“大氣的組成和垂直分層”教學設計

李欣蘭

（福建省福州市福建師范大學 福建福州 350007）

一、課標分析

本節內容的課標“運用圖表等資料，說明大氣組成和垂直分層，及其與生產和生活的聯系”要求學生通過本節課的學習，能夠掌握大氣的組成和大氣垂直分層的特征，并能說出其對人類生產、生活的影響，以及人類生產、生活對大氣的影響。

二、教材分析

本節內容是人教版新教材地理必修一第二章“地球上的大氣”中的第一節“大氣的組成和垂直分層”。“大氣的組成”重點是“低層大氣”，指的是25千米以下的大氣組成。“大氣的垂直分層”中的“大氣”指的是“整個大氣圈層”，包括大氣各垂直分層中各層的溫度垂直變化、氣流運動等物理性質及其與人類生產、生活的聯系，將為學生后面學習大氣受熱過程、大氣運動奠定基礎。

三、學情分析

本節課的內容對學生來講屬于既熟悉、又陌生的知識。熟悉的是，在平時的生活中，學生通過各種途徑對本節知識已有了一定淺顯的了解和簡單的知識儲備。陌生的是，這部分知識比較抽象，大部分是沒法通過直接經驗獲得的，且學生沒有深入、系統地認識這部分知識。但本節知識點淺顯易懂、難度不高，對高一學生來說，學習難度不大。授課的關鍵是激發、調動學生的自主學習能力，發散學生思維，培養學生科學的環境觀，在理論聯系實際的教學中，深入挖掘和發揮學生的主體性、主動性，讓學生成為知識的建構者。

四、設計理念

本節課以長征系列火箭穿越大氣層飛向外太空為探究情景，引入與新課相關的一系列問題，在激發學生探究興趣的同時，緊扣本節課內容教學重點“大氣的組成與物理性質”，培養學生的愛國主義情懷。在新課環節，以火箭的特殊裝置——氧氣室引出大氣對地球生物生存、發展的作用。大氣的組成成分這部分知識比較簡單，學生可以通過自主學習，獲得相關知識。人類活動與對大氣成分的影響需要學生加以關注，因此，教師要以當今全球最嚴峻的兩個大氣問題——臭氧層破壞和全球氣候變暖，引發學生對大氣環境的關注，使其樹立可持續發展觀念，勇于承擔保護環境的責任。對大氣的氣溫垂直變化與氣流運動狀況的教學則從學生日常生活中遇到的地理問題入手，以直接經驗為基礎，建立理性認知，增強學生學習地理的興趣，進一步引導學生探討大氣的存在對人類活動的影響。教師要通過環環相扣的問題，引導學生不斷深入探究，激發學生內在學習動機。在解決問題的過程中，學生就不知不覺地掌握了本節課的重點知識，也深入淺出地培養了情感、價值觀。在新課內容講授完后，教師利用高空跳傘視頻，讓學生利用本節新課所學知識發現并解釋跳傘過程中出現的一系列可以用大氣組成與物理性質知識解答的現象，發散學生的思維，讓他們學會學以致用。

五、教學目標

1.區域認知：分辨大氣層各垂直層的特點，認識對流層不同緯度地區對流層頂的高度差異及其原因；理解大氣的組成成分的變化在全球不同區域的表現及其帶來的影響。

2.綜合思維：對比大氣組成成分過去與近現代含量的變化幅度差異；運用圖表和所學資料，綜合分析大氣層的各物理性質，解釋其對人類活動的影響。

3.人地協調觀：理解大氣的存在對人類活動的影響，尤其是對流層、平流層、高層大氣與人類生產、生活的關系，正確認識人類活動對大氣組成、物理性質的影響；樹立人與環境協調發展的可持續發展觀念，培養學生保護人類賴以生存的大氣環境的意識；讓學生通過認識人類的筑天之夢，感受人類不斷超越、挑戰無限的大無畏精神。

4.地理實踐力：發現身邊的地理問題，嘗試利用地理知識解決身邊的地理現象，提升科學探究意識；通過實際案例，運用圖表等資料，說明該現象與大氣組成和大氣物理性質的關系。

六、教學重難點

1.教學重點：大氣各個垂直分層的名稱，對流層、平流層溫度變化特征及應用。

2.教學難點：對流層、平流層的特點及其產生原因。

七、教學過程

知識點一：大氣的作用

新課導入：播放長征系列火箭紀錄片，讓學生思考火箭為什么需要氧化劑室，氧氣的作用是什么。

設計意圖：通過觀看視頻，讓學生了解我國先進航空航天技術的飛速發展，培養學生民族自豪感和愛國情懷，激勵學生關注我國前沿技術發展，努力學習知識，成為新時代社會主義接班人。

學生活動：觀看視頻。回答：氧化劑，供氧等。

承接：在第一章中，我們學習了大氣圈與水圈、巖石圈、生物圈之間相互聯系、滲透，共同構成了人類賴以生存和發展的自然環境。本節課，我們具體來學習大氣圈的性質及其與人類活動的關系。連續包圍地球的氣態物質稱為大氣。大氣是地球上出現生命的基礎之一。那么，大氣有哪些作用呢？

學生活動：討論作答。

教師活動：PPT展示，歸納、總結大氣的作用。

設計意圖：回顧舊知識，引出新課知識——大氣的作用，同時，用開放性問題活躍學生的思維，調動課堂氛圍。

知識點二：大氣的組成

教師播放大氣層視頻，讓學生根據視頻，結合書本第28～29頁的內容，思考：低層大氣的組成部分？干潔空氣的概念和主要成分？

補充：地球大氣是多種物質的混合物。距地表85千米以下的各種氣體成分一般分兩類：一類稱為定常成分，各成分之間大致保持固定比例，主要有氮、氧、氬和微量惰性氣體氖、氪、氙、氦等；另一類稱為可變成分，這些氣體在大氣中的比例隨時間、地點變化，包括水汽、二氧化碳、臭氧和碳、硫、氮的化合物。

學生觀看視頻，結合書本，完成學習任務。回答一：大氣由水汽、雜質、干潔空氣組成。回答二：干潔空氣是低層大氣中除去水汽和雜質以外的混合氣體，包含氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳、臭氧、一氧化碳、二氧化硫等。

設計意圖：培養學生自主學習能力。

活動：

1.科學研究表明，地球原始大氣主要成分包括甲烷、氨、硫化氫、水汽。震旦紀大冰期之后的寒武紀，火山大爆發改變了原始大氣成分，地球結束了“雪球”時代，原始生命出現。讀圖1的碳循環示意圖，完成下題。

“雪球”時代的結束，是因為寒武紀的火山大爆發能（ ）。

A.增加大氣中CO2濃度，起保溫作用

B.破壞臭氧層，到達地面紫外線增多

C.釋放火山灰物質，吸收地面輻射

D.釋放巨量熱能，直接增加大氣溫度

2.PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。近年來，華北地區冬半年霧霾天氣多發，PM2.5濃度增加是重要的原因之一。讀圖2的北京市某日PM2.5濃度變化圖，完成下列問題。

導致該地PM2.5濃度變化的首要污染源是（ ）。

A . 生活燃煤排出的煙塵 B.道路及建筑工地的揚塵

C.工礦企業排放的煙氣 D.機動車輛排放的尾氣

設計意圖：通過完成兩道題目，讓學生進一步理解大氣中的可變成分因時、因地而變化。大氣氣體成分及其含量的變化要歷經長尺度的地質歷史時期，人類的活動也會加劇這種變化。而這些變化都會給自然地理環境帶來極大影響。

播放動畫：展示近幾十年來南極上空臭氧層空洞的動態變化情況。

提問：臭氧對人類有什么作用？什么原因導致臭氧層的破壞？人類該采取什么措施來保護臭氧層？

學生活動：小組合作探究。回答：臭氧通過吸收太陽紫外線保護地球生物免受傷害，是地球的保護傘。近現代，人類過多使用氟氯氫類化學物質，破壞了臭氧層，使人類及生物的生存受到了威脅。

設計意圖：利用直觀形象的動畫，引入與人類活動密切相關的大氣問題，引發思考，引起學生對大氣環境的關注。

點播：大氣中的可變成分受人類影響大，讓學生根據書本第29頁的案例思考除了臭氧外，近現代人類活動還導致哪些大氣成分發生了明顯的改變，帶來了什么后果，對自然環境和人類有哪些影響，古代有“女媧補天”的傳說，現代是否需要“補天”，如何“補天”等。

播放新聞：2020年來南北極氣溫打破有史以來最高溫度記錄。

學生活動：小組思考討論并作答。

設計意圖：在前一思考的基礎上，進一步呈現受人類影響深刻的大氣問題之一——全球氣候變化。通過相關問題探究，增強學生對大氣環境的關注，使學生意識到保護大氣環境刻不容緩，激起保護大氣環境的責任感和使命感。

承接：人類的活動使得大氣臭氧和二氧化碳的含量發生了急劇變化，超出了自然界可以調節的范圍。而且，人類發展工業、燃燒化石燃料、排放汽車尾氣，影響了大氣的組成成分，產生了大量的一氧化碳、二氧化硫等有毒氣體，給地球生物的生存和自然生態帶來了一系列災難。

師生一起完成以下表格：

圖1

圖2

氣體成分 含量 主要分布 作用N2 78% 25千米以下 生物體基本成分O2 21% 25千米以下干潔空氣動植物賴以生存、繁殖的必要條件：用作燃燒的氧化劑

CO2 0.03%(變動) 20千米以下 綠色植物光合作用；大氣保溫作用干潔空氣吸收紫外線，使大氣增溫同時對生物有保護作用水汽 因時因地而異 對流層 成云致雨必要條件、保溫作用固體雜質 因時因地而異 對流層 成云致雨必要條件、作為凝結核O3 極少 10～40千米，極大值20～25千米（臭氧層)

知識點三：大氣的垂直分層

過渡：地球大氣從地面向上，可延伸到數千千米。根據溫度、運動狀況和密度，大氣自下而上可以劃分為對流層、平流層和高層大氣。

教師播放長征系列火箭升空視頻，讓學生自學書本第31頁，根據書本圖2.5，探究以下問題。

探究任務：火箭穿越大氣層經過哪幾層大氣分層？各層氣溫如何變化？為什么會有這樣的變化規律？

提示：橫、縱坐標分別表示什么？各層氣溫垂直變化情況有何不同？各層的能量來源？

學生通過小組討論合作，閱讀書本圖文資料，自主學習歸納，完成表格。

設計意圖：通過視頻，讓學生了解我國航天技術的飛速發展，激發學生的探究興趣，同時，通過探究問題，培養學生讀圖、析圖及歸納、表達的能力。

教師總結歸納：

分層 氣溫變化特點 原因對流層 氣溫隨高度增加而遞減 地面是直接熱源平流層 氣溫隨高度增加而上升 臭氧層吸收紫外線升溫高層大氣 氣溫隨高度先降再升，頂部溫度極高無臭氧吸收紫外線，氣溫迅速下降；隨后吸收更短波長紫外線，溫度上升

承接：各層大氣由于熱量來源不同，氣溫垂直變化存在差異。而氣溫的垂直變化存在差異的特征又決定了大氣的運動形式存在差異。接下來，我們來學習各層大氣的運動特點。

探究任務：為什么云、雨、雪、霧等天氣現象發生在對流層？對流層的厚度為什么存在時空差異？飛機為什么選擇在平流層飛行?

設計意圖：通過身邊的地理現象，從直接經驗入手，引起學生的學習興趣，并讓學生思考日常地理現象背后的原因，引出大氣各層的大氣運動方式。

學生活動：思考討論并作答。

回答一：對流層氣溫分布下熱上冷，熱空氣上升，冷空氣下沉，對流運動顯著，再加上集中了絕大多數的水汽、塵埃，因此，有復雜、多變的天氣現象。而平流層氣溫下冷上熱，空氣以水平運動為主，且水汽和雜質較少，天氣晴朗，利于飛行。

回答二：對流層高度為低緯度地區17～18千米，中緯度地區10～12千米，高緯度地區8～9千米。緯度越低，對流越強盛，大氣層延伸范圍越高。夏季地面吸收太陽輻射熱多，近地面空氣氣溫高，空氣上升幅度大，對流層厚度大；冬季地面吸收太陽輻射熱少，近地面空氣氣溫低，空氣上升幅度小，對流層厚度小。

補充：人類利用對流層和平流層的大氣運動方式來安排生產、生活。高層大氣空氣密度極小，人類對高層大氣的利用是在80～500千米高空有若干電離層，能反射無線電波，對無線電通信有重要作用。

遷移：教師播放鮑姆加特納跳傘視頻，并讓學生運用所學知識解釋視頻中的現象：跳傘員有哪些裝備？天空顏色怎樣變化？跳傘者下落速度怎樣變化？降落過程中，氣溫的變化趨勢是怎樣的？為什么?學生思考討論并作答，小組合作探究，分析現象，進行知識遷移。

設計意圖：知識遷移、學以致用。