張建春

摘要：實踐課程和活動課程是新時期教學(xué)改革和開拓的新領(lǐng)域，筆者統(tǒng)整學(xué)校特色建設(shè)與校本課程構(gòu)建，打通學(xué)科內(nèi)部的知識聯(lián)系，進行校本課程開發(fā)。形成如下建構(gòu)策略：一是圍繞一個中心原理將書本知識與實驗操作、課堂教學(xué)與社會現(xiàn)象有機統(tǒng)整；二是統(tǒng)整地理、物理、數(shù)學(xué)和語文等學(xué)科知識；三是將學(xué)生的思維引力始終吸附在對“司空見慣現(xiàn)象”的剖析、批判、再認(rèn)知上，將探究興趣恒久保持于“知識內(nèi)容引起的”、“自然現(xiàn)象激發(fā)”的土壤中，生發(fā)內(nèi)生原始的學(xué)習(xí)動力。本文以《神奇的對流現(xiàn)象》為例，說明我校校本課程開發(fā)的思路及其實踐效果。

關(guān)鍵詞：校本課程；特色建設(shè)；統(tǒng)整策略

中圖分類號：G633.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）05-040-3

一、基本原則

校本課程的開發(fā)原則是將環(huán)境教育與科學(xué)活動結(jié)合成為特色發(fā)展的重要生長點、創(chuàng)新點和發(fā)展點。在自然中尋找科學(xué)的原型、在生活中探究科學(xué)的魅力，抽取自然現(xiàn)象中蘊含的科學(xué)規(guī)律，提升自然現(xiàn)象的科學(xué)與課程價值。

對流現(xiàn)象司空見慣，對流是指流體內(nèi)部的分子運動，是物質(zhì)、能量傳遞的主要模式，是太陽傳遞物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)。熱對流是地球上“幾種意義重大場面壯觀的現(xiàn)象的基礎(chǔ)”（《探索復(fù)雜性》四川教育出版社，2010年4月第3版P6）。比利時科學(xué)家G.尼科里斯和I.普利高津?qū)ⅰ盁釋α鳌弊鳛槲锢韺W(xué)中自組織現(xiàn)象的范例進行分析探索復(fù)雜性，進而構(gòu)建耗散結(jié)構(gòu)理論，該理論與協(xié)同論、突變論并稱為現(xiàn)代科學(xué)方法論的“新三論”。打破自然科學(xué)各門類之間乃至自然科學(xué)與社會科學(xué)之間的壁壘，再次點燃科學(xué)革命之火。

“對流現(xiàn)象”在大氣圈、水圈，乃至巖石圈內(nèi)都廣泛存在。大氣環(huán)流和大洋環(huán)流決定著大范圍短中期天氣變化，地幔大規(guī)模的熱對流運動誘發(fā)大陸板塊運動從而引發(fā)火山、地震等地質(zhì)災(zāi)害。生活中對流現(xiàn)象也隨處可見，如祭祀時燒紙錢時形成的熱力環(huán)流、夏天海邊的同學(xué)會感受到白天吹向陸地的海風(fēng)、晚上吹向海洋的陸風(fēng)等。通過考察、建模、想象等過程使同學(xué)們感受到自然賜予的靈感和科學(xué)帶來的魅力。

二、活動目標(biāo)

1.學(xué)生通過觀察、實驗、建模，驗證對流現(xiàn)象的普遍存在性以及其中蘊含的科學(xué)價值、科學(xué)規(guī)律對自然和社會現(xiàn)象的解釋力。（過程與方法）

2.在探索對流現(xiàn)象及其背后蘊藏的科學(xué)規(guī)律過程中，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力，以及基于自然現(xiàn)象歸納科學(xué)規(guī)律、基于規(guī)律解釋、解決實際問題的實踐創(chuàng)新能力。（知識與技能）

3.通過本活動使學(xué)生養(yǎng)成親近自然、關(guān)注現(xiàn)象、挖掘規(guī)律的思維習(xí)慣和行為偏好，形成愛自然、愛科學(xué)的情感態(tài)度，樹立自然乃科學(xué)之母的價值觀。（情感態(tài)度價值觀）

三、活動過程

（一）大氣對流

知識背景：

大氣中的一團空氣在熱力或動力作用下的垂直上升運動。通過大氣對流可以使對流層大氣高低層之間的物質(zhì)與熱量發(fā)生交換，對流還使水汽凝結(jié)可能產(chǎn)生降水。大氣對流分為熱力對流和動力對流。熱力作用下的大氣對流是指一團空氣的密度小于環(huán)境空氣的密度，因而它所受的浮力大于重力形成的上升運動。雷陣雨即是熱力對流所致。動力作用下大氣對流主要是指在氣流水平輻合或地形阻擋所形成的上升運動。鋒面雨和地形雨即是動力對流所致。

觀看視頻：首先我們觀看一段“大氣熱對流”視頻。

頭腦風(fēng)暴：請同學(xué)們舉出“生活中的對流現(xiàn)象”。

生1：春節(jié)祭祖燒紙錢時會發(fā)生對流現(xiàn)象。

師評：祭祖是中國的傳統(tǒng)美德，但燒紙錢不利于環(huán)保，我們應(yīng)該選擇與環(huán)境友好、對先人更有意義的祭祖方式。

生2：冬天生爐子會使屋子暖和起來。

……

實驗演示：接下來我們來做一個熱力對流實驗。

在一個相對密閉的玻璃屋中一邊放一支蠟燭，一邊放一個冰塊，點燃蠟燭后將一根羽絨放在上面，觀察羽絨的運動軌跡。

實驗結(jié)論：請同學(xué)們分析觀察結(jié)果。

實驗改進：

生1：將蠟燭改為一支點燃的香煙，然后看煙跡，比羽絨軌跡更簡單。

生2：熱源可以改為電爐或者一塊燃燒的煤炭，熱量更大，對流更顯著。

……

思維建模：（聯(lián)系高中地理必修一“熱力環(huán)流”）

1.假設(shè)A、B二地受熱均勻，則二地上空同一高度上的氣壓值會有什么情況？空間氣壓值相等的點組成的面構(gòu)成等壓面，等壓面分布規(guī)律如何？（如圖1）

生1：由于受熱均勻，空氣不會發(fā)生密度變化，因而也不會形成空氣運動，等壓面呈水平分布。

2.將上圖中的A、B分別表示為上述實驗中的“蠟燭”和“冰塊”則A、B二地空氣運動方向如何？等壓面如何變化？（需要通過借助物理知識和數(shù)學(xué)工具）。

生2：“蠟燭”處受熱空氣上升，“冰塊”處冷空氣下沉，上升的地方氣壓下降，下沉的地方氣壓升高，因而可以發(fā)現(xiàn)在“蠟燭”處等壓面向下彎曲，在“冰塊”處等壓面向上彎曲。

案例剖析：

請同學(xué)們將下面題目與上述思維模型進行類比聯(lián)系，同時解釋自然現(xiàn)象。

1.畫出市區(qū)與郊區(qū)之間的熱力環(huán)流。并解釋諺語“鄉(xiāng)下的風(fēng)，市上的雨”？

生3：由于城市道路、建筑密度大，綠地少，因而氣溫較高，形成低壓，空氣上升，加上城市塵埃較多，上升過程中水汽容易凝結(jié)，形成較豐富的降水；而鄉(xiāng)間或郊區(qū)地勢空曠，綠地較多，氣溫較低，空氣下沉，形成高壓，在近地面形成由郊區(qū)吹向城市的風(fēng)。因而有“市上的雨，鄉(xiāng)下的風(fēng)”說法。

2.畫出海陸間的熱力環(huán)流。

3.為什么白天海風(fēng)習(xí)習(xí)，晚上風(fēng)向又轉(zhuǎn)為陸上吹向海洋的風(fēng)了？

生4：白天陸地增溫快，氣溫高，形成低壓，而海洋氣溫低，形成高壓，根據(jù)在同一水平面上空氣由高壓向低壓運動的原理，可以看到白天的風(fēng)從海洋吹向陸地，稱為陸風(fēng)。晚上情況相反。

4.畫出山谷之間的風(fēng)向。并用熱力原理解釋成因。

生5：白天山頂受熱快，形成低壓，空氣上升，山谷受熱慢，形成高壓，空氣下沉，于是形成由山谷沿山坡吹向山頂?shù)墓蕊L(fēng)。晚上情況相反。

5.請讀一下晚唐詩人李商隱的《夜雨寄北》。

夜雨寄北

（唐）李商隱

君問歸期未有期，

巴山夜雨漲秋池。

何當(dāng)共剪西窗燭，

卻話巴山夜雨時。

從詩中看出這是什么季節(jié)？用熱力原理解釋“巴山夜雨”？

生6：從詩中“漲秋池”的信息得出是秋季。根據(jù)剛才第4題的原理可知晚上山谷降溫慢，氣溫較高，形成低壓，空氣上升，容易形成降水。因此有“巴山夜雨”現(xiàn)象。

（二）水體對流

實驗深化：

1.對流既包括氣體，也包括液體，下面進行液體對流的實驗。將一鍋水放在電爐上燒沸，觀察現(xiàn)象。分析鍋中水體的熱力結(jié)構(gòu)。

生1：我看到水從底部向上翻，這是由于熱量從下面向上傳，下部得到的熱量多于上部，形成了下熱上冷的熱力結(jié)構(gòu)。

2.在自然界的水體中是否也存在這樣的熱力結(jié)構(gòu)呢？請觀察“海水溫度垂直變化規(guī)律”分析這樣的結(jié)構(gòu)能不能發(fā)生對流現(xiàn)象呢？

生2：從圖中看到的情況分析，這是上部熱下部冷的情況，不利于發(fā)生對流。

生3：但是我們在分析舟山漁場的成因時，不是講到冬季海水表層溫度低，而下部海水溫度較高，于是形成下熱下冷的結(jié)構(gòu)，有利于對流形成，將海水中的營養(yǎng)鹽類帶上來，形成漁場。

師評：對，海水中也可以形成熱力對流。那么海水中有沒有能不能形成其他對流現(xiàn)象呢？

3.請看下圖作出分析。

生4：在近海地區(qū)的海水在離岸風(fēng)的吹拂下離開海岸，使該處海平面降低，下面的海水向上翻，形成上升流，而在較遠(yuǎn)的海區(qū)形成下降流，這樣就形成的對流環(huán)流。

4.閱讀下面的材料，請分析秘魯沿岸為什么海洋漁業(yè)資源如此豐富？

秘魯沿岸附近的海洋上充滿著生物。豐富的浮游植物、浮游動物把這個地區(qū)的海洋變?yōu)榈厍蛏献钬S富的漁場之一。這里的安抽魚“哺育”著3000萬一5000萬只海鳥和數(shù)以億計的金槍魚等。

生5：秘魯沿岸由于離岸風(fēng)和地轉(zhuǎn)偏向力雙重作用下形成離岸流，下層海水上泛，將底部鹽類帶上來，使浮游生物增多，魚類的餌料增多，形成漁場。

5.野外考察：請同學(xué)們到長江邊觀察河岸的陡緩情況，并用動力對流原理分析成因。（注意分組進行，選出組長，在老師帶領(lǐng)下進行，注意安全；最后由各小組將考察結(jié)果展示出來。）

第三小組生6：我們通過觀察，發(fā)現(xiàn)啟東段長江北岸較緩，推測南岸應(yīng)該較陡，在老師的指導(dǎo)啟發(fā)下運用地轉(zhuǎn)偏向力原理分析：長江河水東流，地轉(zhuǎn)偏向力右偏，即偏向南岸，使南岸水量增多，上層水下沉，北岸水量減少，下層水上升補充，這樣就形成了循環(huán)對流現(xiàn)象。

（三）地幔對流

知識背景：

在地幔中心，物質(zhì)受熱變輕，緩慢上升形成上升流，到軟流層頂轉(zhuǎn)為平流，平流一定距離后與另一相向平流相遇而成下降流，繼而又在深處相背平流到上升流的底部，補充上升流，從而形成一個環(huán)形對流體，即地幔對流，速度非常慢，可持續(xù)幾千萬年到幾億年。平流馱著的巖石圈板塊作大規(guī)模的緩慢的水平運動，因此地幔對流被認(rèn)為是板塊運動的驅(qū)動力。板塊之間或碰撞或張裂形成如今地球表面的海陸分布形勢。板塊構(gòu)造學(xué)說是解釋地殼運動、現(xiàn)代海陸、火山地震等形成和分布的理論，具有與相對論和量子論相媲美的魅力。

1.閱讀“全地幔對流示意圖”，請分析地幔對流的熱力結(jié)構(gòu)及成因。

生1：地幔上部有一個軟流層，由于地下放射性元素蛻變而產(chǎn)生熱量使巖石熔化而形成的，這樣就形成了下熱上冷的情況。后面的情況與大氣對流情況相似。

2.將地幔熱力結(jié)構(gòu)與大氣熱力結(jié)構(gòu)、海水熱力結(jié)構(gòu)作一比較，分析異同？

生2：將地幔、大氣、海水的熱力結(jié)構(gòu)畫出來，就可以看出地幔、大氣可以發(fā)生熱力對流，而海水上熱下冷更多的情況是形成動力對流。

3.請自己動手做一個地幔對流的實驗，并演示板塊運動情況。

生3：軟流層使我想起我家煮的麥面粥，它們可能比較相似。拿它作一個演示實驗比較合適。

4.閱讀世界地圖，并請上網(wǎng)查看世界著名的地震情況，將遠(yuǎn)至公元79年8月24日維蘇威火山爆發(fā)，古城龐貝毀于一旦，2004年12月26日發(fā)生在蘇門答臘島附近海域8.9級特大地震，近至2011年3月11日14時46分（當(dāng)?shù)貢r間）發(fā)生于日本東北地方外海震級規(guī)模9.0級地震等十多個案例一一落實到圖上。

請分析世界上這些地震、火山與地幔對流運動的關(guān)系。

一個個案例就像一個個引人入勝的故事，娓娓動聽、歷歷在目，同學(xué)們驚訝于驚心動魄的自然偉力，沉浸在想象再造之中，抬頭再看一個個事件發(fā)生的地點，真是神了，它們幾乎全都在板塊構(gòu)造的邊緣地帶，真有天網(wǎng)恢恢、疏而不漏、一網(wǎng)打盡、盡在掌中之感，板塊構(gòu)造的理論魅力在實踐中發(fā)射出無與倫比的光芒，真是佩服得五體投地。接著請同學(xué)們概括火山地震發(fā)生的機制原理和分布規(guī)律，似乎變得如此簡單、如此容易，而且深信不疑；當(dāng)然對板塊運動的原動力——地幔對流提出質(zhì)疑，將無損于其光芒，而更加促使他們?nèi)プ非笳胬?、探索真理?/p>

四、總結(jié)反思

對流現(xiàn)象是自然界司空見慣的現(xiàn)象，發(fā)生于氣體、水體和地幔，觀察視角寬廣，思維變通性強，需要同學(xué)們由近及遠(yuǎn)、由淺入深、由現(xiàn)象見本質(zhì)、由實驗到建模的思維推理過程。整個課程依循著“觀察現(xiàn)象——提出問題——實驗探究——推導(dǎo)結(jié)論”的邏輯架構(gòu)進行，觀察現(xiàn)象的路徑多元化：可以借助身邊現(xiàn)象、可以借鑒世界案例（如地震、火山）、可以通過野外考察等，使自然融入學(xué)生視野，使規(guī)律在探究中生成，使思維在爭論中深化，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性積極性非常高漲。

反思教學(xué)現(xiàn)實，教師“把注意力只放在像技能和知識這類事情上”，而忽視了“形成一些基本持久的習(xí)慣、態(tài)度和興趣的過程”（杜威《我們怎樣思維》），忽視了“由知識內(nèi)容引起的”意識成長。我校在長期的環(huán)境教育實踐中，形成富有特色的綠色文化、綠色課堂，通過視域統(tǒng)整、知識統(tǒng)整的校本課程開發(fā)思路，使學(xué)生“開放、包容、好奇、質(zhì)疑、探究、嚴(yán)謹(jǐn)、敏感、自我監(jiān)控反思”的思維特質(zhì)得到積極的強化。

五、建構(gòu)策略

1.整堂課圍繞著一個中心原理——即“對流原理”，將三大圈層的對流現(xiàn)象有機整合，將書本知識與實驗操作、課堂教學(xué)與社會現(xiàn)象有機統(tǒng)整，將現(xiàn)象的探詢轉(zhuǎn)化為一系列深層的“問”，供學(xué)生進行“頭腦風(fēng)暴”，進行思維碰撞，去思考、消化、內(nèi)化為解決問題的思想和操作技能。

2.本課程統(tǒng)整地理、物理、數(shù)學(xué)和語文等學(xué)科知識，通過“點”將思維發(fā)散出去，形成基于教材、高于教材、整合教材、聚焦多點知識的課程開發(fā)思路，從而提高教師的課程開發(fā)能力和思維整合水平。

3.將學(xué)生的思維寬度放大，思維引力始終吸附在對“司空見慣現(xiàn)象”的剖析、批判、再認(rèn)知上，將探究興趣恒久保持于“知識內(nèi)容引起的”、“自然現(xiàn)象激發(fā)的”土壤中，生發(fā)內(nèi)生原始的學(xué)習(xí)動力。

（本文系全國教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點課題《全國綠色學(xué)校輻射效應(yīng)研究》（GHA093056）階段性成果）