5.2 土壤教师教学用书
第五章 植被与土壤
5.2 土壤
【教学目标和要求】
1.通过实地观察或运用土壤标本,了解土壤的组成、颜色、质地和剖面结构,掌握观察土壤的基本内容和方法。
2.运用图文资料,结合观察活动说明土壤的主要形成要素,并据此解释常见的土壤现象。
3.结合实例,了解土壤的功能和养护途径,体会养护土壤的重要性。
【教材设计思路】
根据课程标准的要求,本节教材重点落实的内容是“说明土壤的主要形成因素”,方法是“通过野外观察或运用土壤标本”。
对于“说明土壤的主要形成因素”,可以从以下几个方面理解。其一,知识内容是土壤的形成因素,即成土因素。其二,土壤是联系自然各圈层的关键环节,即土壤的形成是自然各圈层相互作用的结果,所以,这里的“土壤”是指自然土壤。但是,人类活动对土壤具有重要影响,也可看作是影响土壤形成因素之一。其三,要达到“说明”的行为目标要求,不仅需了解主要的成土因素,还应知道这些因素对土壤形成的作用。在相关自然地理基础知识不具备的情况下,讲述各因素对土壤形成的作用,重在说明结果,而不需深入机理。其四,结合土壤类型讲述成土因素,不仅容易理解各因素对土壤形成的作用,且易于突出不同类型土壤的特征,如草原土壤都具有钙积层。课程标准回避土壤类型,可能是因为土壤类型的划分较为复杂,且分类依据对于中学地理学习较难理解。因此,在说明成土因素时,不宜强调不同类型的土壤,只需笼统讲述各因素对土壤形成的作用。其五,讲述各因素对土壤形成的作用,需要涉及土壤的一些特征,如颜色、质地等,需要教材作适当解释。
课程标准将实现本条“内容要求”的方法确定为“通过野外观察或运用标本”,这对教材编写和教学都是巨大的挑战。
首先,难以找到符合要求的土壤剖面或土壤标本,原因有以下几个方面。其一,与观察地貌、植被等不同,观察土壤不能只局限于土壤表层,应观察具有一定深度(一般达1米)的新鲜的土壤剖面,而在学校附近一般很难找到理想的可供观察的土壤剖面。其二,按课程标准的要求,与植被对应,观察的土壤最好是自然土壤,这更增加了选择可供观察的土壤的难度。其三,如果让老师带着学生在野外挖掘土壤剖面,不仅受多方面条件的限制,而且挖掘量较大。其四,很难找到符合条件的土壤标本,即使现在一些高校的地理院系或地理研究所保存有土壤标本,也因保存时间过长而失去了土壤剖面原有的价值。其五,土壤标本的挖掘、包装、运输和保存,都有一定的技术标准要求,中学师生难以独立制作。
其次,无论是通过野外观察还是运用土壤标本,都难以达到“说明土壤的主要形成因素”的目标。因为,成土因素对土壤形成的作用不仅是漫长时间的作用过程,而且学生知识基础难以理解作用机理,学生通过观察静态的土壤剖面或土壤标本不可能找出主要成土因素,更不用说能够“说明”各成土因素对土壤形成的作用。
通过上述分析,教材落实课程标准此方法要求时,从培养地理实践力这一地理核心素养的角度,将内容重点确定为适宜中学生野外观察土壤的一般方法。另外,鉴于土壤与人类活动关系的重要性,为落实人地协调观的培养,教材宜适当扩展土壤与人类活动关系的内容,并从环境整体性出发,简单介绍土壤的功能。
在综合分析课程标准要求的基础上,本节教材依次安排了“观察土壤”“土壤的主要形成因素”和“土壤的功能和养护”三个标题的内容。
教材首先介绍“观察土壤”,在重点介绍观察土壤的主要方法的同时,讲述有关土壤的基础知识,为下一标题“土壤的主要形成因素”的学习做铺垫。教材在简单介绍土壤概念及物质组成后,从观察土壤的角度,并按由易到难、由较直观到较抽象的思路,依次介绍“土壤颜色”“土壤质地”和“土壤剖面构造”三个方面的土壤特征。在野外观察土壤时,除运用视觉外,还可运用嗅觉、触觉等,教材以学生体验为基础适当引入相关野外观察方法。由于强调观察,教材编写时尽可能回避相关的土壤学知识,如土壤颜色的形成、土壤矿物质颗粒分类的粒径标准、土壤剖面涉及的相关知识等,以降低教学难度。描述观察土壤的方法时,借助图片是教材所能选用的主要方法。教材根据图片效果以及其说明性,采用景观图片和示意图相结合的方式。观察土壤重在地理实践,因此,教材课文表述相对简洁,且以“观察家乡的土壤”为主题设计了观察土壤的实践活动。活动要求基于实际,既考虑教学实际可以进行,又考虑可以达到观察的目的。活动步骤表述比较具体,便于教学参考执行。
“土壤的主要形成因素”是落实课程标准要求的主要内容。由于相关自然地理原理的内容还没有学习,并考虑本模块课标“宽而浅”的要求,教材没有展开讲述成土过程以及各成土因素在成土过程中的作用,而是重点就已形成的土壤现象分析各成土要素的作用。按照土壤地理学的表述,教材逐一讲述了成土母质、生物、气候、地貌和时间等五大成土要素。其中,成土母质受控于当地的岩石,地貌对土壤的影响也是非地带性的,时间对土壤的影响则是从土壤发育的角度而言的,因此,教材较为简单地描述了成土母质、地貌和时间要素对土壤形成的影响;从自然环境整体性的角度,并与已学的气候和植被内容相呼应,教材重点阐述了生物和气候两个要素对土壤形成的作用。对于生物要素,教材突出了其对土壤作用的三个主要方面:提供有机质并形成腐殖质、富集营养元素、促进土壤结构的形成。对于气候要素,为便于学生理解,教材主要讲述干、湿、冷、热及其不同组合状况对土壤形成的作用。最后,教材介绍人类活动对土壤的影响。很显然,我们现在看到的土壤,是在上述要素综合作用下形成的;和植被一样,土壤对环境也具有指示作用。为加强学生对“土壤的主要形成要素”的理解,并进一步落实“观察土壤”的要求,教材设计“活动”,引导学生对一些常见土壤现象进行分析。
“土壤的功能和养护”所述内容是课程标准没有明确要求的,属于扩展内容。土壤的功能重在介绍土壤在自然环境中的作用,主要包括土壤在自然环境中所处的位置和作用、提供生物生存的物质基础、蓄水保水功能。教材从土壤的功能自然转入土壤与人类的关系,强调土壤的自然资源属性,从而简单介绍了人类为提高或维持土壤的生产力而进行的养护工作。对于不能满足耕作需要的土壤,重讲改良;对于优良土壤,重讲种养结合。这两个方面,教材都结合实例讲述。其中,“案例”介绍了“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”,涉及的地理原理较难,教材尽可能淡化原理,重在介绍各项措施对降低土壤盐分的作用。每个地方对土壤的养护可能有不同的方法,教材中的案例只是提供教学选择案例的思路。受课时所限,且毕竟是扩展内容,教材对土壤的养护的讲述没有再向土壤污染的防治方面扩展。
常言道:“一方水土养一方人。”可见土壤对人身体健康的重要性。教材从人地关系出发,安排题为“地方病与土壤”的自学内容,重在以地理的视角认识因环境微量元素而导致的一类地方病,以及防治这类地方病的地理方法。
本节内容结构如图5-3所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.热带雨林地区常年高温多雨,土壤中的矿物质分解彻底,并被淋溶带到土壤底层,保留在土壤中的矿物质以铁铝化合物为主。铁铝化合物富集,使得土壤黏重,并呈现砖红色。在雨林中,旺盛的生物循环一方面为土壤提供了有机质和腐殖质,另一方面为土壤截留了矿物质分解的营养元素。但是,当雨林被砍伐,土壤中的营养元素和有机质会很快分解和淋失,土壤就变得贫瘠,不适宜长久耕作。正因为如此,生活在南美洲热带雨林中的印第安人才会不断转换耕作土地,形成迁移农业。
2.生物炭是将木材、农作物秸秆置于低氧或缺氧且高温的环境中制造而成的,碳含量极其丰富。生物炭被埋到地下后可以几百至上千年不会消失,有利于减缓温室气体排放;生物炭富含微孔,可以补充土壤的有机质含量,移除土壤污染物,有效地保存水分和养料,提高土壤肥力。近年来,出现商业性出售的生物炭,主要销往热带土壤黏重的地区。温带地区一些国家在农业、城市绿化领域也在使用生物炭。然而,对于生物炭制造过程的条件控制以及对农作物产量可能存在的影响,科学家仍在探索中。
由于没有文字记载,亚马孙河流域印第安人用生物炭改良土壤的历史只是推测,因此,教材表述为“可能已有几千年历史了”。
观察土壤
1.具有肥力是土壤的基本特性。所谓土壤肥力,就是指土壤能同时并不断地供给和调节植物在生长发育过程中所需要的水分、养分、空气和热量的能力。肥沃的土壤能在一定程度上抵抗不利自然条件的影响,适应植物生长的需要。土壤肥力的高低,取决于土壤中水、肥、气、热四个因素之间的协调程度。其中,养分包括两部分,一是土壤有机质的含量,通常是土壤肥力高低的一个重要指标;二是土壤中的营养元素的含量。土壤营养元素是指植物生长发育所必需的化学元素,其中,氮、磷、钾是主要营养元素,其他还有钠、镁、硫等。
一方面土壤肥力可以看作是常识,另一方面课标要求的重点是观察土壤和土壤形成要素,因此教材没有对土壤肥力展开解释。
2.教材按照学界一般的看法,将土壤的物质组成表述为“由矿物质、有机质、水分、空气四种物质组成”。矿物质和有机质组成土壤的固体部分。土壤矿物质是指成土母质(风化壳或风化堆积物)风化形成的土壤颗粒,是土壤的主要组成物质,占土壤固相重量95%左右,构成土壤的骨骼。土壤有机质包括动植物残体和腐殖质。水分和空气组成土壤的非固体部分。土壤水不仅是植物生活不可缺少的物质,而且还溶解土壤中的营养元素,形成土壤溶液,成为向植物供给养分的介质。由于生物的作用,土壤空气中二氧化碳的含量远高于大气,而氧气的含量则比大气低得多。适宜植物生长的理想土壤构成为:矿物质占45%,有机质占5%,水分占20%-30%,空气占20%—30%。
土壤中还有种类较多的动物和微生物,它们对土壤团粒结构和腐殖质的形成至关重要。有的高校地理教材把土壤动物和微生物也作为土壤的组成部分,教材没有采纳这种划分方法,但在后续讲述土壤的功能时介绍了土壤动物。
3.土壤的颜色是由土壤的物质组成决定的。不同类型的土壤颜色不同,同一土壤剖面各层的颜色也有差异。腐殖质、矿物质是影响土壤颜色的主要物质。土壤中腐殖质呈黑色,通常情况下,土壤黑色的深浅与腐殖质的含量呈正相关。一般而言,土壤腐殖质含量越高,土壤越肥沃。我国东北平原广泛分布的黑土就是富含腐殖质的典型土壤。也有些土壤因为其他原因,颜色也很暗。
土壤因含有大量氧化铁而呈红色或黄色。土壤含有大量非水化的氧化铁呈红色,含有大量水化氧化铁呈黄色,如我国南方地区广泛分布的红、黄壤。土壤其他颜色多与呈相同颜色的矿物质有关。此外,长期受水浸泡的土壤呈灰色。
土壤颜色是土壤的重要形态特征,也是野外观察土壤的主要方面。由于土壤颜色的形成涉及学生未学习的矿物质,教材只是简单以黑土、红壤为例,说明颜色是在野外辨别土壤的重要依据。
4.教材表述土壤质地是指“不同粒级的矿物质在土壤中所占的相对比例”,也可以大致理解为土壤颗粒粗细的情况。在实验室里,可以借助设备准确测定土壤质地,但在野外可以通过手指研磨的感觉作近似的判断。例如,砂土颗粒较粗,研磨时刺手;黏土颗粒较细,研磨时有黏滑感。
根据不同粒径的土壤颗粒所占的比重,土壤一般分为砂土、壤土和黏土。土壤矿物质颗粒粒径的划分和土壤质地的划分都有较为严格的标准。从野外观察的要求看,教学不需要掌握这些标准,而需要突出实践过程中手指研磨的感觉。因此,教材没有介绍此类标准。
教材以图文结合的方式,介绍了砂土、壤土和黏土的差异,以及对于耕作的适宜性,以将土壤知识联系人类活动。需要说明的是,教材表述的不同质地土壤的耕作适宜性只是一般而言的。例如,教材表述壤土“是农业生产理想的土壤质地”,但是,对于种植一些如花生、红薯、西瓜等作物,砂土往往更显优势。
5.不同类型的土壤,具有不同的剖面构造,因此,土壤剖面构造是区别土壤以及对土壤分类的主要依据。就观察土壤而言,土壤剖面观察是最主要的内容。鉴于土壤剖面构造涉及较多的理化知识,且不同土壤剖面构造差异较大,从学生了解土壤剖面构造的角度出发,教材在简单介绍土壤剖面构造的概念后,泛泛地以“物质转化、迁移和积累”说明土壤剖面构造的成因。很显然,关于土壤剖面构造及其成因的内容,不要求学生深入了解。
为使学生对土壤剖面构造有感性认识,教材以森林土壤为例,以图文结合的方式,介绍自然土壤剖面构造及其各土层的特点。在各类土壤中,森林土壤剖面构造最为复杂,也是一般介绍土壤剖面构造用到的典型案例。但是,由于很难找到典型的且便于教学讲解的理想的森林土壤剖面构造的景观图片,所以,教材采用模式图。即使是森林土壤,其剖面构造也因类型不同而有较大差异,教材只是较为概括地将森林土壤剖面构造分为有机层、腐殖质层、淋溶层、淀积层、母质层,并对各层特点作了简单的介绍。“淋溶层”“淀积层”本是专业术语,学生理解较为困难,教材在图的说明中仅对“淋溶”“淀积”作一般的通俗解释,以学生能看懂为目的。
6.不同地区的人工土壤,剖面构造差异也很大。教材以一般了解为目的,参照对自然土壤的处理方式,用模式图配说明的方式,笼统地将人工土壤的剖面构造分为耕作层、犁底层和自然土层。
7.除颜色、质地、剖面构造外,土壤的形态特征还包括土壤的结构、紧实度、孔隙状况、干湿度、侵入体等,虽然教材没有介绍,在观察土壤的实践活动中,可以适当引入。
8.按课程标准的要求,教材设计了题为“观察家乡的土壤”的活动。观察土壤最好在野外进行。在野外观察土壤,可选择道路边或建筑工地新挖的土壤剖面进行,而且最好是自然土壤。然而,教学过程中带学生离开学校面临很多实际困难,如难以找到理想的土壤剖面、交通问题时间问题、安全问题等。因此,教材设计的活动以室内进行为主,不过这样的设计对老师提出了要求,即事先挖出可以供学生观察的土壤立方块。
教材按照由视觉到触觉、由外表观察到内部比较等程序,设计了详细的室内观察土壤的步骤。涉及的观察内容包括土壤颜色、质地、干湿度、重量、紧实度等,以及不同土层的差异。设计的这些步骤不是绝对的,只是供教学过程参考。
9.挖掘为室内观察所用的土壤立方块,要注意以下几个方面。其一,以自然土壤最好。由于学校附近可能主要分布的是人工土壤,用人工土壤也可以。其二,最好选择土壤较为深厚的土层。教材要求挖出“边长20厘米的土壤立方块”,如果条件许可,深度再大些会更好。其三,避免在过湿或过干的时候挖掘土壤块。其四,挖掘土壤块时,注意不要破坏农田或地表环境。
土壤的主要形成因素
1.土壤的主要形成因素包括成土母质、生物、气候、地貌、时间等。在土壤的形成过程中,这些因素是综合起作用的。因此,教材总结为“土壤是环境各要素综合作用的产物”。每个因素对土壤的作用,又会因时、因地而有差异,从而形成各种类型的土壤。在课程标准不要求讲述土壤类型的情况下,教材按学生已有的知识基础,较为简单地解释每种因素对土壤形成的作用。
2.对于五大成土因素,教材重点介绍生物、气候两大因素,而对成土母质、地貌、时间三因素只是作了简单介绍。
3.成土母质是土壤形成的物质基础。不同岩石的风化产物,其矿物质不同,所含元素不同,因而土壤中的营养元素和矿物质颗粒大小有差异,从而影响土壤的养分状况和质地。成土母质对土壤形成的影响较容易理解,教材也简单强调其影响土壤的主要方面。因学生缺乏岩石和矿物的知识,教材没有举例说明。
4.生物对土壤形成的作用至关重要,可以说没有生物的作用,岩石的风化产物就不会形成土壤。生物对土壤的作用主要包括四个方面。其一,提供有机质。成土母质中不含有机质,是生物的残体为土壤提供了有机质。其二,形成腐殖质。有机质在微生物作用下才能转化为腐殖质。生物残体不能被植物直接吸收,而腐殖质才能被植物生长所利用。所以,腐殖质含量的高低往往决定了土壤的肥沃程度。其三,富集营养元素。植物生长需要多种营养元素,生物通过生物循环,将分散在环境(成土母质、水、大气)中的营养元素富集于土壤表层。例如,氮元素是植物生长必需的营养元素,通常在矿物中含量很少,土壤中的氮元素主要来自生物固定大气中的氮和大气降水。因此,表层土壤的氮含量远高于底层土壤。其四,对土壤理化性质的影响,促使“土”成为“土壤”。教材对于上述四方面的作用,只是点到为止,没有深入机理方面的内容。
生物循环又称生物小循环,是指植物营养元素在生物体和土壤之间的迁移转化过程。植物根系从成土母质、土壤溶液和空气中吸收营养元素,输送到植物躯体各部;植物在叶部合成绿色有机物。植物被动物吞食后会成为动物躯体的组成部分,同时动植物新陈代谢过程会以代谢产物或残体的形式归还土壤。土壤中的这些有机物又在微生物作用下,转化为营养元素,留存于土壤中。生物循环促进植物营养元素在土壤表层的聚积,成为土壤及其肥力形成和发展的核心。教材以示意图的形式,展示了生物循环的过程。
矿物质颗粒的团聚是土壤区别于土的重要体现。土壤中的矿物质颗粒极少以单粒状态存在它们在物理、化学和生物作用下,适当团聚成团聚体,形成一定的土壤结构,能够协调土壤水分、养分与空气的关系,使土壤肥力得以充分发挥。
5.气候不仅影响土壤层的水、热状况,从而直接影响土壤中物理、化学、生物等过程的性质和强度,而且还影响其他成土因素,如岩石的风化过程、地貌的发育过程以及生物活动强度,因而间接影响成土过程。甚至有人认为气候是成土过程的主要动力。
由于综合的气候成因及分布在选择性必修课程才涉及,而且课程标准没有要求讲述土壤的分类,因此,教材只是从一般意义讲述气候对土壤形成的作用。为便于教学方便和学生理解,教材采用了以下的编写方法。其一,从冷、热、干、湿及其组合状况说明气候对土壤形成的影响。其二,通过对比的方法说明这种影响,如湿热与干冷对比、冷湿与干热对比。其三,考虑与前后内容的关系并突出土壤与人类活动的关系,重点讲述了成土速度、风化作用与淋溶作用以及有机质积累三个方面在不同气候条件下的差异。
从宏观上看,气候、植被与土壤的类型和分布具有较强的对应性,都呈现明显的地域分异规律,这是自然环境整体性的突出体现。但是,自然环境整体性的内容需留待选择性必修1才学习,教材在此只概括表述为“总体而言,气候的分布规律在很大程度上影响和控制了土壤的分布规律”,为选择性必修1的学习做铺垫。
6.地貌对土壤形成的影响,是叠加在生物、气候等因素之上的,属于非地带性因素。教材为培养学生的地理思维,举了两方面的例子。其一是不同地貌部位因光热等条件的差异而导致的土壤差异;其二是在重力等作用下,沉积物颗粒自山顶至低平洼地的分布规律对土壤质地的影响。
7.土壤形成是一个过程,时间必然是一个重要的因素。教材没有过多地介绍时间对土壤的影响,只是简单介绍了土壤层厚度、土层分化状况与时间的关系。从土壤与人类活动关系角度出发,教材突出讲述了形成一定厚度可耕作土壤所需要的时间长度,以让学生认识土壤的宝贵,从而提升保护土壤的意识。
8.人类活动一直影响着土壤的发育,并对自然土壤实施改造。因此,有些专家也把人类活动作为主要成土因素之一。教材仍采用比较传统的划分方法,在自然因素之外,单独讲述人类活动对土壤形成的影响,既简洁阐述了人类活动对土壤的影响,也为下面讲述“土壤的功能和养护”作自然过渡。
9.从学以致用和培养学生地理素养的目的出发,教材设计了主题为“解释常见的土壤现象”的活动。教材选取了三种常见的土壤现象,要求学生指出每种土壤现象形成的主导因素,并作简要解释。所涉及的解释在课文中都有相应的表述,学生理解了教材内容,就可以回答所设计的问题。
当然,此“活动”的设计也是给教学提供的一种思路。例如,教学可以利用当地的土壤,提供某种土壤现象,或提供土壤的特点,引导学生做单现象分析或综合分析。
土壤的功能和养护
1.本部分为扩展内容,重在培养综合思维和人地协调观。教材重点讲述了两部分既相互独立又相互关联的内容—土壤的功能和土壤的养护。
2.教材从宏观至微观,依次讲述了土壤在地理环境(圈层)中的位置、土壤对于地理环境的形成和地球面貌的改变的作用,以及土壤的蓄水、保水功能。这部分内容相对简单,学生容易理解。然而,这部分内容对于学生理解地理环境的整体性,认识土壤在自然环境中的重要性,形成综合思维等,具有一定的价值。其中,土壤的蓄水、保水功能对于认识现在城市洪涝问题及其解决措施具有很强的现实意义。
教材安排“土壤在地理环境中的地位”图,说明土壤在地理环境中的重要地位。该图示意地理环境中物质迁移和能量转换的过程,反映“土壤处于岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互紧密接触的过渡地带”。该图可以看成是地壳物质循环的地球表层部分与水循环、生物循环的综合。
教材通过土壤与人类的关系的叙述,突出了土壤对人类生存和发展的重要性以及土壤作为自然资源的珍贵性,从而转入土壤的养护。
3.教材讲述“土壤的养护”而没有提及“土壤的保护”,重在“养”,从而区别于因环境问题而引发的土壤保护。教材从两个方面讲述土壤的养护。其一是质量较差的土壤,或说劣质土壤,人类需要对其进行改造或改良。古今中外,对土壤改造或改良的案例很多,任何一个地方的人们都或多或少有过此类尝试或经验。其二是质量较好的土壤,或说优质土壤,需要注重种养结合,以保持土壤的生产力。这方面的方法也很多。
4.教材在说明对土壤的改造或改良时,提供了“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”的案例。土壤中可溶性盐分不断向土壤表层积聚的过程,称为土壤盐碱化。黄淮海平原一些低洼地,冬半年降水少,气候干旱,土壤蒸发强烈,致使盐分在土壤表层积累。这些地方,因土壤含盐过多,不利于农作物生长。案例给出的是中科院在山东禹城北丘洼对盐碱化土壤的综合治理。由于综合治理涉及物理、化学、生物机理,学生不易理解,教材用框图的方式展示综合治理的措施及每项措施的目的。对于学生学习而言,本案例重点说明:有些土壤不适宜种植农作物,需要经过多种措施进行改良或改造,以使土壤满足人类农作物生产的需要;在土壤改良或改造方面,我国有过许多成功的经验。
5.我国是传统的农业国,对土壤的养护积累了丰富的经验。教材列出了一些方法,这些方法在不同地区都有传承,甚至现在仍在使用。
休耕是指土地在耕作一段时间后,暂停一段时间种植农作物,使土壤的肥力得以恢复。例如,长江中下游地区以种植水稻为主,有些田地肥力较弱,以前到了冬季,这些田地不再种植越冬作物,而用水淹没田地表层,称为浪田,以恢复土壤的肥力,待来年再种植水稻。种植绿肥是增加土壤肥力的一种办法,即当田地肥力欠缺时,在田地种植一些绿肥作物,待绿肥作物长成时,直接翻耕入土,以绿肥作物的有机体为土壤增加肥力。绿肥作物以豆科作物为主,常见的有紫云英、苜蓿等,也有非豆科作物和各种水生绿肥作物。作物轮作即在田地轮换种植不同的农作物,从而可以调节土壤中的营养元素种类和含量。施用农家肥则是提高土壤肥力的重要途径。教材列出的上述土壤养护的方法,在现今农村,除作物轮作外,都很少用了,这也是我国农业存在的现实问题。
教材以紫云英为例,介绍了种植绿肥作物以提高土壤肥力的方法。紫云英是“我国水稻种植区常用的越冬绿肥作物”。在一些新开辟的耕地上,由于土壤肥力达不到直接种植农作物的要求,先种植苜蓿也是一种很好的方法。苜蓿的适应能力较强,通常在瘠薄土壤中种植苜蓿两年后,即可种植农作物。
6.研究表明,人体所含元素及丰度与地壳所含元素及丰度基本一致。因此,一个地方土壤中所含的微量元素的多少,对人们的身体健康影响较大。人们摄入体内的食物和水中所含的矿物元素,都与当地土壤有直接的关系。当环境中某种微量元素的含量偏多或偏少时,可能导致人体病变,形成一类地方病。以前,这类地方病的分布很有特点。如今,在商业化社会,这类地方病则少见。其中的地理道理值得学生思考。教材为培养学生用地理的眼光看问题,将这类地方病与土壤的关系写成“自学窗”,供学生自学,除让学生理解地方病与土壤的关系外,也使学生更进一步理解人类与土壤的关系。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学总体上可以遵循“案例分析-观察探究-归纳总结-拓展应用”的思路展开。首先利用或借鉴“亚马孙人改良土壤”等案例,提出核心问题:土壤与自然环境、人类活动之间存在怎样的关系?进而细分问题:什么是土壤?如何观察土壤?影响土壤形成的因素有哪些?土壤有哪些功能?如何养护土壤?接着以观察实地土壤或土壤标本为基础,结合视频、图片展示,了解土壤的颜色、质地、剖面构造等特征。然后围绕土壤与地理环境的关系,以家乡的土壤为参照,结合常见的土壤现象,探究、归纳土壤的主要形成因素、土壤的功能。最后拓展到土壤与人类的关系,以教材中有关盐碱地综合治理及地方病的内容为案例,探讨如何改良和养护土壤。具体教学过程中,要注意以下三点。
一、切实以观察、实验为基础展开教学,增强学生对土壤的感性认识,落实“地理实践力”的培养
学生特别是城市学生在日常生活中对土壤的认识非常模糊和抽象,而土壤组成、质地、剖面构造等需要直观感受的知识对理解土壤的形成因素至关重要。因此,教材一方面呈现了一系列图像拓展学生对土壤的间接感知,另一方面特别强调“观察家乡的土壤”,通过实地观察和实验等方式强化对土壤的感性认识。教学时要落实课本相关活动要求,切实创设学生能够接触、观察土壤的情境。考虑到多数学校没有土壤标本或标本老化等情况,建议教师带领学生在校园或周边地区开挖土壤剖面,或者去野外采集当地土壤样本用于教学。同时,要在充分利用课本图像的基础上,收集、展示其他地区典型土壤的图像和视频,与本地土壤进行对比,拓展学生对土壤与地理环境关系的认识。
二、突出土壤与自然环境各要素的联系,梳理知识间的内在联系,体现综合思维
本节是自然环境要素学习的最后一节,前面各要素的学习为本节打下了“联系”的基础。同时课程标准要求“说明”土壤的主要形成要素,任务层次高,理解难度大。为此需要引导学生深入分析两点:一是各要素特别是生物和气候在土壤形成中的作用,二是各要素的综合作用对土壤形成的影响。教学中要循序渐进地梳理这些关系,可先联系本章第一节植被的有关知识,从“生物对土壤形成的作用”开始,逐步引入其他要素的影响,帮助学生最终理解“土壤是环境各要素综合作用的产物”。另外,在分析环境各要素作用的同时,可以引导学生逆向思考:土壤对这些要素有什么影响?为学习“土壤的功能和养护”做好铺垫。
三、关注土壤与人类的关系,体会养护土壤的重要性,渗透人地协调观
作为珍贵的自然资源,养护土壤是全人类关心的课题。因而教材在课程标准的要求之外,用相当大的篇幅阐释了土壤的功能和养护。教学中,对这部分内容的处理首先要有思想高度,即站在人地协调的高度看待土壤养护。其次要强调土壤的生态功能,而非仅仅支撑农业的功能,突出土壤在地理环境中的特殊地位。最后要立足各要素在土壤形成中的综合作用,理解土壤养护的措施。
重点和难点
本节内容的教学重点是“土壤的主要形成因素”,难点是“土壤的主要形成因素”和“土壤在地理环境中的地位”。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
教学中,引入的情境要实现两个功能。一是吸引学生观察土壤特征的变化或差异。二是引发学生疑问:这些变化或差异是怎么产生的?具体方式可结合教学实际灵活安排。
方式一:从回忆热带雨林特征切入,利用教科书提供的情境—亚马孙人用生物炭改良当地土壤,引导学生观察、对比教科书中的图片。而后提问:繁茂的热带雨林之下,自然土壤为何非常贫瘠?生物炭除了改变了土壤的颜色,还可能改变了什么?可以安排学生讨论,但不必深究,只要引出“土壤的特征”和“土壤的形成因素”即可。确切的解答可在后面内容的学习中逐一展开。
方式二:结合类似“万物土中生”等俗语或诗句,联系家乡的物产营造情境,展示本地土壤照片,引发学生对家乡土壤的关注。然后展示一些典型的土壤图片,引导学生观察对比、发现差异。进而提出问题:家乡的土壤与其他类型的土壤有什么不同?是哪些因素导致了这些差异?由此埋下伏笔,转入“观察土壤”的教学。
【观察土壤】
从知识层面上看,这部分内容的核心是土壤的概念及特点。课本以“观察土壤”为题,意在强调转变学习方式,即必须以观察、实验等实践性活动为基础展开教学,培养学生的地理实践力。
一、利用身边的土壤拓展情境,引导学生亲近土壤,体会实践出真知
1.由于大多数学生特别是城市学生从小缺乏与土壤直接接触的机会,慢慢形成了对近距离观察土壤、触摸土壤的抵触感。教学中可以先用盆栽等展示“相对干净”的土壤,组织学生探讨“如何配土让盆栽植物长得更好”,消除学生的抵触感,引发学生的好奇心和求知欲。
2.教师课前要做好实践教学的准备工作,包括实地开挖土壤剖面、采集土壤样本、完成相关土壤实验,以便对当地土壤有比较深入的认识,对学生在观察、实践活动中可能产生的问题做到心中有数。课堂上要求学生观察、触摸前自己要先演示,一方面示范操作程序和方法,另一方面感染和带动学生。
3.做好防护工作。户外开挖土壤剖面、室内分析土壤样本等都存在一定的安全和卫生隐患,需要从器材、人员分工、善后处理等方面做出细致的安排。
二、从土壤与环境关系的角度,阐明土壤的概念和组成
1.土壤概念的理解需要在本节学习过程中不断深化。首先要区分“土壤”与常用的“土地”以及本节出现的“土层”“表土”等词语或概念,突出土壤既是自然地理环境的组成要素之一,又是一个“活”的生态系统。建议一方面从地球圈层结构的宏观角度指出土壤在其中的位置。另一方面从植物与土壤的关系角度强调土壤最基本的功能。
2.土壤组成可回顾小学科学的相关实验,也可通过观察、讨论盆栽配土得出。在此基础上可适当提问:土壤这些组成物质都来自哪些圈层?它们分别为植物生长提供了什么?为学习“土壤的主要形成因素”和“土壤的功能和养护”做好铺垫。
3.土壤的肥力要适当解释,可运用土壤与农业生产的相关图片或视频,激发学生的感性认识,同时结合土壤的组成,指出土壤作为一个独立的生态系统,它与周围环境进行着物质和能量的交换。输入土壤的物质和能量,经过转化,一方面维持土壤本身的演化,另一方面又输出于外界环境,特别是植物。
三、结合野外观察,充分运用视频、图像展示土壤的基本特征
1.对土壤颜色的教学可先从观察、描述家乡土壤的颜色入手。进而展示教材中图5.13、图5.14或其他典型土壤(如褐土、棕壤),让学生直观感受大尺度区域间土壤颜色的差异。然后指出土壤的颜色是土壤的重要特征,“有些土壤就是用颜色来命名的”。另外,教学中尽量通过实地观察或照片展示引导学生发现同一地区因地形部位、水热条件不同,土壤颜色也存在差异,从而为学习“土壤的主要形成因素”埋下伏笔。
2.对土壤质地的教学可先实地少量选取质地不同的土壤,引导学生用手指研磨,感受组成颗粒大小及比例。进而展示砂土、壤土、黏土等土壤的照片,结合教材中图5.15、图5.16,说明手感与粒径相对比例的关系。然后可以用实验的方式演示不同质地土壤透水、蓄水性能的差异。在此基础上解释透气性能、保肥性能(有机质积累)以及耕作适宜度的差异。
3.土壤剖面构造是这部分的重点。首先要引导学生循序渐进地实地观察土壤剖面或土壤标本,可以提出以下系列问题:
(1)土壤自上而下分为哪几层? (2)每一层的颜色和质地有什么差异?
(3)每一层土壤组成成分可能会有什么差异? (4)这种分层是如何形成的?
观察过程中,学生可对上述问题进行讨论。然后引导学生以教材中图5.17为参照,对实地土壤或土壤标本进行粗略测量和划分,并绘制土壤剖面构造简图。
问题(4)不宜深究,教学中可运用视频或图片展示土壤有机质的分解过程、腐殖质的形成过程,也可用实验的方式展示矿物质(可用盐、染色剂等代替)淋溶、淀积过程,直观形象地说明土壤这种垂直结构是土壤形成过程中物质转化、迁移和积累的结果。也可留着伏笔,在学习“土壤的主要形成因素”中加以阐释。
最后对比教材中图5.17和图5.18,对耕作土壤与自然土壤的异同点加以说明。此处可结合当地农业生产实际,适当拓展耕作技术对土壤养护的影响。
【活动:观察家乡的土壤】
该活动开展必须与“观察土壤”的教学结合进行,进一步落实地理实践力的培养。建议教师根据教学设计提前一周挖取土壤块,按照活动步骤先行操作,取得相应数据和结论,预判学生操作中存在的问题,制定完善活动各环节的操作规范。建议教师将自己的操作过程录像,结合“观察土壤”部分的内容,制作成微课供学生活动前学习。
一、准备工作
1.为每组学生准备平铲、剪刀、卷尺、大号塑料盒、密封袋、小锤、筛子、放大镜、秤各一个,纸巾、棉签、薄膜手套、记号笔、记录卡若干,以卡片形式告知以上物品在本活动中的用途和注意事项。强调活动安全。
2.根据活动流程设计各类活动记录单,如“土壤采样记录表”“土壤颜色记录表”“土壤质地记录表”“土壤剖面构造记录表”等,具体内容参考下面活动示例。
3.选择当地稳定植被下的自然土壤采样。特别是城市学校,要意识到校园及其周边土壤可能遭到建设活动的破坏,如误采,则观察结果无法说明当地土壤的特点。
4.考虑到该部分内容教学时间一般为冬季,北方地区的学校尽量选择在晴朗的午后采样并尽量避开坚硬的冻土。采样地不宜太干,以保证所取土壤块水分与当地平均状况相当。
5.清理地表的植物或杂物时要保留土壤的枯枝落叶层,植株可用剪刀剪除,保留植株底部和根系,避免清扫地面、拔除植株、践踏地表导致土壤结构破坏。
二、活动组织
1.人数较多的学校土壤采样工作可以年级组活动的形式开展,合理控制采样数量,所采土壤块由教师分配到各班使用,以避免过多或频繁采样造成的破坏和混乱。
2.去实地采样不必组织整个班级的学生参与,可由学生选派代表参加。全程要根据学生人数配备2位以上的专业教师同行,一方面负责指导采样,另一方面负责安全保障。
3.室内观察可选择在生物、化学实验室进行,4-6人一组为宜,建议按照操作“工种”分工,即1-2人负责捣碎、掂重、研磨、搓条等,1-2人负责贴纸巾、称重、加水搅拌等,1-2人负责听取发现、记录结果等。观察过程中,教师一方面要激发学生克服怕脏等畏难情绪(必要时亲手示范),另一方面要督促学生认真、有序观察,并保持场地清洁。
4.整理、交流活动结果可分三个步骤进行:(1)每两个小组交换观察记录表,发现差异并讨论原因;(2)分组讨论描述框架和图表的使用,形成活动报告;(3)展示、评论各小组的活动报告,总结概括家乡土壤的特点。
三、过程示例
1.土壤采样
(1)记录采样点位置,观察采样点植被类型、坡度坡向以及采样地区当天天气状况,将上述数据填入采样记录表。分远景(植被、地形)和近景(枯枝落叶状况)对采样地拍照。
(2)用剪刀剪除地表以上的植株,清理大的枯枝等杂物,用卷尺量出采样范围(按采样块数确定长度),并用剪刀在地面轻画出标记。
(3)沿地面标记用平铲挖出较为完整的土壤剖面,观察确定淀积层的位置,拍照留存。
(4)按20厘米的宽度采取土壤块,深度到淀积层(深度可超过20厘米),套上密封袋,用记号笔按一定方向编号,依次竖直放入塑料箱。
土壤采样过程和结果可设计类似表5-8的表格进行记录。
表5-8 土壤采样记录表
2.土壤颜色观察
(1)采样阶段可直接观察开挖的新鲜土壤剖面,找出颜色变化明显的层,用卷尺测量其深度,并做颜色、深度的记录。
(2)室内观察阶段重点观察自上而下颜色的变化。由于土壤类型和采样深度等原因,有些土壤块可能颜色变化不明显,也要如实记录。
3.土壤水分观察
(1)采样阶段观察可取3片纸巾直接贴在新鲜土壤剖面,10秒左右即可取下观察其潮湿状况,以此判断土壤表层和底层的湿度差异。
(2)室内观察需要对土壤重新进行切面,然后在新切面上用纸巾比较表层和底层的湿度差异。
4.土壤质地观察
(1)对整个土壤块称重可在采样阶段进行,以避免蒸发等因素造成较大误差。
(2)对表土和底土的密度差异,可通过用手掂重的方式比较,也可通过称量大小基本相同的土块质量加以比较。
(3)土壤矿物质颗粒比较可通过用手研磨的方式进行,也可用筛子筛选干土的方式比较,必要时可用放大镜观察筛选的干土。
(4)土壤黏度可用和水搓土条的方式进行比较,也可用漏斗盛不同土层的土块,加水观察并比较相同时间透水量的大小。
上述观察结果可用事先设计好的表格(可参考表5-9)进行记录。
表5-9 土壤剖面观察记录表
【承转】
方式一:引导学生回顾前一节知识“植物生长过程中,也改造其生长的土壤、水分等环境条件”,提出问题:植物是如何改造土壤的?引导学生思考生物在土壤发育中的作用,从而引出“土壤的主要形成要素”。
方式二:由“观察土壤”教学小结得出土壤的成分为矿物质、有机质、水、空气,提出问题:土壤这些成分分别来自哪些圈层?是什么造成不同质地土壤成分的差异?引导学生思考土壤的形成因素有哪些,从而引出“土壤的主要形成因素”。
方式三:由“自然土壤剖面构造”提出问题:土壤为何出现分层现象?引导学生解释课文“这些土层是土壤形成过程中物质转化、迁移和积累的结果”,从而引出“土壤的主要形成因素”。
【土壤的主要形成因素】
这部分内容的教学要重点通过教材中图5.19的剖析阐明各因素对土壤形成的作用,逐步帮助学生运用综合思维深入理解“土壤是环境各要素综合作用的产物”。同时结合具体案例分析,引导学生理解土壤特征与各形成因素特征的关系,分析不同地区土壤特征形成的主要原因,从而对常见的土壤现象做岀解释。
一、剖析生物循环过程,引导学生理解有机质和营养元素在土壤表层的富集过程
1.指导学生读教材中图5.19,理解土壤形成的生物小循环过程。教学中可引导学生逐步深入思考、探讨下列问题:
(1)图中涉及哪些圈层和自然地理要素?
(2)哪些物质参与了图示循环?它们在循环过程中发生了怎样的转化?
(3)有机质的合成与分解分别在哪里进行?这对土壤形成产生了哪些影响?
(4)有机质的分解速度受到哪些因素的影响?其快慢对土壤质地有哪些影响?
(5)腐殖质的形成主要受哪些因素的影响?
(6)来自不同圈层的养分元素为何在土壤表层富集?
2.在引导学生思考、探讨上述问题的过程中,要适时帮助学生回顾植被与环境的关系等,并根据学情以资料的形式适当补充光合作用、呼吸作用、微生物分解作用等方面的知识,强调生物作用并非仅指植物的作用,微生物的作用非常关键,它不仅促成了腐殖质的形成,也加快了岩石的风化,改善了成土母质的性状,促进了矿物质颗粒团聚。土壤动物的作用也可举例加以说明,如蚯蚓对土壤结构的影响。
二、分析土壤形成过程中的物质循环,理解土壤发育过程中岩石风化、生物循环、矿物质淋溶等过程的关系
1.联系教材中图5.20,运用有关资料,讲解风化壳的概念,说明成土母质除了本地风化产物,还包括搬运来的沉积物。土壤也会通过淋溶、水土流失等过程最终变成岩石的物质来源。同时,土壤中的各种物质及其转化过程不仅受到局地生物小循环的影响,还受到水循环等大范围自然地理过程的影响(图5-4)。这一内容也为学生学习“土壤的功能和养护”做铺垫。
2.选用有关视频、景观图、示意图,结合教材中的注释,解释风化作用,帮助学生理解成土母质为岩石的风化产物,是土壤中矿物质的主要来源。它比岩石疏松,具备通气透水性。这种通气透水性促进了成土母质的进一步风化和土壤的淋溶作用,也为先锋植物的生长和微生物的活动提供了基础。生物循环反过来又会促进风化作用。土壤的形成和发育就是这样一个不断发展的过程。而后指导学生运用上述知识,联系教材中图5.17、图5.19分析自然土壤垂直分层的成因。
三、比较分析土壤在不同水热条件下的差异,辨识常见土壤现象形成的主导因素
1.联系本节开篇情境,展示东北黑土剖面图和有关肥力的资料,结合亚马孙地区和东北地区气候统计图,引导学生对比两地土壤中有机质分解和积累的差异。可运用土壤剖面图,进一步对比东北黑土与同纬度的西北荒漠土在厚度、颜色、质地、有机质含量等方面的差异。从而理解气候对风化作用、淋溶作用、生物循环的影响,得出“气候的分布规律在很大程度上影响和控制了土壤的分布规律”这一结论。
2.展示不同地貌部位土壤景观图,说明地貌一方面影响成土物质的迁移,如陡峭的山坡上,重力作用和地表径流的侵蚀往往加速疏松地表物质的迁移,很难发育深厚的土壤;另一方面是通过影响气候进而对生物作用、风化作用产生影响,导致不同地貌部位土壤颜色、土壤质地、发育程度等方面的差异。教学中可以指导学生列表比较山顶与山麓、阳坡与阴坡、迎风坡与背风坡在成土母质、水热条件、土壤特点方面的差异,并对其成因做出简要说明。也可运用某一山地(如乞力马扎罗山)土壤类型垂直分布图加以阐释。
四、回顾植被与环境的关系,阐释土壤形成的时间要素
可从植被对裸地的改造切入,运用示意图或视频展示“母质风化加剧-土层变厚-有机质增加-腐殖质化加快-土层逐渐分化”的土壤发育过程。最后以教材上的“在自然状态下,形成20厘米厚可供耕作的土壤,一般需要100-1000年”进行小结。土壤形成的人为因素可结合耕作土壤的剖面结构加以阐释,同时用案例展示不合理的人类活动对自然土壤的破坏,一方面与自然土壤漫长的形成过程对比,另一方面为“土壤的功能和养护”的学习做好铺垫。
【活动:解释常见的土壤现象】
1.以案例分析的形式开展“活动”教学,教师可选择“活动”列出的一个土壤现象或者家乡某个土壤现象进行分析,指导学生掌握分析的基本思路,而后独立分析或分组讨论其余的土壤现象。
2.提供“活动”中相关土壤现象的资料,如土壤景观图、剖面图,描述土壤现象所在地自然环境特征或者土壤特征的图表和文字等,帮助学生丰富感性认识。
3.指导学生联系各因素在土壤形成中的作用,运用比较法进行分析,关注各主导因素在具体土壤发育过程中的影响。
4.点评学生的分析结果时,要强调所有土壤现象都是各因素综合作用的结果,主导因素是通过影响其他因素产生作用,同时其作用过程也受到其他因素的影响。具体问题参考答案参见表5-10。
表5-10 “活动”参考答案
这部分内容的教学重点是阐明土壤对各圈层的影响和土壤与人类活动的关系。建议通过读图、案例分析帮助学生从要素综合的角度深入理解土壤是“自然环境的重要组成部分”,是“联系有机界和无机界的关键环节”。并从人地协调的高度认识土壤是支撑人类可持续发展的宝贵资源,“土壤功能的可持续性与农业乃至人类社会的可持续发展息息相关”,人类需要改良、养护土壤,维持土壤功能的可持续性。
一、引导学生读图分析土壤在地理环境中的位置特点,联系地球圈层结构、土壤物质组成、土壤剖面构造等知识,理解土壤既是四大圈层的“过渡地带”,又是它们的“结合部”。土壤特殊的位置和结构是其对地理环境各要素发挥作用的基础,同时土壤系统也具有脆弱性,容易受到环境变迁和人类活动的影响。
1.指导学生读教材中图5.20,了解土壤与四大圈层的空间关系。该图内容丰富,关系复杂,教学时可先不涉及其中的箭头,引导学生由浅入深地思考下列问题:
(1)图中呈现了哪些圈层?土壤上下各有哪些圈层?
(2)土壤中的矿物质、有机质、水和空气分别属于(来自)哪一圈层?
(3)土壤与四大圈层之间有无明确的界限?为什么?
(4)为何说四大圈层在土壤中的接触是“紧密”的?
读图时,需要对土壤与水圈的位置关系做出说明,可回顾红树林等知识,指出土壤延伸到浅水域底部。
2.呈现土壤剖面构造图,引导学生回顾土壤中的分解作用、淋溶作用、风化作用等知识，思考讨论土壤系统的开放性和脆弱性。教学中可从以下四个方面给予学生提示:
(1)与母岩相比,土壤疏松多孔隙,这为四大圈层在其中“紧密接触”提供了什么?
(2)以碳在各圈层间迁移为例,哪些环节在土壤中进行?
(3)四大圈层通过土壤进行的物质迁移是单向的还是双向的?
(4)土壤中水的比例和盐度容易受到哪些变化的影响?
教学中,可引导学生画图说明土壤与四大圈层的关系,并据此说明土壤在自然地理环境中的地位。
二、结合具体案例,分析土壤对生物生长提供的条件,说明土壤的蓄水、保水功能。教学中可适当拓展土壤对大气(吸收氧气,释放二氧化碳、甲烷等)、岩石(风化等)的作用,引导学生理解土壤对地理环境形成和地球面貌根本性改变的重要性。
1.回顾植被、微生物分解等知识,联系生物学科食物链等知识,以联系框图等形式展示土壤使得地球表面生机盎然的过程。教学中可展示带植物根系的土壤剖面图、土居动物巢穴图、土壤微生物活动视频等。有条件的学校还可以与生物等学科联合开展土壤生物观察实验,强化学生对“土壤是万物之本、生命之源”的认识。
2.回顾水循环等知识,分析土壤的蓄水、保水作用。大气降水的一部分通过下渗进入土壤蓄存起来,既减少了径流,又能给植物供水。对农业生产来说,蓄水能力强的土壤有助于蓄洪,保水能力强的土壤有助于抗旱。有条件的学校,可进一步从微观层面分析。首先适当说明土壤水不仅仅指地下水,还包括土粒吸附的水、土壤毛细管中的水、土壤中的水汽等多种形态的水。其次引导学生分析土壤蓄水、保水功能的影响因素,如植被状况、地面硬化状况、土壤质地、土壤结构、土壤厚度等。最后指导学生思考土壤蓄水、保水功能对蒸发、下渗、径流等水循环环节的影响。教学中,可结合旱涝灾害、水土保持等案例,运用图片、视频等拓展学生对土壤蓄水、保水功能的认识,为本章的问题研究以及后续学习农业、生态环境建设等打好基础。
三、引导学生联系水循环、生物循环、大气受热过程等地理过程,理解土壤作为“一个开放的系统,与其所在的环境之间有着活跃的物质和能量交换”,理解这些地理过程的综合作用是土壤功能具有可持续性的自然地理基础。
1.指导学生再次读教材中图5.20,梳理其中与土壤息息相关的自然地理过程,进一步明确土壤是自然地理各要素综合作用的场所。读图过程中引导学生由浅入深地思考下列问题:
(1)图中箭头涉及哪些地理过程?
(2)图中各箭头分别表示哪些物质迁移或能量转换环节?
(3)哪些环节主要在土壤中进行?彼此间有何关系?
(4)这些过程对维持土壤功能有什么作用?
2.指导学生回顾教材中图5.16,分析生物循环得以不断进行的条件,理解土壤功能可持续的自然地理基础及其重要性。教学中,可引导学生逆向思维,即从生物影响土壤发育转为土壤支持生物持续生长,进而分析气候、地形、成土母质对土壤功能的影响,为学习土壤养护做好铺垫。要求较高的学校可适当拓展水土流失、荒漠化等案例,强化学生对土壤功能退化严重后果的认识。
四、联系当地农业生产实际说明土壤是人类珍贵的自然资源,对其合理利用和保护是全人类关心的课题。然后结合案例“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”和有关绿肥作物的图片,分析人类改造、改良不良土壤以及对优良土壤用养结合的基本途径,进而通过自学窗“地方病与土壤”,进一步树立协调“人土关系”的意识。
1.改良、改造土壤是农业生产的普遍行为,盐碱地综合治理只是其中的一个案例,教学时可分两个层次进行。较低层次的可从盐碱地及其治理前后的景观切入,只要求学生了解盐碱地存在大量盐分在土壤表层积累的现象,不深究水盐运动过程;只了解综合治理的有关措施及其结果,不深究各种措施如何调节和控制水盐运动。较高层次的教学可从水盐运动的过程入手,结合当地地形、气候等资料,通过视频介绍、绘图演示等引导学生分析土壤春秋季节返盐的原因,然后分析各种措施针对的水盐运动具体环节,以及实施的时间和针对的土层。
2.优良土壤的保护方式和途径也是多种多样的,土壤保肥只是其中比较普遍性的措施。教学时可展示休耕、种植绿肥、作物轮作、广施农家肥等图片、视频,增加学生的感性认识,同时引导学生回顾土壤中有机质分解等知识,明确这些措施的根本目的是增加土壤中有机质的含量。
3.土壤对人类生产生活的影响是多方面的,教学中可以多具体阐释“一方水土养一方人”。指导学生自学“地方病与土壤”时,可选择具体地区的真实案例加以分析。层次较高的教学可引导学生回顾生物循环过程等知识,同时联系食物链等生物学知识对地方病的致病和治疗机制加以解释。
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5-11)。
表5-11 第五章第二节教学与评价目标
1.纸笔测验。
命制试题时不能偏重考查学生对土壤颜色、质地、剖面构造、形成因素的抽象识记,而是要关注学生是否理解土壤在自然地理环境中的独特地位、是否掌握观察描述土壤的方法、是否理解土壤发育过程中各因素的作用、是否了解土壤的功能及其养护措施。
2.课堂观察。
要紧扣重难点观察评估学生的综合思维水平。本节内容重在对土壤与自然地理环境各要素关系的分析。课堂上要关注学生能否结合具体案例对土壤发育中各要素综合作用的过程进行分析和说明。
3.表现记录。
地理实践力和情感态度价值观评价要放在具体情境中进行,本节要根据观察家乡土壤活动的目标制定活动表现记录表,进行等级评定。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:观察家乡的土壤(材料略)
本活动评价为表现性评价。活动过程中教师全程关注各小组的活动,同时适当记录学生的表现,采用等级评定的方式对学生进行评价。评价目标和评价方式参见表5-12。
表5-12 活动评价目标及评价方式
1.指出形成上述土壤现象的主导因素。
对本活动中学生的表现评价可参考表5-13。
表5-13 活动表现评价及样例
对本活动中学生的表现评价可参考表5-14。
表5-14 活动表现评价及样例
5.2 土壤
【教学目标和要求】
1.通过实地观察或运用土壤标本,了解土壤的组成、颜色、质地和剖面结构,掌握观察土壤的基本内容和方法。
2.运用图文资料,结合观察活动说明土壤的主要形成要素,并据此解释常见的土壤现象。
3.结合实例,了解土壤的功能和养护途径,体会养护土壤的重要性。
【教材设计思路】
根据课程标准的要求,本节教材重点落实的内容是“说明土壤的主要形成因素”,方法是“通过野外观察或运用土壤标本”。
对于“说明土壤的主要形成因素”,可以从以下几个方面理解。其一,知识内容是土壤的形成因素,即成土因素。其二,土壤是联系自然各圈层的关键环节,即土壤的形成是自然各圈层相互作用的结果,所以,这里的“土壤”是指自然土壤。但是,人类活动对土壤具有重要影响,也可看作是影响土壤形成因素之一。其三,要达到“说明”的行为目标要求,不仅需了解主要的成土因素,还应知道这些因素对土壤形成的作用。在相关自然地理基础知识不具备的情况下,讲述各因素对土壤形成的作用,重在说明结果,而不需深入机理。其四,结合土壤类型讲述成土因素,不仅容易理解各因素对土壤形成的作用,且易于突出不同类型土壤的特征,如草原土壤都具有钙积层。课程标准回避土壤类型,可能是因为土壤类型的划分较为复杂,且分类依据对于中学地理学习较难理解。因此,在说明成土因素时,不宜强调不同类型的土壤,只需笼统讲述各因素对土壤形成的作用。其五,讲述各因素对土壤形成的作用,需要涉及土壤的一些特征,如颜色、质地等,需要教材作适当解释。
课程标准将实现本条“内容要求”的方法确定为“通过野外观察或运用标本”,这对教材编写和教学都是巨大的挑战。
首先,难以找到符合要求的土壤剖面或土壤标本,原因有以下几个方面。其一,与观察地貌、植被等不同,观察土壤不能只局限于土壤表层,应观察具有一定深度(一般达1米)的新鲜的土壤剖面,而在学校附近一般很难找到理想的可供观察的土壤剖面。其二,按课程标准的要求,与植被对应,观察的土壤最好是自然土壤,这更增加了选择可供观察的土壤的难度。其三,如果让老师带着学生在野外挖掘土壤剖面,不仅受多方面条件的限制,而且挖掘量较大。其四,很难找到符合条件的土壤标本,即使现在一些高校的地理院系或地理研究所保存有土壤标本,也因保存时间过长而失去了土壤剖面原有的价值。其五,土壤标本的挖掘、包装、运输和保存,都有一定的技术标准要求,中学师生难以独立制作。
其次,无论是通过野外观察还是运用土壤标本,都难以达到“说明土壤的主要形成因素”的目标。因为,成土因素对土壤形成的作用不仅是漫长时间的作用过程,而且学生知识基础难以理解作用机理,学生通过观察静态的土壤剖面或土壤标本不可能找出主要成土因素,更不用说能够“说明”各成土因素对土壤形成的作用。
通过上述分析,教材落实课程标准此方法要求时,从培养地理实践力这一地理核心素养的角度,将内容重点确定为适宜中学生野外观察土壤的一般方法。另外,鉴于土壤与人类活动关系的重要性,为落实人地协调观的培养,教材宜适当扩展土壤与人类活动关系的内容,并从环境整体性出发,简单介绍土壤的功能。
在综合分析课程标准要求的基础上,本节教材依次安排了“观察土壤”“土壤的主要形成因素”和“土壤的功能和养护”三个标题的内容。
教材首先介绍“观察土壤”,在重点介绍观察土壤的主要方法的同时,讲述有关土壤的基础知识,为下一标题“土壤的主要形成因素”的学习做铺垫。教材在简单介绍土壤概念及物质组成后,从观察土壤的角度,并按由易到难、由较直观到较抽象的思路,依次介绍“土壤颜色”“土壤质地”和“土壤剖面构造”三个方面的土壤特征。在野外观察土壤时,除运用视觉外,还可运用嗅觉、触觉等,教材以学生体验为基础适当引入相关野外观察方法。由于强调观察,教材编写时尽可能回避相关的土壤学知识,如土壤颜色的形成、土壤矿物质颗粒分类的粒径标准、土壤剖面涉及的相关知识等,以降低教学难度。描述观察土壤的方法时,借助图片是教材所能选用的主要方法。教材根据图片效果以及其说明性,采用景观图片和示意图相结合的方式。观察土壤重在地理实践,因此,教材课文表述相对简洁,且以“观察家乡的土壤”为主题设计了观察土壤的实践活动。活动要求基于实际,既考虑教学实际可以进行,又考虑可以达到观察的目的。活动步骤表述比较具体,便于教学参考执行。
“土壤的主要形成因素”是落实课程标准要求的主要内容。由于相关自然地理原理的内容还没有学习,并考虑本模块课标“宽而浅”的要求,教材没有展开讲述成土过程以及各成土因素在成土过程中的作用,而是重点就已形成的土壤现象分析各成土要素的作用。按照土壤地理学的表述,教材逐一讲述了成土母质、生物、气候、地貌和时间等五大成土要素。其中,成土母质受控于当地的岩石,地貌对土壤的影响也是非地带性的,时间对土壤的影响则是从土壤发育的角度而言的,因此,教材较为简单地描述了成土母质、地貌和时间要素对土壤形成的影响;从自然环境整体性的角度,并与已学的气候和植被内容相呼应,教材重点阐述了生物和气候两个要素对土壤形成的作用。对于生物要素,教材突出了其对土壤作用的三个主要方面:提供有机质并形成腐殖质、富集营养元素、促进土壤结构的形成。对于气候要素,为便于学生理解,教材主要讲述干、湿、冷、热及其不同组合状况对土壤形成的作用。最后,教材介绍人类活动对土壤的影响。很显然,我们现在看到的土壤,是在上述要素综合作用下形成的;和植被一样,土壤对环境也具有指示作用。为加强学生对“土壤的主要形成要素”的理解,并进一步落实“观察土壤”的要求,教材设计“活动”,引导学生对一些常见土壤现象进行分析。
“土壤的功能和养护”所述内容是课程标准没有明确要求的,属于扩展内容。土壤的功能重在介绍土壤在自然环境中的作用,主要包括土壤在自然环境中所处的位置和作用、提供生物生存的物质基础、蓄水保水功能。教材从土壤的功能自然转入土壤与人类的关系,强调土壤的自然资源属性,从而简单介绍了人类为提高或维持土壤的生产力而进行的养护工作。对于不能满足耕作需要的土壤,重讲改良;对于优良土壤,重讲种养结合。这两个方面,教材都结合实例讲述。其中,“案例”介绍了“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”,涉及的地理原理较难,教材尽可能淡化原理,重在介绍各项措施对降低土壤盐分的作用。每个地方对土壤的养护可能有不同的方法,教材中的案例只是提供教学选择案例的思路。受课时所限,且毕竟是扩展内容,教材对土壤的养护的讲述没有再向土壤污染的防治方面扩展。
常言道:“一方水土养一方人。”可见土壤对人身体健康的重要性。教材从人地关系出发,安排题为“地方病与土壤”的自学内容,重在以地理的视角认识因环境微量元素而导致的一类地方病,以及防治这类地方病的地理方法。
本节内容结构如图5-3所示。
【内容要点说明】
情境设计
1.热带雨林地区常年高温多雨,土壤中的矿物质分解彻底,并被淋溶带到土壤底层,保留在土壤中的矿物质以铁铝化合物为主。铁铝化合物富集,使得土壤黏重,并呈现砖红色。在雨林中,旺盛的生物循环一方面为土壤提供了有机质和腐殖质,另一方面为土壤截留了矿物质分解的营养元素。但是,当雨林被砍伐,土壤中的营养元素和有机质会很快分解和淋失,土壤就变得贫瘠,不适宜长久耕作。正因为如此,生活在南美洲热带雨林中的印第安人才会不断转换耕作土地,形成迁移农业。
2.生物炭是将木材、农作物秸秆置于低氧或缺氧且高温的环境中制造而成的,碳含量极其丰富。生物炭被埋到地下后可以几百至上千年不会消失,有利于减缓温室气体排放;生物炭富含微孔,可以补充土壤的有机质含量,移除土壤污染物,有效地保存水分和养料,提高土壤肥力。近年来,出现商业性出售的生物炭,主要销往热带土壤黏重的地区。温带地区一些国家在农业、城市绿化领域也在使用生物炭。然而,对于生物炭制造过程的条件控制以及对农作物产量可能存在的影响,科学家仍在探索中。
由于没有文字记载,亚马孙河流域印第安人用生物炭改良土壤的历史只是推测,因此,教材表述为“可能已有几千年历史了”。
观察土壤
1.具有肥力是土壤的基本特性。所谓土壤肥力,就是指土壤能同时并不断地供给和调节植物在生长发育过程中所需要的水分、养分、空气和热量的能力。肥沃的土壤能在一定程度上抵抗不利自然条件的影响,适应植物生长的需要。土壤肥力的高低,取决于土壤中水、肥、气、热四个因素之间的协调程度。其中,养分包括两部分,一是土壤有机质的含量,通常是土壤肥力高低的一个重要指标;二是土壤中的营养元素的含量。土壤营养元素是指植物生长发育所必需的化学元素,其中,氮、磷、钾是主要营养元素,其他还有钠、镁、硫等。
一方面土壤肥力可以看作是常识,另一方面课标要求的重点是观察土壤和土壤形成要素,因此教材没有对土壤肥力展开解释。
2.教材按照学界一般的看法,将土壤的物质组成表述为“由矿物质、有机质、水分、空气四种物质组成”。矿物质和有机质组成土壤的固体部分。土壤矿物质是指成土母质(风化壳或风化堆积物)风化形成的土壤颗粒,是土壤的主要组成物质,占土壤固相重量95%左右,构成土壤的骨骼。土壤有机质包括动植物残体和腐殖质。水分和空气组成土壤的非固体部分。土壤水不仅是植物生活不可缺少的物质,而且还溶解土壤中的营养元素,形成土壤溶液,成为向植物供给养分的介质。由于生物的作用,土壤空气中二氧化碳的含量远高于大气,而氧气的含量则比大气低得多。适宜植物生长的理想土壤构成为:矿物质占45%,有机质占5%,水分占20%-30%,空气占20%—30%。
土壤中还有种类较多的动物和微生物,它们对土壤团粒结构和腐殖质的形成至关重要。有的高校地理教材把土壤动物和微生物也作为土壤的组成部分,教材没有采纳这种划分方法,但在后续讲述土壤的功能时介绍了土壤动物。
3.土壤的颜色是由土壤的物质组成决定的。不同类型的土壤颜色不同,同一土壤剖面各层的颜色也有差异。腐殖质、矿物质是影响土壤颜色的主要物质。土壤中腐殖质呈黑色,通常情况下,土壤黑色的深浅与腐殖质的含量呈正相关。一般而言,土壤腐殖质含量越高,土壤越肥沃。我国东北平原广泛分布的黑土就是富含腐殖质的典型土壤。也有些土壤因为其他原因,颜色也很暗。
土壤因含有大量氧化铁而呈红色或黄色。土壤含有大量非水化的氧化铁呈红色,含有大量水化氧化铁呈黄色,如我国南方地区广泛分布的红、黄壤。土壤其他颜色多与呈相同颜色的矿物质有关。此外,长期受水浸泡的土壤呈灰色。
土壤颜色是土壤的重要形态特征,也是野外观察土壤的主要方面。由于土壤颜色的形成涉及学生未学习的矿物质,教材只是简单以黑土、红壤为例,说明颜色是在野外辨别土壤的重要依据。
4.教材表述土壤质地是指“不同粒级的矿物质在土壤中所占的相对比例”,也可以大致理解为土壤颗粒粗细的情况。在实验室里,可以借助设备准确测定土壤质地,但在野外可以通过手指研磨的感觉作近似的判断。例如,砂土颗粒较粗,研磨时刺手;黏土颗粒较细,研磨时有黏滑感。
根据不同粒径的土壤颗粒所占的比重,土壤一般分为砂土、壤土和黏土。土壤矿物质颗粒粒径的划分和土壤质地的划分都有较为严格的标准。从野外观察的要求看,教学不需要掌握这些标准,而需要突出实践过程中手指研磨的感觉。因此,教材没有介绍此类标准。
教材以图文结合的方式,介绍了砂土、壤土和黏土的差异,以及对于耕作的适宜性,以将土壤知识联系人类活动。需要说明的是,教材表述的不同质地土壤的耕作适宜性只是一般而言的。例如,教材表述壤土“是农业生产理想的土壤质地”,但是,对于种植一些如花生、红薯、西瓜等作物,砂土往往更显优势。
5.不同类型的土壤,具有不同的剖面构造,因此,土壤剖面构造是区别土壤以及对土壤分类的主要依据。就观察土壤而言,土壤剖面观察是最主要的内容。鉴于土壤剖面构造涉及较多的理化知识,且不同土壤剖面构造差异较大,从学生了解土壤剖面构造的角度出发,教材在简单介绍土壤剖面构造的概念后,泛泛地以“物质转化、迁移和积累”说明土壤剖面构造的成因。很显然,关于土壤剖面构造及其成因的内容,不要求学生深入了解。
为使学生对土壤剖面构造有感性认识,教材以森林土壤为例,以图文结合的方式,介绍自然土壤剖面构造及其各土层的特点。在各类土壤中,森林土壤剖面构造最为复杂,也是一般介绍土壤剖面构造用到的典型案例。但是,由于很难找到典型的且便于教学讲解的理想的森林土壤剖面构造的景观图片,所以,教材采用模式图。即使是森林土壤,其剖面构造也因类型不同而有较大差异,教材只是较为概括地将森林土壤剖面构造分为有机层、腐殖质层、淋溶层、淀积层、母质层,并对各层特点作了简单的介绍。“淋溶层”“淀积层”本是专业术语,学生理解较为困难,教材在图的说明中仅对“淋溶”“淀积”作一般的通俗解释,以学生能看懂为目的。
6.不同地区的人工土壤,剖面构造差异也很大。教材以一般了解为目的,参照对自然土壤的处理方式,用模式图配说明的方式,笼统地将人工土壤的剖面构造分为耕作层、犁底层和自然土层。
7.除颜色、质地、剖面构造外,土壤的形态特征还包括土壤的结构、紧实度、孔隙状况、干湿度、侵入体等,虽然教材没有介绍,在观察土壤的实践活动中,可以适当引入。
8.按课程标准的要求,教材设计了题为“观察家乡的土壤”的活动。观察土壤最好在野外进行。在野外观察土壤,可选择道路边或建筑工地新挖的土壤剖面进行,而且最好是自然土壤。然而,教学过程中带学生离开学校面临很多实际困难,如难以找到理想的土壤剖面、交通问题时间问题、安全问题等。因此,教材设计的活动以室内进行为主,不过这样的设计对老师提出了要求,即事先挖出可以供学生观察的土壤立方块。
教材按照由视觉到触觉、由外表观察到内部比较等程序,设计了详细的室内观察土壤的步骤。涉及的观察内容包括土壤颜色、质地、干湿度、重量、紧实度等,以及不同土层的差异。设计的这些步骤不是绝对的,只是供教学过程参考。
9.挖掘为室内观察所用的土壤立方块,要注意以下几个方面。其一,以自然土壤最好。由于学校附近可能主要分布的是人工土壤,用人工土壤也可以。其二,最好选择土壤较为深厚的土层。教材要求挖出“边长20厘米的土壤立方块”,如果条件许可,深度再大些会更好。其三,避免在过湿或过干的时候挖掘土壤块。其四,挖掘土壤块时,注意不要破坏农田或地表环境。
土壤的主要形成因素
1.土壤的主要形成因素包括成土母质、生物、气候、地貌、时间等。在土壤的形成过程中,这些因素是综合起作用的。因此,教材总结为“土壤是环境各要素综合作用的产物”。每个因素对土壤的作用,又会因时、因地而有差异,从而形成各种类型的土壤。在课程标准不要求讲述土壤类型的情况下,教材按学生已有的知识基础,较为简单地解释每种因素对土壤形成的作用。
2.对于五大成土因素,教材重点介绍生物、气候两大因素,而对成土母质、地貌、时间三因素只是作了简单介绍。
3.成土母质是土壤形成的物质基础。不同岩石的风化产物,其矿物质不同,所含元素不同,因而土壤中的营养元素和矿物质颗粒大小有差异,从而影响土壤的养分状况和质地。成土母质对土壤形成的影响较容易理解,教材也简单强调其影响土壤的主要方面。因学生缺乏岩石和矿物的知识,教材没有举例说明。
4.生物对土壤形成的作用至关重要,可以说没有生物的作用,岩石的风化产物就不会形成土壤。生物对土壤的作用主要包括四个方面。其一,提供有机质。成土母质中不含有机质,是生物的残体为土壤提供了有机质。其二,形成腐殖质。有机质在微生物作用下才能转化为腐殖质。生物残体不能被植物直接吸收,而腐殖质才能被植物生长所利用。所以,腐殖质含量的高低往往决定了土壤的肥沃程度。其三,富集营养元素。植物生长需要多种营养元素,生物通过生物循环,将分散在环境(成土母质、水、大气)中的营养元素富集于土壤表层。例如,氮元素是植物生长必需的营养元素,通常在矿物中含量很少,土壤中的氮元素主要来自生物固定大气中的氮和大气降水。因此,表层土壤的氮含量远高于底层土壤。其四,对土壤理化性质的影响,促使“土”成为“土壤”。教材对于上述四方面的作用,只是点到为止,没有深入机理方面的内容。
生物循环又称生物小循环,是指植物营养元素在生物体和土壤之间的迁移转化过程。植物根系从成土母质、土壤溶液和空气中吸收营养元素,输送到植物躯体各部;植物在叶部合成绿色有机物。植物被动物吞食后会成为动物躯体的组成部分,同时动植物新陈代谢过程会以代谢产物或残体的形式归还土壤。土壤中的这些有机物又在微生物作用下,转化为营养元素,留存于土壤中。生物循环促进植物营养元素在土壤表层的聚积,成为土壤及其肥力形成和发展的核心。教材以示意图的形式,展示了生物循环的过程。
矿物质颗粒的团聚是土壤区别于土的重要体现。土壤中的矿物质颗粒极少以单粒状态存在它们在物理、化学和生物作用下,适当团聚成团聚体,形成一定的土壤结构,能够协调土壤水分、养分与空气的关系,使土壤肥力得以充分发挥。
5.气候不仅影响土壤层的水、热状况,从而直接影响土壤中物理、化学、生物等过程的性质和强度,而且还影响其他成土因素,如岩石的风化过程、地貌的发育过程以及生物活动强度,因而间接影响成土过程。甚至有人认为气候是成土过程的主要动力。
由于综合的气候成因及分布在选择性必修课程才涉及,而且课程标准没有要求讲述土壤的分类,因此,教材只是从一般意义讲述气候对土壤形成的作用。为便于教学方便和学生理解,教材采用了以下的编写方法。其一,从冷、热、干、湿及其组合状况说明气候对土壤形成的影响。其二,通过对比的方法说明这种影响,如湿热与干冷对比、冷湿与干热对比。其三,考虑与前后内容的关系并突出土壤与人类活动的关系,重点讲述了成土速度、风化作用与淋溶作用以及有机质积累三个方面在不同气候条件下的差异。
从宏观上看,气候、植被与土壤的类型和分布具有较强的对应性,都呈现明显的地域分异规律,这是自然环境整体性的突出体现。但是,自然环境整体性的内容需留待选择性必修1才学习,教材在此只概括表述为“总体而言,气候的分布规律在很大程度上影响和控制了土壤的分布规律”,为选择性必修1的学习做铺垫。
6.地貌对土壤形成的影响,是叠加在生物、气候等因素之上的,属于非地带性因素。教材为培养学生的地理思维,举了两方面的例子。其一是不同地貌部位因光热等条件的差异而导致的土壤差异;其二是在重力等作用下,沉积物颗粒自山顶至低平洼地的分布规律对土壤质地的影响。
7.土壤形成是一个过程,时间必然是一个重要的因素。教材没有过多地介绍时间对土壤的影响,只是简单介绍了土壤层厚度、土层分化状况与时间的关系。从土壤与人类活动关系角度出发,教材突出讲述了形成一定厚度可耕作土壤所需要的时间长度,以让学生认识土壤的宝贵,从而提升保护土壤的意识。
8.人类活动一直影响着土壤的发育,并对自然土壤实施改造。因此,有些专家也把人类活动作为主要成土因素之一。教材仍采用比较传统的划分方法,在自然因素之外,单独讲述人类活动对土壤形成的影响,既简洁阐述了人类活动对土壤的影响,也为下面讲述“土壤的功能和养护”作自然过渡。
9.从学以致用和培养学生地理素养的目的出发,教材设计了主题为“解释常见的土壤现象”的活动。教材选取了三种常见的土壤现象,要求学生指出每种土壤现象形成的主导因素,并作简要解释。所涉及的解释在课文中都有相应的表述,学生理解了教材内容,就可以回答所设计的问题。
当然,此“活动”的设计也是给教学提供的一种思路。例如,教学可以利用当地的土壤,提供某种土壤现象,或提供土壤的特点,引导学生做单现象分析或综合分析。
土壤的功能和养护
1.本部分为扩展内容,重在培养综合思维和人地协调观。教材重点讲述了两部分既相互独立又相互关联的内容—土壤的功能和土壤的养护。
2.教材从宏观至微观,依次讲述了土壤在地理环境(圈层)中的位置、土壤对于地理环境的形成和地球面貌的改变的作用,以及土壤的蓄水、保水功能。这部分内容相对简单,学生容易理解。然而,这部分内容对于学生理解地理环境的整体性,认识土壤在自然环境中的重要性,形成综合思维等,具有一定的价值。其中,土壤的蓄水、保水功能对于认识现在城市洪涝问题及其解决措施具有很强的现实意义。
教材安排“土壤在地理环境中的地位”图,说明土壤在地理环境中的重要地位。该图示意地理环境中物质迁移和能量转换的过程,反映“土壤处于岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互紧密接触的过渡地带”。该图可以看成是地壳物质循环的地球表层部分与水循环、生物循环的综合。
教材通过土壤与人类的关系的叙述,突出了土壤对人类生存和发展的重要性以及土壤作为自然资源的珍贵性,从而转入土壤的养护。
3.教材讲述“土壤的养护”而没有提及“土壤的保护”,重在“养”,从而区别于因环境问题而引发的土壤保护。教材从两个方面讲述土壤的养护。其一是质量较差的土壤,或说劣质土壤,人类需要对其进行改造或改良。古今中外,对土壤改造或改良的案例很多,任何一个地方的人们都或多或少有过此类尝试或经验。其二是质量较好的土壤,或说优质土壤,需要注重种养结合,以保持土壤的生产力。这方面的方法也很多。
4.教材在说明对土壤的改造或改良时,提供了“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”的案例。土壤中可溶性盐分不断向土壤表层积聚的过程,称为土壤盐碱化。黄淮海平原一些低洼地,冬半年降水少,气候干旱,土壤蒸发强烈,致使盐分在土壤表层积累。这些地方,因土壤含盐过多,不利于农作物生长。案例给出的是中科院在山东禹城北丘洼对盐碱化土壤的综合治理。由于综合治理涉及物理、化学、生物机理,学生不易理解,教材用框图的方式展示综合治理的措施及每项措施的目的。对于学生学习而言,本案例重点说明:有些土壤不适宜种植农作物,需要经过多种措施进行改良或改造,以使土壤满足人类农作物生产的需要;在土壤改良或改造方面,我国有过许多成功的经验。
5.我国是传统的农业国,对土壤的养护积累了丰富的经验。教材列出了一些方法,这些方法在不同地区都有传承,甚至现在仍在使用。
休耕是指土地在耕作一段时间后,暂停一段时间种植农作物,使土壤的肥力得以恢复。例如,长江中下游地区以种植水稻为主,有些田地肥力较弱,以前到了冬季,这些田地不再种植越冬作物,而用水淹没田地表层,称为浪田,以恢复土壤的肥力,待来年再种植水稻。种植绿肥是增加土壤肥力的一种办法,即当田地肥力欠缺时,在田地种植一些绿肥作物,待绿肥作物长成时,直接翻耕入土,以绿肥作物的有机体为土壤增加肥力。绿肥作物以豆科作物为主,常见的有紫云英、苜蓿等,也有非豆科作物和各种水生绿肥作物。作物轮作即在田地轮换种植不同的农作物,从而可以调节土壤中的营养元素种类和含量。施用农家肥则是提高土壤肥力的重要途径。教材列出的上述土壤养护的方法,在现今农村,除作物轮作外,都很少用了,这也是我国农业存在的现实问题。
教材以紫云英为例,介绍了种植绿肥作物以提高土壤肥力的方法。紫云英是“我国水稻种植区常用的越冬绿肥作物”。在一些新开辟的耕地上,由于土壤肥力达不到直接种植农作物的要求,先种植苜蓿也是一种很好的方法。苜蓿的适应能力较强,通常在瘠薄土壤中种植苜蓿两年后,即可种植农作物。
6.研究表明,人体所含元素及丰度与地壳所含元素及丰度基本一致。因此,一个地方土壤中所含的微量元素的多少,对人们的身体健康影响较大。人们摄入体内的食物和水中所含的矿物元素,都与当地土壤有直接的关系。当环境中某种微量元素的含量偏多或偏少时,可能导致人体病变,形成一类地方病。以前,这类地方病的分布很有特点。如今,在商业化社会,这类地方病则少见。其中的地理道理值得学生思考。教材为培养学生用地理的眼光看问题,将这类地方病与土壤的关系写成“自学窗”,供学生自学,除让学生理解地方病与土壤的关系外,也使学生更进一步理解人类与土壤的关系。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学总体上可以遵循“案例分析-观察探究-归纳总结-拓展应用”的思路展开。首先利用或借鉴“亚马孙人改良土壤”等案例,提出核心问题:土壤与自然环境、人类活动之间存在怎样的关系?进而细分问题:什么是土壤?如何观察土壤?影响土壤形成的因素有哪些?土壤有哪些功能?如何养护土壤?接着以观察实地土壤或土壤标本为基础,结合视频、图片展示,了解土壤的颜色、质地、剖面构造等特征。然后围绕土壤与地理环境的关系,以家乡的土壤为参照,结合常见的土壤现象,探究、归纳土壤的主要形成因素、土壤的功能。最后拓展到土壤与人类的关系,以教材中有关盐碱地综合治理及地方病的内容为案例,探讨如何改良和养护土壤。具体教学过程中,要注意以下三点。
一、切实以观察、实验为基础展开教学,增强学生对土壤的感性认识,落实“地理实践力”的培养
学生特别是城市学生在日常生活中对土壤的认识非常模糊和抽象,而土壤组成、质地、剖面构造等需要直观感受的知识对理解土壤的形成因素至关重要。因此,教材一方面呈现了一系列图像拓展学生对土壤的间接感知,另一方面特别强调“观察家乡的土壤”,通过实地观察和实验等方式强化对土壤的感性认识。教学时要落实课本相关活动要求,切实创设学生能够接触、观察土壤的情境。考虑到多数学校没有土壤标本或标本老化等情况,建议教师带领学生在校园或周边地区开挖土壤剖面,或者去野外采集当地土壤样本用于教学。同时,要在充分利用课本图像的基础上,收集、展示其他地区典型土壤的图像和视频,与本地土壤进行对比,拓展学生对土壤与地理环境关系的认识。
二、突出土壤与自然环境各要素的联系,梳理知识间的内在联系,体现综合思维
本节是自然环境要素学习的最后一节,前面各要素的学习为本节打下了“联系”的基础。同时课程标准要求“说明”土壤的主要形成要素,任务层次高,理解难度大。为此需要引导学生深入分析两点:一是各要素特别是生物和气候在土壤形成中的作用,二是各要素的综合作用对土壤形成的影响。教学中要循序渐进地梳理这些关系,可先联系本章第一节植被的有关知识,从“生物对土壤形成的作用”开始,逐步引入其他要素的影响,帮助学生最终理解“土壤是环境各要素综合作用的产物”。另外,在分析环境各要素作用的同时,可以引导学生逆向思考:土壤对这些要素有什么影响?为学习“土壤的功能和养护”做好铺垫。
三、关注土壤与人类的关系,体会养护土壤的重要性,渗透人地协调观
作为珍贵的自然资源,养护土壤是全人类关心的课题。因而教材在课程标准的要求之外,用相当大的篇幅阐释了土壤的功能和养护。教学中,对这部分内容的处理首先要有思想高度,即站在人地协调的高度看待土壤养护。其次要强调土壤的生态功能,而非仅仅支撑农业的功能,突出土壤在地理环境中的特殊地位。最后要立足各要素在土壤形成中的综合作用,理解土壤养护的措施。
重点和难点
本节内容的教学重点是“土壤的主要形成因素”,难点是“土壤的主要形成因素”和“土壤在地理环境中的地位”。
课时建议 2课时。
实施建议
第一课时
【导入】
教学中,引入的情境要实现两个功能。一是吸引学生观察土壤特征的变化或差异。二是引发学生疑问:这些变化或差异是怎么产生的?具体方式可结合教学实际灵活安排。
方式一:从回忆热带雨林特征切入,利用教科书提供的情境—亚马孙人用生物炭改良当地土壤,引导学生观察、对比教科书中的图片。而后提问:繁茂的热带雨林之下,自然土壤为何非常贫瘠?生物炭除了改变了土壤的颜色,还可能改变了什么?可以安排学生讨论,但不必深究,只要引出“土壤的特征”和“土壤的形成因素”即可。确切的解答可在后面内容的学习中逐一展开。
方式二:结合类似“万物土中生”等俗语或诗句,联系家乡的物产营造情境,展示本地土壤照片,引发学生对家乡土壤的关注。然后展示一些典型的土壤图片,引导学生观察对比、发现差异。进而提出问题:家乡的土壤与其他类型的土壤有什么不同?是哪些因素导致了这些差异?由此埋下伏笔,转入“观察土壤”的教学。
【观察土壤】
从知识层面上看,这部分内容的核心是土壤的概念及特点。课本以“观察土壤”为题,意在强调转变学习方式,即必须以观察、实验等实践性活动为基础展开教学,培养学生的地理实践力。
一、利用身边的土壤拓展情境,引导学生亲近土壤,体会实践出真知
1.由于大多数学生特别是城市学生从小缺乏与土壤直接接触的机会,慢慢形成了对近距离观察土壤、触摸土壤的抵触感。教学中可以先用盆栽等展示“相对干净”的土壤,组织学生探讨“如何配土让盆栽植物长得更好”,消除学生的抵触感,引发学生的好奇心和求知欲。
2.教师课前要做好实践教学的准备工作,包括实地开挖土壤剖面、采集土壤样本、完成相关土壤实验,以便对当地土壤有比较深入的认识,对学生在观察、实践活动中可能产生的问题做到心中有数。课堂上要求学生观察、触摸前自己要先演示,一方面示范操作程序和方法,另一方面感染和带动学生。
3.做好防护工作。户外开挖土壤剖面、室内分析土壤样本等都存在一定的安全和卫生隐患,需要从器材、人员分工、善后处理等方面做出细致的安排。
二、从土壤与环境关系的角度,阐明土壤的概念和组成
1.土壤概念的理解需要在本节学习过程中不断深化。首先要区分“土壤”与常用的“土地”以及本节出现的“土层”“表土”等词语或概念,突出土壤既是自然地理环境的组成要素之一,又是一个“活”的生态系统。建议一方面从地球圈层结构的宏观角度指出土壤在其中的位置。另一方面从植物与土壤的关系角度强调土壤最基本的功能。
2.土壤组成可回顾小学科学的相关实验,也可通过观察、讨论盆栽配土得出。在此基础上可适当提问:土壤这些组成物质都来自哪些圈层?它们分别为植物生长提供了什么?为学习“土壤的主要形成因素”和“土壤的功能和养护”做好铺垫。
3.土壤的肥力要适当解释,可运用土壤与农业生产的相关图片或视频,激发学生的感性认识,同时结合土壤的组成,指出土壤作为一个独立的生态系统,它与周围环境进行着物质和能量的交换。输入土壤的物质和能量,经过转化,一方面维持土壤本身的演化,另一方面又输出于外界环境,特别是植物。
三、结合野外观察,充分运用视频、图像展示土壤的基本特征
1.对土壤颜色的教学可先从观察、描述家乡土壤的颜色入手。进而展示教材中图5.13、图5.14或其他典型土壤(如褐土、棕壤),让学生直观感受大尺度区域间土壤颜色的差异。然后指出土壤的颜色是土壤的重要特征,“有些土壤就是用颜色来命名的”。另外,教学中尽量通过实地观察或照片展示引导学生发现同一地区因地形部位、水热条件不同,土壤颜色也存在差异,从而为学习“土壤的主要形成因素”埋下伏笔。
2.对土壤质地的教学可先实地少量选取质地不同的土壤,引导学生用手指研磨,感受组成颗粒大小及比例。进而展示砂土、壤土、黏土等土壤的照片,结合教材中图5.15、图5.16,说明手感与粒径相对比例的关系。然后可以用实验的方式演示不同质地土壤透水、蓄水性能的差异。在此基础上解释透气性能、保肥性能(有机质积累)以及耕作适宜度的差异。
3.土壤剖面构造是这部分的重点。首先要引导学生循序渐进地实地观察土壤剖面或土壤标本,可以提出以下系列问题:
(1)土壤自上而下分为哪几层? (2)每一层的颜色和质地有什么差异?
(3)每一层土壤组成成分可能会有什么差异? (4)这种分层是如何形成的?
观察过程中,学生可对上述问题进行讨论。然后引导学生以教材中图5.17为参照,对实地土壤或土壤标本进行粗略测量和划分,并绘制土壤剖面构造简图。
问题(4)不宜深究,教学中可运用视频或图片展示土壤有机质的分解过程、腐殖质的形成过程,也可用实验的方式展示矿物质(可用盐、染色剂等代替)淋溶、淀积过程,直观形象地说明土壤这种垂直结构是土壤形成过程中物质转化、迁移和积累的结果。也可留着伏笔,在学习“土壤的主要形成因素”中加以阐释。
最后对比教材中图5.17和图5.18,对耕作土壤与自然土壤的异同点加以说明。此处可结合当地农业生产实际,适当拓展耕作技术对土壤养护的影响。
【活动:观察家乡的土壤】
该活动开展必须与“观察土壤”的教学结合进行,进一步落实地理实践力的培养。建议教师根据教学设计提前一周挖取土壤块,按照活动步骤先行操作,取得相应数据和结论,预判学生操作中存在的问题,制定完善活动各环节的操作规范。建议教师将自己的操作过程录像,结合“观察土壤”部分的内容,制作成微课供学生活动前学习。
一、准备工作
1.为每组学生准备平铲、剪刀、卷尺、大号塑料盒、密封袋、小锤、筛子、放大镜、秤各一个,纸巾、棉签、薄膜手套、记号笔、记录卡若干,以卡片形式告知以上物品在本活动中的用途和注意事项。强调活动安全。
2.根据活动流程设计各类活动记录单,如“土壤采样记录表”“土壤颜色记录表”“土壤质地记录表”“土壤剖面构造记录表”等,具体内容参考下面活动示例。
3.选择当地稳定植被下的自然土壤采样。特别是城市学校,要意识到校园及其周边土壤可能遭到建设活动的破坏,如误采,则观察结果无法说明当地土壤的特点。
4.考虑到该部分内容教学时间一般为冬季,北方地区的学校尽量选择在晴朗的午后采样并尽量避开坚硬的冻土。采样地不宜太干,以保证所取土壤块水分与当地平均状况相当。
5.清理地表的植物或杂物时要保留土壤的枯枝落叶层,植株可用剪刀剪除,保留植株底部和根系,避免清扫地面、拔除植株、践踏地表导致土壤结构破坏。
二、活动组织
1.人数较多的学校土壤采样工作可以年级组活动的形式开展,合理控制采样数量,所采土壤块由教师分配到各班使用,以避免过多或频繁采样造成的破坏和混乱。
2.去实地采样不必组织整个班级的学生参与,可由学生选派代表参加。全程要根据学生人数配备2位以上的专业教师同行,一方面负责指导采样,另一方面负责安全保障。
3.室内观察可选择在生物、化学实验室进行,4-6人一组为宜,建议按照操作“工种”分工,即1-2人负责捣碎、掂重、研磨、搓条等,1-2人负责贴纸巾、称重、加水搅拌等,1-2人负责听取发现、记录结果等。观察过程中,教师一方面要激发学生克服怕脏等畏难情绪(必要时亲手示范),另一方面要督促学生认真、有序观察,并保持场地清洁。
4.整理、交流活动结果可分三个步骤进行:(1)每两个小组交换观察记录表,发现差异并讨论原因;(2)分组讨论描述框架和图表的使用,形成活动报告;(3)展示、评论各小组的活动报告,总结概括家乡土壤的特点。
三、过程示例
1.土壤采样
(1)记录采样点位置,观察采样点植被类型、坡度坡向以及采样地区当天天气状况,将上述数据填入采样记录表。分远景(植被、地形)和近景(枯枝落叶状况)对采样地拍照。
(2)用剪刀剪除地表以上的植株,清理大的枯枝等杂物,用卷尺量出采样范围(按采样块数确定长度),并用剪刀在地面轻画出标记。
(3)沿地面标记用平铲挖出较为完整的土壤剖面,观察确定淀积层的位置,拍照留存。
(4)按20厘米的宽度采取土壤块,深度到淀积层(深度可超过20厘米),套上密封袋,用记号笔按一定方向编号,依次竖直放入塑料箱。
土壤采样过程和结果可设计类似表5-8的表格进行记录。
表5-8 土壤采样记录表
| 编号 | 采样地点 | 采样时间 | 采样深度/m | 气象参数 | 感官指标描述 | 备注 | |
| 气温 | 相对湿度 | ||||||
| 现场情况描述 | |||||||
采样人员:_____________________________采样日期: ____________
2.土壤颜色观察
(1)采样阶段可直接观察开挖的新鲜土壤剖面,找出颜色变化明显的层,用卷尺测量其深度,并做颜色、深度的记录。
(2)室内观察阶段重点观察自上而下颜色的变化。由于土壤类型和采样深度等原因,有些土壤块可能颜色变化不明显,也要如实记录。
3.土壤水分观察
(1)采样阶段观察可取3片纸巾直接贴在新鲜土壤剖面,10秒左右即可取下观察其潮湿状况,以此判断土壤表层和底层的湿度差异。
(2)室内观察需要对土壤重新进行切面,然后在新切面上用纸巾比较表层和底层的湿度差异。
4.土壤质地观察
(1)对整个土壤块称重可在采样阶段进行,以避免蒸发等因素造成较大误差。
(2)对表土和底土的密度差异,可通过用手掂重的方式比较,也可通过称量大小基本相同的土块质量加以比较。
(3)土壤矿物质颗粒比较可通过用手研磨的方式进行,也可用筛子筛选干土的方式比较,必要时可用放大镜观察筛选的干土。
(4)土壤黏度可用和水搓土条的方式进行比较,也可用漏斗盛不同土层的土块,加水观察并比较相同时间透水量的大小。
上述观察结果可用事先设计好的表格(可参考表5-9)进行记录。
表5-9 土壤剖面观察记录表
| 调查日期: | 剖面号码: | 观察地点: | 地形: | 坡向: | |||||||
| 坡度: | 海拔: | 天气: | 土壤名称: | 母质: | |||||||
| 侵蚀情况: | 植被: | 土地利用现状: | 地下水埋深: | 调查人: | |||||||
| 剖面示意图 | 发生层 | 采样位置 | 颜色 | 质地 | 结构 | 松紧度 | 干湿度 | 根系 | 新生体 | 侵入体 | PH |
第二课时
【承转】
方式一:引导学生回顾前一节知识“植物生长过程中,也改造其生长的土壤、水分等环境条件”,提出问题:植物是如何改造土壤的?引导学生思考生物在土壤发育中的作用,从而引出“土壤的主要形成要素”。
方式二:由“观察土壤”教学小结得出土壤的成分为矿物质、有机质、水、空气,提出问题:土壤这些成分分别来自哪些圈层?是什么造成不同质地土壤成分的差异?引导学生思考土壤的形成因素有哪些,从而引出“土壤的主要形成因素”。
方式三:由“自然土壤剖面构造”提出问题:土壤为何出现分层现象?引导学生解释课文“这些土层是土壤形成过程中物质转化、迁移和积累的结果”,从而引出“土壤的主要形成因素”。
【土壤的主要形成因素】
这部分内容的教学要重点通过教材中图5.19的剖析阐明各因素对土壤形成的作用,逐步帮助学生运用综合思维深入理解“土壤是环境各要素综合作用的产物”。同时结合具体案例分析,引导学生理解土壤特征与各形成因素特征的关系,分析不同地区土壤特征形成的主要原因,从而对常见的土壤现象做岀解释。
一、剖析生物循环过程,引导学生理解有机质和营养元素在土壤表层的富集过程
1.指导学生读教材中图5.19,理解土壤形成的生物小循环过程。教学中可引导学生逐步深入思考、探讨下列问题:
(1)图中涉及哪些圈层和自然地理要素?
(2)哪些物质参与了图示循环?它们在循环过程中发生了怎样的转化?
(3)有机质的合成与分解分别在哪里进行?这对土壤形成产生了哪些影响?
(4)有机质的分解速度受到哪些因素的影响?其快慢对土壤质地有哪些影响?
(5)腐殖质的形成主要受哪些因素的影响?
(6)来自不同圈层的养分元素为何在土壤表层富集?
2.在引导学生思考、探讨上述问题的过程中,要适时帮助学生回顾植被与环境的关系等,并根据学情以资料的形式适当补充光合作用、呼吸作用、微生物分解作用等方面的知识,强调生物作用并非仅指植物的作用,微生物的作用非常关键,它不仅促成了腐殖质的形成,也加快了岩石的风化,改善了成土母质的性状,促进了矿物质颗粒团聚。土壤动物的作用也可举例加以说明,如蚯蚓对土壤结构的影响。
二、分析土壤形成过程中的物质循环,理解土壤发育过程中岩石风化、生物循环、矿物质淋溶等过程的关系
1.联系教材中图5.20,运用有关资料,讲解风化壳的概念,说明成土母质除了本地风化产物,还包括搬运来的沉积物。土壤也会通过淋溶、水土流失等过程最终变成岩石的物质来源。同时,土壤中的各种物质及其转化过程不仅受到局地生物小循环的影响,还受到水循环等大范围自然地理过程的影响(图5-4)。这一内容也为学生学习“土壤的功能和养护”做铺垫。
2.选用有关视频、景观图、示意图,结合教材中的注释,解释风化作用,帮助学生理解成土母质为岩石的风化产物,是土壤中矿物质的主要来源。它比岩石疏松,具备通气透水性。这种通气透水性促进了成土母质的进一步风化和土壤的淋溶作用,也为先锋植物的生长和微生物的活动提供了基础。生物循环反过来又会促进风化作用。土壤的形成和发育就是这样一个不断发展的过程。而后指导学生运用上述知识,联系教材中图5.17、图5.19分析自然土壤垂直分层的成因。
三、比较分析土壤在不同水热条件下的差异,辨识常见土壤现象形成的主导因素
1.联系本节开篇情境,展示东北黑土剖面图和有关肥力的资料,结合亚马孙地区和东北地区气候统计图,引导学生对比两地土壤中有机质分解和积累的差异。可运用土壤剖面图,进一步对比东北黑土与同纬度的西北荒漠土在厚度、颜色、质地、有机质含量等方面的差异。从而理解气候对风化作用、淋溶作用、生物循环的影响,得出“气候的分布规律在很大程度上影响和控制了土壤的分布规律”这一结论。
2.展示不同地貌部位土壤景观图,说明地貌一方面影响成土物质的迁移,如陡峭的山坡上,重力作用和地表径流的侵蚀往往加速疏松地表物质的迁移,很难发育深厚的土壤;另一方面是通过影响气候进而对生物作用、风化作用产生影响,导致不同地貌部位土壤颜色、土壤质地、发育程度等方面的差异。教学中可以指导学生列表比较山顶与山麓、阳坡与阴坡、迎风坡与背风坡在成土母质、水热条件、土壤特点方面的差异,并对其成因做出简要说明。也可运用某一山地(如乞力马扎罗山)土壤类型垂直分布图加以阐释。
四、回顾植被与环境的关系,阐释土壤形成的时间要素
可从植被对裸地的改造切入,运用示意图或视频展示“母质风化加剧-土层变厚-有机质增加-腐殖质化加快-土层逐渐分化”的土壤发育过程。最后以教材上的“在自然状态下,形成20厘米厚可供耕作的土壤,一般需要100-1000年”进行小结。土壤形成的人为因素可结合耕作土壤的剖面结构加以阐释,同时用案例展示不合理的人类活动对自然土壤的破坏,一方面与自然土壤漫长的形成过程对比,另一方面为“土壤的功能和养护”的学习做好铺垫。
【活动:解释常见的土壤现象】
1.以案例分析的形式开展“活动”教学,教师可选择“活动”列出的一个土壤现象或者家乡某个土壤现象进行分析,指导学生掌握分析的基本思路,而后独立分析或分组讨论其余的土壤现象。
2.提供“活动”中相关土壤现象的资料,如土壤景观图、剖面图,描述土壤现象所在地自然环境特征或者土壤特征的图表和文字等,帮助学生丰富感性认识。
3.指导学生联系各因素在土壤形成中的作用,运用比较法进行分析,关注各主导因素在具体土壤发育过程中的影响。
4.点评学生的分析结果时,要强调所有土壤现象都是各因素综合作用的结果,主导因素是通过影响其他因素产生作用,同时其作用过程也受到其他因素的影响。具体问题参考答案参见表5-10。
表5-10 “活动”参考答案
| 现象 | 主导因素 | 简要解释 |
| 1 | 成土母质 | 岩石是紫色的,形成的风化壳也是紫色的,即土壤的矿物质是紫色的,所以土壤也呈紫色 |
| 2 | 气候 | 东北地区气候冷湿,有机质分解慢,容易积累,土壤肥沃;而南方地区气候湿热,有机质分解快,不易积累,土壤相对瘠薄。同时受气候影响,东北一年一熟,耕种消耗土壤有机质较少,南方一年两熟或三熟,耕种消耗土壤有机质较多 |
| 3 | 地貌 | 同一地区,山顶气温较低、水分较少,风化作用较弱,细小风化产物易流失,成土母质颗粒粗。山前平原气温较高、水分较多,风化作用较强,且易接受细小风化产物堆积,成土母质颗粒细 |
【土壤的功能和养护】
这部分内容的教学重点是阐明土壤对各圈层的影响和土壤与人类活动的关系。建议通过读图、案例分析帮助学生从要素综合的角度深入理解土壤是“自然环境的重要组成部分”,是“联系有机界和无机界的关键环节”。并从人地协调的高度认识土壤是支撑人类可持续发展的宝贵资源,“土壤功能的可持续性与农业乃至人类社会的可持续发展息息相关”,人类需要改良、养护土壤,维持土壤功能的可持续性。
一、引导学生读图分析土壤在地理环境中的位置特点,联系地球圈层结构、土壤物质组成、土壤剖面构造等知识,理解土壤既是四大圈层的“过渡地带”,又是它们的“结合部”。土壤特殊的位置和结构是其对地理环境各要素发挥作用的基础,同时土壤系统也具有脆弱性,容易受到环境变迁和人类活动的影响。
1.指导学生读教材中图5.20,了解土壤与四大圈层的空间关系。该图内容丰富,关系复杂,教学时可先不涉及其中的箭头,引导学生由浅入深地思考下列问题:
(1)图中呈现了哪些圈层?土壤上下各有哪些圈层?
(2)土壤中的矿物质、有机质、水和空气分别属于(来自)哪一圈层?
(3)土壤与四大圈层之间有无明确的界限?为什么?
(4)为何说四大圈层在土壤中的接触是“紧密”的?
读图时,需要对土壤与水圈的位置关系做出说明,可回顾红树林等知识,指出土壤延伸到浅水域底部。
2.呈现土壤剖面构造图,引导学生回顾土壤中的分解作用、淋溶作用、风化作用等知识，思考讨论土壤系统的开放性和脆弱性。教学中可从以下四个方面给予学生提示:
(1)与母岩相比,土壤疏松多孔隙,这为四大圈层在其中“紧密接触”提供了什么?
(2)以碳在各圈层间迁移为例,哪些环节在土壤中进行?
(3)四大圈层通过土壤进行的物质迁移是单向的还是双向的?
(4)土壤中水的比例和盐度容易受到哪些变化的影响?
教学中,可引导学生画图说明土壤与四大圈层的关系,并据此说明土壤在自然地理环境中的地位。
二、结合具体案例,分析土壤对生物生长提供的条件,说明土壤的蓄水、保水功能。教学中可适当拓展土壤对大气(吸收氧气,释放二氧化碳、甲烷等)、岩石(风化等)的作用,引导学生理解土壤对地理环境形成和地球面貌根本性改变的重要性。
1.回顾植被、微生物分解等知识,联系生物学科食物链等知识,以联系框图等形式展示土壤使得地球表面生机盎然的过程。教学中可展示带植物根系的土壤剖面图、土居动物巢穴图、土壤微生物活动视频等。有条件的学校还可以与生物等学科联合开展土壤生物观察实验,强化学生对“土壤是万物之本、生命之源”的认识。
2.回顾水循环等知识,分析土壤的蓄水、保水作用。大气降水的一部分通过下渗进入土壤蓄存起来,既减少了径流,又能给植物供水。对农业生产来说,蓄水能力强的土壤有助于蓄洪,保水能力强的土壤有助于抗旱。有条件的学校,可进一步从微观层面分析。首先适当说明土壤水不仅仅指地下水,还包括土粒吸附的水、土壤毛细管中的水、土壤中的水汽等多种形态的水。其次引导学生分析土壤蓄水、保水功能的影响因素,如植被状况、地面硬化状况、土壤质地、土壤结构、土壤厚度等。最后指导学生思考土壤蓄水、保水功能对蒸发、下渗、径流等水循环环节的影响。教学中,可结合旱涝灾害、水土保持等案例,运用图片、视频等拓展学生对土壤蓄水、保水功能的认识,为本章的问题研究以及后续学习农业、生态环境建设等打好基础。
三、引导学生联系水循环、生物循环、大气受热过程等地理过程,理解土壤作为“一个开放的系统,与其所在的环境之间有着活跃的物质和能量交换”,理解这些地理过程的综合作用是土壤功能具有可持续性的自然地理基础。
1.指导学生再次读教材中图5.20,梳理其中与土壤息息相关的自然地理过程,进一步明确土壤是自然地理各要素综合作用的场所。读图过程中引导学生由浅入深地思考下列问题:
(1)图中箭头涉及哪些地理过程?
(2)图中各箭头分别表示哪些物质迁移或能量转换环节?
(3)哪些环节主要在土壤中进行?彼此间有何关系?
(4)这些过程对维持土壤功能有什么作用?
2.指导学生回顾教材中图5.16,分析生物循环得以不断进行的条件,理解土壤功能可持续的自然地理基础及其重要性。教学中,可引导学生逆向思维,即从生物影响土壤发育转为土壤支持生物持续生长,进而分析气候、地形、成土母质对土壤功能的影响,为学习土壤养护做好铺垫。要求较高的学校可适当拓展水土流失、荒漠化等案例,强化学生对土壤功能退化严重后果的认识。
四、联系当地农业生产实际说明土壤是人类珍贵的自然资源,对其合理利用和保护是全人类关心的课题。然后结合案例“我国黄淮海平原盐碱地的综合治理”和有关绿肥作物的图片,分析人类改造、改良不良土壤以及对优良土壤用养结合的基本途径,进而通过自学窗“地方病与土壤”,进一步树立协调“人土关系”的意识。
1.改良、改造土壤是农业生产的普遍行为,盐碱地综合治理只是其中的一个案例,教学时可分两个层次进行。较低层次的可从盐碱地及其治理前后的景观切入,只要求学生了解盐碱地存在大量盐分在土壤表层积累的现象,不深究水盐运动过程;只了解综合治理的有关措施及其结果,不深究各种措施如何调节和控制水盐运动。较高层次的教学可从水盐运动的过程入手,结合当地地形、气候等资料,通过视频介绍、绘图演示等引导学生分析土壤春秋季节返盐的原因,然后分析各种措施针对的水盐运动具体环节,以及实施的时间和针对的土层。
2.优良土壤的保护方式和途径也是多种多样的,土壤保肥只是其中比较普遍性的措施。教学时可展示休耕、种植绿肥、作物轮作、广施农家肥等图片、视频,增加学生的感性认识,同时引导学生回顾土壤中有机质分解等知识,明确这些措施的根本目的是增加土壤中有机质的含量。
3.土壤对人类生产生活的影响是多方面的,教学中可以多具体阐释“一方水土养一方人”。指导学生自学“地方病与土壤”时,可选择具体地区的真实案例加以分析。层次较高的教学可引导学生回顾生物循环过程等知识,同时联系食物链等生物学知识对地方病的致病和治疗机制加以解释。
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5-11)。
表5-11 第五章第二节教学与评价目标
| 评价目标 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 |
| 通过实地观察或运用土壤标本了解土壤的组成、颜色、质地和剖面构造,掌握观察土壤的基本内容和方法 | 知道从组成、颜色、质地和剖面构造等方面观察土壤 | 能够说出土壤的主要组成物质颜色分类、质地类型、典型剖面构造,并据此观察土壤 | 能够结合实例说出土壤的颜色质地类型、剖面构造,并据此观察土壤,描述其特点 | |
| 运用图文资料结合观察活动说明土壤的主要形成要素,并据此解释常见的土壤现象 | 能够说出土壤的主要形成因素 | 能够说出土壤的主要形成因素及其与土壤特征的对应关系 | 能够结合土壤发育的某些具体过程说明土壤的主要形成因素及其对土壤特征的影响 | 能够结合实例说明土壤的主要形成因素,解释相关的土壤现象 |
| 结合实例,了解土壤的功能和养护途径,体会养护土壤的重要性 | 能够说出土壤的主要功能和常用的养护措施 | 能够结合土壤在自然地理环境中的地位,说出土壤的功能以及养护土壤的途径和措施 | 能够结合实例说出土壤的功能，了解土壤功能破坏的危害,知道养护土壤的途径和措施 |
二、评价方法
1.纸笔测验。
命制试题时不能偏重考查学生对土壤颜色、质地、剖面构造、形成因素的抽象识记,而是要关注学生是否理解土壤在自然地理环境中的独特地位、是否掌握观察描述土壤的方法、是否理解土壤发育过程中各因素的作用、是否了解土壤的功能及其养护措施。
2.课堂观察。
要紧扣重难点观察评估学生的综合思维水平。本节内容重在对土壤与自然地理环境各要素关系的分析。课堂上要关注学生能否结合具体案例对土壤发育中各要素综合作用的过程进行分析和说明。
3.表现记录。
地理实践力和情感态度价值观评价要放在具体情境中进行,本节要根据观察家乡土壤活动的目标制定活动表现记录表,进行等级评定。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动1:观察家乡的土壤(材料略)
本活动评价为表现性评价。活动过程中教师全程关注各小组的活动,同时适当记录学生的表现,采用等级评定的方式对学生进行评价。评价目标和评价方式参见表5-12。
表5-12 活动评价目标及评价方式
| 评价目标 | 自评 | 组评 | 师评 | 典型表现记录 |
| 观察、调查中能够按照要求记录土壤采样和观察过程中的关键信息,有发现问题、探索问题的兴趣 | ||||
| 能够与人合作设计土壤采样、土壤质地鉴别、土壤构造剖面图绘制等土壤观察方案,全程参与采样、观察活动 | ||||
| 能够设计并落实土壤观察活动,并在活动中主动反思,及时发现和解决观察中发现的问题,有克服困难的勇气和方法 |
活动2:解释常见的土壤现象(材料略)
1.指出形成上述土壤现象的主导因素。
对本活动中学生的表现评价可参考表5-13。
表5-13 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 能够指出部分土壤现象的主导因素 | 四川盆地紫色土—成土母质 |
| 水平2 | 能够指出全部土壤现象的主导因素 | 见前述参考答案 |
2.尝试对上述土壤现象作简要解释。
对本活动中学生的表现评价可参考表5-14。
表5-14 活动表现评价及样例
| 水平 | 表现 | 样例 |
| 水平1 | 仅能从一般过程出发,对部分土壤现象作出解释 | 多紫色岩石,风化产物逐渐形成紫色土壤 |
| 水平2 | 能够结合各因素在土壤发育过程中的主要作用,对大部分土壤现象进行解释 | 见前述参考答案 |
| 水平3 | 能够紧扣主导因素,结合各因素在土壤发育过程中的相互作用,对大部分土壤现象进行解释 | 见前述参考答案 |
| 水平4 | 能够紧扣主导因素,把握各因素在土壤发育过程中的综合作用,对全部土壤现象进行解释 | 见前述参考答案 |
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