探尋人教版教材中“氣旋與反氣旋”內(nèi)容的變化軌跡

氣旋與反氣旋是重要的天氣系統(tǒng)類(lèi)型，也是第二單元《大氣》的重要組成部分，人教版不同版本的教材均對(duì)該內(nèi)容做了重要闡述，仔細(xì)研究，這一內(nèi)容在不同版本中又有區(qū)別，從以下分析中可以看出教材發(fā)展完善的軌跡。一、2003年6月第1版內(nèi)容簡(jiǎn)析1.教材具體內(nèi)容低壓或氣旋、高壓或反氣旋，分別是對(duì)同一天氣系統(tǒng)的不同描述。低壓、高壓是對(duì)天氣系統(tǒng)氣壓狀況的描述，氣旋、反氣旋是對(duì)天氣系統(tǒng)氣流狀況的描述。由于低壓(氣旋)和高壓(反氣旋)的氣壓和氣流均不相同，其天氣狀況也不相同(圖2.21)。氣旋的氣流從四面八方流入中心，使氣旋中心氣流被迫上升?？諝庠谏仙^(guò)程中溫度下降，其中水汽容易凝云致雨。反氣旋的氣流向四周流出以后，高層的空氣就自上而下來(lái)補(bǔ)充，形成下沉氣流?？諝庠谙鲁吝^(guò)程中溫度升高，其中水汽不易凝結(jié)，所以反氣旋控制的地區(qū)，天氣晴朗。2.該段教材特點(diǎn)該段教材內(nèi)容簡(jiǎn)潔明快，對(duì)低壓(氣旋)和高壓(反氣旋)的定義、近地面空氣的水平運(yùn)動(dòng)、空氣在垂直方向的運(yùn)動(dòng)以及高、低壓控制下的天氣狀況均加以闡述，邏輯關(guān)系緊密，讓人一目了然。當(dāng)然也有不足之處：一是對(duì)氣旋與反氣旋系統(tǒng)近地面氣流和垂直方向上的空氣運(yùn)動(dòng)狀況做了分析研究，但對(duì)高空氣流運(yùn)動(dòng)狀況并沒(méi)有涉及，顯得不夠完整；二是示意圖在水平方向運(yùn)動(dòng)用平面圖表示，垂直方向用立體圖表示，兩者沒(méi)有疊加組合(見(jiàn)圖1)，學(xué)生在理解時(shí)可能有些困難，總體看來(lái)教材相對(duì)單薄。二、2004年5月第1版改進(jìn)及不足1.教材具體內(nèi)容低壓或氣旋，高壓或反氣旋，分別是對(duì)同一天氣系統(tǒng)的不同描述。低氣壓與高氣壓，是指氣壓分布狀況而言的；氣旋與反氣旋，是指氣流狀況而言的。氣旋是中心氣壓低、四周氣壓高的大氣水平渦旋。在北半球，氣旋區(qū)域內(nèi)空氣作逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)，在南半球則相反。在低空，氣流從四面八方流入氣旋的中心，使中心的空氣被迫上升。當(dāng)氣流升至高空后，它又向四周流出。這樣，低層大氣就會(huì)不斷地從四周向中心流入，以補(bǔ)充中心上升的空氣。所以一個(gè)由氣流垂直運(yùn)動(dòng)連接而成的低空輻合、高空輻散的環(huán)流系統(tǒng)，是氣旋存在和發(fā)展的前提。反氣旋是中心氣壓高、四周氣壓低的大氣水平渦旋。在北半球，反氣旋區(qū)域內(nèi)的空氣作順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)，在南半球則相反。反氣旋的氣流向外流出后，高層的空氣就自上而下來(lái)補(bǔ)充，形成下沉氣流，以補(bǔ)充近地面向四周流出的空氣。所以，一個(gè)由氣流垂直運(yùn)動(dòng)連接而成的低空輻散、高空輻合的環(huán)流系統(tǒng)，是反氣旋存在和發(fā)展的前提。（教材圖示見(jiàn)下圖2）2.該段教材特點(diǎn)(1)該段內(nèi)容較前一版教材有了明顯發(fā)展，主要表現(xiàn)為以下幾方面：①明確了低壓(氣旋)和高壓(反氣旋)系統(tǒng)高空和地面氣流運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，既闡述了近地面氣流水平運(yùn)動(dòng)狀況和垂直方向的運(yùn)動(dòng)狀況，又分析了與之對(duì)應(yīng)的高空氣流水平運(yùn)動(dòng)狀況，便于學(xué)生從整體上把握低壓(氣旋)和高壓(反氣旋)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。②建立了低壓(氣旋)和高壓(反氣旋)系統(tǒng)和熱力環(huán)流之間的聯(lián)系，讓學(xué)生所學(xué)知識(shí)前后呼應(yīng)。以北半球氣旋為例，近地面低壓(氣旋)高空對(duì)應(yīng)為高壓(反氣旋)；近地面氣流逆時(shí)針輻合，高空氣流為順時(shí)針輻散，這有利于學(xué)生形成知識(shí)體系。③用大氣水平運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原理、氣流水平運(yùn)動(dòng)的軌跡理論來(lái)解讀近地面和高空氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其產(chǎn)生原因。近地面氣流運(yùn)動(dòng)受水平氣壓梯度力、地球自轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力共同作用，氣流運(yùn)動(dòng)方向與等壓線成一定夾角，所以成輻合、輻散狀。高空氣流運(yùn)動(dòng)受水平氣壓梯度力和地球自轉(zhuǎn)偏向力共同作用，氣流運(yùn)動(dòng)方向與等壓線平行。④圖2組合了垂直方向和水平方向氣流的運(yùn)動(dòng)狀況，用立體圖示的方法直觀地反映了氣流在高空、近地面水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)的情況，形象生動(dòng)，便于學(xué)生掌握。(2)該段內(nèi)容存在的不足：①教材文字中認(rèn)為北半球氣旋高空氣流水平運(yùn)動(dòng)狀況為順時(shí)針輻散運(yùn)動(dòng)，而教材“圖2.22”中表現(xiàn)為圓周運(yùn)動(dòng)，氣流運(yùn)動(dòng)方向和等壓線平行，既不是輻散，也不是輻合。文字和示意圖自相矛盾，不能自圓其說(shuō)。②按照示意圖中高空氣流的運(yùn)動(dòng)方式，熱力環(huán)流就不應(yīng)該存在，如圖3(以北半球?yàn)槔?所示。高空平面氣流因?yàn)榕c等壓線平行而無(wú)法從高壓區(qū)流到低壓區(qū)，反映在圖4中a氣流就不存在，顯然這是對(duì)熱力環(huán)流理論的否定，讓教材兩節(jié)內(nèi)容之間不能前后呼應(yīng)，影響教材的公信力和權(quán)威性。三、2008年2月第3版優(yōu)勢(shì)及懸念1.教材具體內(nèi)容文字內(nèi)容和上一版教材一致，圖示有所變化，如圖5所示。2.該段教材的特點(diǎn)(1)示意圖改變后帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。該版教材在2004年5月第1版的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步的改進(jìn)，保留了其文字?jǐn)⑹霾糠郑薷牧耸疽鈭D，把高空氣流運(yùn)動(dòng)部分作了刪減，這既保留了前版教材的優(yōu)點(diǎn)，又回避了前述的兩個(gè)問(wèn)題。(2)該段教材存在的不足：①在發(fā)現(xiàn)教材內(nèi)容前后沖突的情況下，采用了回避矛盾的方法，只是將高空氣流運(yùn)動(dòng)部分的圖進(jìn)行了刪減。②沒(méi)有正面用圖的形式正確回答高空氣流運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，顯得圖形不夠完整、豐滿(mǎn)。(3)沒(méi)有從理論上解析高空氣流在水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，為什么能輻合、輻散狀流動(dòng)而不與等壓線平行。四、該段教材變化過(guò)程中需要解決的矛盾焦點(diǎn)該段教材的矛盾焦點(diǎn)是高空氣流運(yùn)動(dòng)與大氣水平運(yùn)動(dòng)理論之間不能一致起來(lái)，仔細(xì)分析，其實(shí)這中間并不矛盾，理由有以下幾點(diǎn)。1.高空氣流運(yùn)動(dòng)方向與等壓線平行是有條件的，即高空氣流運(yùn)動(dòng)只受水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力作用，不受摩擦力作用，假定高空摩擦力為零。實(shí)際上這是一種理想狀態(tài)，高空摩擦力雖然小但不可能為零，所以高空氣流運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)完全與等壓線平行。2.即便高空摩擦力真的為零，氣流運(yùn)動(dòng)方向要達(dá)到與等壓線平行也需要一個(gè)過(guò)程，如下頁(yè)圖6所示。空氣質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)出發(fā)，到B點(diǎn)與等壓線平行需要一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中氣流運(yùn)動(dòng)方向與等壓線是不平行的，只有到了B以后才平行。這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是水平氣壓梯度力和地球自轉(zhuǎn)偏向力共同作用的過(guò)程，過(guò)程的長(zhǎng)短取決于兩個(gè)力的發(fā)展變化以及對(duì)比關(guān)系。在三圈環(huán)流的低緯環(huán)流中，赤道高空高壓氣流在流向高緯度高空低壓的過(guò)程中直到南北緯30°高空附近才與緯線(等壓線)平行。所以氣旋、反氣旋高空氣流在水平方向流動(dòng)不一定與等壓線完全平行，因而可呈輻合、輻散狀流動(dòng)。北半球的臺(tái)風(fēng)氣流運(yùn)動(dòng)就可以充