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1、教学研究 112015 年 第 2 期“大气环流”是高中地理教学的重点和难点。对于这部分内容，大多数教师使用的教学逻辑比较一致，笔者将其总结为“推翻假设”式教学逻辑。在许多教师看来，这样的教学逻辑清晰明确，是培养学生逻辑思维的典型范例。然而，经笔者调查发现，这一教学逻辑并非尽善尽美，不少学生在下课之后对大气环流仍是一头雾水，心中有许多想问又不敢问的问题，比如说：为什么要做假设？做了假设之后为什么又要推翻假设？为什么要以“地球不自转”“太阳直射赤道”“地球表面均匀”这三点作为假设条件？为什么不假设其他条件？面对这些问题，不少教师也很难给学生解释清楚。笔者由此质疑，“推翻假设”式教学逻辑真的合理吗
2、？“推翻假设”式教学逻辑是大气环流教学的最优教学逻辑吗？有没有更易于学生理解的教学逻辑？一、大气环流的“推翻假设”教学逻辑笔者通过研究现有优秀教案与优质课视频录像后发现，对于大气环流部分内容的教学，教师们使用最多的教学逻辑是“推翻假设”式教学逻辑。这种教学逻辑可以用“提出假设-推翻假设-逐步逼近-得出结论”的“四步法”来表述。在教学中，先提出三个假设条件：地球不自转；太阳永远直射赤道；地球表面均匀。然后逐个推翻以上假设，推翻“地球不自转”的假设后得出三圈环流规律，推翻“太阳永远直射赤道”假设后得出风带气压带的季节移动规律，推翻“地球表面均匀”的假设后得出海陆气压中心的变化规律。图1清晰地展示了
3、“推翻假设”式教学逻辑（见图1）。图1“推翻假设”教学逻辑为研究“大气环流”的教学，笔者收集了一定数量的优秀教案。不同的教案在教学环节设计上各有千秋，但教学的逻辑基本一致，即“推翻假设”教学逻辑。案例1是笔者在综合各版教案的设计之后，保留其共同环节，总结出的在“推翻假设”式教学逻辑指导下的常规教学设计。【案例1】“推翻假设”教学逻辑指导下的教学设计大气环流的两种教学逻辑辨析大气环流的两种教学逻辑辨析摘要：对于“大气环流”，教师多采用“提出假设-推翻假设-逐步逼近-得出结论”的“推翻假设”式教学逻辑进行教学设计并实施教学。调查表明，“推翻假设”式教学逻辑在实际教学中效果并不十分理想，学生在学习时
4、会遇到一系列思维障碍。科学家在对大气环流规律的探索过程中，采用的是“考虑新要素-提出新理论”的“要素增加”逻辑。经实践验证表明，对于“大气环流”部分内容，在教学中借鉴地理学家的发现逻辑，采用“要素增加”教学逻辑设计并实施教学，能更加接近科学家的思维方式，也更符合学生认知规律，能有效避免学生思维障碍的产生。关键词：大气环流；科学发现史教学；教学逻辑教学研究 122015 年 第 2 期一般来说，案例1中教学设计往往会得到类似“切合课标，结合学情，设计层层递进，问题环环相扣，逐步逼近事实，逻辑关系清晰”的评价。但就笔者调查研究的结果来看，事实似乎并非完全如此。笔者调查了长春市两所中学的高一、高三部
5、分学生，以及东北师范大学的部分地理师范生和地理学科教学专业硕士。高一学生在初学大气环流部分知识之后，有约三分之一的学生表示没有完全理解大气环流规律，约三分之一的学生表示“差不多”理解了，只有三分之一的学生表示完全掌握了大气环流的规律。笔者继续追问那些认为自己完全掌握了大气环流规律的学生：“为什么老师上课时要提出假设又推翻假设？为什么假设条件是“地球不自转；太阳永远直射赤道；地球表面均匀？”几乎没有一名学生能够给出令人满意的答复。在笔者调查的高三学生中，绝大多数都能理解（至少是记住）大气环流规律，但是依然没有学生能够很好地回答之前的问题。同时，笔者还调查了选择“大气环流”作为微格授课题目的地理师
6、范生和地理学科教学专业硕士。其中，一名同学的想法很有代表性：“我系统地学习过气象学，理解大气环流的知识对我来说完全没有问题。但在备课过程中，我总感觉提出三个假设时会有些突兀。我看过一些别的老师的教案，还有优质课视频，别的老师都是这么讲的。但我自己讲课时总感觉有点别扭，讲起来不如其他课顺。但我又找不到其他的讲法。如果学生问我为什么要提出假设又推翻假设，为什么假设条件是地球不自转、太阳永远直射赤道和地球表面均匀，我感觉自己一时很难给学生解释清楚。”诚然，笔者的调查样本有限，调查结果并不能代表普遍情况，但仍能说明一定问题。“推翻假设”式教学逻辑真合理吗？“推翻假设”式教学逻辑是大气环流教学的最优教学
7、逻辑吗？有没有更易于学生理解的教学逻辑？带着这样的问题，笔者开始了对大气环流规律发现历史的研究，以期能找出答案。二、大气环流规律的发现历史与发现逻辑大气环流的发现历史经历了一个漫长的过程。1686年，英国人哈雷（Halley）在收集了各种航海资料，并亲自进行了远航科考之后，发表了信风理论。哈雷描述了热带信风的基本规律：赤道无风，赤道以北盛行东北信风，以南则为东南信风。同时，哈雷还绘制了南北纬30间的信风分布图。在著作中，哈雷还对信风的成因作了阐述。他认为，信风的成因是由于热带地方热空气上升。印度洋信风的形成是由于海陆温度变化形成的。我国高中教材中的“热力环流”理论，在哈雷的信风理论中就有所体现
8、。哈雷的信风理论对后来的航海起了很大的指导作用。然而，哈雷的信风理论并非尽善尽美。哈雷的理论在不少区域并不适用。1735年，哈德莱（Hadley）提出了他关于信风环流的解释。哈德莱修正了哈雷的理论，他首次考虑了地球自转因素对大气运动的影响。在哈德莱的年代，观测资料十分有限，没有高空观测资料，而且地转偏向力在一百多年之后才被明确阐明并应用于气象学，因此，哈德莱对信风的成因解释得并不是十分清教学环节教师活动学生活动导入新课用多媒体软件，播放全球全年大气运动模拟视频。观看视频。单 圈 环 流的形成提出假设：假设地球不自转；太阳永远直射赤道；地球表面均匀。设问：在以上假设成立的条件下大气在极点和赤道间
9、如何运动？教师指导：引导学生画出理想状态下赤道与极点间的单圈环流图。在教师引导下，画出理想状态下赤道与极点间的单圈环流图。三 圈 环 流与 气 压 带风 带 的 形成推翻假设，保留假设。假设：太阳永远直射赤道；地球表面均匀。设问：在这样的假设条件下全球大气如何运动？教师指导：以北半球为例，边讲解边绘制版图，解释三圈环流的形成。让学生自己推导南半球气压带风带的分布，并绘制南半球的三圈环流示意图。学生边听教师讲解边认真观察教师板图北半球气压带和风带的形成过程示意图，并积极思考其形成原因。绘制南半球的三圈环流示意图。气 压 带、风 带 的 季节移动进一步推翻假设，保留假设。假设：地球表面均匀。动画演
10、示：气压带和风带的季节移动。设问：气压带和风带的移动有何规律？气压带和风带随什么移动？两者移动幅度如何？总结：由于太阳直射点的回归运动，全球气压带和风带也随之发生季节性的移动，夏季北移，冬季南移。观看动画演示，思考教师问题，说明气压带、风带运动规律。海 陆 分 布对 大 气 环流的影响推翻全部假设。教师指导：引导学生对比观察1月、7月海平面等压线分布图，分析北半球气压中心的季节变化。分析海陆分布、地形起伏等因素对大气环流的影响。引导学生比较观察东亚冬夏季风图，比较东亚冬夏季风的源地、性质、风向、成因。对比观察1月、7月海平面等压线分布图，观察亚欧大陆上气压中心随季节的变化情况。比较观察东亚冬夏
11、季风图，比较东亚冬夏季风的源地、性质、风向、成因。教学研究 132015 年 第 2 期楚。但是，他对风与地球自转关系的说明极富创造性，对气象学理论的发展做了极大贡献，也为日后气象学家研究大气环流奠定了基础。为了纪念他的功绩，人们至今仍把低纬环流称作“哈得莱环流”。地转偏向力由法国物理学家科里奥利（Coriolis）在1835年、法国数学家泊松（S Poisson）在1839年归纳为数学形式。1843年，特雷西（Tracy）将其应用于气象学解释。1856年，费雷尔（Ferre）第一次将地转偏向力用于大气环流成因的解释上。1859年，费雷尔发表了地球表面流体和固体的相对运动，文中指出，由于地转偏
12、向力的影响，北半球低纬度地面的盛行风偏为东北风，南半球偏为东南风。费雷尔还首次提出中纬度地区也存在一个经向环流圈。因此，中纬环流圈也叫作“费雷尔环流”。1888年，德国科学家亥姆霍兹（Helmholtz）认识到了摩擦力的重要性，进一步解释了大气环流的规律与成因。20世纪20年代，挪威学派的代表人物瑞典科学家伯杰龙（Bergeron）在前人研究的基础上，正式提出了三圈环流理论（Tricellular Theory），这是人类第一次从整体上看待全球的大气运动。但是，需要说明的是，三圈环流理论并不是一个完美的理论，大气环流中的一些现象如在高空的风向、风速和范围等仍然没有得到很好的解释。进入20世纪4
13、0年代，高空探测资料日益丰富，海洋上的资料空白得到了补充。20世纪60年代以后，在气象卫星的帮助下，科学家们对大气环流的研究日益深入，理论日臻完善。从以上的发现历史中我们可以看出，人类对大气环流规律的探索过程并不是“提出假设-推翻假设”的过程。而是一个“考虑新要素-提出新理论”的过程。科学家们发现原有理论存在缺陷，有重要的因素未被考虑到，无法解释现实中的一些现象，于是在原有理论中加入新的要素，完善旧理论，提出新理论，以求能够解释大气环流的规律。最初，哈雷考虑到热力因素，提出信风理论；哈德莱在哈雷基础上加入地球自转要素；费雷尔正式将地转偏向力这一要素引入大气环流理论；亥姆霍兹在理论中引入摩擦力要
14、素；随着科技的发展，越来越多的要素被引入理论，理论日臻完善。三、大气环流的“要素增加”教学逻辑系统梳理科学发现过程中的内在逻辑并以此为依据开展教学，一方面能让学生沿着科学家的逻辑思维路线，经历发现过程、体验和理解知识发生、发展、完善的过程，从而更加顺利、完整、全面地理解科学知识；另一方面，也能让学生了解科学家的研究思路，学习科学家的思维方法和献身科学的精神，进而逐渐培养探究的态度、方法和思维的品质。笔者认为，在传统的“推翻假设”教学逻辑下，学生之所以会产生疑惑，原因是“推翻假设”教学逻辑与人类认识大气环流规律的逻辑并不完全相符。人类在探索大气环流规律的过程中，并不是靠推翻一个个假设，而是靠增加
15、一个个考虑要素逐步逼近事实真相。科学家在探索大气环流规律的过程中并没有提出过这样的假设，所以就谈不上推翻假设。“地球不自转”“太阳直射赤道”“地球表面均匀”这三个假设条件是在人们已经掌握了大气运动规律之后，重新审视当初不完善的理论时提出的。这样的逻辑与人们认识事物的顺序不符，颠倒了认识事物的前后顺序。因此，学生才会对“为什么要做假设？做了假设后为什么又要推翻假设？为什么要以地球不自转、太阳直射赤道、地球表面均匀这三点作为假设条件？为什么不假设其他条件？”产生疑问。梳理大气环流规律的发现历史之后，我们可以得出，地理学家对地理规律的探索过程是一个“考虑新要素-提出新理论”的过程。这一过程背后的发现
16、逻辑并非“推翻假设”而是“要素增加”。笔者认为，相对于传统的“推翻假设”的教学逻辑，借鉴地理学家的发现逻辑，使用“要素增加”逻辑（见图2）设计并实施教学，能更加接近科学家的思维方式，也更符合学生认知规律，能有效避免学生思维障碍的产生。图2“要素增加”教学逻辑【案例2】“要素增加”教学逻辑指导下的教学设计教学研究 142015 年 第 2 期教学环节教师活动学生活动导入新课用多媒体软件，播放全球全年大气运动模拟视频。观看视频。复习承转复习热力环流规律。设问：全球最大的冷热不均出现在哪里？回答：极点与赤道间的冷热差异最大。单 圈 环 流的形成活动：请将热力环流理论应用于全球尺度，画出极点与赤道间的
17、热力环流简图。在教师指导下画出赤道与极点之间的热力环流图，即单圈环流图。对比观察指导学生对比观察学生绘制的单圈环流简图与全球全年大气运动模拟视频。对比观察单圈环流简图与全球全年大气运动模拟视频。承转设问：为什么在全球范围内，热力环流的理论就不适用了？热力环流理论有何缺陷？思考教师提出的问题。三 圈 环 流和 气 压 带风带增加要素：引导学生将地转偏向力这一要素纳入到考虑范围内。教师指导：以北半球为例，边讲解边绘制板图，解释三圈环流的形成。并让学生自己推导南半球气压带风带的分布，并绘制南半球的三圈环流示意图。学生边听教师讲解边认真观察教师板图北半球气压带和风带的形成过程示意图，并积极思考其形成原
18、因。绘制南半球的三圈环流示意图。对比观察指导学生对比观察学生绘制的三圈环流简图与全球全年大气运动模拟视频。重点观察模拟视频中赤道及其周边区域在不同季节的风向变化。对比观察三圈环流简图与全球全年大气运动模拟视频。承转设问：在真实情境下，大气是完全按照三圈环流理论运动的吗？三圈环流理论有何缺陷？思考教师提出的问题。气 压 带、风 带 的 季节移动增加要素：引导学生将太阳直射点的移动这一要素纳入到考虑范围内。动画演示：气压带和风带的季节移动。设问：气压带和风带的移动有何规律？气压带和风带随什么移动？两者移动幅度如何？总结：由于太阳直射点的回归运动，全球气压带和风带也随之发生季节性的移动，夏季北移，冬
19、季南移。观看动画演示，思考教师问题，说明气压带、风带运动规律。对比观察再次观察全球全年大气运动模拟视频，重点观察东亚地区冬夏风向变化。对比观察。承转在考虑了太阳直射点移动要素之后，修正后的三圈环流理论能完全解释全球大气运动吗？它还存在什么缺陷？思考教师提出的问题。海 陆 分 布对 大 气 环流的影响增加要素：引导学生将海陆热力差异这一要素纳入到考虑范围内。教师指导：引导学生对比观察1月、7月海平面等压线分布图，分析北半球气压中心的季节变化。分析海陆分布、地形起伏等因素对大气环流的影响。引导学生比较观察东亚冬夏季风图，比较东亚冬夏季风的源地、性质、风向、成因。对比观察1月、7月海平面等压线分布图
20、，观察亚欧大陆上气压中心随季节的变化情况。比较观察东亚冬夏季风图，比较东亚冬夏季风的源地、性质、风向、成因。对比案例1与案例2我们可以发现，两者在教学内容呈现顺序、教学环节设置、具体知识的讲解上区别并不大。两者最大的区别在于承转方式以及承转方式背后的教学逻辑。案例1所使用的教学逻辑是教师的经验逻辑，但这种经验逻辑与学生的认知逻辑以及人类对大气环流规律的发现逻辑并不相符。这种逻辑所依据的是教师教学经验的传承与惯性，而这种经验没有任何理论支撑。和案例1相比，案例2采用的是先对比观察，再思考理论缺陷的承转方式。通过对比观察，发现原有理论无法解释一些实际现象，进而思考现有理论的缺陷，在对原有理论缺陷有
21、了一定认识后，在原有理论中增加新要素，完善原有理论。这样的教学设计背后的教学逻辑有科学发现史中科学家对大气环流规律的发现逻辑作支撑。案例2以“要素增加”逻辑作为指导，同样具备“切合课标，结合学情，设计层层递进，问题环环相扣，逐步逼近事实，逻辑关系清晰”的优点。而且，和案例1相比，案例2中的设计更加符合学生认知规律，学生模拟科学家思考和认识问题的过程，学习中的思维障碍更少，教学过程更加顺畅自然。笔者通过实践验证后发现，在“要素增加”逻辑指导下，按照案例2中的教学设计进行教学之后，教学效果要明显优于在“推翻假设”教学逻辑指导下的教学设计。参考文献：1 谢世俊.气象史漫话M.沈阳:辽宁人民出版社,1
22、9812 迪金森,霍华士著,楚图南译.地理学发达史M.合肥:安徽人民出版社,20133 杨文衡.世界地理学史M.长春:吉林教育出版社,19944 赵守拙.继承与发展的杰作三圈环流发现史J.中学地理教学参考,2011,11:37-385 李文利等.新课标教材高中地理(人教版必修1)第二章地球上的大气第二节“气压带和风带”（第一课时）教学设计J.中学地理教学参考,2008,9:23-246 钟婉琴.“气压带和风带”（第一课时）教学设计J.中学地理教学参考,2014,3:37-397 张文.“全球性大气环流”教学设计J.地理教学,2010,6:9-128 陈国祥.用Meteosphere探究复杂的大气环流J.地理教学,2014,16:4-6