1.4 地球的圈层结构教师教学用书
第一章 宇宙中的地球
1.4 地球的圈层结构
【教学目标和要求】
1.知道科学家利用地震波研究地球内部结构的基本方法,增强探究意识和科学精神。
2.运用图表描述地球内部、外部圈层的范围、物质组成,说明地球结构特点。
3.知道岩石圈的构成及其在自然环境中的地位,举例说明地球各圈层的相互联系、相互渗透,从整体上说明自然环境的基本构成。
4.举例说明地球各圈层对自然环境形成的作用,及其与人类活动的关系,初步形成人地协调观。
【教材设计思路】
根据课程标准要求,本节教材重点落实“说明地球的圈层结构”这一内容,方法是“运用示意图”。对于该内容,教材的编写基于以下理解。
地球的物质呈同心圈层分布是地球结构的一大特点。一般认为,原始的地球是一个接近匀质的球体,没有明显的分层现象。随着温度的变化,物质发生分异。地球的内部逐渐分化出地核、地幔和地壳三个圈层。在这一过程中,地球的外部也出现了大气圈、水圈,并形成了生物圈。对于地球结构的划分,科学界有多种方法。按照中学地理教学惯例和上套教材的处理办法,此次教材修订继续把地球的圈层结构分成内部圈层和外部圈层,将此节内容分为“地球的内部圈层结构”和“地球的外部圈层结构”两个标题。考虑地理科学的研究范围涉及水圈、大气圈、岩石圈和生物圈,即包括了外部圈层和内部圈层的表层,因此在内、外部圈层的介绍中分别根据具体需要从不同角度提及岩石圈。
第一个标题“地球的内部圈层结构”概括介绍认识地球内部结构的方法以及各圈层的位置、特点。地震波是研究地球内部结构的重要工具,教材用图文结合的方式将地震波的传播速度与圈层结构建立联系,引导学生通过关注地震波波速的变化来认识地球内部圈层划分的依据。教材在讲述具体知识的同时也向学生传授科学家进行科学研究的方法。教材对地壳与地幔的界面—莫霍界面,以及地幔与地核的界面——古登堡界面添加脚注,介绍这两个界面名称的由来,目的在于告诉学生,为科学研究作出突出贡献的人,会被永远尊敬和铭记,这也是一种科学精神的传承。
对于内部各圈层的范围和结构特点,教材分别进行了介绍。地壳的特点是厚薄不一,变化幅度较大,最显著的特点是大陆地壳比大洋地壳厚。这一内容为后面的学习提供知识铺垫。对于地幔部分,教材除了介绍地幔的范围和构成,也介绍了其中的岩石圈和软流层,因为软流层和岩石圈是板块构造学的基础,很多地理现象的解释需要学生对软流层和岩石圈有一定认识。教材中写道“软流层与板块运动有关”,这一方面呼应了七年级所学的地球板块的知识,另一方面也为选择性必修1中地貌成因的内容作铺垫。对于地核部分,教材除了介绍地核的构成外,还强调“外核液体物质的运动形成了地球的磁场”。这为第二节“太阳对地球的影响”里所说的“一般情况下,地球的磁场能够阻挡太阳风”这句话中所提到的“地球的磁场”提供铺垫,帮助学生将地球的结构与我们所了解的地理现象相联系。
第二个标题“地球的外部圈层结构”介绍的三个外部圈层再加上岩石圈是地理学的主要研究对象。作为必修教材的第一章,学生对具体圈层以及圈层之间的关系没有太多背景知识,更多局限于初中阶段的认知。教材接下来的章节都围绕这些圈层展开,所以此处对各圈层自身的特点不宜涉及太多,只对这些圈层作概括介绍。教材的主要目的是让学生认识到,圈层之间相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。因此,教材分圈层介绍时,着墨最多的是各圈层对自然环境形成的作用及其对人类活动的影响。例如,教材强调“大气圈笼罩着地球,使得地球上的温度变化和缓,同时提供了生物生存所必需的氧气。大气圈中的风、云、雨、雪等天气现象,与人类息息相关”。岩石圈在地球的内部圈层结构中已经介绍过,但由于它是自然环境的重要组成,所以在教材图1.35中用图示和图注的方式对岩石圈从地表的视角作了简单描述。
本节内容具有统领全书的作用。学生在学习与各圈层有关的具体内容之前,只有宏观把握四大圈层的相互联系,才能在后面的学习中以联系的观点进行思考,形成综合思维。基于此,本节“活动”选择了一个自然场景,让学生将场景中的自然事物与四大圈层对应,并思考这些事物之间是如何建立联系的。通过这个活动,学生将圈层之间抽象的联系具体化,能更好地构建圈层间的联系,形成地理思维。
情境设计
1.情境设计内容选自1864年出版的法国作家儒勒·凡尔纳的科幻小说《地心游记》。该小说讲述了一个到地心旅行的故事,对地下世界充满了有趣想象。地球在小说中被描述成空心的,且开口于极地。这个情境设计的目的在于激发学生对地球内部的实际状态产生好奇心。
2.情境设计中“目前最深的钻井深度为12千米”的提法主要依据科拉超深井。苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界的地区开始一项科学钻探,其中最深的一个钻孔在1989年达到12263米。钻探终止于1994年。2008年和2011年,该井深记录分别被卡塔尔的阿肖辛油井(12289米)和俄罗斯库页岛的一口油井(12345米)打破。但在科学界,仍然认为科拉超深井是目前世界上最深的参数井。科拉超深井不带勘探目的,纯粹用于科研。情境中提到钻井深度最深达12千米却只触及地球的“表皮”,目的在于引出地球内部圈层研究的重要手段—地震波。
地球的内部圈层结构
1.地震波在地球内部的传播方式主要有三种：纵波、横波和面波。纵波的振动方向与传播方向一致,横波的振动方向与传播方向垂直,而面波是地震波到达传播介质表面时形成的震动形式比较复杂的波。地球内部结构的研究主要是利用纵波与横波的传播特点,并没有涉及面波,所以教材在内容选取时没有提及面波。
2.地震波的波速在软流层中降低,这表明该层的塑性程度相对较高。软流层的深度各处不尽相同,其变化范围在大陆之下为80250千米,在大洋之下为50400千米。由于不确定性较大,所以教材没有描述软流层的具体位置,只说明其位于上地幔的上部,为介绍岩石圈提供基础。软流层以上地幔的刚性部分和地壳合称为岩石圈。
地球的外部圈层结构
1.有研究将地球作为一个整体来对待,分为大气圈、水圈、生物圈和地圈,不进行内外部的区分。这里的地圈指的是地球的固体部分,实际上就是教材所说的地球内部圈层。这种研究也对各圈层分别进行研究,更多强调的是将地球作为一个系统来对待,研究这些圈层之间的相互关联。认识地球是一个复杂的系统是学习目标之一。教材综合考虑教学内容的传承性和学情,即单个自然要素的学习还没开始,学生还不具备较高的综合思维能力,因此分别介绍内部圈层和外部圈层。况且很多研究领域将地球分为内部圈层和外部圈层进行研究,如地质科学更多着眼于对内部圈层的研究,地理科学的研究则主要着眼于外部圈层以及岩石圈近地表部分的研究。教材后面的内容也是基于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈展开的。
2.生物圈是指地球生物及其分布范围所构成的一个极其特殊和重要的圈层,包括生物本身及其赖以生存的自然环境,可看作地球上最大的生态系统。也有学者认为生物圈仅指生物总体而不包括它周围的自然环境,而另以生态圈一词来概括两者。与生物圈词义相关但界线更难划明确的还有人类圈、智慧圈等。人类圈强调人类活动对生物圈的巨大影响,智慧圈指人类的智力所能影响的范围。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学要把握一明一暗两条主线：明线是由内而外的地球各圈层及其特点,暗线是自然环境的组成。教学可按明线展开,通过暗线将内外圈层联系起来。
“地球的内部圈层结构”这部分内容的教学可按“情境感知-方法探究-模式建构”的思路展开。教师可利用或借鉴“地心游记”“人类最深的钻井平台”等情境,提出核心问题：人类通过什么方式认识地球的内部结构?地球的内部结构是怎样的?最后师生共同总结地球内部的圈层结构。
“地球的外部圈层结构”这部分内容的教学要强调对外部圈层的初步认识,为之后的学习作铺垫,可按“直观感知-联系拓展-整体归纳”的思路展开。课堂上利用多媒体设备等展示外部圈层的图像或视频,引导学生对外部圈层有初步、直观的认识;然后通过案例分析理解圈层之间的相互联系、相互渗透；最后鼓励学生通过完成“活动”逐渐形成对自然环境的整体认识。具体教学过程中,要注意以下两点。
一、重视方法。
内部圈层是比较抽象的内容,而且学生知识储备不足,教学中要指导学生通过读图分析、比较归纳、绘图演示等方法尝试对内部圈层进行划分,形成对地球内部空间的表象认识,增强空间意识。
二、强调联系。
本节为第一章最后一节,也是对后面章节的铺垫。各圈层不是孤立存在的,大气圈、水圈、生物圈、岩石圈相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。这就要求教学中渗透一些圈层之间关系的内容,这样有利于学生在后期学习中不孤立地看待圈层,培养学生综合思维能力,在潜移默化中培养学生的地理素养。
重点和难点
本节教学的重点是“地球内部圈层的划分、界面、结构特点”和“外部圈层的划分及各圈层与人类活动的关系”；难点是“地球内部地震波传播速度变化与地球内部圈层结构”和“大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的相互联系、相互渗透”。
课时建议 1课时。
实施建议
【导入】
教学中,导入要实现两个功能。其一是激发学生探究地球内部秘密的兴趣,产生积极的学习动机。其二是引发学生思考：人类通过什么方式认识地球的内部结构?如何划分地球的内部结构?具体导入方式可结合教学实际灵活安排。
方式一：通过凡尔纳的科幻小说《地心游记》中“主人公可以在地下旅行,甚至穿过地心”设问：地心真的可以穿越吗?如何探测地球的内部结构?
方式二：展示人类对于地球内部的其他假想或探索的资料,如英国地理学家埃得蒙·哈雷(哈雷彗星的发现者)在1692年提出的“地球空心理论”,以及苏联开挖的科拉超深钻井,以此激发学生探索地球内部结构的热情。随后提出相关问题,展开教学。
【地球的内部圈层结构】
这部分内容教学的重点是如何利用地震波划分地球内部圈层结构。具体可分三个部分展开。
一、了解地震波
首先应让学生了解地震波。可用一些直观的例子帮助学生理解。例如,通过在课堂上展示一根细树枝在折断时释放的能量,让学生思考地下深处,岩石断裂在短时间内是否也会释放巨大的能量,发生地震。地震释放的能量以地震波的形式传播。
二、引导学生理解利用地震波划分地球内部圈层的基本原理
引导学生回想物理课中学过的关于纵波和横波的知识,重点讲解纵波和横波的区别,并用图解说明。最后指导学生读教材中图1.34,对比地震波波速在地下不同深度的变化。具体可引导学生思考以下问题：
1.纵波和横波速度变化有什么不同?
2.什么叫不连续面?
3.主要不连续面出现在哪里?依据是什么?
4.不连续面附近地震波波速的变化说明了什么?
随后总结,地震波波速的变化是因为传播介质发生了改变。在地下(大陆部分)约33千米处,纵波和横波的波速突然加大,出现波速的不连续面(莫霍界面),说明该深度处上下物质在成分或状态上有改变。在地下2900千米处,横波突然消失,纵波的速度明显下降,也出现波速的不连续面(古登堡界面),说明此深度处地球的内部物质组成、状态差异明显。莫霍界面、古登堡界面将地球内部分为三个圈层：地壳、地幔、地核。纵波波速在地下5100千米处也有变化,称为次级不连续面,该不连续面将地核分为外核和内核。
最后引导学生基于以上认识绘制地球内部圈层示意图,这既是地理技能的展现,也是构建知识的必要过程。实际教学中可结合图1.34,尝试让学生自己划分内部圈层结构：先用图1.34右下角图,让学生尝试划分内部圈层结构,而后将划分结果与图1.34右上角图进行对比。
三、描述地球内部圈层的结构特点
引导学生主要从厚度、温度、物质组成和状态变化角度阐述地球内部圈层的基本特征。对于地壳,主要是把握其位置、厚度以及陆壳和洋壳厚度的差异。在教材图1.34中可明显看出陆壳和洋壳厚度的差异。
地幔部分要厘清软流层和岩石圈的概念。可让学生读教材内容,在教材图1.33中标注软流层和岩石圈的大致范围。也可让学生分组合作,一组展示这两个圈层的位置,另一组进行评价和补充。
地核这部分内容带有科普的性质。课前可准备关于科学家认为地核形态的方法和假想,也可让学生课后通过书籍、网络等获取科学家推测地核成分及状态的依据。
【地球的外部圈层结构】
这部分内容教学的重点是引导学生理解地球外部各圈层的相互联系、相互渗透,进而理解地球表层系统交叉而成自然环境,构成“人地关系”中的“地”。具体教学中可分两步展开。
一、运用图像资料增强学生对外部圈层的认识,理解各圈层在自然环境形成和发展中的作用。
外部圈层是可以感知的,理解难度不大,教学中可通过多媒体展示图片,指导学生对图片中地理事物进行识别和分类。材料尽量选用学生身边的实景,如校园中的绿化带、池塘。然后指导学生总结外部圈层分布及特点,最后引发对这些圈层中的地理事物与人类关系的讨论。
关于各圈层在自然环境形成和发展中的作用,教学中不宜细说,而是引导学生从宏观角度理解教材的内容。例如水圈,可结合第一节太阳辐射能在自然环境中的转换,说明“水是最活跃的自然要素,在地表物质迁移和能量转换中起着十分重要的作用”,至于其具体作用过程,可提示学生,在“水循环”部分会重点阐释。同时,可结合生活中的实例,引导学生理解“水是人类和其他生物生存和发展不可或缺的”。
二、结合案例理解大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。
这一部分既是重点,也是难点。后面几章内容的展开都以这一部分为基础,需要提高学生整体看待自然环境的意识。教学中可结合本节“活动”,让学生找到并确定地理事物所在圈层,推测这些事物是如何建立联系的。
教学中可给出某一自然地理事物,让学生尝试说出它的形成可能涉及哪些圈层。例如,校园中的一棵大树,其生长的过程涉及岩石圈、大气圈、水圈和生物圈。
【活动】认识大气圈、水圈、生物圈和岩石圈及其相互联系
教学中,该活动的开展要实现两个功能。一是带领学生融入真实简单的问题情境,提醒学生可在现实生活中尝试对地理事物按所属圈层进行分类。二是在探讨各事物之间联系的同时尝试培养学生的综合思维。
具体教学中可先进行地理事物分类,再分组讨论。例如,将学生分成四个小组,分别代表大气圈、水圈、生物圈和岩石圈,每个小组讨论本小组代表的圈层和其他圈层会有怎样的联系,最后每组选出代表展示讨论结果。
评价建议
一、评价目标
根据教学目标,参照学业质量标准,可制定本节评价目标(表1-8)。
2.课堂观察。课堂上要关注学生从景观图中提取信息的能力,理解圈层相互作用的思维过程,以及描述地球结构特点的表达水平,评价其综合思维水平。
3.表现记录。情感态度价值观评价要放在具体情境中进行。例如,评价学生对自然环境的感知和敬畏,可利用校园的景观图或者实际场景分析,根据学生的表现进行等级评定。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动:认识大气圈、水圈、生物圈和岩石圈及其相互联系(材料略)
1.指出生物可以在哪些圈层生存。(在原题基础上改编)
对本活动中学生的表现评价可参考表1-9。
表1-9活动表现评价及样例
表1-10活动表现评价及样例
1.4 地球的圈层结构
【教学目标和要求】
1.知道科学家利用地震波研究地球内部结构的基本方法,增强探究意识和科学精神。
2.运用图表描述地球内部、外部圈层的范围、物质组成,说明地球结构特点。
3.知道岩石圈的构成及其在自然环境中的地位,举例说明地球各圈层的相互联系、相互渗透,从整体上说明自然环境的基本构成。
4.举例说明地球各圈层对自然环境形成的作用,及其与人类活动的关系,初步形成人地协调观。
【教材设计思路】
根据课程标准要求,本节教材重点落实“说明地球的圈层结构”这一内容,方法是“运用示意图”。对于该内容,教材的编写基于以下理解。
地球的物质呈同心圈层分布是地球结构的一大特点。一般认为,原始的地球是一个接近匀质的球体,没有明显的分层现象。随着温度的变化,物质发生分异。地球的内部逐渐分化出地核、地幔和地壳三个圈层。在这一过程中,地球的外部也出现了大气圈、水圈,并形成了生物圈。对于地球结构的划分,科学界有多种方法。按照中学地理教学惯例和上套教材的处理办法,此次教材修订继续把地球的圈层结构分成内部圈层和外部圈层,将此节内容分为“地球的内部圈层结构”和“地球的外部圈层结构”两个标题。考虑地理科学的研究范围涉及水圈、大气圈、岩石圈和生物圈,即包括了外部圈层和内部圈层的表层,因此在内、外部圈层的介绍中分别根据具体需要从不同角度提及岩石圈。
第一个标题“地球的内部圈层结构”概括介绍认识地球内部结构的方法以及各圈层的位置、特点。地震波是研究地球内部结构的重要工具,教材用图文结合的方式将地震波的传播速度与圈层结构建立联系,引导学生通过关注地震波波速的变化来认识地球内部圈层划分的依据。教材在讲述具体知识的同时也向学生传授科学家进行科学研究的方法。教材对地壳与地幔的界面—莫霍界面,以及地幔与地核的界面——古登堡界面添加脚注,介绍这两个界面名称的由来,目的在于告诉学生,为科学研究作出突出贡献的人,会被永远尊敬和铭记,这也是一种科学精神的传承。
对于内部各圈层的范围和结构特点,教材分别进行了介绍。地壳的特点是厚薄不一,变化幅度较大,最显著的特点是大陆地壳比大洋地壳厚。这一内容为后面的学习提供知识铺垫。对于地幔部分,教材除了介绍地幔的范围和构成,也介绍了其中的岩石圈和软流层,因为软流层和岩石圈是板块构造学的基础,很多地理现象的解释需要学生对软流层和岩石圈有一定认识。教材中写道“软流层与板块运动有关”,这一方面呼应了七年级所学的地球板块的知识,另一方面也为选择性必修1中地貌成因的内容作铺垫。对于地核部分,教材除了介绍地核的构成外,还强调“外核液体物质的运动形成了地球的磁场”。这为第二节“太阳对地球的影响”里所说的“一般情况下,地球的磁场能够阻挡太阳风”这句话中所提到的“地球的磁场”提供铺垫,帮助学生将地球的结构与我们所了解的地理现象相联系。
第二个标题“地球的外部圈层结构”介绍的三个外部圈层再加上岩石圈是地理学的主要研究对象。作为必修教材的第一章,学生对具体圈层以及圈层之间的关系没有太多背景知识,更多局限于初中阶段的认知。教材接下来的章节都围绕这些圈层展开,所以此处对各圈层自身的特点不宜涉及太多,只对这些圈层作概括介绍。教材的主要目的是让学生认识到,圈层之间相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。因此,教材分圈层介绍时,着墨最多的是各圈层对自然环境形成的作用及其对人类活动的影响。例如,教材强调“大气圈笼罩着地球,使得地球上的温度变化和缓,同时提供了生物生存所必需的氧气。大气圈中的风、云、雨、雪等天气现象,与人类息息相关”。岩石圈在地球的内部圈层结构中已经介绍过,但由于它是自然环境的重要组成,所以在教材图1.35中用图示和图注的方式对岩石圈从地表的视角作了简单描述。
本节内容具有统领全书的作用。学生在学习与各圈层有关的具体内容之前,只有宏观把握四大圈层的相互联系,才能在后面的学习中以联系的观点进行思考,形成综合思维。基于此,本节“活动”选择了一个自然场景,让学生将场景中的自然事物与四大圈层对应,并思考这些事物之间是如何建立联系的。通过这个活动,学生将圈层之间抽象的联系具体化,能更好地构建圈层间的联系,形成地理思维。
本节内容结构如图1-6所示。
情境设计
1.情境设计内容选自1864年出版的法国作家儒勒·凡尔纳的科幻小说《地心游记》。该小说讲述了一个到地心旅行的故事,对地下世界充满了有趣想象。地球在小说中被描述成空心的,且开口于极地。这个情境设计的目的在于激发学生对地球内部的实际状态产生好奇心。
2.情境设计中“目前最深的钻井深度为12千米”的提法主要依据科拉超深井。苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界的地区开始一项科学钻探,其中最深的一个钻孔在1989年达到12263米。钻探终止于1994年。2008年和2011年,该井深记录分别被卡塔尔的阿肖辛油井(12289米)和俄罗斯库页岛的一口油井(12345米)打破。但在科学界,仍然认为科拉超深井是目前世界上最深的参数井。科拉超深井不带勘探目的,纯粹用于科研。情境中提到钻井深度最深达12千米却只触及地球的“表皮”,目的在于引出地球内部圈层研究的重要手段—地震波。
地球的内部圈层结构
1.地震波在地球内部的传播方式主要有三种：纵波、横波和面波。纵波的振动方向与传播方向一致,横波的振动方向与传播方向垂直,而面波是地震波到达传播介质表面时形成的震动形式比较复杂的波。地球内部结构的研究主要是利用纵波与横波的传播特点,并没有涉及面波,所以教材在内容选取时没有提及面波。
2.地震波的波速在软流层中降低,这表明该层的塑性程度相对较高。软流层的深度各处不尽相同,其变化范围在大陆之下为80250千米,在大洋之下为50400千米。由于不确定性较大,所以教材没有描述软流层的具体位置,只说明其位于上地幔的上部,为介绍岩石圈提供基础。软流层以上地幔的刚性部分和地壳合称为岩石圈。
地球的外部圈层结构
1.有研究将地球作为一个整体来对待,分为大气圈、水圈、生物圈和地圈,不进行内外部的区分。这里的地圈指的是地球的固体部分,实际上就是教材所说的地球内部圈层。这种研究也对各圈层分别进行研究,更多强调的是将地球作为一个系统来对待,研究这些圈层之间的相互关联。认识地球是一个复杂的系统是学习目标之一。教材综合考虑教学内容的传承性和学情,即单个自然要素的学习还没开始,学生还不具备较高的综合思维能力,因此分别介绍内部圈层和外部圈层。况且很多研究领域将地球分为内部圈层和外部圈层进行研究,如地质科学更多着眼于对内部圈层的研究,地理科学的研究则主要着眼于外部圈层以及岩石圈近地表部分的研究。教材后面的内容也是基于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈展开的。
2.生物圈是指地球生物及其分布范围所构成的一个极其特殊和重要的圈层,包括生物本身及其赖以生存的自然环境,可看作地球上最大的生态系统。也有学者认为生物圈仅指生物总体而不包括它周围的自然环境,而另以生态圈一词来概括两者。与生物圈词义相关但界线更难划明确的还有人类圈、智慧圈等。人类圈强调人类活动对生物圈的巨大影响,智慧圈指人类的智力所能影响的范围。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学要把握一明一暗两条主线：明线是由内而外的地球各圈层及其特点,暗线是自然环境的组成。教学可按明线展开,通过暗线将内外圈层联系起来。
“地球的内部圈层结构”这部分内容的教学可按“情境感知-方法探究-模式建构”的思路展开。教师可利用或借鉴“地心游记”“人类最深的钻井平台”等情境,提出核心问题：人类通过什么方式认识地球的内部结构?地球的内部结构是怎样的?最后师生共同总结地球内部的圈层结构。
“地球的外部圈层结构”这部分内容的教学要强调对外部圈层的初步认识,为之后的学习作铺垫,可按“直观感知-联系拓展-整体归纳”的思路展开。课堂上利用多媒体设备等展示外部圈层的图像或视频,引导学生对外部圈层有初步、直观的认识;然后通过案例分析理解圈层之间的相互联系、相互渗透；最后鼓励学生通过完成“活动”逐渐形成对自然环境的整体认识。具体教学过程中,要注意以下两点。
一、重视方法。
内部圈层是比较抽象的内容,而且学生知识储备不足,教学中要指导学生通过读图分析、比较归纳、绘图演示等方法尝试对内部圈层进行划分,形成对地球内部空间的表象认识,增强空间意识。
二、强调联系。
本节为第一章最后一节,也是对后面章节的铺垫。各圈层不是孤立存在的,大气圈、水圈、生物圈、岩石圈相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。这就要求教学中渗透一些圈层之间关系的内容,这样有利于学生在后期学习中不孤立地看待圈层,培养学生综合思维能力,在潜移默化中培养学生的地理素养。
重点和难点
本节教学的重点是“地球内部圈层的划分、界面、结构特点”和“外部圈层的划分及各圈层与人类活动的关系”；难点是“地球内部地震波传播速度变化与地球内部圈层结构”和“大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的相互联系、相互渗透”。
课时建议 1课时。
实施建议
【导入】
教学中,导入要实现两个功能。其一是激发学生探究地球内部秘密的兴趣,产生积极的学习动机。其二是引发学生思考：人类通过什么方式认识地球的内部结构?如何划分地球的内部结构?具体导入方式可结合教学实际灵活安排。
方式一：通过凡尔纳的科幻小说《地心游记》中“主人公可以在地下旅行,甚至穿过地心”设问：地心真的可以穿越吗?如何探测地球的内部结构?
方式二：展示人类对于地球内部的其他假想或探索的资料,如英国地理学家埃得蒙·哈雷(哈雷彗星的发现者)在1692年提出的“地球空心理论”,以及苏联开挖的科拉超深钻井,以此激发学生探索地球内部结构的热情。随后提出相关问题,展开教学。
【地球的内部圈层结构】
这部分内容教学的重点是如何利用地震波划分地球内部圈层结构。具体可分三个部分展开。
一、了解地震波
首先应让学生了解地震波。可用一些直观的例子帮助学生理解。例如,通过在课堂上展示一根细树枝在折断时释放的能量,让学生思考地下深处,岩石断裂在短时间内是否也会释放巨大的能量,发生地震。地震释放的能量以地震波的形式传播。
二、引导学生理解利用地震波划分地球内部圈层的基本原理
引导学生回想物理课中学过的关于纵波和横波的知识,重点讲解纵波和横波的区别,并用图解说明。最后指导学生读教材中图1.34,对比地震波波速在地下不同深度的变化。具体可引导学生思考以下问题：
1.纵波和横波速度变化有什么不同?
2.什么叫不连续面?
3.主要不连续面出现在哪里?依据是什么?
4.不连续面附近地震波波速的变化说明了什么?
随后总结,地震波波速的变化是因为传播介质发生了改变。在地下(大陆部分)约33千米处,纵波和横波的波速突然加大,出现波速的不连续面(莫霍界面),说明该深度处上下物质在成分或状态上有改变。在地下2900千米处,横波突然消失,纵波的速度明显下降,也出现波速的不连续面(古登堡界面),说明此深度处地球的内部物质组成、状态差异明显。莫霍界面、古登堡界面将地球内部分为三个圈层：地壳、地幔、地核。纵波波速在地下5100千米处也有变化,称为次级不连续面,该不连续面将地核分为外核和内核。
最后引导学生基于以上认识绘制地球内部圈层示意图,这既是地理技能的展现,也是构建知识的必要过程。实际教学中可结合图1.34,尝试让学生自己划分内部圈层结构：先用图1.34右下角图,让学生尝试划分内部圈层结构,而后将划分结果与图1.34右上角图进行对比。
三、描述地球内部圈层的结构特点
引导学生主要从厚度、温度、物质组成和状态变化角度阐述地球内部圈层的基本特征。对于地壳,主要是把握其位置、厚度以及陆壳和洋壳厚度的差异。在教材图1.34中可明显看出陆壳和洋壳厚度的差异。
地幔部分要厘清软流层和岩石圈的概念。可让学生读教材内容,在教材图1.33中标注软流层和岩石圈的大致范围。也可让学生分组合作,一组展示这两个圈层的位置,另一组进行评价和补充。
地核这部分内容带有科普的性质。课前可准备关于科学家认为地核形态的方法和假想,也可让学生课后通过书籍、网络等获取科学家推测地核成分及状态的依据。
【地球的外部圈层结构】
这部分内容教学的重点是引导学生理解地球外部各圈层的相互联系、相互渗透,进而理解地球表层系统交叉而成自然环境,构成“人地关系”中的“地”。具体教学中可分两步展开。
一、运用图像资料增强学生对外部圈层的认识,理解各圈层在自然环境形成和发展中的作用。
外部圈层是可以感知的,理解难度不大,教学中可通过多媒体展示图片,指导学生对图片中地理事物进行识别和分类。材料尽量选用学生身边的实景,如校园中的绿化带、池塘。然后指导学生总结外部圈层分布及特点,最后引发对这些圈层中的地理事物与人类关系的讨论。
关于各圈层在自然环境形成和发展中的作用,教学中不宜细说,而是引导学生从宏观角度理解教材的内容。例如水圈,可结合第一节太阳辐射能在自然环境中的转换,说明“水是最活跃的自然要素,在地表物质迁移和能量转换中起着十分重要的作用”,至于其具体作用过程,可提示学生,在“水循环”部分会重点阐释。同时,可结合生活中的实例,引导学生理解“水是人类和其他生物生存和发展不可或缺的”。
二、结合案例理解大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。
这一部分既是重点,也是难点。后面几章内容的展开都以这一部分为基础,需要提高学生整体看待自然环境的意识。教学中可结合本节“活动”,让学生找到并确定地理事物所在圈层,推测这些事物是如何建立联系的。
教学中可给出某一自然地理事物,让学生尝试说出它的形成可能涉及哪些圈层。例如,校园中的一棵大树,其生长的过程涉及岩石圈、大气圈、水圈和生物圈。
【活动】认识大气圈、水圈、生物圈和岩石圈及其相互联系
教学中,该活动的开展要实现两个功能。一是带领学生融入真实简单的问题情境,提醒学生可在现实生活中尝试对地理事物按所属圈层进行分类。二是在探讨各事物之间联系的同时尝试培养学生的综合思维。
具体教学中可先进行地理事物分类,再分组讨论。例如,将学生分成四个小组,分别代表大气圈、水圈、生物圈和岩石圈,每个小组讨论本小组代表的圈层和其他圈层会有怎样的联系,最后每组选出代表展示讨论结果。
评价建议
一、评价目标
根据教学目标,参照学业质量标准,可制定本节评价目标(表1-8)。
表1-8第一章第四节教学与评价目标
| 评价目标 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 |
| 知道科学家利用地震波研究地球内部结构的基本方法与过程,增强探究意识和科学精神 | 能够说出地震波的分类及其波速差异;能够说出依据地震波探测地球内部的基本方法 | 能够据图说出地震波的分类及其波速差异;能够依据地震波在地球内部传播过程，说出科学家划分地球内部结构的基本方法 | 能够运用图表说出地震波的分类及其波速差异; 能够结合实例说出地震波在地球内部传播过程, 说明科学家划分地球内部结构的基本方法 | 能够运用图表说出地震波的分类及其波速差异；能够结合实例说出地震波在地球内部传播过程,能够借鉴科学家划分地球内部结构的基本方法对研究地球内部结构提出新的构想 |
| 运用图表描述地球内部、外部圈层的范围和物质组成,说明地球整体结构特点 | 能够在图表上指出莫霍界面、古登堡界面,说出地球内部主要圈层。能够据图指出水圈、大气圈和生物圈的位置 | 能够在图表上指出地球内部主要的不连续面,如莫霍界面、古登堡界面,据此说出地球内部主要圈层的范围、界面和物质组成。能够据图说出水圈、大气圈和生物圈的位置和组成 | 能够运用图表描述地球内部主要的不连续面,如莫霍界面、古登堡界面,据此说出地球内部主要圈层的范围和物质组成,能够运用图表说出水圈、大气圈和生物圈的位置和组成。能够描述地球整体结构特点 | |
| 知道岩石圈的构成及其在自然环境中的地位,举例说明地球各圈层的相互联系、相互渗透。从整体上说明自然环境的基本组成 | 能够说出岩石圈的概念。能够列举地球各圈层的相互联系、相互作用的实例。能够据图说出自然环境的构成要素 | 能够说出岩石圈概念,据图指出其范围。能够举例说明地球圈层之间的相互联系、相互作用。能够结合实例说出自然环境的构成要素 | 能够运用示意图说出岩石圈的概念、范围。能够举例说明地球各圈层的相互联系、相互作用。能够运用示意图说出自然环境的构成要素及其关系 | 能够运用示意图说出岩石圈的概念、范围,说明其在自然环境中的地位。能够概述地球各圈层的相互联系、相互作用。能够概述自然环境的构成要素及其关系 |
| 举例说明地球各圈层对自然环境形成的作用,简要了解它们与人类的关系。初步形成人地协调的基本观念 | 能够简要说出地球各圈层对自然环境形成的作用,以及它们与人类的关系 | 能够举例说明地球各圈层对自然环境形成的作用,举例说出它们与人类的关系 | 能够比较系统地说明地球各圈层对自然环境形成的作用,能够比较全面地说出它们与人类的关系 | 能够系统地说明地球各圈层对自然环境形成的作用,能够全面地说出它们与人类的关系,体现人地协调观 |
二、评价方法
1.纸笔测验。命制试题时不能强调圈层特点的识记,要侧重对圈层之间的相互联系、相互渗透的理解,要侧重从整体描述地球的结构特点。2.课堂观察。课堂上要关注学生从景观图中提取信息的能力,理解圈层相互作用的思维过程,以及描述地球结构特点的表达水平,评价其综合思维水平。
3.表现记录。情感态度价值观评价要放在具体情境中进行。例如,评价学生对自然环境的感知和敬畏,可利用校园的景观图或者实际场景分析,根据学生的表现进行等级评定。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动:认识大气圈、水圈、生物圈和岩石圈及其相互联系(材料略)
1.指出生物可以在哪些圈层生存。(在原题基础上改编)
对本活动中学生的表现评价可参考表1-9。
表1-9活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 能够指出部分生物生存的圈层 | 岩石圈的表层、水圈等 |
| 水平2 | 能够指出全部生物生存的圈层 | 岩石圈的表层,水圈的全部,大气圈的底部 |
2.尝试将生物圈与其他圈层建立联系。(在原题基础上改编)
对本活动中学生的表现评价可参考表1-10。表1-10活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 只能以案例的形式说明生物与某一种圈层之间的联系 | 生物的生存需要水 |
| 水平2 | 能以案例的形式说明生物与多个圈层之间的联系 | 生物生存需要水、大气,并与岩石圈关系密切 |
| 水平3 | 能以某一条主线将各地理事物串联起来,如从物质迁移或能量交换等角度分析 | 生物生长所需的物质来自大气圈、水圈、岩石圈,从而把各圈层联系起来并形成一个整体 |
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