“熱力環(huán)流”活動(dòng)的設(shè)計(jì)與思考

江蘇省大港中學(xué)（212028） 殷 航 朱 玲

“熱力環(huán)流”活動(dòng)的設(shè)計(jì)與思考

江蘇省大港中學(xué)（212028） 殷 航 朱 玲

知識(shí)源于生活，能力出自實(shí)踐。高中地理新課程明確要求教學(xué)應(yīng)與生活實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在觀察身邊地理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用基本的地理原理探究地理過程、地理成因以及地理規(guī)律的方法，形成自我學(xué)習(xí)和研究的能力。但在實(shí)際教學(xué)時(shí)，教師為了在有限的課堂時(shí)間里完成足量的知識(shí)傳授任務(wù)，往往忽視學(xué)生的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)有的對生活的關(guān)注，照本宣科，使地理課堂枯燥乏味，缺少了應(yīng)有的靈動(dòng)。以高中地理必修一中的“熱力環(huán)流”內(nèi)容為例，為了加強(qiáng)學(xué)生對大氣運(yùn)動(dòng)最簡單的形式——熱力環(huán)流的理解，教材一般選用城市風(fēng)、海陸風(fēng)、山谷風(fēng)為例，筆者所在學(xué)校坐落在一個(gè)美麗的內(nèi)陸平原縣城，很顯然以上三個(gè)例證對筆者所教學(xué)生明顯缺乏可體驗(yàn)性和可驗(yàn)證性，說服力和教學(xué)操作性大打折扣。有沒有更加貼近農(nóng)村學(xué)生的生活實(shí)例呢？

一、觀察生活，提出例證

生活在農(nóng)村的人大多數(shù)都會(huì)有這樣的經(jīng)驗(yàn)：炎熱的夏季，家里沒有空調(diào)，我們中午都喜歡在堂屋的后門口（見俯視結(jié)構(gòu)圖A處）擺一把躺椅午睡。晴朗的冬日，我們也喜歡在堂屋正門避風(fēng)處（見俯視結(jié)構(gòu)圖B處）享受和暖的陽光。這是為什么呢？

秘密就藏在蘇南農(nóng)村房屋的布局結(jié)構(gòu)中。家鄉(xiāng)七、八十年代的房屋布局結(jié)構(gòu)一般是（見圖）：二層小樓，一層中間是堂屋，東西各有一廂房，東西廂房前接出廚房和廁所，并與院墻共同圍出一個(gè)露天院子，院子鋪有水泥地面，便于晾曬谷物。屋后是泥地，避陰處種有水杉等喜陰植物。這樣的安排是生活的智慧，因?yàn)樗擅畹睦昧藷崃Νh(huán)流加強(qiáng)了穿堂風(fēng)。

穿堂風(fēng)，百度百科中解釋：也叫過堂風(fēng)，在風(fēng)壓作用下，室外空氣從建筑物一側(cè)進(jìn)入，貫穿內(nèi)部，從另一側(cè)流出形成自然通風(fēng)。通常產(chǎn)生于建筑物間隙、高墻間隙、門窗相對的房間或相似的通道中，由于在空氣流通的兩側(cè)大氣溫度不同，氣壓導(dǎo)致空氣快速流動(dòng)，又由于建筑物等阻擋，間隙、門窗、走廊等提供流通通道使大氣快速通過。風(fēng)一般從有陽光一側(cè)吹向背陰處一側(cè)，風(fēng)速由兩側(cè)溫度差決定，溫差越大，風(fēng)速越大。

夏季，堂屋前的水泥地面在烈日的曝曬下迅速升溫，近地面空氣受熱膨脹上升，在堂屋正門前形成較低氣壓。屋后泥地背陰且多綠色植被，升溫較慢，空氣下沉，在堂屋后門形成較高氣壓。此時(shí)如果開啟堂屋前后門形成通風(fēng)道，近地面的空氣會(huì)從后門流入，正門流出，形成近地面水平氣流。于是堂屋后門口便成為炎炎夏日家中最涼爽的地方。

冬季，緊閉堂屋后門就能切斷近地面水平氣流，阻擋了寒冷的偏北風(fēng)。開啟堂屋正門，使堂屋內(nèi)空氣與院內(nèi)暖空氣保持緩慢交流，維持室內(nèi)溫度。此時(shí)堂屋正門避風(fēng)處為理想的休閑角。

所以，穿堂風(fēng)是更加貼近農(nóng)村高中學(xué)生生活實(shí)際的熱力環(huán)流例證。

二、設(shè)計(jì)活動(dòng)，驗(yàn)證原理

任何假想的理論都需要科學(xué)的實(shí)驗(yàn)加以證明。師生共同討論和設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)才是活動(dòng)課的核心。農(nóng)村住宅中的穿堂風(fēng)是不是熱力環(huán)流，需要驗(yàn)證在這一現(xiàn)象中熱力環(huán)流各環(huán)節(jié)的存在，經(jīng)過筆者與學(xué)生的共同討論，認(rèn)為以下五個(gè)驗(yàn)證活動(dòng)可操作性較好：

1．如何驗(yàn)證上升氣流的存在——觀察谷場小龍卷

由于曬谷場的氣溫高于四周的水稻田。所以經(jīng)?？梢钥匆娨还晒尚⌒L(fēng)平地而起。這是由于曬谷場上的熱空氣快速上升，周圍較冷的空氣過來補(bǔ)充。在地球自轉(zhuǎn)影響下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)形成的。溫差越大，旋風(fēng)也越大。但由于現(xiàn)在農(nóng)村生產(chǎn)方式的改變，很多學(xué)生脫離了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)實(shí)際，這樣的生活經(jīng)驗(yàn)不能感同身受，教師可以讓學(xué)生觀察午后屋前水泥地和屋后空曠泥地上的灰塵的運(yùn)動(dòng)狀況。

觀察要求：①呈龍卷狀態(tài)出現(xiàn)的灰塵位于什么位置；②出現(xiàn)龍卷狀態(tài)的灰塵時(shí)，屋前水泥地的氣溫狀況

相對于其他時(shí)間的氣溫差異；③出現(xiàn)龍卷狀態(tài)的灰塵時(shí)，屋前水泥地的氣溫狀況相對于屋后泥地的氣溫差異。

通過這一觀察學(xué)生可以體會(huì)到：一般情況下，當(dāng)建筑物的向陽面的氣溫比較高時(shí)，會(huì)存在氣流的上升運(yùn)動(dòng)。

2．如何驗(yàn)證下沉氣流的存在——煙氣實(shí)驗(yàn)

正常無風(fēng)狀態(tài)下，煙氣的運(yùn)動(dòng)方向是豎直向上的，但若煙氣受到風(fēng)的影響，其飄動(dòng)方向往往會(huì)發(fā)生改變。正午時(shí)分，堂屋后門由于氣溫較低，氣流下沉運(yùn)動(dòng)比較明顯，煙氣受其影響，本應(yīng)垂直向上的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生變化：煙氣向上漂浮的速度減慢甚至?xí)蛐毕路斤h散。

活動(dòng)要求：①時(shí)間最好選擇在午后；②點(diǎn)燃一炷熏香（也可以用點(diǎn)燃的蚊香或沒有火苗但仍冒煙的木棍等），將這炷香放在無風(fēng)的室內(nèi)，觀察其煙氣的運(yùn)動(dòng)方向；③將這炷香放在堂屋后門，觀察煙氣的漂浮方向發(fā)生了怎樣的變化。

通過這一活動(dòng)學(xué)生可以體會(huì)到：一般建筑物的背陰面，存在氣流的下沉運(yùn)動(dòng)。

3．如何驗(yàn)證房前屋后垂直方向氣流運(yùn)動(dòng)方向的差異——?dú)馇驅(qū)嶒?yàn)

氣球是最好的空氣浮力實(shí)驗(yàn)載體，運(yùn)用氣球進(jìn)行堂屋前后的垂直氣流比較實(shí)驗(yàn)，效果明顯。

活動(dòng)要求：①時(shí)間依然選擇在午后；②將氣球充氣，緩慢放氣直到氣球能在不通風(fēng)的房間里靜止的懸??；③將該氣球拿到屋前，觀察氣球的運(yùn)動(dòng)狀況；④將該氣球拿到屋后，觀察氣球的運(yùn)動(dòng)狀況。

通過這一活動(dòng)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：受屋前上升氣流的影響，本應(yīng)靜止懸浮的氣球會(huì)向上漂浮，而受屋后下沉氣流的影響，該氣球則會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。

4．如何驗(yàn)證水平氣流運(yùn)動(dòng)的方向——蠟燭實(shí)驗(yàn)

蠟燭的火苗比蚊香的煙氣更加直觀、穩(wěn)定，使用點(diǎn)燃的蠟燭可以更好的確定堂屋中水平氣流的流動(dòng)方向和速度。

活動(dòng)要求：①點(diǎn)燃一根蠟燭，觀察該蠟燭在不通風(fēng)的房間里火苗的運(yùn)動(dòng)狀況；②將該蠟燭拿到堂屋正門前，觀察火苗的運(yùn)動(dòng)狀況；③將該蠟燭拿到堂屋后門處，觀察火苗的運(yùn)動(dòng)狀況。④將該蠟燭拿到堂屋其他各處，觀察火苗的運(yùn)動(dòng)狀況。

通過這一活動(dòng)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：蠟燭的火苗會(huì)被壓向側(cè)面傾斜，方向由堂屋后門指向正門，

水平氣流越強(qiáng)，火苗傾斜角度越大。

5．科學(xué)定量驗(yàn)證——?dú)鈮簻y量

以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)只能定性的說明熱力環(huán)流存在的可能性，要想得到更加科學(xué)的證據(jù)還要靠數(shù)據(jù)說話。利用水銀氣壓表和空盒氣壓表對房前屋后的氣壓進(jìn)行測量，簡單方便。

測量注意事項(xiàng)：①測量點(diǎn)的選擇：選擇屋前光照條件好、屋后避蔭的地方：②氣壓表擺放的高度要一致：③注意測量讀數(shù)的精度。

三、反思生活，拓展應(yīng)用

應(yīng)用是學(xué)習(xí)的目的，用學(xué)生親身體驗(yàn)地理知識(shí)反思和改變自己的生活才能真正體現(xiàn)出知識(shí)的價(jià)值。

在自然通風(fēng)節(jié)能方面，犬鼠和白蟻是天才的建筑大師。非洲草原犬鼠洞穴設(shè)有兩個(gè)出口，一個(gè)是平的，而另一個(gè)則堆起的土堆，生物學(xué)家大惑不解，他們猜想：犬鼠把其中的一個(gè)的洞口堆成土包狀，是為了獲得一處視野開闊的了望臺(tái)，但是如果這一假設(shè)成立的話，它又為什么不在兩個(gè)洞口都堆上土包呢？那樣不是有兩個(gè)了望臺(tái)了嗎？物理學(xué)家觀察后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上正是由于兩個(gè)洞口形狀不同，使兩個(gè)洞口產(chǎn)生了自然壓差，地面上的風(fēng)吹進(jìn)了犬鼠的洞穴，給犬鼠帶去了習(xí)習(xí)涼風(fēng)。這實(shí)際上是草原犬鼠的天然“空調(diào)系統(tǒng)”。

從仿生學(xué)的角度出發(fā)，人類在建筑設(shè)計(jì)引入了風(fēng)塔設(shè)計(jì)。在通風(fēng)不暢的地區(qū)，利用高出屋面的風(fēng)斗，把上部的氣流引入建筑內(nèi)部，來加速建筑內(nèi)部的空氣流通，從而有效降低了建筑物的能耗，建成新型生態(tài)節(jié)能建筑。

建筑的生態(tài)節(jié)能是上海世博會(huì)場館設(shè)計(jì)核心思想。2010年上海世博會(huì)舉辦期間正值夏季，主要受東南季風(fēng)影響，世博園區(qū)的建筑不僅走向大多為東南方向，就連窗戶也朝東南方向敞開，這樣按照城市季風(fēng)路線，可以把街道穿堂風(fēng)導(dǎo)到每棟建筑里面去。為了最大限度利用好穿堂風(fēng)，世博園區(qū)的部分展館還采用底層挑空的設(shè)計(jì)，將展館變身成導(dǎo)風(fēng)板，就算館內(nèi)溫度超過30攝氏度，也不用開空調(diào)，從而節(jié)約了電力。

讓教學(xué)更加貼近生活，讓實(shí)踐成為本能。呵護(hù)孩子天生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力，傳授科學(xué)研究的方法，在以考試為最終目的的今天顯得更加可貴。