江苏省大港中学（212028） 殷 航 朱 玲

“热力环流”活动的设计与思考

江苏省大港中学（212028） 殷 航 朱 玲

知识源于生活，能力出自实践。高中地理新课程明确要求教学应与生活实际相结合，引导学生在观察身边地理现象的基础上，逐步学会运用基本的地理原理探究地理过程、地理成因以及地理规律的方法，形成自我学习和研究的能力。但在实际教学时，教师为了在有限的课堂时间里完成足量的知识传授任务，往往忽视学生的实际经验和应有的对生活的关注，照本宣科，使地理课堂枯燥乏味，缺少了应有的灵动。以高中地理必修一中的“热力环流”内容为例，为了加强学生对大气运动最简单的形式——热力环流的理解，教材一般选用城市风、海陆风、山谷风为例，笔者所在学校坐落在一个美丽的内陆平原县城，很显然以上三个例证对笔者所教学生明显缺乏可体验性和可验证性，说服力和教学操作性大打折扣。有没有更加贴近农村学生的生活实例呢？

一、观察生活，提出例证

生活在农村的人大多数都会有这样的经验：炎热的夏季，家里没有空调，我们中午都喜欢在堂屋的后门口（见俯视结构图A处）摆一把躺椅午睡。晴朗的冬日，我们也喜欢在堂屋正门避风处（见俯视结构图B处）享受和暖的阳光。这是为什么呢？

秘密就藏在苏南农村房屋的布局结构中。家乡七、八十年代的房屋布局结构一般是（见图）：二层小楼，一层中间是堂屋，东西各有一厢房，东西厢房前接出厨房和厕所，并与院墙共同围出一个露天院子，院子铺有水泥地面，便于晾晒谷物。屋后是泥地，避阴处种有水杉等喜阴植物。这样的安排是生活的智慧，因为它巧妙的利用了热力环流加强了穿堂风。

穿堂风，百度百科中解释：也叫过堂风，在风压作用下，室外空气从建筑物一侧进入，贯穿内部，从另一侧流出形成自然通风。通常产生于建筑物间隙、高墙间隙、门窗相对的房间或相似的通道中，由于在空气流通的两侧大气温度不同，气压导致空气快速流动，又由于建筑物等阻挡，间隙、门窗、走廊等提供流通通道使大气快速通过。风一般从有阳光一侧吹向背阴处一侧，风速由两侧温度差决定，温差越大，风速越大。

夏季，堂屋前的水泥地面在烈日的曝晒下迅速升温，近地面空气受热膨胀上升，在堂屋正门前形成较低气压。屋后泥地背阴且多绿色植被，升温较慢，空气下沉，在堂屋后门形成较高气压。此时如果开启堂屋前后门形成通风道，近地面的空气会从后门流入，正门流出，形成近地面水平气流。于是堂屋后门口便成为炎炎夏日家中最凉爽的地方。

冬季，紧闭堂屋后门就能切断近地面水平气流，阻挡了寒冷的偏北风。开启堂屋正门，使堂屋内空气与院内暖空气保持缓慢交流，维持室内温度。此时堂屋正门避风处为理想的休闲角。

所以，穿堂风是更加贴近农村高中学生生活实际的热力环流例证。

二、设计活动，验证原理

任何假想的理论都需要科学的实验加以证明。师生共同讨论和设计验证实验才是活动课的核心。农村住宅中的穿堂风是不是热力环流，需要验证在这一现象中热力环流各环节的存在，经过笔者与学生的共同讨论，认为以下五个验证活动可操作性较好：

1．如何验证上升气流的存在——观察谷场小龙卷

由于晒谷场的气温高于四周的水稻田。所以经常可以看见一股股小旋风平地而起。这是由于晒谷场上的热空气快速上升，周围较冷的空气过来补充。在地球自转影响下产生旋转形成的。温差越大，旋风也越大。但由于现在农村生产方式的改变，很多学生脱离了农业生产劳动实际，这样的生活经验不能感同身受，教师可以让学生观察午后屋前水泥地和屋后空旷泥地上的灰尘的运动状况。

观察要求：①呈龙卷状态出现的灰尘位于什么位置；②出现龙卷状态的灰尘时，屋前水泥地的气温状况

相对于其他时间的气温差异；③出现龙卷状态的灰尘时，屋前水泥地的气温状况相对于屋后泥地的气温差异。

通过这一观察学生可以体会到：一般情况下，当建筑物的向阳面的气温比较高时，会存在气流的上升运动。

2．如何验证下沉气流的存在——烟气实验

正常无风状态下，烟气的运动方向是竖直向上的，但若烟气受到风的影响，其飘动方向往往会发生改变。正午时分，堂屋后门由于气温较低，气流下沉运动比较明显，烟气受其影响，本应垂直向上的运动方向会发生变化：烟气向上漂浮的速度减慢甚至会向斜下方飘散。

活动要求：①时间最好选择在午后；②点燃一炷熏香（也可以用点燃的蚊香或没有火苗但仍冒烟的木棍等），将这炷香放在无风的室内，观察其烟气的运动方向；③将这炷香放在堂屋后门，观察烟气的漂浮方向发生了怎样的变化。

通过这一活动学生可以体会到：一般建筑物的背阴面，存在气流的下沉运动。

3．如何验证房前屋后垂直方向气流运动方向的差异——气球实验

气球是最好的空气浮力实验载体，运用气球进行堂屋前后的垂直气流比较实验，效果明显。

活动要求：①时间依然选择在午后；②将气球充气，缓慢放气直到气球能在不通风的房间里静止的悬浮；③将该气球拿到屋前，观察气球的运动状况；④将该气球拿到屋后，观察气球的运动状况。

通过这一活动学生会发现：受屋前上升气流的影响，本应静止悬浮的气球会向上漂浮，而受屋后下沉气流的影响，该气球则会向下运动。

4．如何验证水平气流运动的方向——蜡烛实验

蜡烛的火苗比蚊香的烟气更加直观、稳定，使用点燃的蜡烛可以更好的确定堂屋中水平气流的流动方向和速度。

活动要求：①点燃一根蜡烛，观察该蜡烛在不通风的房间里火苗的运动状况；②将该蜡烛拿到堂屋正门前，观察火苗的运动状况；③将该蜡烛拿到堂屋后门处，观察火苗的运动状况。④将该蜡烛拿到堂屋其他各处，观察火苗的运动状况。

通过这一活动学生会发现：蜡烛的火苗会被压向侧面倾斜，方向由堂屋后门指向正门，

水平气流越强，火苗倾斜角度越大。

5．科学定量验证——气压测量

以上四个实验只能定性的说明热力环流存在的可能性，要想得到更加科学的证据还要靠数据说话。利用水银气压表和空盒气压表对房前屋后的气压进行测量，简单方便。

测量注意事项：①测量点的选择：选择屋前光照条件好、屋后避荫的地方：②气压表摆放的高度要一致：③注意测量读数的精度。

三、反思生活，拓展应用

应用是学习的目的，用学生亲身体验地理知识反思和改变自己的生活才能真正体现出知识的价值。

在自然通风节能方面，犬鼠和白蚁是天才的建筑大师。非洲草原犬鼠洞穴设有两个出口，一个是平的，而另一个则堆起的土堆，生物学家大惑不解，他们猜想：犬鼠把其中的一个的洞口堆成土包状，是为了获得一处视野开阔的了望台，但是如果这一假设成立的话，它又为什么不在两个洞口都堆上土包呢？那样不是有两个了望台了吗？物理学家观察后发现，实际上正是由于两个洞口形状不同，使两个洞口产生了自然压差，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带去了习习凉风。这实际上是草原犬鼠的天然“空调系统”。

从仿生学的角度出发，人类在建筑设计引入了风塔设计。在通风不畅的地区，利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通，从而有效降低了建筑物的能耗，建成新型生态节能建筑。

建筑的生态节能是上海世博会场馆设计核心思想。2010年上海世博会举办期间正值夏季，主要受东南季风影响，世博园区的建筑不仅走向大多为东南方向，就连窗户也朝东南方向敞开，这样按照城市季风路线，可以把街道穿堂风导到每栋建筑里面去。为了最大限度利用好穿堂风，世博园区的部分展馆还采用底层挑空的设计，将展馆变身成导风板，就算馆内温度超过30摄氏度，也不用开空调，从而节约了电力。

让教学更加贴近生活，让实践成为本能。呵护孩子天生的好奇心，激发学生的学习兴趣，培养学生自我学习的能力，传授科学研究的方法，在以考试为最终目的的今天显得更加可贵。