第四節地球的圈層結構教學目標和要求1．知道科學家利用地震波研究地球內部結構的基本方法，增強探究意識和科學精神。2．運用圖表描述地球內部、外部圈層的范圍、物質組成，說明地球結構特點。3．知道巖石圈的構成及其在自然環境中的地位，舉例說明地球各圈層的相互聯系、相互滲透，從整體上說明自然環境的基本構成。4．舉例說明地球各圈層對自然環境形成的作用，及其與人類活動的關系，初步形成人地協調觀。教材設計思路根據課程標準要求，本節教材重點落實“說明地球的圈層結構”這一內容，方法是“運用示意圖”。對于該內容，教材的編寫基于以下理解。地球的物質呈同心圈層分布是地球結構的一大特點。一般認為，原始的地球是一個接近勻質的球體，沒有明顯的分層現象。隨著溫度的變化，物質發生分異。地球的內部逐漸分化出地核、地幔和地殼三個圈層。在這一過程中，地球的外部也出現了大氣圈、水圈，并形成了生物圈。對于地球結構的劃分，科學界有多種方法。按照中學地理教學慣例和上套教材的處理辦法，此輪教材修訂繼續把地球的圈層結構分成內部圈層和外部圈層，將此節內容分為“地球的內部圈層結構”和“地球的外部圈層結構”兩個標題。考慮地理科學的研究范圍涉及水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈，即包括了外部圈層和內部圈層的表層，因此在內、外部圈層的介紹中分別根據具體需要從不同角度提及巖石圈。第一個標題“地球的內部圈層結構”概括介紹認識地球內部結構的方法以及各圈層的位置、特點。地震波是研究地球內部結構的重要工具，教材用圖文結合的方式將地震波的傳播速度與圈層結構建立聯系，引導學生通過關注地震波波速的變化來認識地球內部圈層劃分的依據。教材在講述具體知識的同時也向學生傳授科學家進行科學研究的方法。教材對地殼與地幔的界面莫霍界面，以及地幔與地核的界面古登堡界面添加腳注，介紹這兩個界面名稱的由來，目的在于告訴學生，為科學研究作出突出貢獻的人，會被永遠尊敬和銘記，這也是一種科學精神的傳承。對于內部各圈層的范圍和結構特點，教材分別進行了介紹。地殼的特點是厚薄不一，變化幅度較大，最顯著的特點是大陸地殼比大洋地殼厚。這一內容為后面的學習提供知識鋪墊。對于地幔部分，教材除了介紹地幔的范圍和構成，也介紹了其中的巖石圈和軟流層，因為軟流層和巖石圈是板塊構造學的基礎，很多地理現象的解釋需要學生對軟流層和巖石圈有一定認識。教材中寫道“軟流層與板塊運動有關”，這一方面呼應了七年級所學的地球板塊的知識，另一方面也為選擇性必修1中地貌成因的內容作鋪墊。對于地核部分，教材除了介紹地核的構成外，還強調“外核液體物質的運動形成了地球的磁場”。這為第二節“太陽對地球的影響”里所說的“一般情況下，地球的磁場能夠阻擋太陽風”這句話中所提到的“地球的磁場”提供鋪墊，幫助學生將地球的結構與我們所了解的地理現象相聯系。第二個標題“地球的外部圈層結構”介紹的三個外部圈層再加上巖石圈是地理學的主要研究對象。作為必修教材的第一章，學生對具體圈層以及圈層之間的關系沒有太多背景知識，更多局限于初中階段的認知。教材接下來的章節都圍繞這些圈層展開，所以此處對各圈層自身的特點不宜涉及太多，只對這些圈層作概括介紹。教材的主要目的是讓學生認識到，圈層之間相互聯系、相互滲透，共同構成人類賴以生存和發展的自然環境。因此，教材分圈層介紹時，著墨最多的是各圈層對自然環境形成的作用及其對人類活動的影響。例如，教材強調“大氣圈籠罩著地球，使得地球上的溫度變化和緩，同時提供了生物生存所必需的氧氣。大氣圈中的風、云、雨、雪等天氣現象，與人類息息相關”。巖石圈在地球的內部圈層結構中已經介紹過，但由于它是自然環境的重要組成，所以在教材圖1.35中用圖示和圖注的方式對巖石圈從地表的視角作了簡單描述。本節內容具有統領全書的作用。學生在學習與各圈層有關的具體內容之前，只有宏觀把握四大圈層的相互聯系，才能在后面的學習中以聯系的觀點進行思考，形成綜合思維。基于此，本節“活動”選擇了一個自然場景，讓學生將場景中的自然事物與四大圈層對應，并思考這些事物之間是如何建立聯系的。通過這個活動，學生將圈層之間抽象的聯系具體化，能更好地構建圈層間的聯系，形成地理思維。本節內容結構如圖16所示。圖16第一章第四節內容結構內容要點說明情境設計1．情境設計內容選自1864年出版的法國作家儒勒·凡爾納的科幻小說《地心游記》。該小說講述了一個到地心旅行的故事，對地下世界充滿了有趣想象。地球在小說中被描述成空心的，且開口于極地。這個情境設計的目的在于激發學生對地球內部的實際狀態產生好奇心。2．情境設計中“目前最深的鉆井深度為12千米”的提法主要依據科拉超深井。蘇聯于1970年在科拉豐島鄰近挪威國界的地區開始一項科學鉆探，其中最深的一個鉆孔在1989年達到12.263米。鉆探終止于1994年。2008年和2011年，該井深記錄分別被卡塔爾的阿肖辛油井（12.289米）和俄羅斯庫頁島的一口油井（12345米）打破。但在科學界，仍然認為科拉超深井是目前世界上最深的參數井。科拉超深井不帶勘探目的，純粹用于科研。情境中提到鉆井深度最深達12千米卻只觸及地球的“表皮”，目的在于引出地球內部圈層研究的重要手段地震波。地球的內部圈層結構1．地震波在地球內部的傳播方式主要有三種：縱波、橫波和面波。縱波的振動方向與傳播方向一致，橫波的振動方向與傳播方向垂直，而面波是地震波到達傳播介質表面時形成的震動形式比較復雜的波。地球內部結構的研究主要是利用縱波與橫波的傳播特點，并沒有涉及面波，所以教材在內容選取時沒有提及面波。2．地震波的波速在軟流層中降低，這表明該層的塑性程度相對較高。軟流層的深度各處不盡相同，其變化范圍在大陸之下為80250千米，在大洋之下為50400千米。由于不確定性較大，所以教材沒有描述軟流層的具體位置，只說明其位于上地幔的上部，為介紹巖石圈提供基礎。軟流層以上地幔的剛性部分和地殼合稱為巖石圈。地球的外部圈層結構1．有研究將地球作為一個整體來對待，分為大氣圈、水圈、生物圈和地圈，不進行內外部的區分。這里的地圈指的是地球的固體部分，實際上就是教材所說的地球內部圈層。這種研究也對各圈層分別進行研究，更多強調的是將地球作為一個系統來對待，研究這些圈層之間的相互關聯。認識地球是一個復雜的系統是學習目標之一。教材綜合考慮教學內容的傳承性和學情，即單個自然要素的學習還沒開始，學生還不具備較高的綜合思維能力，因此分別介紹內部圈層和外部圈層。況且很多研究領域將地球分為內部圈層和外部圈層進行研究，如地質科學更多著眼于對內部圈層的研究，地理科學的研究則主要著眼于外部圈層以及巖石圈近地表部分的研究。教材后面的內容也是基于大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈展開的。2．關于教材中“生物圈是地球表層生物的總稱”的表述，相對前版教材去掉了“生存環境”。生物圈包括地球上所有的生命，而生命的生存環境除了與該生命有關的生命體，還包括水圈、大氣圈、巖石圈，因此此處若在生物圈的定義中加上“生存環境”，會產生邏輯混亂，也不利于學生理解。教學建議教學思路及方法建議本節教學要把握一明一暗兩條主線：明線是由內而外的地球各圈層及其特點，暗線是自然環境的組成。教學可按明線展開，通過暗線將內外圈層聯系起來。“地球的內部圈層結構”這部分內容的教學可按“情境感知一方法探究一模式建構”的思路展開。教師可利用或借鑒“地心游記”“人類最深的鉆井平臺”等情境，提出核心問題：人類通過什么方式認識地球的內部結構？地球的內部結構是怎樣的？最后師生共同總結地球內部的圈層結構。“地球的外部圈層結構”這部分內容的教學要強調對外部圈層的初步認識，為之后的學習作鋪墊，可按“直觀感知一聯系拓展一整體歸納”的思路展開。課堂上利用多媒體等設備呈現外部圈層的圖像、視頻，引導學生對外部圈層有初步、直觀的認識；然后通過案例分析理解圈層之間的相互聯系、相互滲透；最后鼓勵學生通過完成“活動”逐漸形成對自然環境的整體認識。具體教學過程中，要注意兩點：一、重視方法。內部圈層是比較抽象的內容，而且學生知識儲備不足，教學中要指導學生通過讀圖分析、比較歸納、繪圖演示等方法嘗試對內部圈層進行劃分，形成對地球內部空間的表象認識，增強空間意識。二、強調聯系。本節為第一章最后一節，也是后面章節的總覽和鋪墊。各圈層不是孤立存在的，大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈相互聯系、相互滲透，共同構成人類賴以生存和發展的自然環境。這就要求教學中滲透一些圈層之間關系的內容，這樣有利于學生在后期學習中不孤立地看待圈層，培養學生綜合思維能力，在潛移默化中培養學生的地理素養。重點和難點本節教學的重點是“地球內部圈層的劃分、界面、結構特點”和“外部圈層的劃分及各圈層與人類活動的關系”；難點是“地球內部地震波傳播速度變化與地球內部圈層結構”和“大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈的相互聯系、相互滲透”。課時建議1課時。實施建議【導入】教學中，該情境的引入要實現兩個功能。其一是激發學生探究地球內部秘密的興趣，產生積極的學習動機。其二是引發學生思考：人類通過什么方式認識地球的內部結構？如何劃分地球的內部結構？具體導入方式可結合教學實際靈活安排。方式一：通過凡爾納的科幻小說《地心游記》中“主人公可以在地下旅行，甚至穿過地心”設問：地心真的可以穿越嗎？如何探測地球的內部結構？方式二：展示人類對于地球內部的其他假想或實踐行動的資料和圖片，如英國地理學家埃得蒙·哈雷（哈雷彗星的發現者）在1692年提出的“地球空心理論”，以及蘇聯開挖的科拉超深鉆井，激發學生探索地球內部結構的熱情，提出相關問題，展開教學。第一章宇宙中的地球31【地球的內部圈層結構】這部分內容教學的重點是如何利用地震波劃分地球內部圈層結構。具體可分三個部分展開。一、了解地震波首先應讓學生了解地震波。可用一些直觀的例子幫助學生理解。例如，在課堂上展示一根細樹枝在折斷時會釋放能量，讓學生思考地下深處，巖石斷裂在短時間內也會釋放巨大的能量，產生地震。地震釋放的能量以地震波的形式傳播。二、引導學生理解利用地震波劃分地球內部圈層的基本原理引導學生回想物理課中學過的關于縱波和橫波的知識，重點講解縱波和橫波的區別，并用圖解說明。最后指導學生讀教材中圖134，對比地震波波速在地下不同深度的變化。具體可引導學生思考以下問題：1．縱波和橫波速度變化有什么不同？2、什么叫不連續面？3．主要不連續面出現在哪里？依據是什么？4．不連續面附近地震波波速的變化說明了什么？隨后總結，地震波波速的變化是因為傳播介質發生了改變。在地下（大陸部分）約33千米處，縱波和橫波的波速突然加大，出現波速的不連續面（莫霍界面），說明該深度處上下物質在成分或狀態上有改變。在地下2900千米處，橫波突然消失，縱波的速度明顯下降，也出現波速的不連續面（古登堡界面），說明此深度處地球的內部物質組成、狀態差異明顯。莫霍界面、古登堡界面將地球內部分為三個圈層：地殼、地幔、地核。縱波波速在地下5100千米處也有變化，稱為次級不連續面，該不連續面將地核分為外核和內核。最后引導學生基于以上認識繪制地球內部圈層示意圖，這既是地理技能的展現，也是構建知識的必要過程。實際教學中可結合圖1.34，嘗試讓學生自己劃分內部圈層結構：先用圖1.34右下角圖，讓學生嘗試劃分內部圈層結構，而后將劃分結果與圖1.34右上角圖進行對比。三、描述地球內部圈層的結構特點引導學生主要從厚度、溫度、物質組成和狀態變化角度闡述地球內部圈層的基本特征。對于地殼，主要是把握其位置、厚度以及陸殼和洋殼厚度的差異。在教材圖1.34中可明顯看出陸殼和洋殼厚度的差異。地幔部分要厘清軟流層和巖石圈的概念。可讓學生讀教材內容，在教材圖1.33中標注軟流層和巖石圈的大致范圍。也可讓學生分組合作，一組展示這兩個圈層的位置，另一組進行評價和補充。地核這部分內容帶有科普的性質。課前可準備關于科學家認為地核形態的方法和假想，也可讓學生課后通過書籍、網絡等獲取科學家推測地核成分及狀態的依據。【地球的外部圈層結構】這部分內容教學的重點是引導學生理解地球外部各圈層的相互聯系、相互滲透，進而理解地球表層系統交叉而成自然環境，構成“人地關系”中的“地”。具體教學中可分兩步展開。一、運用圖像資料增強學生對外部圈層的認識，理解各圈層在自然環境形成和發展中的作用外部圈層是可以感知的，理解難度不大，教學中可通過多媒體展示圖片，指導學生對圖片中【地球的內部圈層結構】這部分內容教學的重點是如何利用地震波劃分地球內部圈層結構。具體可分三個部分展開。一、了解地震波首先應讓學生了解地震波。可用一些直觀的例子幫助學生理解。例如，在課堂上展示一根細樹枝在折斷時會釋放能量，讓學生思考地下深處，巖石斷裂在短時間內也會釋放巨大的能量，產生地震。地震釋放的能量以地震波的形式傳播。二、引導學生理解利用地震波劃分地球內部圈層的基本原理引導學生回想物理課中學過的關于縱波和橫波的知識，重點講解縱波和橫波的區別，并用圖解說明。最后指導學生讀教材中圖1.34，對比地震波波速在地下不同深度的變化。具體可引導學生思考以下問題：1．縱波和橫波速度變化有什么不同？2．什么叫不連續面？3．主要不連續面出現在哪里？依據是什么？4．不連續面附近地震波波速的變化說明了什么？隨后總結，地震波波速的變化是因為傳播介質發生了改變。在地下（大陸部分）約33千米處，縱波和橫波的波速突然加大，出現波速的不連續面（莫霍界面），說明該深度處上下物質在成分或狀態上有改變。在地下2900千米處，橫波突然消失，縱波的速度明顯下降，也出現波速的不連續面（古登堡界面），說明此深度處地球的內部物質組成、狀態差異明顯。莫霍界面、古登堡界面將地球內部分為三個圈層：地殼、地幔、地核。縱波波速在地下5100千米處也有變化，稱為次級不連續面，該不連續面將地核分為外核和內核。最后引導學生基于以上認識繪制地球內部圈層示意圖，這既是地理技能的展現，也是構建知識的必要過程。實際教學中可結合圖1.34，嘗試讓學生自己劃分內部圈層結構：先用圖1.34右下角圖，讓學生嘗試劃分內部圈層結構，而后將劃分結果與圖1.34右上角圖進行對比。三、描述地球內部圈層的結構特點引導學生主要從厚度、溫度、物質組成和狀態變化角度闡述地球內部圈層的基本特征。對于地殼，主要是把握其位置、厚度以及陸殼和洋殼厚度的差異。在教材圖1.34中可明顯看出陸殼和洋殼厚度的差異。地幔部分要厘清軟流層和巖石圈的概念。可讓學生讀教材內容，在教材圖1.33中標注軟流層和巖石圈的大致范圍。也可讓學生分組合作，一組展示這兩個圈層的位置，另一組進行評價和補充。地核這部分內容帶有科普的性質。課前可準備關于科學家認為地核形態的方法和假想，也可讓學生課后通過書籍、網絡等獲取科學家推測地核成分及狀態的依據。【地球的外部圈層結構】這部分內容教學的重點是引導學生理解地球外部各圈層的相互聯系、相互滲透，進而理解地球表層系統交叉而成自然環境，構成“人地關系”中的“地”。具體教學中可分兩步展開。一、運用圖像資料增強學生對外部圈層的認識，理解各圈層在自然環境形成和發展中的作用外部圈層是可以感知的，理解難度不大，教學中可通過多媒體展示圖片，指導學生對圖片中地理事物進行識別和分類。材料盡量選用學生身邊的實景，如校園中的綠化帶、池塘。然后指導學生總結外部圈層分布及特點，最后引發對這些圈層中的地理事物與人類關系的討論。關于各圈層在自然環境形成和發展中的作用，教學中不宜細說，而是引導學生從宏觀角度理解教材的內容。例如水圈，可結合第一節太陽輻射能在自然環境中的轉換，說明“水是最活躍的自然要素，在地表物質遷移和能量轉換中起著十分重要的作用”，至于其具體作用過程，可提示學生，在“水循環”部分會重點闡釋。同時，可結合生活中的實例，引導學生理解“水是人類和其他生物生存和發展不可或缺的”。二、結合案例理解大氣圈、水圈、生物圈與巖石圈相互聯系、相互滲透，共同構成人類賴以生存和發展的自然環境這一部分既是重點，也是難點。后面幾章內容的展開都以這一部分為基礎，需要提高學生整體看待自然環境的意識。教學中可結合本節“活動”，讓學生找到并確定地理事物所在圈層，推測這些事物是如何建立聯系的。教學中可給出某一自然地理事物，讓學生嘗試說出它的形成可能涉及哪些圈層。例如，校園中的一棵大樹，其生長的過程涉及巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈。【活動：認識大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈及其相互聯系】教學中，該活動的開展要實現兩個功能。一是帶領學生融入真實簡單的問題情境，提醒學生可在現實生活中嘗試對地理事物按所屬圈層進行分類。二是在探討各事物之間聯系的同時嘗試培養學生的綜合思維。具體教學中可先進行地理事物分類，再分組討論。例如，將學生分成四個小組，分別代表大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈，每個小組討論本小組代表的圈層和其他圈層會有怎樣的聯系，最后每組選出代表展示活動成果。評價建議一、評價目標根據教學目標，參照學業質量標準，可制定本節評價目標（表18）。表18第一章第四節教學與評價目標評價目標水平1水平2水平3水平4知道科學家利用地震波研究地球內部結構的基本方法與過程，增強探究意識和科學精神能夠說出地震波的分類及其波速差異；能夠說出依據地震波探測地球內部的基本方法能夠據圖說出地震波的分類及其波速差異；能夠依據地震波在地球內部傳播過程，說出科學家劃分地球內部結構的基本方法能夠運用圖表說出地震波的分類及其波速差異；能夠結合實例說出地震波在地球內部傳播過程，說明科學家劃分地球內部結構的基本方法能夠運用圖表說出地震波的分類及其波速差異；能夠結合實例說出地震波在地球內部傳播過程，能夠借鑒科學家劃分地球內部結構的基本方法對研究地球內部結構提出新的構想評價目標水平1水平2水平3水平4運用圖表描述地球內部、外部圈蜃的范圍和物質組成，說明地球整體結構特點能夠在圖表上指出莫霍界面、古登堡界面，說出地球內部主要圈層。能夠據圖指出水圈、大氣圈和生物圈的位置能夠在圖表上指出地球內部主要的不連續面，如莫霍界面、古登堡界面，據此說出地球內部主要圈層的范圍、界面和物質組成。能夠據圖說出水圈、大氣圈和生物圈的位置和組成能夠運用圖表描述地球內部主要的不連續面，如莫霍界面、古登堡界面，據此說出地球內部主要圈層的范圍和物質組成，能夠運用圖表說出水圖、大氣圈和生物圈的位置和組成。能夠描述地球整體結構特點知道巖石圈的構成及其在自然環境中的地位，舉例說明地球各圈層的相互聯系、相互滲透。從整體上說明自然環境的基本組成能夠說出巖石圖的概念。能夠列舉地球各圈層的相互聯系、相互作用的實例。能夠據圖說出自然環境的構成要素能夠說出巖石圈概念，據圖指出其范圍。能夠舉例說明地球圈層之間的相互聯系、相互作用。能夠結合實例說出自然環境的構成要素能夠運用示意圖說出巖石圈的概念、范圍。能夠舉例說明地球各圈層的相互聯系、相互作用。能夠運用示意圖說出自然環境的構成要素及其關系能夠運用示意圖說