《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!
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