河流的自然環境

　　科目：地球與空間科學/河流
　　課程時間：2～3天，包括活動前對活動步驟的討論，收集數據的準備及收集活動，以及數據分析活動。
　　適合年級：7～12
　　
　　材料/技術
　　
　　老師需要安排學生到溪流邊進行本次課程活動的學習，這就意味著需要老師籌措活動交通費或者帶領學生走到鄰近的河邊進行活動。
　　●150米長的卷尺：
　　●2或3個漂浮物(例如兩三個橘黃色網球)；
　　●秒表：
　　●提前標記好厘米刻度的塑料管，或者在每個刻度上用專用筆標記水的深度，或者如果水不是特別深，就使用米尺；
　　●河流的地質地圖：
　　●河流分類信息表：
　　●計算器：
　　●不同大小的涉水長靴，或者如果學生自己有長靴，則讓他們在收集數據時穿上自己的長靴。
　　
　　安全注意事項
　　
　　首先，在水邊取樣時，一定要注意安全。當學生們在水中測量時，必須十分小心。注意腳下不要滑倒，還要注意落腳的地方是否安全。他們還要根據收集數據活動當天的天氣狀況適當著衣。
　　
　　
　　學習成果
　　
　　學生們應該能夠：
　　●利用公制單位測量數據；
　　●正確使用秒表和計算器：
　　●通過活動前的簡要說明，盡量自己收集數據；
　　●在所提供的數據表中記錄下數據：
　　●測量并計算選定流域的流速和流量：
　　●識讀地質地圖上的信息以及數據表。
　　
　　問題/目的
　　
　　確認所選定流域的物理參數：收集坐標數據并讓學生們分組分析數據；從地質地圖上識讀信息。
　　
　　背景/調查
　　
　　基本的河流數據，例如流速和流量，可以幫助學生們確認河流的一些變量，這些變量會隨著時間的推移而改變，從而影響河流的生物、化學及物理構成。如果學生們可以不僅僅局限于本課程的內容，還可以與生物或化學課程里的小組成員一起學習，那么可以將更多關于河流的知識引入到本次課程中來。通過對一條河流基本知識的學習，學生們可以將這些知識應用到其他河流中去，從而促進他們對河流中流走的物質對之前提到的河流各種構成成分的影響更進一步理解。河流的流量及流走的物質會對所有地區的洪水、河岸侵蝕及生物因素等產生影響。
　　
　　詞匯表
　　
　　橫斷面——指一條橫穿河流的線路。
　　流域——指整條河流中被研究的某一段。
　　河床——指河流的底層。
　　棲息地多樣性——指環境的各種不同因素。
　　假設
　　每個班級的取樣本時間可以各有不同。下面是一些示例問題來幫助學生們作出自己的假設。
　　示例：
　　●當流速變化時，流量會如何變化?
　　●在一年之中，流速和流量會發生怎樣的變化?
　　
　　程序
　　
　　教師需要預先：
　　至少在活動開始前一天。要發給學生們一份活動步驟指導及數據表。在開始收集數據前，帶領學生們討論活動步驟，及如何收集數據等問題。
　　將學生們分成2～4人一組。
　　讓每組同學收集特定的數據。如果你不想讓每一組都完成所有樣品采集過程的話，那么你可以一次只讓一組同學收集一種類型的數據。
　　與學生們討論在水域周圍及在水中時的安全注意事項。
　　學生實驗步驟：
　　測量水流速率的過程：
　　1　首先，選擇一段長約50～100米距離的水域，這段水域必須是連續不斷的。測量水域的實際長度，并將數據記錄在表格中。
　　2　讓一個學生輕輕地將漂浮物放在水面上。另一個學生則要在這段選定的水域下游結束的地方等待收回漂浮物。
　　3　第三個或第四個學生將從釋放到收回漂浮物的時間記錄下來。至少進行三次此步驟。并將每次的時間都記錄下來。
　　4　取幾次時間的平均值并記錄下來。
　　5　將這段水域的長度除以平均時間，計算出流速。單位是米/秒。
　　測量水流流量的過程：
　　1　首先，選擇一段比較有代表性的水域，最好包括測量過流速的那段水域。在選定流域的起始、中間及結束的地方，測量并記錄下水面的寬度。
　　2　在上面提到的那三個地點，測量并記錄下水路的三分之一、二分之一和三分之二的深度。你總共應該得到9個測量深度。將這9個深度值取平均值并記錄下來。
　　3　從數據表中選擇一個河流底部的類型。
　　4　找到計算流量的公式，并將適當的數值代入其中。你需要一個流速的數值。以及你在測量流速過程中所記錄下來的水流過整段水域所用時間的平均值。
　　5　完成公式計算。然后你就可以得到以立方米每秒為單位的流量值。
　　自然環境考察過程：
　　1　根據數據表中所提供的數據，完成你所研究河流的地圖繪制工作。
　　2　完成實地考察及相關圖表。
　　結果/分析
　　河流數據流速數據表
　　河流名稱______時間______
　　小組成員______
　　1　起始地點描述：______
　　2　結束地點描述：______
　　3　起始及結束地點之間的距離______米
　　4　漂浮物的漂浮時間：
　　第一次：______秒
　　第二次：______秒
　　第三次：______秒
　　平均時間：______秒
　　5　流速等于流域長度除以平均時間秒數
　　流速=______米/秒
　　說明：______。
　　河流流量數據表
　　河流名稱______時間______
　　小組成員______
　　1　水路的寬度
　　起始點：______米
　　中間點：______米
　　結束點：______米
　　A　3個寬度的平均值：______米
　　2　水路的深度(見表1)
　　3　河床類型
　　(0.8)粗糙，巖石松散，粗沙礫；
　　(0.9)平坦，泥，沙子，硬質巖石。
　　4 根據以上信息，使用下面的公式計算流量：
　　r=(w·d·a·1)/t
　　r=流量，單位為立方米/秒
　　w=測試流域的平均寬度，上面的1A值；
　　d=平均深度，單位為米，上面的2B值；
　　l=測試流域的長度，單位為米；
　　t=漂浮物漂過選定流域所花費的平均時間，單位為秒(不要使用速率)
　　a=常數，根據河床的自然狀況確定的數值，例如粗糙及松散巖石等，常數為0.8；或者平坦及泥質等，常數為0.9。
　　5 流量等于每秒鐘水流過的立方米數_____立方米/秒。
　　自然環境數據表
　　河流名稱_____時間_____
　　小組成員_____
　　第一部分：從河流源頭到入河口的圖表繪制(見表2)
　　長度：_____米
　　支流數量：_____
　　湖泊數量：_____
　　第二部分：河流流域圖表繪制(見表3)
　　第三部分：現場數據
　　在一片河流流域范圍內，行走100米，在隨機選定的橫斷面上測量下面表格中的物理變量。在你開始測量工作之前，請先選定要測量的橫斷面(見表4)!
　　回答下面的一個問題
　　1　河岸兩邊的植被條件是怎樣的?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　2　河流兩岸的穩定性如何?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　3　河流上下游的自然條件各有什么不同?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　4　魚類的各生命階段是否都存在(水中及岸邊)?
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　5　請評價整體自然環境的好壞。
　　□很好　□好　□一般　□不好
　　
　　結論
　　
　　●在一年之中，根據樣品采集的時間不同、河流的不同以及學生能力的不同，結論會有所不同。
　　●結論中應將數據與學生們所做的假設聯系起來，并包括流速、流量及自然環境的數值(并不僅僅是將它們羅列出來。而要將自然環境數據、真實的流速以及流量特別標注出來)。
　　●數據表格。
　　
　　
　　評估
　　
　　可能出現的評估問題：
　　●你如何測量河流的流速?
　　●為什么使用河流的平均深度?
　　●河流底層的狀況會對流速產生什么樣的影響?
　　●口頭敘述或寫下相關數據。
　　
　　拓展
　　
　　看一看誤差是否隨著海拔的變化而變化。
　　●研究取樣流域之外的流域；
　　●用照相機記錄下一個地點一年中的變化，利用視覺影像監測河流的四季變化：
　　●化學：將數據與堿度、硬度、酸度和溶解氧聯系在一起學習：
　　●生物學：取樣生物變量，研究流域中的植物和動物：
　　●生態學：討論洪水控制、侵蝕控制、筑壩及污染等問題：
　　●地質學：將流域分類，根據水流狀態、形態學、河床與形態之間的關系等條件進行分類：
　　●采訪水文學者或者請他來和學生們一起討論所收集的數據，比如他們如何收集數據，他們如何對自己收集到的數據進行解釋，以及相關工作的情況