1.3 地球的圈层结构（教学设计）地理湘教版必修第一册

该高中地理教学设计聚焦地球圈层结构，涵盖地震与地震波、内部圈层及外部圈层知识。通过科普视频建立直观认知，结合科拉半岛超深钻孔资料说明直接探测局限，以挑西瓜、B超等生活类比引出地震波探测方法，衔接前后知识脉络。 资料以核心素养为导向，运用图示分析法（地震波速图、圈层结构图）和任务探究法，通过横波纵波差异推理外核液态培养综合思维，结合世界地震带分布与板块构造渗透人地协调观，课堂演练题提升地理实践力。多样教学方法助力学生系统掌握知识，也为教师提供高效教学支持。

第一章 宇宙中的地球 第三节 地球的圈层结构（教学设计） 年级 高一年级 科目 地理 课题 第3节　地球的圈层结构 课时安排 1课时 教材分析 本节是湘教版必修第一册第一章“宇宙中的地球”的第三节，在学习了地球的宇宙环境（第一节）和太阳对地球的影响（第二节）之后，将视角从地球外部转向地球内部和外部圈层，是对地球本身的全面认知。教材内容由三大部分构成：地震与地震波（地震的形成、构造、震级与烈度、世界及中国地震分布、地震预警与避险）、地球内部圈层结构（以地震波为探测依据，认识莫霍面和古登堡面两个不连续面，以及地壳、地幔、地核三个圈层的物质组成与物理状态）、地球的外部圈层（大气圈、水圈、生物圈的特征及其与岩石圈的相互关系）。教材遵循由现象到本质、由探测方法到结构认知的认知逻辑：先从地震这一自然现象及其携带的地震波信息入手，阐明科学家如何“透视”地球内部；再基于地震波传播速度的变化，逐层揭示地球内部的圈层结构；最后将视野从地球内部扩展到外部，呈现地球作为一个完整系统的全貌。  教学地位：本节是对第一、二节所学“地球宇宙环境”和“太阳对地球影响”的重要延伸与闭环，完成了从“地球在宇宙中”到“地球本身是什么”的认知深化。地球圈层结构是后续学习大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等具体内容的知识基础，也是自然地理环境整体性原理的重要铺垫。 学情分析 知识储备：通过前两节的学习，学生已初步建立了宇宙环境概念，了解了太阳对地球的影响，对地球有了宏观认识。但学生对地球内部的结构认知基本停留在“很热”“有岩浆”等朴素层面，对圈层划分的依据、各圈层的具体特征缺乏系统了解；对地震波的基本概念在物理课中有所接触，但将其应用于地球内部探测的思维尚未建立。  能力储备：学生具备一定的读图分析能力和逻辑推理能力，但对于地震波传播速度图、圈层结构示意图等地理图像的读取与分析仍需指导；类比思维（如用声波类比地震波）可作为重要的教学支架。  情感态度：地震作为学生熟悉的自然灾害，对其成因、分布和避险方法有天然关注度；对地球内部“看不见的世界”充满好奇，这为教学提供了良好的情感基础。 教学目标 1.课程标准：运用示意图，说明地球的圈层结构。  2.核心素养导向教学目标：  区域认知、综合思维：通过阅读地球内部圈层结构示意图和地震波传播速度图，说出两个不连续面的位置与名称，描述地壳、地幔、地核的物质组成与物理状态特征；知道软流层和岩石圈的位置。 综合思维、地理实践力：通过对比纵波与横波传播速度与传播介质的差异，推证地球外核为液态或熔融状态，培养从已知推未知的科学推理能力；运用地震波速图，说明科学家划分地球内部圈层的依据，建立“地球内部无法直接观察→借助地震波间接探测”的科学方法论。 人地协调观：知道世界及我国主要地震带的分布规律及其与板块运动的关系，理解我国地震灾害西多东少、灾情东重西轻的原因，树立防震减灾意识；通过了解地震预警原理，体会科学技术在防灾减灾中的重要作用。 教学重难点 重点：①横波与纵波的特征差异及其在地球内部圈层划分中的应用；②地球内部圈层的划分界面、名称、顺序及主要特征（物质组成、物理状态）；③地球外部圈层的组成及其与岩石圈的关系。  难点：①依据地震波传播速度的变化推断地球内部物质状态的方法；②利用板块构造学说解释世界主要地震带分布的原因。 教学方法 生活类比导入法：以“挑西瓜听声辨生熟”“B超检查”等生活经验类比地震波探测地球内部，建立从已知到未知的认知桥梁。  图示分析法：通过地震波传播速度图、地球内部圈层结构示意图、世界地震带分布图等，将抽象的地球内部结构可视化。  任务探究法：围绕“人类如何探测地球内部→地球内部结构是怎样的→地球外部圈层有哪些”三大任务展开教学。 小组合作讨论法：组织学生分析地震灾害的分布与影响、讨论避震方法，培养合作探究与表达能力。 教学过程 教学内容 教师活动 设计思路 视频导入 【播放视频】 播放一段关于地球内部圈层结构的科普视频（约2分钟），视频呈现地球内部由外到内分为地壳、地幔、地核的直观画面。 视频结束后，教师展示课件问题： ① 地球内部结构由外到内分为哪几层？ ② 人类目前钻探到了地下哪一层？ 学生结合视频内容尝试回答。 教师引导过渡：地球内部到底是什么样的？我们先来看看人类直接钻探的成果。 展示“科拉半岛超深钻孔”资料：前苏联于1970年在科拉半岛开始科学钻探，最深钻孔SG-3深达12262米。 设问：地球平均半径是多少？（6371千米）人类钻探的最深深度占地球半径的比例是多少？（约1/516） 学生计算后认识到：人类直接钻探的深度连地球最外层的地壳都没有钻穿。 教师设问：直接了解地球内部构造现阶段几乎不可能，那科学家是用什么方法来探测地球内部的奥秘的呢？ 展示生活类比图片——挑西瓜和B超体检： 拍西瓜，听声辨生熟；做B超，见影知脏腑。 ——借助“波”，我们能“看见”看不见的世界。 教师承接：同样，科学家也借助一种“波”——地震波，来探测地球内部的结构。 通过科普视频建立对地球内部圈层的初步直观印象，激发探究兴趣。科拉钻井数据帮助学生理解“直接探测不可能”的客观限制，为引出间接探测方法做铺垫。生活类比（挑西瓜、B超）从学生熟悉经验出发，将抽象的地震波探测原理转化为可理解的生活逻辑，自然过渡到本课核心内容。 一、地震与地震波 1、地震 【讲解+读图】 展示地震形成过程示意图，讲解： 地震是指地壳中长期积累的能量急剧释放出来，以地震波的形式传播，引起地面震动。 展示“地震构造示意图”，标注震源、震中、震源深度、震中距等基本概念。 【知识讲解——震级与烈度】 震级：表示地震释放能量的大小，用里氏震级表示。震级每增加一级，能量约增加32倍。一次地震只有一个震级。 按震级分类：微震（3级以下，人无感觉）、有感地震（3—5级）、破坏性地震（5级以上）。 烈度：反映地震活动所造成的地面和建筑物的破坏程度。 设问：烈度受哪些因素影响？ 学生回答后教师总结：震级（正相关）、震中距（负相关）、震源深度（负相关）、地面建筑物质量（负相关）。 展示表格数据（2004年印尼海啸、2008年汶川地震、2010年海地地震、2011年日本地震等），设问：以下地震伤亡情况差异大，体现了烈度受哪些因素的影响？ 学生分析回答：震级、震源深度、地质状况、人口密度、城市密集程度、经济发展水平等。 【读图分析】 展示“世界地震带分布图”和“世界六大板块分布图”。 设问：① 世界主要地震带分布在哪里？ 学生读图回答：环太平洋地震带、地中海—喜马拉雅地震带。 ② 环太平洋地震带位于哪些板块的交界地带？ 学生回答：太平洋板块、亚欧板块、美洲板块、印度洋板块、南极洲板块的交界地带。 ③ 运用板块构造学说，解释环太平洋地区多地震的原因。 学生回答：板块内部地壳活动相对稳定，板块边界地壳运动活跃，容易出现断裂和错位，引起地球内能的强烈释放。环太平洋地区正处于板块边界地带，所以多地震。 展示“中国地震带分布图”，引导学生观察我国主要地震带：青藏高原及其边缘、新疆盆地边缘（地中海—喜马拉雅地震带）；台湾及东南沿海（环太平洋地震带）；华北、南北地震带等。 设问：我国地震灾害分布有何特点？与板块构造有何关系？ 学生回答：西多东少。西部位于地中海—喜马拉雅地震带，东部（台湾等）位于环太平洋地震带。 【合作探究】 设问：① 我国地震灾害分布是东少西多，但总体灾情却是东重西轻，这是什么原因？ ② 我国近年来地震死亡人口呈下降趋势，但经济损失却呈上升趋势，为什么？ 学生讨论后回答： ① 东部地区人口密集、城市集中、经济发达，为资产密集区，所以发生地震时造成的灾情更严重。 ② 中国经济飞速发展，单位面积资产密度加大，灾害经济损失呈上升趋势；地震预测技术进步、建筑物抗震加固、公众防震意识增强，使人员伤亡减少。 【材料分析】 展示九寨沟地震预警案例：2017年8月8日九寨沟7.0级地震，预警系统为甘肃陇南提前19秒、为成都提前71秒发出预警。 设问：① 地震预警与地震预报是同一概念吗？为什么？ 学生回答：不是。地震预报是震前的预测通告（目前尚无法精确实现）；地震预警是震后利用电磁波比地震波快的原理，抢在破坏性地震波到达前发出警报。 ② 开展地震预警有什么重大意义？ 学生回答：为避险争取宝贵时间，为高速铁路紧急制动、燃气管线切断、核设施应急处置提供时间窗口，为抢险救援提供决策支持。 【避震知识讲解】 教师总结避震原则与要点： 总原则：保持镇静，就近躲避，震后迅速撤离。 黄金12秒：横波与纵波到达的时间差。 室内避震：伏地、遮挡、手抓牢；躲桌下或承重墙角落；远离窗户、吊灯。 室外避震：跑向空旷地带；远离楼房、广告牌、电线杆。 教师强调：未雨绸缪，有备无患——应急包准备、家庭环境排查、震时正确抉择，是保护生命安全的关键。 2、地震波 【讲解+类比】 教师讲解：科学家主要通过对地震波的研究来了解地球的内部结构。 地震波：地震发生时，地下岩石受到强烈冲击，产生弹性震动，并以波的形式向四周传播。 地震波有纵波（P波） 和横波（S波） 之分： 纵波（P波） ：传播速度快；可在固体、液体和气体中传播；引起地面上下颠簸。 横波（S波） ：传播速度慢；只能在固体中传播；引起地面左右摇晃。 设问：当地震发生时，陆地上的人会有什么感觉？ 学生回答：先上下颠簸，后左右摇晃。 设问：海洋上的航行者在船上会有什么感觉？为什么？ 学生回答：只能感受到上下颠簸。因为横波只能在固体中传播，不能在液体中传播，所以海洋上的人感受不到左右摇晃。 教师强调：纵波和横波传播速度的差异，正是“黄金12秒”的科学依据——纵波先到达，横波后到达，中间的时差就是宝贵的避险时间；横波无法在液体中传播，是科学家推断地球外核为液态的重要证据。 通过示意图讲解地震基本概念，帮助学生建立知识基础。震级与烈度的区分是重点之一，通过真实地震案例的数据对比，让学生从感性上理解烈度受多因素综合影响。 通过读图分析，将地震分布与板块构造理论相结合，建立知识的因果联系。“西多东少、东重西轻”的对比分析，培养学生综合分析自然因素与人文因素的能力；死亡人口下降与经济损失上升的“背离”现象，引导学生理解防灾减灾进步与经济发展的双面影响。 地震预警与预报的概念辨析，引导学生认识科学术语的严谨性。避震知识具有重要的生活实用价值，体现地理学科的“生活性”和“实用性”；“黄金12秒”联系横波与纵波的速度差异，强化前后知识的关联。 横波与纵波的对比是核心知识之一。通过速度、介质、感受的三维对比，帮助学生清晰区分两者差异；“陆地上先上下颠簸后左右摇晃”和“海洋上只感受上下颠簸”的分析，让学生从真实体验出发理解波的性质差异，也为后续圈层划分中“横波消失→外核液态”的科学推理埋下伏笔。 二、地球内部圈层 1、两个界面 【读图分析】 教师过渡：地震波在不同介质中的传播速度不同；地震波经过不同介质的界面时，还会发生反射和折射现象。科学家利用地震波的上述性质，通过对地震波的精确测量，“透视”了地球内部的结构。 展示“地震波传播速度与地球内部圈层结构图”，引导学生读图分析： 设问：地震波在地球内部传播速度发生了怎样的变化？ 学生观察发现：地震波速度在地下约33千米处和约2900千米处发生了明显的突变。 教师讲解： 莫霍界面——在大陆地面下平均33千米处，横波和纵波的速度都明显增加。 古登堡界面——在地下约2900千米处，纵波速度突然下降，横波完全消失。 设问：横波在古登堡界面完全消失，这说明了什么？ 学生推理：横波只能在固体中传播→外核不可能是固态→外核为液态或熔融状态。 教师强调：这正是科学家推断地球外核为液态的重要依据。 2、三个圈层 【讲解+填表】 教师结合结构图，逐层讲解地球内部三个圈层： ① 地壳——范围：地面以下、莫霍面以上；物理状态：固态；厚度：大陆地壳平均约33千米，大洋地壳平均约7千米，全球平均约17千米。 结合“青岛—拉萨海拔与地壳厚度变化剖面图”，设问：地壳厚度与海拔有何关系？ 学生读图回答：海拔越高，地壳越厚——地壳厚度与海拔高度基本呈正相关。 知识拓展——地壳均衡理论：基于阿基米德原理，密度较小的地壳“漂浮”在密度较大的地幔之上，如同木块漂浮在水面。山脉越高，“山根”越深；负荷变化（冰川消融、沉积、剥蚀）会打破均衡，地壳缓慢调整重新达到平衡。 地壳的化学组成：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁8种元素占总质量的98.04%，氧几乎占1/2，硅占1/4强。地壳上层称硅铝层（密度小），下层称硅镁层（密度大、连续分布）。 ② 地幔——范围：莫霍面以下到古登堡面；物理状态：固态；上地幔上部存在一个软流层，温度很高，岩石部分熔融，能缓慢流动——这是岩浆的主要发源地，地球板块的运动与之相关。上地幔顶部与地壳都由坚硬的岩石组成，合称岩石圈。 ③ 地核——范围：古登堡面所包围的球体；外核呈液态或熔融状态，科学家认为外核液态物质的运动形成了地球的磁场；内核是一个密度极大的固体金属球，超强压力将铁原子和镍原子紧紧挤压在一起。 展示“地球内部圈层结构示意图”，用表格进行总结。 通过读图分析，培养学生从图像中提取信息和进行科学推理的能力。“横波消失→外核液态”的推理过程是科学思维训练的关键环节，让学生亲身体验科学家如何从已知推未知。 通过示意图和表格相结合的方式，将地球内部三个圈层的名称、深度范围、物理状态等信息结构化呈现，便于学生系统掌握。软流层是板块运动的重要概念基础；外核液态与地球磁场的关系是拓展兴趣点。 三、地球外部圈层 【讲解+读图】 教师讲解：地球的外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈等。岩石圈的表面高低不平，被大气圈、水圈和生物圈覆盖，连接地球内部圈层与外部圈层。大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透，共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。 大气圈：包裹地球的气体层。近地面的大气密度大，随着高度的增加，大气的密度迅速减小。在2000—3000千米的高空，每立方厘米的空间平均只有一个气体分子，与星际空间的情况很接近，一般把这个高度作为大气圈的上界。 水圈：由液态水、固态水和气态水组成。按存在位置和状态，可分为海洋水、陆地水、大气水和生物水。陆地水与人类社会的关系最为密切，主要可分为地表水和地下水。 生物圈：地球上所有生物及其生存环境的总称。生物圈并不单独占有任何空间，而是分别渗透于大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部，厚度约20千米。但生物的绝大部分集中在地面以上100米到水面以下200米的范围内——这一薄层处在大气圈、水圈、岩石圈的接触带，是生物圈的核心部分。 设问：为什么绝大部分生物集中在地面以上100米至水面以下200米的范围内？ 学生思考回答：这一范围有充足的阳光、适宜的温度、空气和水，是大气圈、水圈、岩石圈的交汇地带，生存条件最优越。 外部圈层知识相对简单，以讲解为主。强调四大圈层“相互联系、相互渗透”的整体性，为后续学习自然地理环境的整体性做铺垫。“生物圈核心层”的概念帮助学生建立“生物圈不是独立的一层，而是渗透在其他圈层中的”这一正确认识。 课堂演练 下图为青岛-拉萨海拔与相应地壳厚度变化对比剖面图。读图，据此完成下面小题。 1．图中甲曲线可能代表的是（   ） A．地面 B．软流层 C．莫霍界面 D．古登堡界面 2．下列叙述正确的是（   ） A．距离海洋越远，地壳厚度越薄 B．地壳厚度与距大陆中心区域远近成正比 C．山地、丘陵的地壳比高原的地壳厚 D．海拔高度与地壳厚度变化基本呈正相关 【答案】1．C 2．D 【详解】1．该图为海拔与地壳厚度对比剖面图，上方曲线已经表示地形（地面海拔）。 根据地球内部圈层知识：莫霍界面是地壳与地幔的分界面，即地壳的下界，地壳厚度的规律是海拔越高，地壳越厚，莫霍界面距离地表越深（深度越大），图中甲曲线的变化符合莫霍界面分布规律，A错误，C正确。软流层在上地幔的顶部，B错误。古登堡界面平均深度为2900千米，D错误。 2．海拔高的拉萨，地壳厚度大；海拔低的青岛，地壳厚度小，说明海拔高度与地壳厚度变化基本呈正相关，D正确。距离海洋越远，整体海拔越高，地壳越厚，A错误。地壳厚度主要和海拔相关，与距大陆中心远近没有正比关系，B错误。高原海拔普遍高于山地丘陵，地壳厚度更大，C错误。 2020年11月4日1时59分，台湾屏东县海域（北纬21.49度，东经121.56度）发生4.0级地震，震源深度96km。据此完成下面小题。 3．此次地震的震源位于（   ） A．地壳 B．上地幔 C．地核D．下地幔 4．地震发生以后，建筑物并不会马上倒塌，一般都要间隔约12秒，这就是地震救援领域所说的“黄金12秒”，在这12秒中人们可以决定是躲是逃。据此推断“黄金12秒”确定的依据是（   ） A．横波和纵波传播速度的差异 B．人体生理反应能力 C．横波和纵波传播介质的差异 D．建筑物的抗震系数 【答案】3．B 4．A 【详解】3．大陆地壳的平均厚度为39-41千米、大洋地壳的平均厚度为5-10千米，此次地震的震源深度96千米，已超出地壳范围，A错误；上地幔位于地下约17千米至900千米处，96千米在此范围内，B正确；地核位于地下约2900千米以下，C错误； 下地幔位于地下约900千米至2900千米处，D错误； 4．纵波传播速度快，横波传播速度慢，两者到达地表的时间差形成了“黄金12秒”，A正确；人体生理反应能力因人而异，不是确定时间差的客观依据，B错误；横波和纵波在地下传播的介质相同，C错误；建筑物的抗震系数影响倒塌难易程度，不决定地震波到达的时间差，D错误。 2025年，世界某陆地沿岸地震监测站监测到了一次地震发生过程，震级为6级，地震与潮汐作用使岛屿沿岸海水水位明显上涨。下图示意该地震监测站所在区域局部等高线和等莫霍面深度线空间分布，甲、乙、丙、丁为该区域的四个地形区。据此完成下面小题。 5．本次地震的震源地位于地球内部圈层的（   ） A．上地幔中部 B．地壳的硅镁层 C．上地幔顶部 D．地壳的硅铝层 6．图示中的甲、乙、丙、丁四地（   ） A．甲为陆上的小盆地 B．乙为海底的小山地 C．丙为陆上的小高原 D．丁为海底的小盆地 7．本次地震中，图示中的等值线（   ） A．0千米等莫霍面深度线变大 B．乙处的0千米等高线将向外扩大 C．10千米等莫霍面深度线将向西移 D．－1千米等高线将会向西移 【答案】5．C 6．D 7．D 【详解】5．结合图示，震源处等高线小于0，说明位于海洋区域，震源处的等莫霍面深度线小于0，说明地壳缺失，地幔物质直接出露，位于地幔部分，地幔深度没有超过莫霍面向下5千米，因此震源应位于上地幔的顶部，软流层以上，C正确，ABD错误。 6．结合图示，丁地海拔为负值，地处海洋，等莫霍面深度为负值并呈现小范围闭合状态，说明丁所在地区的地势较周边低，可能是海底的小盆地，D正确；甲地等高线大于0，等莫霍面深度线取值为大值，表明甲地地势较高，应为陆地上的山地，A错误；乙地周边等高线闭合且为0、闭合区域内为大值，说明其为出露海面的岛屿，B错误；丙地等高线小于0、位于海洋，C错误。 7．地震与潮汐作用使岛屿沿岸海水水位明显上涨，沿岸海水水位抬升，原本-1米的位置被海水淹没，-1米等高线（水下等高线）会向西（陆地方向）移动，D正确。莫霍面深度由地壳厚度决定，海水水位变化不会改变莫霍面深度，AC错误；乙处沿海海水上涨，0米等高线（海陆分界线）会向陆地（西）收缩，不会向外扩大，B错误。 科学家主要通过对地震波的研究来了解地球的内部结构。下图为地球内部地震波传播速度与圈层结构示意图。据此完成下面小题。 8．地球内部圈层由地表到地心依次为（   ） A．地核、地幔、地壳 B．地幔、地核、地壳 C．地壳、地幔、地核 D．地壳、地核、地幔 9．软流层位于（   ） A．①层 B．②层 C．③层 D．④层 【答案】8．C 9．B 【详解】8．地球内部圈层由地表到地心依次为地壳、地幔、地核，C正确，ABD错误。 9．结合地球内部圈层划分，图中序号对应圈层：①是地壳，②是地幔，③是外核，④是内核。软流层位于上地幔上部，属于②圈层，B正确。 2021年4月25日2时54分，日本九州南部樱岛火山喷发，烟尘高达4200米。图左为樱岛火山喷发景观，图右为地球圈层结构示意图。完成下面小题。 10．樱岛火山喷发物质主要来自（   ） A．地壳 B．地幔 C．外核 D．内核 11．樱岛火山喷发过程中，火山灰物质最先进入的圈层是（   ） A．大气圈 B．水圈 C．生物圈 D．岩石圈 【答案】10．B 11．A 【详解】10．岩浆主要发源于上地幔上部的软流层，属于地幔，B正确。 11．火山喷发时，火山灰等物质首先向上喷出地表进入大气中，最先进入大气圈，A正确。 本环节主要设置较为经典的题型进行当堂考核，检验学生对知识的掌握和运用能力（设计时长6分钟） 板书设计 教学反思 本节课基本达成了预设的教学目标。从教学效果看，以“挑西瓜—B超”生活类比导入，学生反应热烈，对“用波探测内部”的方法印象深刻；横波与纵波的对比分析结合“陆地上先颠后晃”“海洋上只晃不颠”的生活体验，学生理解到位；横波在古登堡面消失→外核液态的推理过程有效训练了科学思维；世界地震带分布与板块构造的结合分析，以及“西多东少、东重西轻”的对比探究，培养了学生综合分析能力。 但教学中仍存在不足：一是震级与烈度的概念区分虽反复强调，但部分学生在后续练习中仍然混淆，后续需要更多情境化辨析练习；二是本节内容容量较大（地震知识、内部圈层、外部圈层），时间分配上略显紧张，地震波速图的深入分析时间不足；三是地壳均衡理论部分因时间关系只能简略带过，可考虑作为课后拓展阅读材料供学生自主了解；四是避震知识讲解偏单向灌输，若能引入模拟演练或角色扮演活动，学生的参与度和记忆效果会更好。 公司2 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $