《热力环流探究实验》说课稿全国实验说课大赛获奖案例.docx

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《热力环流探究实验》说课稿全国实验说课大赛获奖案例

《热力环流探究实验》说课稿

人民教育出版社（2008年2月第3版）高中地理必修一第二章第一节《冷热不均引起大气运动》。

玻璃箱、有机玻璃箱、电加热器、低功率散热器、电子温度计、探针电子温度计、碳纤维细杆、蚊香、发烟片、冰块等。

（一）实验装置的自主设计与改进，便于操作，提高了实验直观性和实验效率

热力环流原理中气流运动与等压面的空间耦合分布，比较抽象，学生难以建立正确的知识空间模型。

而实验教学法可以帮助学生使抽象概念具象化。

本套实验装置和方案为学生和老师共同自主设计。

课前，地理兴趣小组进行了地面是近地面大气主要、直接的热源以及热力环流原理的内容学习。

基于实验操作过程中产生的问题，经师生讨论后,对实验装置进行了四次改进与创新。

（改进即教学）

（1）第一次实验与改进：

为保证课堂演示效果，地理小组先在实验室中按照教材所给方案进行实验验证。

实验过程：

用玻璃缸上部盖塑料薄膜，内部一侧放开水一侧放冰块，且将点燃的蚊香放入其中。

但开水的雾气弥漫了整个箱体，于是同学们把开水改为温水，同时增加冰块的量以加大温差。

但是烟雾浓度低，实验现象能观测，但不太明显。

有学生又想到在中间放置蜡烛的火苗，观察火苗的飘动方向以求更加直观的观测。

表1 首次实验过程中的问题与改进

发现的问题

改进措施

开水产生的水汽弥漫了整个玻璃箱

采用温水，减少水汽

温差小，难以观测

增加冰块，加大两侧温差

烟雾易消散

用火苗代替烟雾

实验结果：

实验过程中出现了水雾弥漫、烟雾太淡、火苗摆动幅度小等迹象。

而且火苗一会就把顶部的塑料薄膜给烤化了。

实验现象观测不太明显，效率不够高。

（2）第二次实验与改进：

当我们把第一次的复杂实验过程展示给大家时，引发了班级同学的课堂大讨论，学生的探究兴趣一下就被激发了。

有学生设想能否创新一套实验方案与装置，能在课堂教学中方便的应用呢？

为了学生这个伟大设想我们进行了相关探究后，产生了一个新的方案。

改进方案：

（学生针对前期探究中的问题总结：

箱体大、温差小、烟雾不明显等问题）采用轻便的有机玻璃箱；底部用镀锌铁皮造型固定，内置电发热板，中间增加带气孔的隔板，以增大温差和气流；底部有专门的放烟通道。

一侧放烟、加热，一侧放冰、不放烟。

打开可调节气孔，观察烟雾流动的方向。

表2 第二次实验过程中的问题与改进

发现的问题

改进措施

玻璃箱体积大、易碎、搬运难

采用有机玻璃箱，

尺寸缩小为：

长60x宽40x高50厘米

温差小，难以观测

箱体底部用镀锌板造型固定，内置电发热器。

中间使用隔板，隔板上下部各有一个可同步调节大小的气孔，使得气流更加集中。

烟雾少、易消散

用影视专业的发烟片代替蚊香，增大烟雾量

底部有内置的放烟通道，减少烟雾逃逸

温差不直观

加装液晶温度显示器

实验结果：

等两侧温差＞5℃后，打开可调节的上下部气孔。

烟雾在打开水平通风口的一瞬间水平相向运动非常明显，使得实验过程缩短。

操作便捷，同时顶部增加照明设备，增强观测效果，实验取得成功。

（3）第三次实验与改进：

当我们把兴奋得新成果带到班级演示时。

烟雾在半分钟内充分扩散到两侧箱体后，水平相向运动就不太容易观测了，以至于有的同学还没看清楚，实验演示就结束了。

同时放烟、加热、加冰占用大量课堂时间，实验效率仍待提高，实际应用困难。

改进方案：

经小组充分讨论后，决定放弃传统烟雾的使用，采用在隔板的上下部开孔处挂上红色飘带，以便直观、持续的观察。

表3 第三次实验过程中的问题与改进

发现的问题

改进措施

有机玻璃箱体积大、仍较重，搬运较难

尺寸继续缩小为：

长50x宽20x高50厘米

烟雾充分扩散后难以观察

用红色飘带代替烟雾，经多次试验，底部开孔在距离底部12cm处最合适，高了则效果不明显，低了，则飘带易被加热器烤变形。

模型演示不贴合教材

使用两道隔板，分成三个独立空间，和教材原理模型一致，便于同学对照学习。

温度显示器有干扰项，温度感应不灵敏

加装探针式液晶温度显示器（实时温度精确到0.1℃）

铝铸电加热器高温易坏

改为150W低功率电箱除湿器

用电安全性不高

增加漏电保护开关

冰块不易保存

冰块可选择性使用或者不用

实验结果：

通电3分钟后，使两侧箱体间温差>5℃即可观测到飘带飘动的明显效果。

实现了持续、清晰、便捷的观测。

冰块可选择性使用或者不用，使得实验的局限性进一步减小。

装置尺寸缩小为：

长50x宽20x高50厘米，携带方便、操作简单、插电即用。

极大缩短了实验时间、提高了实验的效率。

更能适应高中地理高强度与高效率教学的实际，实验取得成功。

（4）第四次改进：

通过前面的改进过程，同学们进行科学探究的积极性被充分激发了。

又有同学提出能不能把等压面变化与气流运动状况进行融合演示。

于是，通过深挖教材、集思广益，我和同学们一起设计了结构简单、易于操作的：

“等压面演示系统”。

实验结果：

经过四次改进后，实验装置体积变小，质量变轻，演示的知识更加全面，既提高了学生的课堂参与度与学习兴趣，又有利于学生知识空间模型的建立。

操作简单，使用方便，更能适应高中地理教学的高强度与高效率。

（二）新装备、新材料、新工艺的应用提高了实验的操作效率和可视化水平。

本实验采取创新实验的教学方法：

1.装置尺寸较小、携带方便、操作简单、插电即用。

极大缩短了实验时间、提高了实验的效率。

适应高中高强度的教学实际，使学生能更直观的建构热力环流中气流、气压及其分布与变化的空间知识模型。

2.有机玻璃、镀锌板易于切割、折弯加工。

3.飘带、探针式温度器的使用提高了可视性。

4.低功率散热器与漏电保护开关的使用优化了电路与热源，增强了安全性。

5.碳纤维杆的弹性、韧性好，适合反复操作。

6.冰块等实验耗材价格低廉、易于获得。

（三）相关知识的整合，促进学生知识体系建构和学科融合。

整个实验过程与高中物理（气压理论）等学科知识进行融合渗透，增强了地理实验的知识性、趣味性。

既丰富了知识内涵，又能培养学生综合分析事物的能力。

（1）热力环流原理：

冷热不均引起空气的垂直运动，导致同一水平面上的气压差异，进而引起空气水平运动（风）。

（2）大气中能量的传播方式:

传导、对流与辐射。

（1）学生通过实验探究，明确大气运动是由于冷热不均造成的，并深刻理解热力环流的形成过程与原理。

（2）通过实验过程中的设计、观察与改进，培养学生的科学探究意识和综合思维能力。

（3）通过“热力环流”实验探究，学会描述和解释特定区域的地理现象，如热岛环流、海陆风等，并说明其对人类活动的影响（区域认知、人地协调观）。

（一）热力环流原理及过程

1.太阳辐射能的纬度分布不均，造成近地面高低纬度间的热量差异，这是引起大气运动的根本原因。

2.由于地面冷热不均，导致空气垂直运动，近地面气温高的地方空气受热膨胀上升形成低压，其对应的高空形成高气压；近地面气温低的地方空气冷却收缩下沉形成高压，其对应的高空形成低气压。

此时同一水平面上存在气压差异，使得气流从高压区流向低压区引发了空气的水平运动，从而形成热力环流。

（二）气压分布规律

同一水平面上，气压高处，等压面向上凸出；气压低处等压面向下凹陷。

高空气压分布状况和近地面气压分布状况相反。

（三）热力环流的应用：

海陆风、山谷风、城市热岛环流。

（1）课前：

（发现问题，改进装置） 了解大气的受热过程以及热力环流的含义及原理，由不同班级学生组成的地理兴趣小组对“热力环流”进行验证性实验设计和操作。

（2）课中：

（集体讨论，完善方案） 学生分组在不同班级进行展示性实验观察与讲解，探究热力环流的过程与原理。

进行课堂实验探究并不断提出改进措施，完善实验方案，完成探究主题。

（引导学生自主设计模拟实验，使学生经历相对完整、规范的科学研究过程，从实验方案设计到实验过程的观察、记录、操作实施，数据处理分析，最后撰写实验报告和汇报交流，培养学生的动手实践能力和求真求实的科学态度。

）

表4地理兴趣小组探究实验过程中的主要问题及对应的改进措施

过程中的问题

改进措施

温差小，难以观测

箱体底部用镀锌板造型固定，内置电发热器。

中间使用隔板，隔板上下部各有一个可同步调节大小的气孔，使得气流更加集中。

有机玻璃箱体积大、仍较重，搬运较难

尺寸继续缩小为：

长50x宽20x高50厘米

烟雾充分扩散后难以观察

用红色飘带代替烟雾，经多次试验，底部开孔在距离底部10cm出最合适，高了则效果不明显，低了，则飘带易被加热器烤变形

模型演示不形象

使用两道隔板，分成三个独立空间，和教材原理模型一致，便于同学对照学习。

温度显示器有干扰项，温度感应不灵敏

加装探针式液晶温度显示器

铝铸电加热器高温易坏

150W低功率电箱除湿器

用电安全性不高

增加漏电保护开关

冰块不易保存

冰块可选择性使用或者不用

演示探究不透彻

背面增加等压面演示系统

实验教学过程中：

首先演示受热均匀时气流与气压分布情况，然后通电加大两侧温差，通过对隔板上、下部气孔处红色飘带飘动方向的观察，标出气流运动方向，通过观察获取直观的认识，进一步理解热力环流原理。

明确热力环流形成过程：

冷热不均→空气的垂直运动→导致同一水平面上的气压差异→空气水平运动（风）。

并结合“等压面演示系统”分析气流运动、气压分布与等压面变化之间的关系，使学生更好的建立知识的空间模型。

（3）课后：

（知识迁移，探索新知）

探索新知：

通过实验探究理解热力环流原理。

并学以致用，分组探究海陆风、山谷风、城市热岛环流的形成原理。

（1）实验涉及高中地理核心重、难点知识；设计、制作难度较大，在多次的合作探究、改进过程中，提高了学生分析、解决问题的能力；培养了学生的合作探究意识和严谨的科学态度，实验教学效果良好。

（2）‌通过不断改进实验要素（材料、工艺、装置），提高学生的地理实践力和综合思维能力。

并通过对城市热岛环流等案例的探究，了解人类活动对地理环境的影响，进而树立正确的人地协调观。

（3）‌实验是一个不断深入探究的过程，有学生对此实验还有要改进的想法，比如有同学提出能不能在两侧箱体内加装制冷片，以摆脱冰块的限制；有同学提出能否寻找一种非常灵敏的气压传感器，实时观测两侧气压变化，等等一些问题，留给我们无限的探索空间！

以上就是我们课程的全部内容，感谢各位专家的审阅！