箭頭若干，2人負責拼合、搭建長方體，并用紙棒將長方體三等分；(3)將剪好的箭頭用膠帶粘在長方體合適的位置（見圖1）。

模型交流展示：每組制作完模型，由各組組長輪流負責講解，組內其他成員給予適當的補充，其他小組可以在過程中進行提問，小組長負責解答，如遇不明白的地方，在記錄表中做好記錄，以便為后期模型的再設計提供素材。

圖1 大氣三圈環流模型示意

2.實驗模型制作的問題和不足

課后，各小組依據課本上關于大氣三圈環流的相關知識以及在模型制作過程中出現的一些問題，通過組內和組間交流發現模型制作過程中存在以下幾個問題和不足之處：一是不能理解或理解不透長方體模型和地球空間的關聯性，現實中地球的三圈環流怎樣在一個長方體模型中展示；二是模型中箭頭的制作存在差異，有的小組箭頭制作過長或過短，不能依據長方體的三等分來制定，缺乏整體性和協調性，浪費了大量的卡紙；三是模擬大氣在近地面和高空運動的箭頭繪制成一模一樣了，沒有差別；四是箭頭放置的方向相反，出現箭頭胡亂放置的現象。

三、改進實驗模型

針對以上問題與不足，同時也為了實驗模型的不斷完善，筆者建議各小組再次認真研讀相關的地理知識，并在此基礎上，針對記錄表中記錄的問題和不足之處，逐一排查、研究和制定解決措施。建立組間相互討論機制，相互學習，相互競爭，在學習中求進步，在競爭中促進步。各小組就如何解決出現的不足之處達成以下幾點共識：

第一，長方體的改進：長方體的制作是模擬地球大氣空間運動的重要載體，其制作相對簡單，但還應考慮到以下幾個問題：一是，長方體素材的選取應考慮易操作性，紙棒取材相對便利，但粗細不均，在制作時盡量保持粗細較為均勻；二是，長方體三等分應準確，并在等分位置處標注有0o、30o、60o和90o字樣的卡片，表示半球時還應標注N或S符號，這樣易于直觀、形象地觀察和操作模型。

第二，箭頭的再設計：箭頭的制作是整個模型制作的關鍵之處。近地面箭頭應采用直箭頭，而高空采用彎曲的箭頭，這樣才符合大氣運動的特征，即在高空，風基本不受地面摩擦力的影響，風向主要取決于氣壓梯度力和地轉偏向力，在此二者共同作用下，風向偏至平行于等壓線；而在近地面，風向還受到摩擦力的影響，與等壓線斜交。

第三，模型、箭頭的組合：兩者的組合是整個模型制作的難點所在。以北半球為例，赤道地區溫度高，空氣受熱膨脹上升（直箭頭指向高空），近地面形成赤道低氣壓帶，上升氣流使赤道上空相對于同高度的其他區域來說，成為高氣壓區，故近地面直箭頭應指向赤道地區；氣流由赤道上空高氣壓區流向北極上空，在地轉偏向力的作用下，逐漸向右偏轉成西南風，流到30oN附近上空時偏成西風，故這一段箭頭應采用彎箭頭，并指向東；北極地區，終年寒冷，空氣冷卻下沉，近地面形成高壓帶，南下冷氣流與由30oN北上的暖氣流在60oN相遇，形成極鋒（副極地低壓帶）。這一塊箭頭的組合相對較為復雜，既要考慮方向，又要考慮鋒面，暖氣流應沿鋒面向上爬升，故箭頭向上布置。與此相對，60oN高空形成高壓區，受地轉偏向力影響，向兩側的箭頭采用彎箭頭，彎曲方向應向右。

四、新實驗模型的設計

實驗模型材料：帶顏色的卡紙若干、廢棄試卷若干、透明膠帶一個、剪刀一把、模型制作與操作記錄表，每組一份。

模型制作過程：(1)長方體制作大致同上；(2)在三等分位置處粘貼帶有0o、30oN、60oN和90oN字樣的卡片（以北半球為例）；(3)制作直、彎箭頭若干，并在長方體上粘貼各種直、彎箭頭，并不斷進行調整（見圖2）。

模型交流展示：(1)直箭頭一般表示近地面空氣和豎直氣流的運動，注意方向有所不同：近地面應由高壓指向低壓；而豎直方向不一定由高壓指向低壓。(2)高空空氣運動用彎箭頭表示，運動方向由高壓指向低壓，并注意彎曲方向（以北半球為例）：應向右偏轉并偏至與緯線平行。(3)長方體中每一等分范圍內直彎箭頭應形成一個循環。

圖2 大氣三圈環流改進模型示意

五、新實驗模型的觀察和反思

新實驗模型的設計相對于原先的模型主要不同之處在于彎箭頭的制作和特殊緯度的標注，尤其是彎箭頭。觀察新實驗模型，可以看出：相對于原實驗模型，彎箭頭的設置更能符合高空大氣運動的特征，而且箭頭設置有一定的斜角，這樣更能體現出是受地轉偏向力的影響。此外，就是在60oN近地面處，來自兩側的冷暖氣流相遇形成極鋒，暖氣流暖而輕，處于鋒面的上方，而冷氣流冷而重，處于鋒面的下方，故這一塊箭頭的處理就顯得尤為重要。而且這一點正好與前面講過的鋒面系統相同，起到進一步鞏固的作用。

當然，模型的制作不是一蹴而就的，需要一步一步的布置、加工和調整。在后期的課堂演示過程中，也發現了一些不足：首先，有的老師認為赤道地區由于終年高溫，對流顯著，大氣運動高度較高；而極地地區由于終年寒冷，對流不是很顯著，大氣運動高度較低。所以，應將長方體制成“棺材狀”，赤道地區較大，極地地區較小，這樣更符合全球大氣運動特征（以北半球為例）。其次，學生制作模型，能否制作得合理、規范

呢？由于數學學科的滯后性，學生立體幾何的空間意識較欠缺，對于一定空間范圍內，大氣運動的方向如何把握，怎樣向右或向左偏轉、偏至什么位置等問題都需要一個一個地進行解決。再次，直、彎箭頭銜接應該細化、細致。直、彎箭頭的組合關乎模型制作的關鍵，而箭頭的銜接是否合理、細致更是重中之重。比如高空，彎箭頭末端應與直箭頭始端相連，每個循環并不是一個規整的循環，而是一個相對別扭且具有三維立體感的循環。

（責任編校：周曉輝）