大气环流的两种教学逻辑辨析，本文主要内容关键词为：环流论文,两种论文,大气论文,逻辑论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“大气环流”是高中地理教学的重点和难点。对于这部分内容，大多数教师使用的教学逻辑比较一致，笔者将其总结为“推翻假设”式教学逻辑。在许多教师看来，这样的教学逻辑清晰明确，是培养学生逻辑思维的典型范例。然而，经笔者调查发现，这一教学逻辑并非尽善尽美，不少学生在下课之后对大气环流仍是一头雾水，心中有许多想问又不敢问的问题，比如说：为什么要做假设？做了假设之后为什么又要推翻假设？为什么要以“地球不自转”“太阳直射赤道”“地球表面均匀”这三点作为假设条件？为什么不假设其他条件？面对这些问题，不少教师也很难给学生解释清楚。笔者由此质疑，“推翻假设”式教学逻辑真的合理吗？“推翻假设”式教学逻辑是大气环流教学的最优教学逻辑吗？有没有更易于学生理解的教学逻辑？ 一、大气环流的“推翻假设”教学逻辑 笔者通过研究现有优秀教案与优质课视频录像后发现，对于大气环流部分内容的教学，教师们使用最多的教学逻辑是“推翻假设”式教学逻辑。这种教学逻辑可以用“提出假设—推翻假设—逐步逼近—得出结论”的“四步法”来表述。在教学中，先提出三个假设条件：地球不自转；太阳永远直射赤道；地球表面均匀。然后逐个推翻以上假设，推翻“地球不自转”的假设后得出三圈环流规律，推翻“太阳永远直射赤道”假设后得出风带气压带的季节移动规律，推翻“地球表面均匀”的假设后得出海陆气压中心的变化规律。图1清晰地展示了“推翻假设”式教学逻辑。 为研究“大气环流”的教学，笔者收集了一定数量的优秀教案。不同的教案在教学环节设计上各有千秋，但教学的逻辑基本一致，即“推翻假设”教学逻辑。案例1是笔者在综合各版教案的设计之后，保留其共同环节，总结出的在“推翻假设”式教学逻辑指导下的常规教学设计。
【案例1】“推翻假设”教学逻辑指导下的教学设计（见下页表1） 一般来说，案例1中教学设计往往会得到类似“切合课标，结合学情，设计层层递进，问题环环相扣，逐步逼近事实，逻辑关系清晰”的评价。但就笔者调查研究的结果来看，事实似乎并非完全如此。笔者调查了长春市两所中学的高一、高三部分学生，以及东北师范大学的部分地理师范生和地理学科教学专业硕士。高一学生在初学大气环流部分知识之后，有约三分之一的学生表示没有完全理解大气环流规律，约三分之一的学生表示“差不多”理解了，只有三分之一的学生表示完全掌握了大气环流的规律。笔者继续追问那些认为自己完全掌握了大气环流规律的学生：为什么老师上课时要提出假设又推翻假设？为什么假设条件是“地球不自转；太阳永远直射赤道；地球表面均匀”？几乎没有一名学生能够给出令人满意的答复。在笔者调查的高三学生中，绝大多数都能理解（至少是记住）大气环流规律，但是依然没有学生能够很好地回答之前的问题。同时，笔者还调查了选择“大气环流”作为微格授课题目的地理师范生和地理学科教学专业硕士。其中，一名同学的想法很有代表性：“我系统地学习过气象学，理解大气环流的知识对我来说完全没有问题。但在备课过程中，我总感觉提出三个假设时会有些突兀。我看过一些别的老师的教案，还有优质课视频，别的老师都是这么讲的。但我自己讲课时总感觉有点别扭，讲起来不如其他课‘顺’。但我又找不到其他的讲法。如果学生问我为什么要提出假设又推翻假设，为什么假设条件是地球不自转、太阳永远直射赤道和地球表面均匀，我感觉自己一时很难给学生解释清楚。”诚然，笔者的调查样本有限，调查结果并不能代表普遍情况，但仍能说明一定问题。
“推翻假设”式教学逻辑真合理吗？“推翻假设”式教学逻辑是大气环流教学的最优教学逻辑吗？有没有更易于学生理解的教学逻辑？带着这样的问题，笔者开始了对大气环流规律发现历史的研究，以期能找出答案。 二、大气环流规律的发现历史与发现逻辑 大气环流的发现历史经历了一个漫长的过程。 1686年，英国人哈雷（Halley）在收集了各种航海资料，并亲自进行了远航科考之后，发表了信风理论。哈雷描述了热带信风的基本规律：赤道无风，赤道以北盛行东北信风，以南则为东南信风。同时，哈雷还绘制了南北纬30°间的信风分布图。在著作中，哈雷还对信风的成因作了阐述。他认为，信风的成因是热带地方热空气上升。印度洋信风的形成是由于海陆温度变化形成的。我国高中教材中的“热力环流”理论，在哈雷的信风理论中就有所体现。 哈雷的信风理论对后来的航海起了很大的指导作用。然而，哈雷的信风理论并非尽善尽美。哈雷的理论在不少区域并不适用。1735年，哈德莱（Hadley）提出了他关于信风环流的解释。哈德莱修正了哈雷的理论，他首次考虑了地球自转因素对大气运动的影响。在哈德莱的年代，观测资料十分有限，没有高空观测资料，而且地转偏向力在一百多年之后才被明确阐明并应用于气象学，因此，哈德莱对信风的成因解释得并不是十分清楚。但是，他对风与地球自转关系的说明极富创造性，对气象学理论的发展做了极大贡献，也为日后气象学家研究大气环流奠定了基础。为了纪念他的功绩，人们至今仍把低纬环流称作“哈得莱环流”。 地转偏向力由法国物理学家科里奥利（Coriolis）在1835年、法国数学家泊松（S.Poisson）在1839年归纳为数学形式。1843年，特雷西（Tracy）将其应用于气象学解释。1856年，费雷尔（Ferre）第一次将地转偏向力用于大气环流成因的解释上。1859年，费雷尔发表了《地球表面流体和固体的相对运动》，文中指出，由于地转偏向力的影响，北半球低纬度地面的盛行风偏为东北风，南半球偏为东南风。费雷尔还首次提出中纬度地区也存在一个经向环流圈。因此，中纬环流圈也叫做“费雷尔环流”。 1888年，德国科学家亥姆霍兹（Helmholtz）认识到了摩擦力的重要性，进一步解释了大气环流的规律与成因。 20世纪20年代，挪威学派的代表人物瑞典科学家伯杰龙（Bergeron）在前人研究的基础上，正式提出了三圈环流理论（Tricellular Theory），这是人类第一次从整体上看待全球的大气运动。但是，需要说明的是，三圈环流理论并不是一个完美的理论，大气环流中的一些现象如在高空的风向、风速和范围等仍然没有得到很好的解释。 进入20世纪40年代，高空探测资料日益丰富，海洋上的资料空白得到了补充。20世纪60年代以后，在气象卫星的帮助下，科学家们对大气环流的研究日益深入，理论日臻完善。 从以上的发现历史中我们可以看出，人类对大气环流规律的探索过程并不是“提出假设—推翻假设”的过程。而是一个“考虑新要素—提出新理论”的过程。科学家们发现原有理论存在缺陷，有重要的因素未被考虑到，无法解释现实中的一些现象，于是在原有理论中加入新的要素，完善旧理论，提出新理论，以求能够解释大气环流的规律。最初，哈雷考虑到热力因素，提出信风理论；哈德莱在哈雷基础上加入地球自转要素；费雷尔正式将地转偏向力这一要素引入大气环流理论；亥姆霍兹在理论中引入摩擦力要素；随着科技的发展，越来越多的要素被引入理论，理论日臻完善。 三、大气环流的“要素增加”教学逻辑 系统梳理科学发现过程中的内在逻辑并以此为依据开展教学，一方面能让学生沿着科学家的逻辑思维路线，经历发现过程、体验和理解知识发生、发展、完善的过程，从而更加顺利、完整、全面地理解科学知识；另一方面，也能让学生了解科学家的研究思路，学习科学家的思维方法和献身科学的精神，进而逐渐培养探究的态度、方法和思维的品质。 笔者认为，在传统的“推翻假设”教学逻辑下，学生之所以会产生疑惑，原因是“推翻假设”教学逻辑与人类认识大气环流规律的逻辑并不完全相符。人类在探索大气环流规律的过程中，并不是靠推翻一个个假设，而是靠增加一个个考虑要素逐步逼近事实真相。科学家在探索大气环流规律的过程中并没有提出过这样的假设，所以就谈不上推翻假设。“地球不自转”“太阳直射赤道”“地球表面均匀”这三个假设条件是在人们已经掌握了大气运动规律之后，重新审视当初不完善的理论时提出的。这样的逻辑与人们认识事物的顺序不符，颠倒了认识事物的前后顺序。因此，学生才会对“为什么要做假设？做了假设后为什么又要推翻假设？为什么要以地球不自转、太阳直射赤道、地球表面均匀这三点作为假设条件？为什么不假设其他条件？”产生疑问。 梳理大气环流规律的发现历史之后，我们可以得出，地理学家对地理规律的探索过程是一个“考虑新要素—提出新理论”的过程。这一过程背后的发现逻辑并非“推翻假设”而是“要素增加”。笔者认为，相对于传统的“推翻假设”的教学逻辑，借鉴地理学家的发现逻辑，使用“要素增加”逻辑（见图2）设计并实施教学，能更加接近科学家的思维方式，也更符合学生认知规律，能有效避免学生思维障碍的产生。
【案例2】“要素增加”教学逻辑指导下的教学设计（见表2）
对比案例1与案例2我们可以发现，两者在教学内容呈现顺序、教学环节设置、具体知识的讲解上区别并不大。两者最大的区别在于承转方式以及承转方式背后的教学逻辑。案例1所使用的教学逻辑是教师的经验逻辑，但这种经验逻辑与学生的认知逻辑以及人类对大气环流规律的发现逻辑并不相符。这种逻辑所依据的是教师教学经验的传承与惯性，而这种经验没有任何理论支撑。和案例1相比，案例2采用的是先对比观察，再思考理论缺陷的承转方式。通过对比观察，发现原有理论无法解释一些实际现象，进而思考现有理论的缺陷，在对原有理论缺陷有了一定认识后，在原有理论中增加新要素，完善原有理论。这样的教学设计背后的教学逻辑有科学发现史中科学家对大气环流规律的发现逻辑作支撑。案例2以“要素增加”逻辑作为指导，同样具备“切合课标，结合学情，设计层层递进，问题环环相扣，逐步逼近事实，逻辑关系清晰”的优点。而且，和案例1相比，案例2中的设计更加符合学生认知规律，学生模拟科学家思考和认识问题的过程，学习中的思维障碍更少，教学过程更加顺畅自然。笔者通过实践验证后发现，在“要素增加”逻辑指导下，按照案例2中的教学设计进行教学之后，教学效果要明显优于在“推翻假设”教学逻辑指导下的教学设计。 编者手记：“推翻假设”式教学在地理教学中颇为常见，甚至在一定教学内容范围内形成了教学定势。但是，我们往往会忽视这种教学思维的实际效果。本文作者则关注了这一问题，以“大气环流”教学为例，通过调查研究指出，“推翻假设”式教学逻辑在实际教学中效果并不十分理想，而采用“要素增加”教学逻辑设计并实施教学，才能更加接近科学家的思维方式，更符合学生认知规律，有效避免学生思维障碍的产生。
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