例談地理教學(xué)中“物理知識”的錯用與巧用

陳榮

（江蘇省高淳高級中學(xué)）

例談地理教學(xué)中“物理知識”的錯用與巧用

陳榮

（江蘇省高淳高級中學(xué)）

地理學(xué)科是一門兼具自然科學(xué)性質(zhì)和社會科學(xué)性質(zhì)的綜合性科學(xué)。其中自然科學(xué)部分蘊(yùn)含了大量物理知識和物理原理。課堂教學(xué)中，“物理知識”存在哪些錯用現(xiàn)象？如何科學(xué)借助學(xué)生已有的物理知識來提高地理課堂效率呢？

地理教學(xué)；物理知識；錯用；巧用

《易經(jīng)》有云：仰以觀于天文，俯以察于地理。我們常用“上知天文，下知地理”來形容一個人的知識淵博。正是由于地理學(xué)研究眾多現(xiàn)象、過程、特征及人類和自然環(huán)境的相互關(guān)系，造成地理學(xué)是一門高度跨學(xué)科性的學(xué)科。高中地理和物理交叉的地方比較多，我們所熟知的人教版必修一宇宙中的地球章節(jié)中涉及不少物理概念（如角速度、線速度、周期、參照物等）和物理規(guī)律（如開普勒定律等）。這對高中地理教學(xué)提出較高要求，不僅能講清本學(xué)科知識，還能運(yùn)用其他學(xué)科例如物理等來解釋地理現(xiàn)象，達(dá)到事半功倍的高效課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的地理思維，體現(xiàn)新課程改革思想。本文例談筆者在地理教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的錯用、巧用物理知識。

一、地理教學(xué)中“物理知識”的錯用

（一）教室里的大氣壓

課堂情境再現(xiàn)：熱力環(huán)流中同一地點垂直方向氣壓高低的比較。

【師問】參考圖1和圖2，判斷A、C兩點的氣壓高低關(guān)系，并用相關(guān)物理知識解釋此現(xiàn)象。

【生答】C點較低；因為C點海拔高，空氣稀薄，大氣密度較小，故氣壓較低。

【教師小結(jié)】很好，請大家仔細(xì)觀察圖2，氣壓是由于空氣柱的重力所致。由于不同高度的大氣所承擔(dān)的空氣柱高度不同，導(dǎo)致在垂直方向上隨著高度增加氣壓在下降。A處承受的空氣柱高度比C處高，導(dǎo)致A點氣壓大于C。所以我們一樓教室氣壓比六樓教室氣壓高。同學(xué)們還有疑問嗎？

【某學(xué)生舉手】那一樓教室里的氣壓比教室外的氣壓要小嗎？因為樓頂承受了一部分空氣的壓力。

【教師釋惑】我們一起來觀察一個物理小實驗，你能發(fā)現(xiàn)什么。

（1）物理實驗：“地面放置一敞口小瓶，瓶內(nèi)氣壓與同一水平面氣壓相同。在瓶口加置一玻璃片，此時瓶內(nèi)氣壓與瓶外相比，明顯是相同的，但按上述氣壓柱解釋，則解釋不了。”

（2）物理原理：大氣產(chǎn)生壓強(qiáng)的本質(zhì)原因是布朗運(yùn)動即大氣分子每時每刻都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動，每個分子對器壁的碰撞給予了器壁一個沖力，大量分子持續(xù)不斷碰撞就產(chǎn)生了氣壓。單位時間內(nèi)單位面積上碰撞的分子數(shù)越多，氣壓就越大，所以大氣密度越大、溫度越高，大氣壓強(qiáng)越大。但同時若無重力，大氣散逸至宇宙空間，沒有大氣也就談不上氣壓。綜上所述，大氣壓是分子的熱運(yùn)動和重力共同作用的結(jié)果。僅提其中某一個原因都是不準(zhǔn)確的。

美國著名教育心理學(xué)家奧蘇泊爾曾表述：“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納為一條原理的話，那么我將一言以蔽之：影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素就是學(xué)生已經(jīng)知道了什么，要探明這一點，并因此進(jìn)行教學(xué)。”這就要求在新課程標(biāo)準(zhǔn)下，教師備課時預(yù)設(shè)學(xué)生的已知不能僅僅局限于地理學(xué)科。例如，大氣壓強(qiáng)在人教版初中物理九年級十四單元第三課是這樣定義的：空氣受到重力的作用而且能夠流動。此時學(xué)習(xí)氣壓與高度的關(guān)系僅從重力角度考慮是符合初中學(xué)生認(rèn)知水平的。但進(jìn)入高中后，學(xué)生認(rèn)識程度加深，知識體系有待進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展，從重力角度分析氣壓已不符合學(xué)生的持續(xù)發(fā)展。

（二）馬桶里的水旋

課堂情境再現(xiàn)：氣旋的形成。

【引入】受水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力共同作用，近地面大氣在水平方向上作逆時針輻合運(yùn)動，稱之為氣旋。氣旋強(qiáng)烈發(fā)展的形式就是臺風(fēng)。同學(xué)們，其中地轉(zhuǎn)偏向力對地球上做水平運(yùn)動的物體影響顯著，尤其是大氣和流水的運(yùn)動。

【某學(xué)生插話】沖馬桶時水就做逆時針旋轉(zhuǎn)。

【師問】你觀察過，每次都是這樣？

【另一名學(xué)生反駁】在家洗碗后排水，我經(jīng)常觀察，有時順時針轉(zhuǎn)動，有時是逆時針。

【教師小結(jié)】地轉(zhuǎn)偏向力又稱科里奧利力。指由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生作用于運(yùn)動物體的力，使物體運(yùn)動方向相對于地面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。科里奧利力不僅對風(fēng)、流水產(chǎn)生影響，任何一個環(huán)繞地表的遠(yuǎn)距離運(yùn)動都會受到它的影響。對于近距離的運(yùn)動，科里奧利力影響極小，沖馬桶時水的逆時針旋轉(zhuǎn)是由于馬桶的設(shè)計問題。有的馬桶就是特地設(shè)計漩渦式?jīng)_水。

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)“學(xué)對生活有用的地理”這一重要理念。上述課堂教學(xué)中，學(xué)生提出的“一樓教室內(nèi)氣壓與教室外氣壓的比較”“北半球馬桶逆時針旋轉(zhuǎn)”都與學(xué)生日常生活息息相關(guān)，教師應(yīng)抓住學(xué)生提問的火花，給予學(xué)生“準(zhǔn)確的”“對生活有用的地理知識”。中國課程改革的發(fā)展趨勢之一是學(xué)科間整合、整體發(fā)展，在搞好地理科學(xué)知識理解和掌握的同時，應(yīng)加強(qiáng)對相關(guān)聯(lián)系密切學(xué)科如物理、化學(xué)和生物等知識的科學(xué)理解，避免錯用其他學(xué)科的知識、原理和規(guī)律進(jìn)行偽論證，形成偽科學(xué)。

二、地理教學(xué)中“物理知識”的巧用

（一）物理概念的活用

【問題呈現(xiàn)】人教版地理必修1《地球的圈層結(jié)構(gòu)》一節(jié)，課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能通過觀察縱波和橫波在地球內(nèi)部的傳播狀況，將地球內(nèi)部進(jìn)行劃分。筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生不太理解橫波為何不能在液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)中傳播。

【問題突破】結(jié)合高中物理選修3-4第十二章第一節(jié)《波的形成與傳播》一節(jié)中關(guān)于橫、縱波傳播特性的差異（圖3）及補(bǔ)充文字（材料一），有助于學(xué)生理解。

圖3

（二）物理方法的運(yùn)用

課堂情境再現(xiàn)：課堂活動：結(jié)合圖文資料和關(guān)鍵詞，推測張家界河谷的形成。

材料一 位于湖南省境內(nèi)的張家界，是我國著名的風(fēng)景旅游區(qū)。張家界市境內(nèi)四季溫和，雨量充沛，溪流發(fā)育，各條溪流匯入澧水后，從西向東，一直流入洞庭湖。張家界市的河谷多為隘谷、峽谷。河谷底部呈線形，兩壁陡峻，灘多水急。當(dāng)你泛舟或漂流在這段河谷的急流險灘上時，驚濤駭浪會使你感到驚心動魄。

材料二 圖3為張家界市山河景觀掠影

圖3

圖4

關(guān)鍵詞：地殼 抬升 溪流 向下侵蝕 河流兩岸

【學(xué)生討論并回答】略。

【教師小結(jié)】內(nèi)力作用使地殼發(fā)生垂直運(yùn)動，外力作用使河床不斷下切。還有什么疑問嗎？

【學(xué)生發(fā)問】為什么地殼抬升就會導(dǎo)致下蝕作用加強(qiáng)？

【教師釋惑】河流下蝕主要指河水及其挾帶的碎屑物質(zhì)對河床底部產(chǎn)生破壞，使其加深的過程。圖4中G為水的重力，G2為重力沿河床的分力，G1為重力垂直于河床的分力。地殼抬升導(dǎo)致河床坡度加大，則G2增大，河水流速快挾帶碎屑物質(zhì)能力強(qiáng)，下蝕效果明顯，如圖5所示。還有疑問嗎？

圖5

【學(xué)生發(fā)問】當(dāng)坡度超過40°，為何侵蝕強(qiáng)度又呈現(xiàn)下降趨勢？

【教師引導(dǎo)】影響流水對河床侵蝕作用強(qiáng)度的因素還有哪些？

【學(xué)生討論】流量。

【教師引導(dǎo)】坡度的變化會對河流流量產(chǎn)生怎樣的影響呢？

【學(xué)生討論匯報】隨坡度增大受雨面積減小，河流流量減小，對河床的侵蝕強(qiáng)度減弱。

類似的例子還有在講地球自轉(zhuǎn)時，學(xué)生很難理解教材中的結(jié)論：“地球表面除南北兩極點外，任何地點的自轉(zhuǎn)角速度都一樣，地球自轉(zhuǎn)的線速度，則隨緯度的增大而減小。”在教學(xué)中從物理角度給學(xué)生講解線速度與角速度的定義，讓學(xué)生能夠快速理解。

地理學(xué)科是門基礎(chǔ)學(xué)科，物理、化學(xué)、生物、政治、歷史等這些學(xué)科與地理學(xué)科關(guān)系密切。在新課程改革背景下，除了地理學(xué)科內(nèi)知識體系的建立，還應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科間知識體系優(yōu)化，相互配合教學(xué)。掌握地理現(xiàn)象和地理規(guī)律性知識的同時培養(yǎng)學(xué)生從不同學(xué)科角度靈活考慮問題的良好品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生大膽突破常規(guī)，敢于創(chuàng)新的思維品質(zhì)。

●編輯 孫玲娟