内容正文:
《2.3河流地貌的发育》
一、使用教材
人教版第1版高中地理选择性必修1——《2.3河流地貌的发育》。
二、实验教学目标与方法
高二学生已经有了全球变暖、海平面上升会淹没三角洲低地的认知,他们迫切地想知道,地球历史干冷期海平面下降对三角洲地貌演化的影响。为了解开学生的疑团,落实课标“结合实例,解释外力对地表形态变化的影响”要求,大家设计了如下教学目标:
(一)实验教学目标
(1)观察海平面下降对三角洲冲(侵蚀)淤(沉积)的影响;
(2)分析海平面下降、径流量减小造成三角洲冲淤的空间差异;
(3)感悟探索的艰辛,享受科学发现的喜悦。
这些目标服务于学生综合思维和地理实践力核心素养的发展
(二)实验教学方法
本实验采用模拟实验法、对比实验法、控制变量法进行研究。
学生根据地貌发育的可观测程度控制径流和时间变量数值。
三、实验器材
(一)实验主体设备
这是自主设计建造的长×宽×高分别为8m×2m×1m的地表过程实验平台(见图1)。
图1 地表过程实验平台
(二)实验辅助器材
(1)与中科星图开发的物联网系统连接的实验主控系统;
(2)不锈钢供水箱、排水箱、供排水阀门和抽水机;
(3)透明亚格力制作的实验观察窗口及相关设备;
(4)不锈钢钢板制作的泥沙供应沙漏及量沙杯;
(5)流量、流速传感器等。
(三)实验设备的改进过程
从六年前简陋的小水槽到传感器密布的数字化实验平台,凝聚了六届师生的探索、智慧与积淀(见图2)。实验平台透明窗口绘有刻度,方便数据采集;实验主控系统可根据传感器实时生成各种数据;学生从纵剖面a-b和横剖面c-d两个方向构建统一的坐标系进行研究。
图2 实验设备的改进过程
四、实验创新要点
(一)开创性的实验
学生尚未搜索到中外文献有关于该问题的定量模拟研究。
(二)指向学生需求的实践
目前地理学科过程性实践平台匮乏。我们将实验装置按比例缩小,缩小后模块化的平台可供6-8位同学进行学习实践(见图3)。
图3 微型化、模块化的实验平台运用于地理过程实践
(三)数字化的支撑
在物联网支撑下,传感器获取的数据可直接生成图像,学生可实时采集相关数据。
五、实验原理与内容
(一)实验原理
地球气候变冷,海平面下降,海陆高差增大,流水冲淤能力增强;气候变干,径流量减小,冲淤形态变得丰富多样。
(二)实验教学内容
(1)海平面下降前进行实验,观察三角洲冲淤状况
(2)海平面下降后进行实验,分析三角洲冲淤变化
(3)减小径流量再进行实验,探究纵横剖面发生的现象
六、实验教学过程
【环节一】课前准备
以崇明岛附近剖面作为参考剖面,力求模拟真实的实验情境(见图4)。
图4 实验参考剖面
【环节二】观察海平面未下降时的实验现象
见图6左,注意提醒学生与实验1进行对比。
【环节三】观察、测量并探究实验1发生的现象
海平面下降6cm后,利用主控系统输入每分钟40升的径流(见图5)。
图5 利用实验系统控制输入径流
与前期海平面未下降的实验相比,同学们看到一个神奇的转折点:水流平静与湍急的分界点--裂点,它是纵向河谷由缓坡向陡坡转折的地点,这里溯源侵蚀强烈。
学生发现,裂点不断向上游退却,河谷展宽,陆地三角洲向海洋推进,裂点、河谷、三角洲作为地理环境的统一整体协同演化(见图6)。
图6 左图为海平面未下降的实验,中图为实验1刚刚开始,右图为实验1正在进行中
水平距离/cm
a
10
20
30
m
50
60
70
80
90
100
b
实验1冲淤厚度/cm
-0.1
-0.2
-2.6
-3.2
-4.1
0
4.9
1.7
0.5
0.2
0.1
0.1
同学们采集实验1数据(表1)后,生成剖面图,确定裂点和冲淤区位置(见图7)。
表1 实验1沿a-b纵剖面冲淤数据
图7 实验1完成后裂点和冲淤区域位置剖面示意
【环节四】观察、测量并探究实验2、实验3发生的现象
实验2每分钟输入径流约为15升,实验3减小为每分钟10升,完成数据测量(见表2,图8)。生成实验2、实验3纵剖面图(见图9)。学生观察剖面变化发现:裂点后退速度减小,三角洲向海洋推进速度变慢。
图8 学生在测量侵蚀与堆积数据
表2 实验1、2、3沿a-b纵剖面冲淤数据汇总表
水平距离/cm
a
10
20
30
m
50
60
70
80
90
100
b
实验1冲淤厚度/cm
-0.1
-0.2
-2.6
-3.4
-4.2
0
3.9
1.7
0.5
0.2
0.1
0.1
实验2冲淤厚度/cm
-0.3
-2.1
-0.5
-0.4
-0.2
0.1
1.6
1.8
0.3
0.2
0.1
0.1
实验3冲