小学科学课程“地球与空间科学”领域的概念及教学研究

发布时间：2014-12-24 09:50

 

【摘要】 从自然课到科学课,我国的科学教育走过了数十年的光景,但是却一直未能突飞猛进,仍在摸索的道路上缓缓前行。伴随着科学知识日新月异的发展变化,科学教师除了为之感到欣喜之外,也愈发感到肩上的重担更加沉重了。杜威曾经说过：“人类即使有了广泛而正确的知识体系,他仍然面对着这样的问题：对于这种知识他将怎样办,以及将利用他所掌握的知识去做什么。”这句话中指出在即便在拥有正确的知识情况下,尚且面对着不知该如何应用的困境,更不必说在还没有拥有这些知识之前。在我国初等教育阶段,小学科学中的“地球与空间科学”领域一直都是让科学教师颇为棘手的教学内容。小学科学教师虽有心想上好这门课,但是却总是感到力不从心,无法在短时间内获得较高的地理素养。基于这迫在眉睫的现状和需求,本文以“地球与空间科学”领域为研究主题,分析概念的双重表征理论,结合哲学重演律的启示,分析这部分概念的性质与特点,给出较为准确的概念的核心和概念的表征,为科学教师提供科学依据,同时也针对这部分知识的教学提出教学建议,为他们今后的教学工作提供帮助与指导。本文笔者首先通过查找地理学史的发展以及地理学的学科特点与价值的相关文献,着重对小学生对地理学科的学习特点进行理论研究。其次对现代认知心理学的双层表征理论进行理解与分析,通过双层表征理论的支持,以及哲学重演律的启示,结合儿童学习地理知识的认知特点,为教师的教学设计提供理论依据和指导。而本文的重点工作则是依据2010年颁布的《小学科学(1-6年级)课程标准(修订送审稿)》,梳理出科学课程标准中的所有相关“地球与空间科学”领域的概念,概括出这些概念的核心以及概念的原型,本文选取了一些教学重难点知识作为案例,找出地理科学发展的阶段和特点,以理论研究为基础,从实际教学的角度为小学科学教师的教学提出针对性的教学建议,希望能够为教师在将来的教学工作中提供参考和指导。 

第一章地球及其运动

 

第一节地球的自转

一地球的自转的概念分析

地球自转的概念的核心

球绕地轴的旋转运动，叫做地球的自转。地球的北端始终指向北极星附近，地球自转的方向是自西向东；从北极上空看，呈逆时针方向旋转。地球自转一周的时间，约为23小时56分，这个时间称为恒星日；然而在地球上，我们感受到的一天是24小时，这是因为我们选取的参照物是太阳。由于地球自转的同时也在公转，公转的一个小角度抵消了部分自转的效果，所以地球还要再转一点，才能再次对准太阳，这4分钟的差距正是地球自转和公转叠加的结果。天文学上把我们感受到的这1天的24小时称为太阳日地球自转的平均角速度是15'/s，在地球赤道上，自转的线速度是。除地球的南北两级点无角速度以外，地球表面上的任何一点的自转角速度都相同。赤道讳线圈最长，自转线速度最快，到南北纬60°，自转线速度缩小为赤道处的一半，即233m/s。到南北极点自转线速度为0。

地球自转的概念的原型

地球的自转会引起地球上同一区域的昼夜交替现象。当地球自转时，被太阳照亮的半球叫做昼半球，这一半球内就是白天；背着太阳的半球叫夜半球，这一区域内的地区就是夜晚。昼夜交替的周期为小时。地球的自转使得同一区域内的太阳辐射发生周期性变化，而且这种周期短，变化节奏快，有利于地球生物的生活，也使得许多高级生物具有昼出夜伏的特征，如人类就是具有典型昼出夜伏生物钟的高级生物。

地球的自转还会引起地球上不同区域的时间差异，也就是我们平时所说的时差。在地球上我们所看到的日月星辰都是东升西落，这也是地球的自转引起的现象。由于地球的自转，地表基面保持原本运动方向的地表气流、水流都会发生偏转，在北半球向顺时针方向偏转而在南半球向逆时针方向偏转。这就是地球自转引起的地砖偏向力，也叫做科里奥利力。科里奥利力使得地球上的气流环流变得多种多样，形成了环流系统。

 

 

 

第二节地球的公转

一地球的公转的概念分析

地球公转的概念的核心

在北半球北回归线附近的国家，每年共有四个季节，分别为春、夏、秋、冬，而在南半球的南回归线附近的国家也是如此，但是他们的季节与前者正好相反，当北半球是冬天时，南半球则是夏天，而当北半球进入盛夏时节，南半球则是寒冬。但无论是北半球还是南半球的国家，除靠近赤道或极地的国家以外，每一年都会有季节的交替循环，从春至冬，生生不息。产生地球上四季的交替循环的原因是地球地轴的倾斜和地球保持这种倾斜角度沿公转轨道绕太阳平行移动。地球的近球形形状使各个祎度接受的太阳福射能量不同，因而造成地带性差异。但是如果地球不自转、公转，就不会产生时间节奏变化。如果只有地球自转，只能产生昼夜节奏变化；如果地轴垂直于黄道平面，即使有公转运动也不会产生季节变化，但是地球的椭圆轨道使近日点和远日点受热不同，由于偏心率很小，全年全球接受太阳能总量差额的极值也不过，北半球通过远日点是月份，正值夏季，根本感受不到这一差异。因此，最重要的是地轴与黄道面倾斜66°34'，由于地轴始终保持这一倾角绕太阳公转，致使在夏至太阳直射北回归线，北半球受热多，且受热时间长；冬至时太阳直射南回归线，北半球受热少，且受热时间段；春秋分时太阳直射赤道，两半球之间受热均匀，处于冬与夏，夏与冬之间的过渡阶段。南半球的季节则正好与北半球相反。正是由于地轴倾斜平移公转使太阳直射点跨越赤道在南北回归线之间移动，造成太阳高度和昼夜长短的季节性变化，致使南北半球各自所得太阳热能差异巨大，就其对全球总量所占的百分数来说，变化于70%到30%之间，差值高达57%，远远超过日地距离变化造成的差异。

地球的公转除了会给地球带来四季的交替之外还会带来一个非常神奇的现象，那就是极昼极夜现象。极昼，是出现在极圈范围内的一种“太阳终日不落”的现象，所以又称“永昼”。极昼现象只出现在地球南、北极圈以内地区。太阳直射于北半球时，极昼出现在北极地区；而极夜则出现在南极地区。太阳直射在南半球时则反之。如太阳直射在北纬10°，则北纬80°至90°地区将出现极昼，南纬80°至90°地区则为极夜（不计大气折光作用和日轮视半径）。在南极圈和北极圈以内，每年都会有极昼和极夜季节。其持续时间之长短，则因讳度而异。在南极和北极，每年都有半年极昼和半年极夜。除了南极和北极以外，极昼期内，太阳在一日内仍然有高度和方位的变化。每年的春分过后，北极附近就会出现极昼现象，并逐渐扩大范围，至夏至日达到最大，边界到达北极圈；夏至日过后，北极附近极昼范围逐渐缩小，至秋分日缩至秋分过后，南极附近出现极昼，此后南极附近的极昼范围越来越大；至冬至日达到最大，边界到达南极圏；冬至日过后，南极附近极昼范围逐渐缩小，至春分日缩至。如此周而复始，其周期为一个回归年。

 

第二章岩石圈

岩石圈的概念的核心：岩石圈包含岩楽岩、沉积岩和土壤的覆盖面。地球表面的岩石层称为地壳，地壳的下面是地幔，可分为上地暢、过渡层和下地幔。上地暢浅部超过，也是坚硬的岩石，它与地壳共同组成了地球最外面厚约70-150km的岩石圈。岩石圈内的岩衆岩是地球内部的炽热岩衆上升后冷却凝固而成的岩石。在岩楽岩上面一般有一层很薄的沉积岩和一层薄薄的土壤覆盖着。岩石圈分为三个层圏，上层是沉积岩层，物质成分上与地壳没有区别，但存在方式上有很大区别，主要由砂岩、页岩、碌石、石灰岩等组成，其厚度约为0-15km。中层是桂销层，它是由以桂、锅矿物为主的花岗岩类物质组成，其厚度，山地可达40km，平原则10km左右，海洋底部很薄，有些洋底甚至根本没有这一层。下层是硅镁层，它是由以桂、镁矿物为主的玄武岩类物质组成，存在于大陆大洋的底部，由于火山喷发等原因玄武岩也有大量在地表的山地出现。在没有花岗岩的洋盆底部，玄武岩直接和海水接触。

岩石圈的概念的原型：在我们的日常生活之中随处可见的地形、偶尔会发生地震灾害以及火山喷发，以及常常利用到的生产原料岩石和土壤都是岩石圈的原型。

 

第一节岩石

一岩石的分类

按成因分为岩菜岩、沉积岩和变质岩。其中岩衆岩是由高温溶融的岩装在地表或地下冷凝所形成的岩石，也称火成岩或喷出岩。沉积岩是在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石；变质岩是由先成的岩楽岩、沉积岩或变质岩，由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。

 

第二节土壤

土壤的概念的核心：土壤作为独立的历史自然体，具有独特的发生发展过程、组成特点和形态特征。土壤被定义为位于地球陆地具有肥力，能够生长植物的疏松表层，是由矿物质、有机质、水分、空气和微生物组成的一个复合体，能够生长植物、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。土壤不同于无机的岩石，也不同于有机的生物。土壤与岩石风化壳、土状沉积物和经外力搬运的各种运积物等虽然同属地球的疏松表层，但前者中含有能够供给植物生长的有机养分，后者则只是形成土壤的基质，也称为土壤母质。

一土壤的组成

1.土壤的无机组成

矿物质是土壤中最基本的组成部分，重量占土壤固体物质总含量的90%以上。矿物质通常指天然元素或经无机过程形成并具有结晶结构的化合物。地球上大多数土壤矿物质都来自各种岩石，例如花岗岩中的石英、云母和斜长石等等，这些矿物经物理和化学风化作用从母岩中释放出来就成为土壤矿物质和植物养分的主要来源。土壤中所包含的矿物质分为原生矿物和次生矿物两种。原生矿物是指在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶结构的造岩矿物，如石英、云母、长石等，属于土壤矿物质的粗质部分，形成砂粒和粉砂，只有通过化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需的养分。次生矿物指的是岩石在风化过程中新生成的土壤矿物，包括简单盐类，铁、培氧化物和次生锅娃酸盐，其中铁、招氧化物和次生锅娃酸盐是土壤矿物质中最细小的部分，称为粘土矿物，它们使得土壤具有一定的保肥力。

2.土壤的有机组成

土壤的有机部分指来自于生物体的土壤物质。有机质按照重量计算只占土壤固体总重量的5%左右。土壤中的有机部分主要可以分为两类：原始组织及其部分分解的有机质和腐殖质。原始组织包括高等植物未分解的根、莲、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。这些物质被各种类型的土壤微生物分解转化，形成土壤物质的一部分。腐殖质则是有机物质经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的比较稳定的分解产物，约占土壤有机部分总量的85%-95%。腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈现黑色或棕色，性质上为胶体状，它具有比土壤无机组成中粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，腐殖质可以显著提高土壤的生产力。

 

第三章大气圈.........49

第一节气候......50

一赤道候.......50

二副热带气候........51

三温带气候.......51

第四章水圏.......60

第一节、水圈........60

第一节海洋.......61

第五章太阳系.........71

一、行星.....71

 

第八章地图与地球仪

 

第一节地图

地图的内容可分为普通地图和专题地图。普通地图反映绘制图区域的基本地理特征；专题地图突出表示出表示制图对象的一类或一种主题内容，种类繁多。地图按照比例尺大小可分为大比例尺地图、中比例尺地图、小比例尺地图。地图按制图区域可分为世界地图、全洲地图等。地平面上分有八个方面，分别是东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方面。

一地理坐标

用地理经度和地理纬度表示地面上点的位置的地面坐标叫做地理坐标。地理坐标系的基圈是地球赤道，它相当于平面直角坐标系中的横轴，始圈是本初子午线，应相当于平面直角坐标系中的纵轴。

二地图比例尺

地图比例尺是地图上直线长度与地面上相应距离的水平投影长度比，即1M=d/D：，公式中M为地图比例尺分母，d为图上某一线段长度，D为与d相对于的实地线段长度。因此比例尺的分母愈大，比例尺愈小；反之，比例尺分母愈小，比例尺愈大。

 

结语

在对数十本不同类型的地理书籍及论文文献进行归纳分析之后，笔者再一次感受到小学科学教师的工作的不易，地理知识系统的错综庞杂对于任何一名专业人士都尚且需要多年时间来研习，才可做到熟悉，尚不能做到精通，就更不必说教学负担繁重的小学科学教师了。他们在忙碌的教学工作之后还被要求需要不断提升个人的地理素养，研究“地球与空间科学”领域的教学，参加教学研讨，在教学工作中力臻完美。在论文撰写的过程中，本人收获了很多，但也同时发现了很多问题，以下从三个方面来对本文进行全面的总结。

1.本研究已完成的工作

本文以小学科学教师为研究对象，梳理总结出课标中所有的相关地理科学知识结构分析，依据双层表征理论进行了逐一分析归纳，完成了这些地理概念的原型和核心的分析，并针对每一部分教学内容提出了对应的教学建议，旨在根据小学生对认知特点的基础上，为科学教师的教学提供一个适合程度的教学参考和指导。虽然笔者极力希望能以此文来帮助到所有的科学教师，提升地理教学的教学质量，但是笔者也发现了在地理教学中仍然存有的一些的问题：首先地理中有许多模棱两可的概念，如海和洋，地形和地貌，科学教师在遇到这些问题时，往往容易产生畏难情绪，进而产生得过且过的敷衍心理，企图将这些问题留给学生日后的中学地理老师，甚至留待学生自主学习与理解，这样的教学态度是非常不可取的。无论是一份多么权威的地理文献，依旧会有其不足或不准确之处，这正是地理学科自身的开放性所在，同时也是科学自身的可错性。同样的对于科学教师，也不可能做到万无一失。教师应当与学生共同学习，共同进步，为学生树立良好的学习榜样，培养正确的科学态度，提升科学素养。因此教师的教学观念亟需转变。除此之外，笔耕文化传播，地理教学形式仍需要进行改革和创新，应当注重隐性知识教学模式。如果教学的认识过程更接近于科学认识过程，学生就能够体验到科学探宄过程，得到科学研宄的启蒙，但是由于某些科学方法的哲学原理是深奥晦涩的，难以在短时间内进行阐明，因此需要采用隐蔽的方式进行，使得学生使用科学的方法与通过科学的途径接受知识。正如前文中提到的，概念的核心往往是内隐的，但却是判断事物的依据，概念的原型是外显的，易感知的，但是却不是判断事物的最为科学的依据。

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本文编号：10843