1.2 太阳对地球的影响
【教学目标和要求】
1.运用图像、视频等资料,说明太阳辐射对地球的重要意义。
2.举例说明太阳对人类生产、生活的影响。
3.运用示意图和有关资料,描述太阳大气层的结构和主要的太阳活动现象。
4.举例说出太阳活动对地球的影响。
【教材设计思路】
根据课程标准,本节教材重点落实的内容是“说明太阳对地球的影响”。这一内容和第一节落实的“描述地球所处的宇宙环境”属同一条“内容要求”,教材用两节内容分别落实。
对于“太阳对地球的影响”可以从以下两方面理解。
第一,太阳是一颗恒星,是太阳系的中心天体,以强大的引力将其他天体牢牢控制在自己的周围,从而维持了太阳系的稳定。作为太阳系唯一自身发光的天体,太阳为太阳系所有的成员提供光和热。地球之所以能成为生命乐园,也正是因为从太阳获取了足够的能量。这种能量来自太阳辐射的电磁波。
第二,除了电磁波,太阳还持续向星际空间扩散着带电粒子流。一般情况下,带电粒子流运动到地球附近时,受地球磁场的阻挡,不能达到地面,地球上的生命体可以免受其危害。但当带电粒子流增强时,它就会给地球上的生态环境和人类活动带来不良影响。
因此,太阳对地球的影响有正面和负面两种。正面影响主要是太阳辐射为地球提供了光和热,由此影响了地球上的生命活动和自然现象。负面影响则主要是太阳活动给地球上人类活动带来的灾害。由此,本节设置了两个标题进行阐释,分别为“太阳辐射对地球的影响”和“太阳活动对地球的影响”。
第一个标题“太阳辐射对地球的影响”概述了太阳辐射能量的来源,以及太阳辐射对地球的重要影响。教材从两个方面介绍太阳辐射。
一方面是太阳辐射为地球提供光和热,维持地表温度,并为地表自然地理现象提供动力,也使得自然地理现象呈现纬度差异。教材为说明到达地球的太阳辐射的纬度差异及其产生的影响,安排了“北半球大气上界太阳辐射的分布”“热带雨林和亚寒带针叶林生物量的差异”两张图,并在“思考”中提出问题,引导学生将太阳辐射在地球上分布的纬度差异与地表生物量的纬度差异建立联系。因为地球上太阳辐射分布的纬度差异是各种地理现象产生差异的基础,通过这一设计可以尽早帮助学生形成地理思维,为后面的学习提供铺垫知识。
另一方面是人类对太阳辐射的利用,即从能源的角度介绍太阳辐射。教材概括了太阳能被人类利用的渠道：直接利用、存储转换后使用和被生物固定并积累后使用。对于直接利用和存储转换后使用,教材分别通过图文的形式举例说明。教材中图1.14为家庭太阳能供热系统直接将太阳能吸收并转化为热能；教材中图1.15为太阳能光伏电站将太阳能捕获并存储,再转化为电能。
第二个标题“太阳活动对地球的影响”目的在于帮助学生通过认识太阳的大气层,了解太阳大气异常变化的表现及其对地球产生的影响。教材在概括介绍太阳大气层结构的基础上,帮助学生认识太阳风。教材强调在正常情况下,地球的磁场能够阻挡太阳风。太阳活动使得太阳风增强,而太阳风增强则会干扰地球的磁场,由此给地球上的人类活动带来影响。教材通过这一方式帮助学生了解太阳活动对地球产生影响的原理。教材通过图文结合的形式概括介绍几种主要的太阳活动现象,以及太阳活动对地球产生的具体影响。同时,教材提供了案例进一步说明太阳活动对地球产生的影响,指出近些年来随着人类科技的发展,太阳活动对人类影响也更加显著。
教材开篇的情境设计选择从利用太阳能发电的角度来说明太阳对地球的影响。为了增加可读性,教材设计了一个冲突较大的情境。对于电力供应紧张的地方,直接利用太阳能成为便捷的能源获取方式。教材从这一角度出发,引导学生认识我们习以为常的太阳竟然还有如此功用,同时进一步思考:除了发电,太阳对我们的生产生活还有哪些影响?学习第一个标题后,学生可以容易得出答案,教材中没有用文字来呼应。
本节“活动”主题是分析太阳黑子的变化周期,目的是让学生认识太阳活动是有周期的,并在此基础上训练学生阅读、分析、总结的方法。数据分析也是基础科学研究的重要环节。
本节内容结构如图1-3所示。
【内容要点说明】
太阳辐射对地球的影响
1.太阳辐射对地表形态、大气运动、水循环的影响因缺少知识铺垫,将在接下来的章节具体阐述,教材在这里只概括事实,不扩展说明原因。
2.利用太阳光发电有两种方式:一种是利用太阳光直接发电,叫太阳能光伏发电；另一种是利用太阳光间接发电,叫太阳能光热发电。太阳能光热发电用来自太阳光的热能加热循环水,产生水蒸气,推动涡轮转动,从而带动发电机发电。太阳能光伏发电通过一种半导体材料,直接将太阳辐射转化为电能,这种材料的功能被称为“光伏效应”,在太阳能发电领域普及较广。教材中提到的就是太阳能光伏发电。
太阳活动对地球的影响
1.与太阳活动相关的内容对学生来说比较陌生,尤其是各种名词叠加使得这部分内容缺少吸引力。教材在设计时希望能够构建一些知识逻辑,太阳风是一个最合适的切入点。太阳活动对地球的影响是通过太阳风来实现的。太阳表面不断向各个方向射出带电粒子流(主要是氢原子核和自由电子),1958年人们开始用“太阳风”来描述这种带电粒子流。太阳风接近地球时,首先与地球的磁场相互作用。地球的磁场使太阳风向地球的两极偏转,正常状态下,太阳风对地球不会产生太大影响。当太阳活动增强时,向外抛射的能量加大,就出现了“太阳风暴”。我们所说的太阳活动对地球的影响指的就是这种情况。
2.太阳的内部结构比较复杂,课程标准关于此部分的“内容要求”是“认识太阳活动对地球的影响”。太阳活动的外在表现主要是太阳的外部大气发生变化。为了不增加难度,教材不对太阳的内部结构进行介绍。
3.教材提到“我国古代史书中就有关于太阳黑子的记载”和“1859年的太阳耀斑爆发是第一次有记录的太阳活动现象”,两者是针对不同问题的描述。我国古代史书上的记载是针对太阳观察的记录。人们在观察太阳的时候,看到炽热光亮的太阳表面常常出现黑色的斑点。战国时期天文学家甘德和石申的《甘石星经》记载“日中有立人之象”,就是对太阳的黑子的描述,说它像站立着的人那样大。这是世界最早的关于太阳黑子的记录,当时还未能认识太阳活动。“1859年的太阳耀斑爆发是第一次有记录的太阳活动现象”指的是人类感受到太阳活动现象对地球的影响并记录了下来。
【教学建议】
教学思路及方法建议
本节教学根据教材内容设计分为两个部分。第一部分太阳辐射对地球的影响,可以采用“案例分析-分组探究-归纳总结”方式展开。首先利用开篇情境设计提出问题：太阳能在我们生活中有哪些利用方式?它对地理环境以及我们的生产、生活有哪些影响?然后指导学生读教材中图1.12、图1.13、图1.14、图1.15,让学生分组讨论,全班交流。最后师生共同总结知识框架和结论。在具体教学过程中要注意以下方面。
1.对西藏阿里地区冈底斯藏学院的自然环境特征不要展开,只需要利用中国地形图告知学生位置和地形特点。
2.太阳辐射纬度分布差异是地域分异的基础,所以要重点让学生了解太阳辐射的纬度分布存在差异,且有一定的规律。
3.太阳辐射对水和大气运动的影响,学生还缺少知识储备,教师可以给学生提供一些案例,引导学生思考探究。
第二部分太阳活动对地球的影响,教师可以采用“讲授-案例分析-总结”方式开展。首先教师利用教材中图1.16、图1.18讲授太阳大气结构和太阳活动的表现。而后向学生展示太阳活动对人类生产生活影响的案例,指导学生分析太阳活动的影响,最后总结。教学过程中要注意以下两点。
1.抓住太阳风这个主线讨论太阳活动的影响。
2.强调正常情况下,由于地球磁场的保护,太阳活动对地球的影响是很小的。
重点和难点
太阳辐射是影响自然环境演化的主要动力和人类社会目前使用的主要能量的来源,所以太阳辐射对地球的影响是本节重点。本节另一个重点是太阳活动对地球的影响。
由于学生还不具备相应的知识储备,所以大气上界太阳辐射纬度分布和生物量关系成为本节的难点。
课时建议 1课时。
实施建议
【导入】
教学中,教师可先展示青藏高原地形图,标注西藏阿里地区,请学生阅读节首情境,提出问题导入新课。
1.阿里地区以前为什么缺电?现在为什么选择太阳能光伏电站发电?这与其位置和地形有什么关系?
2.除了利用太阳能发电,太阳辐射对自然环境和我们的生产、生活还有哪些影响?
【太阳辐射对地球的影响】
这部分内容教学的重点是太阳辐射对地球和人类的影响,以及由于地球不同纬度地带接受的太阳辐射能不同,使得许多自然地理现象呈现纬度差异。具体可分三个部分展开。
一、简要了解太阳辐射能的来源
教学中,可先提出问题：太阳能来自哪里?然后指导学生阅读教材第一自然段内容,了解太阳辐射的概念和能量来源。总结时可就太阳辐射能强调以下三点。
1.巨大,即“只有二十二亿分之一到达地球,但是对于地球和人类的影响却是不可估量的”。
2.稳定,即“以目前核聚变的速率来看,太阳正处于稳定的壮年期”。
3.源源不断,即“太阳以电磁波的形式向宇宙空间放射能量”,全天候,无间断。
教学中可适当介绍太阳的结构和组成,但不可深究太阳内部核聚变过程。
二、深入分析太阳辐射对地球和人类的影响
教学时,教师可展示一些图片设置情境,提出如下问题：
1.雨后的路面,为什么太阳一晒就干了?或者洗过的衣服为什么有太阳晒就干得快?
2.盛夏烈日下,站在柏油路面上有什么感受?
3.绿色植物光合作用合成含有生物能的有机质,其能量来自哪里?
4.地球存在生命的必备条件之一是有适宜的温度,这与太阳辐射有什么关系?
探讨上述问题时,要引导学生分要素对太阳辐射的影响加以归纳,同时要引导学生结合具体案例分析太阳辐射能在自然环境的转化过程,提高学生综合思维水平。
对于“太阳辐射为我们生产、生活提供能量”这部分内容,学生具备相应的生活经验和知识积累,所以可以让学生结合教材中图1.14、图1.15举例说明我们目前使用的能量中哪些与太阳辐射有关。教师最后做简要总结。
三、注重总结太阳辐射纬度分布规律及其影响
这部分重点是指导学生读教材中图1.12和图1.13,结合“思考”总结规律、讨论影响。读图1.12时,可设置以下问题：
1.赤道地区年太阳辐射总量可达到多少?北极地区是多少?
2.赤道地区年太阳辐射总量大约是北极地区的多少倍?
3.从赤道到北极,年太阳辐射总量呈怎样的变化趋势?
4.南半球的趋势如何?
5.全球大气上界年太阳辐射总量分布呈现怎样的规律?
读图1.13时,可结合图1.12,设置如下问题：
1.图1.12为何要强调“大气上界”?
2.热带雨林的生物量是亚寒带针叶林的多少倍?
3.热带雨林区和亚寒带针叶林区分别对应图1.12中的哪个纬度带?
4.热带雨林区和亚寒带针叶林区的气温有何差异?
5.生物量与大气上界太阳辐射的分布有什么样的关系?
对上述问题,可分组讨论探究,全班交流,师生共同得出结论：生物量和太阳辐射量都随纬度的升高不断降低。太阳辐射量大,生物量多；太阳辐射量小,生物量少。
【承转】
展示一幅太阳黑子图片或有关我国古代对太阳黑子观察的描述,指出除了太阳辐射,太阳也会通过另一种方式影响地球和人类。
【太阳活动对地球的影响】
这部分内容教学的重点是太阳风增强对地球的影响及其对人类活动造成的危害。具体可分两个部分进行。
一、简要了解太阳大气结构和太阳活动
教师指导学生读教材中图1.16和图1.18,了解太阳大气结构和主要太阳活动表现,并用板书总结。主要突出以下三点。
1.明确太阳活动发生的太阳大气层。太阳大气从里到外依次为光球、色球和日冕,对应太阳活动分别是黑子、耀斑和日珥、日冕物质抛射。
2.强调太阳活动强弱有标志、变化有周期。太阳黑子的多少和大小可以作为太阳活动强弱的标志。人们发现太阳黑子数量具有周期性变化,有的年份多,有的年份少。
3.太阳活动通过太阳风对地球产生影响。太阳风—太阳大气释放的高速带电粒子流会扰动地球的磁场和大气。
二、具体分析太阳活动影响地球和人类的方式
首先指导学生读教材中图1.17,强调在正常情况下,由于有地球磁场的保护,太阳风对地球的影响是很小的；只有当太阳活动强烈时,太阳风暴对地球有显著的影响。
然后指导学生读教材中图1.19,结合案例“不同历史时期太阳活动的影响”,提出以下问题：
1.案例中受影响的事物分别对应图1.19中的哪一类事物?
2.受损害事物和设施具有哪些共同特征?
3.为什么不同发展时期太阳活动对人类社会影响程度不同?
4.为什么现在世界上很多国家都非常重视对太阳活动的观测和研究?太阳活动影响的记录为何越来越多?
教学中,教师可以提前让有兴趣的学生准备一些案例,课堂交流分享。也可由教师准备一些案例向学生展示,然后师生共同总结。交流讨论过程中要注重培养学生综合思维能力,以及防灾减灾的意识
【活动：分析太阳黑子的变化周期】
教学中,要重点利用教材中提供的不同时间尺度的太阳黑子变化统计图,并通过设置问题指导学生掌握找出太阳黑子变化周期的方法和步骤。
总结太阳黑子的变化规律(周期)比较简单。但教学时要引导学生思考教材分别提供35年和300年时间跨度统计图的原因：一是告诉学生统计方法是研究地理问题的重要手段；二是告诉学生利用统计方法得出的结论是否科学,与样本的数量有关。
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1-3)。
表1-3 第一章第二节教学与评价目标
| 评价目标 | 水平1 | 水平2 | 水平3 |
| 知道太阳辐射的概念 | 能够说出太阳辐射是太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量的现象 | 能够说明太阳辐射能的特点 | |
| 说明太阳辐射对地球的影响 | 能够举例说明太阳辐射为地球提供光、热,维持着地表温度,是地球上水、大气运动和生命活动的主要动力；能举例说出太阳辐射可以被捕获并储存,转换成热能、电能等 | 能够分要素举例说明太阳辐射对地球和人类的影响, 并能说出不同纬度地区接受的太阳辐射存在差异，是自然地理现象呈现纬度地域分异的基础 | 能够分要素举例说明太阳辐射对地球和人类的影响；能够概括不同纬度地区大气上界太阳辐射的分布规律,并能举例说明该规律引起的自然地理现象呈现纬度分异 |
| 太阳活动的概念和主要类型 | 知道太阳活动指太阳大气的变化；了解太阳活动主要有太阳黑子、耀斑、日珥、日冕物质抛射等 | 知道太阳大气层的基本结构及太阳活动现象存在的位置及主要表现；能说出太阳活动现象之间有密切联系 | |
| 太阳活动对地球的影响 | 知道太阳活动影响地球磁场和大气层等 | 能说出磁暴、极光等现象；知道太阳活动还会对卫星导航、空间通信、电网、航空航天等人类活动产生灾害性的影响 |
二、评价方法
1.纸笔测验。命制试题时不能过度注重太阳辐射、太阳活动等抽象知识的识记,而要关注学生能否结合实例说明太阳辐射、太阳活动对人类生产、生活的影响以及如何合理利用太阳能。
2.课堂观察。要紧扣重难点观察学生的认知方法和思维水平。本节内容重在举例说明太阳辐射和太阳活动对人类生产、生活的影响及对地球的影响。课堂上要关注学生从案例及图表中获取信息的能力,以及通过对不同事物对比分析得出结论的能力。
3.表现记录。本节根据分析太阳黑子变化周期的目标,设计活动表现记录表,进行等级评定。
三、评价示例(以教材中活动为例)
活动:分析太阳黑子的变化周期(材料略)
对本活动中学生的表现评价可参考表1-4。
表1-4 活动表现评价及样例
| 问题序号 | 水平 | 表现 | 样例 |
| 1 | 水平1 | 能大致找出相邻的两个波峰或两个波谷的时间间隔 | 10年、11年、12年等 |
| 水平2 | 能分别找出相邻的两个波峰或波谷的时间间隔,并进行对比 | 相邻的两个波峰或波谷的时间间隔均在10年、11年或12年 | |
| 2 | 水平1 | 能找出最左侧和最右侧波谷的年份,能大致数出这两个年份间的波峰个数 | 1700年、2000(2010)年；26(27) 个左右 |
| 水平2 | 能计算出相邻两个波谷间的平均时间间隔 | 约11年 | |
| 3 | 水平1 | 能说出太阳黑子数呈现周期性变化的规律 | 有一定的周期性 |
| 水平2 | 能说出太阳黑子数的变化周期约为11年 | 太阳黑子数呈现明显的周期性变化,周期约为11年 |