1.4 地球的圈层结构（情境教学设计）地理人教版必修第一册

该高中地理教学设计聚焦地球圈层结构，涵盖地震波特征、内部圈层（莫霍面、古登堡面，地壳、地幔、地核）及外部圈层（大气圈、水圈、生物圈）知识。以松辽盆地科学钻探获奖案例导入，通过“岩心位置怎么选”问题引出地震波，衔接前两节地球宇宙环境内容，构建从外部到内部的认知支架。 该资料以松科二井岩心为情境主线，任务驱动三大问题贯穿教学。通过地震波速图分析培养综合思维，如由横波消失推证外核液态，结合松辽盆地地震案例提升地理实践力，强调圈层联系渗透人地协调观。帮助学生建立科学推理能力，教师可高效落实重难点，提升课堂深度与学生参与度。

第一章 宇宙中的地球 第四节 地球的圈层结构（教学设计） 年级 高一年级 科目 地理 课题 第4节　地球的圈层结构 课时安排 1课时 教材分析 本节是人教版必修第一册第一章“宇宙中的地球”的第四节。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，本节将视角从地球外部转向地球内部，同时兼顾外部圈层，是对地球本身的全面认知。教材内容由三大板块构成：地震波（纵波与横波的特征对比，及其作为探测工具的应用）、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）。教材遵循由方法到结构、由内部到外部的认知逻辑：先阐明科学家如何利用地震波“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：通过前三节的学习，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。情感态度：学生对地球内部“看不见的世界”充满好奇，对国家重大科技成就（如松辽盆地科学钻探）有自豪感，这为以我国真实科技案例贯穿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：知道地球外部圈层的组成及其与岩石圈的关系，理解四大圈层相互联系、相互渗透，共同构成人类赖以生存的自然环境。 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；③地球外部圈层的组成及其与岩石圈的关系。难点：依据地震波传播速度的变化推断地球内部物质状态（特别是横波消失推证外核液态）的逻辑推理。 教学方法 情境贯穿法：以“松科二井岩心”为全课情境主线，用三个核心问题串联整节课。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等，将抽象的地球内部结构可视化。任务驱动法：围绕“岩心位置如何确定→岩心深度抵达何处→岩心记录何种历史”三大问题展开教学。 教学过程 教学内容 教师活动 设计思路 情境导入 【课件呈现】 2026年7月8日，“松辽盆地国际大陆科学钻探工程”荣获2025年度国家科学技术进步一等奖。 松科二井从地下7018米深处取出4134米连续岩心（岩心是钻探时从地下取出的圆柱状岩石样本），全井取心率高达96.6%。王成善院士说，在地下岩层，每一米代表了一万年的沉积历史。 教师设问：7018米与地球平均半径6371千米相比，不过是冰山一角。岩心的位置，怎么选？ ——人类无法直接透视地底，往哪儿钻、钻多深，科学家是怎么确定的呢？ 教师引导：要回答这个问题，我们需要先认识一种能够“透视”地球内部的工具——地震波。 以2026年最新国家科技奖获奖成果导入，用真实数据激发学生兴趣。通过“岩心位置怎么选”的核心问题，自然引出地震波这一探测工具。三个小标题贯穿全课，形成清晰的任务驱动链条。 一、岩心位置如何确定？——地震波 【过渡】 打一口7018米的深井，成本极高、难度极大，不可能盲目下钻。松科二井钻探之前，科学家布设了一条过井近南北向的深地震反射剖面，用地震波给地下拍了一张“透视图”。地震反射剖面清晰显示了地壳内部的层状结构、断裂位置，甚至莫霍面的起伏形态。地震波先“看见”目标层在哪，钻头再精准下去，岩心才能取上来。 【讲解+读图】 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，陆地上的人会先感觉到上下颠簸还是左右摇晃？为什么？学生回答后教师总结：先上下颠簸，后左右摇晃。因为纵波传播速度快于横波。 【追问】 如果地震发生在海洋下方，船上的人会有什么感觉？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。 【过渡】 地震波不仅帮助科学家确定了岩心的位置，还在穿越地球内部时，揭示了地球内部的圈层结构。 【读图分析】 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。 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。 二、岩心深度抵达何处？——地球的内部圈层 【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。地壳由90多种化学元素组成，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。 【回扣设问】 松科二井7018米，钻到了哪个圈层？学生回答：地壳。教师总结：大陆地壳平均厚度约33千米。7018米，仍在地壳范围内。这根岩心，就是地壳的“实物档案”。人类连地壳都没钻穿，但岩心和地震波一起，让人类“看见”了全部圈层。 【材料分析】 展示两则松辽盆地地震材料：材料一：2013年11月23日，松辽盆地腹地发生5.8级地震，震源深度约9千米。此次地震是吉林省自1961年以来震级最大的浅源地震，长春、哈尔滨震感强烈。材料二：2025年10月25日，松辽盆地邻区发生5.5级地震，震源深度560千米，属于深源地震，震中附近村民称“没有感觉”。设问：①2013年地震发生时，陆地上的人会先感觉到上下颠簸还是左右摇晃？为什么？②两次地震的震源分别位于地球的哪个圈层？学生回答后教师总结：①先上下颠簸，后左右摇晃——纵波速度快于横波。②材料一震源（9km）位于地壳；材料二震源（560km）位于地幔（上地幔）。 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。回扣设问强化情境贯穿，让学生理解岩心深度在地球内部的位置。 用松辽盆地真实地震案例巩固地震波知识，同时检验学生对圈层深度范围的掌握。两次地震的震源深度对比（9km vs 560km）让学生直观理解地壳与地幔的深度差异。 三、岩心记录何种历史？——地球的外部圈层 【过渡】 松科二井的岩心不仅告诉了我们“钻到了哪一层”，还记录了一段惊心动魄的地球历史。【课件呈现】 松科二井在井深6035—6084米处取到了玄武安山岩，形成于早白垩世早期（约1.4亿年前）——证明松辽盆地曾经发生过大规模的火山喷发。【设问】 亿年前火山喷发时，岩浆从地幔软流层喷涌而出，依次穿越了哪些圈层？最终到达了哪里？【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：由气体和悬浮物质组成，主要成分是氮气和氧气。大气圈使地球温度变化和缓，提供生物生存所需的氧气。水圈：地表和近地表各种形态水体的总称，主体是海洋，还包括河流、湖泊、冰川、地下水等。水是最活跃的自然环境要素之一。生物圈：地球表层生物及其生存环境的总称。多数生物集中分布在大气圈、水圈与岩石圈很薄的接触带中。 【回扣设问】 亿年前火山喷发时，物质路径是怎样的？学生回答：岩浆从地幔软流层喷涌而出，穿越地幔、突破地壳，最终喷出地表，火山灰进入大气圈，后随重力沉降、降雨冲刷进入水圈、生物圈、岩石圈。教师总结：一次火山喷发，完成了从内部圈层到外部圈层的完整穿越。 以松科二井岩心中的玄武安山岩为证据，引出火山喷发这一连接内部圈层与外部圈层的关键事件。设问引导学生回顾内部圈层知识，同时为外部圈层的学习做铺垫。 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。回扣火山喷发路径，让学生理解内部圈层与外部圈层是如何通过火山活动联系在一起的。 课堂演练 2025年2月，深地塔科1井在塔里木盆地完成了最大深度10910米的钻探工作，该探井在万米深的地层发现有油气存在。如图示意地震波传播速度示意图。据此完成下面小题。 1．该井钻探的最大深度位于（   ） A．地壳 B．莫霍面 C．地幔 D．软流层 2．地震波通过油气层时（   ） A．纵波加速 B．横波消失 C．纵波消失 D．横波加速 3．下列叙述正确的是（   ） A．①为地壳，②为地幔，③为地核 B．甲为横波 C．岩浆的主要发源地位于①内部 D．乙波无法通过地幔 【答案】1．A 2．B 3．C 【详解】1．根据所学知识可知，地壳平均厚度是17千米，且陆地地壳更厚，平均厚度在39—41千米，而材料中钻井最大深度10910米，该井钻探的最大深度位于地壳，A正确。 莫霍界面是地壳和地幔的分界面，该井钻探的最大深度还未到达莫霍面，也未到达地幔，BC错误。 软流层位于地幔，该井钻探的最大深度没有到达软流层，D错误。 2．根据所学知识，地震波中横波可以穿越固态物质，纵波可以穿越固液气三态物质，当穿越油气层时，此时横波无法穿越，横波消失，纵波速度减慢，B正确，ACD错误。 3．地球内部圈层从外向内依次是地壳、地幔、地核。①范围从地表到大约2900千米处，包括了地壳和地幔；②从大约2900千米到5000多千米，是外核；③是内核，A错误。 横波速度慢，只能通过固体传播。纵波速度快，可以通过固体、液体和气体传播。图中甲波传播速度快，为纵波；乙波传播速度慢，为横波，B错误。 乙波为横波，横波能通过地幔（地幔物质为固态），D错误。 岩浆的主要发源地是软流层，软流层位于上地幔上部，①包含了地壳和地幔，所以岩浆的主要发源地位于①内部，C正确。 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。 4．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 5．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 6．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】4．C 5．D 6．D 【详解】4．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。 5．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。 6．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。 2024年4月30日，印度尼西亚鲁昂火山发生了剧烈喷发，蔓延的火山灰导致周围7个机场临时关闭，50架次航班受到影响，迫使多达1.2万名居民疏散。完成下面小题。 7．从火山口喷发出的炽热岩浆一般来源于（   ） A．地壳 B．软流层 C．岩石圈 D．外核 8．这些蔓延的火山灰物质在地球圈层中迁移的顺序主要是（   ） ①大气圈     ②生物圈      ③水圈      ④岩石圈 A．①—②和③—④ B．①—④和③—② C．④—①—②和③ D．④—①—③和② 【答案】7．B 8．A 【详解】7．软流层位于上地幔上部，温度高，岩石呈熔融状态，是岩浆的主要发源地，B正确； 地壳位于地球内部圈层的最外层，厚度薄，不是岩浆来源，A错误； 岩石圈包括地壳与上地幔顶部（软流层以上），岩石圈是固态坚硬岩石，不含岩浆，C错误； 外核是地核的外层，深度极深（地下2900千米以下），火山岩浆不可能到达地表，D错误。 8．火山喷发首先把火山灰喷入①大气圈；火山灰随大气沉降，一部分落到陆地，被生物吸收进入②生物圈；另一部分落入海洋，进入③水圈；最后火山灰物质沉积下来，固结成岩，回到④岩石圈。迁移路径为大气圈→生物圈、水圈→岩石圈，对应顺序：①—②和③—④，A正确，BCD错误。 2025年11月11日03时38分在新疆和田地区策勒县（北纬35.6度，东经80.64度），发生3.0级地震，震源深度10千米，多地民众通过手机、电视等提前接收到了地震预警系统发出的预警信息。下图为地球内部圈层结构局部示意图。界面1和界面2为不连续面。据此完成下面小题。 9．能正确代表岩石圈的字母是（   ） A．a B．b C． c D．d 10．民众能够提前收到地震预警信息，其主要原因是（   ） A．地震部门已经实现了对地震的精确预测，能提前知道地震发生的时间、地点和震级。 B．通过观测天文星象的变化，可以推断出即将发生的地震并及时通知民众。 C．地震发生时，动物会出现异常行为，监测这些行为并通过网络发布即可形成预警。 D．利用了地震波与电磁波的传播速度差，在地震发生后，抢在破坏性地震波到达之前发出警报。 【答案】9．B 10．D 【详解】9．a仅为地壳部分，岩石圈包括地壳和上地幔顶部（软流层以上），A错误。 b包括地壳和软流层以上的上地幔部分，符合岩石圈的范围（地壳+上地幔顶部），B正确。 c位于莫霍界面以下到界面2古登堡面，为地幔，不属于岩石圈，C错误。 d范围从软流层以下，不符合岩石圈的界定，D错误。 10．预警是地震已经发生后的紧急通知，并非预测，表述错误，排除A。 天文星象变化与地震没有科学上的因果关联，不能作为地震预警的依据，表述错误，排除B。 动物异常行为不具备确定性和普适性，不是现代地震预警系统的核心原理，也无法实现精准、及时的标准化预警，排除C。 地震发生后，破坏性地震波（横波、纵波）的传播速度远低于电磁波（手机、电视信号接近光速）；预警系统监测到地震波后，立刻通过电磁波向周边发送警报，就能抢在破坏性地震波到达前通知民众，这是地震预警的核心原理，D表述正确。 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 本节课以“探秘松科二井岩心”为情境主线贯穿全课，三个核心问题（位置怎么选、钻到了哪一层、记录了什么历史）逻辑清晰，层层递进。从教学效果看，以2026年国家科技奖获奖成果导入，激发了学生的民族自豪感和探究兴趣；“岩心位置怎么选”自然引出地震波；“横波消失→外核液态”的推理过程有效训练了科学思维；“一次火山喷发从内部圈层穿越到外部圈层”的总结帮助学生建立圈层联系的整体认知。但教学中仍存在不足：一是本节课以地震波和内部圈层为核心，外部圈层内容相对薄弱，需通过火山喷发路径回扣强化内外联系；二是“松辽盆地地震思考”环节可作为课堂互动点，引导学生运用所学知识分析真实案例。后续教学中可进一步优化时间分配，确保各环节落实到位。 公司2 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $