1.4 地球的圈层结构 教学设计 2026-2027学年高一上学期地理人教版必修第一册

该高中地理教学设计聚焦地球的圈层结构，通过地震新闻和鸡蛋类比导入，以地震波为探测手段支架，引导学生从内部圈层（地壳、地幔、地核）划分到外部圈层（大气圈、水圈、生物圈）关系分析，构建完整认知脉络。 特色在于紧扣核心素养，以综合思维构建“地震波→不连续面→圈层划分”推理链，地理实践力通过绘制结构图和图表分析落实，人地协调观体现在圈层相互作用讨论。类比教学（鸡蛋类比）、小组讨论（大气圈消失影响）等方法，助学生提升空间思维与推理能力，为教师提供结构化教学流程和可操作活动设计。

第四节地球的圈层结构 教学设计 一、课程标准 课标要求：运用示意图，说明地球的圈层结构。 课标解读 "运用示意图"——要求学生能阅读地球内部圈层结构示意图和外部圈层关系图，从中提取各圈层的名称、位置、厚度和特征信息，培养地理实践力中的图表分析能力。 "说明"——要求学生不仅能描述各圈层的基本特征，还要解释圈层划分的依据（地震波）和圈层间的相互关系，体现综合思维。 "地球的圈层结构"——包含内部圈层（地壳、地幔、地核）和外部圈层（大气圈、水圈、生物圈），需要从内部和外部两个维度全面认识地球的结构。 二、教材分析 （一）教材地位 本节是高中地理人教版必修第一册第一章第四节，是第一章的最后一节。前三节分别从宇宙环境、太阳影响和地球历史三个角度认识地球，本节则转向地球的内部结构，从"宏观"转向"微观"，从"外部"转向"内部"，帮助学生对地球形成完整的空间结构认知。本节为后续学习大气运动、水循环、地貌变化等内容奠定结构基础，是理解地球系统运行规律的前提。 （二）内容结构 教材内容围绕"地震波探测→内部圈层划分→外部圈层认识"的逻辑展开： 1. 地震波——认识探测地球内部结构的手段，了解纵波和横波的特征差异。 1. 内部圈层——利用地震波速变化，通过不连续面划分地壳、地幔、地核。 1. 外部圈层——认识大气圈、水圈、生物圈的特征及其相互关系。 （三）核心概念 概念 定义 关键特征 地震波 地震发生时产生的向四周传播的弹性波 是探测地球内部结构的主要手段 纵波（P波） 振动方向与传播方向一致的地震波 速度快，可通过固、液、气三态 横波（S波） 振动方向与传播方向垂直的地震波 速度慢，只能通过固态 莫霍面 地下约33km处纵波和横波速度明显增大的不连续面 地壳与地幔的分界 古登堡面 地下约2900km处纵波速度下降、横波完全消失的不连续面 地幔与地核的分界 岩石圈 地壳加上地幔顶部（软流层以上）的固体岩石部分 不同于地壳，范围更大 软流层 上地幔上部、岩石圈以下的可塑性流动层 可能是岩浆的主要发源地 三、学情分析 维度 分析 知识基础 学生在初中阶段已了解地球分为地壳、地幔、地核三层，但划分依据和详细特征不清楚。对地震波的概念有耳闻但缺乏系统认识。对外部圈层有生活经验但缺乏系统分类。 认知特点 高一学生已具备一定空间思维和逻辑推理能力，但地球内部不可直接观测，需要通过间接手段（地震波）推断，对学生的抽象思维和推理能力有较高要求。 兴趣与动机 学生对地震、火山等自然灾害有天然好奇心。可利用地震波探测地球内部结构的"以震探地"思路，将好奇心转化为对地球结构的科学探究。 学习困难 纵波与横波的概念理解有难度；利用地震波速度变化推断内部结构需要较强的逻辑推理能力；地壳与岩石圈的区别容易混淆。 四、地理学科核心素养四维目标 本节教学设计紧扣《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》提出的地理学科四大核心素养，将四维目标落实到具体教学环节中。 （一）人地协调观 认识地球是由内部圈层和外部圈层构成的统一系统，各圈层相互联系、相互作用，人类生活在各圈层交汇的地表。理解人类活动依赖于各圈层提供的资源和环境，树立尊重地球结构、合理利用各圈层资源的意识。 落实环节：环节五·外部圈层与人类生存环境；环节六·圈层关系总结 （二）综合思维 运用综合分析方法，从"地震波→速度变化→不连续面→圈层划分"的推理链理解内部结构的探测过程；从"大气圈→水圈→生物圈"的相互作用理解外部圈层的系统联系。理解各圈层不是孤立存在而是相互渗透、相互影响的。 落实环节：环节三·内部圈层推理分析；环节五·外部圈层关系分析 （三）区域认知 运用地球内部圈层结构示意图，认识地壳厚度在不同区域的差异（大陆地壳厚、大洋地壳薄），理解地球结构不是均一的，建立空间差异认知。 落实环节：环节四·地壳厚度差异分析 （四）地理实践力 运用地震波速度变化图、地球内部圈层结构示意图等资料进行分析，掌握从图表中提取地理信息的方法。通过绘制地球圈层结构示意图，培养地理空间表达能力。 落实环节：环节二·地震波速度图分析；环节三·绘制内部圈层结构图 五、教学重难点 类别 内容 确定依据 重点 地球内部圈层的划分 课标核心要求"说明地球的圈层结构"的基础 重点 地球外部圈层及相互关系 课标核心要求，与人类生存直接相关 难点 地震波探测内部结构的原理 需要较强的逻辑推理能力，概念抽象 难点 岩石圈与地壳的区别 两者范围容易混淆，是常见易错点 六、教学方法 方法 应用环节 目的 情境导入法 导入环节 以地震新闻/鸡蛋类比创设情境，激发兴趣 图表分析法 地震波速度图、圈层结构图 培养从图表获取信息并推理的能力 类比教学法 内部圈层导入 以鸡蛋结构类比地球圈层，降低理解难度 问题导学法 各知识模块 以问题链驱动思考，层层递进 绘图实践法 内部圈层结构 知识结构化，培养空间表达能力 小组讨论法 外部圈层关系 促进合作探究，落实综合思维 七、教学过程 图1：教学流程总览 环节一：情境导入（5分钟） 设计意图：以地震新闻和鸡蛋类比创设情境，激发学生探索地球内部结构的兴趣，引出核心问题——地球内部是什么样的，我们如何知道。 教师活动：展示地震新闻图片，提问："地震发生时，我们感受到了地面的晃动，这些晃动以波的形式向四周传播。科学家正是利用这些波，像给地球做CT一样，探明了地球内部的结构。"然后拿出一个煮熟的鸡蛋，提问："不看切开，你怎么知道鸡蛋里面有什么？打碎它看是一种方法，但地球能打碎吗？" 学生活动：思考并回答：可以通过间接手段探测内部结构，如敲击鸡蛋听声音、用光线照射等。类推到地球：地震波就是探测地球内部的"听诊器"。 教师活动：板书课题"第四节 地球的圈层结构"，点明本节将从"地震波探测"和"圈层认识"两条线索展开学习。 环节二：地震波（10分钟） 设计意图：通过概念建立→图表分析→对比讨论的递进路径，帮助学生理解纵波和横波的特征差异，为利用地震波划分内部圈层奠定基础。 知识点1：地震波的概念 地震波是地震发生时，在地球内部和地表传播的弹性波。地震波是研究地球内部结构的主要手段，因为人类无法直接观测地球深部，只能通过地震波的传播特征间接推断。 知识点2：纵波与横波的类型与特征 图2：纵波与横波的类型对比 特征 纵波（P波） 横波（S波） 振动方向 与传播方向一致（推压式） 与传播方向垂直（摇晃式） 传播速度 较快（约5-13 km/s） 较慢（约3-7 km/s） 可通过的物质 固态、液态、气态 仅固态 先到达 先到达观测点（预警价值） 后到达观测点 应用意义 可通过液体→探测外核 不能通过外核→推断外核为液态 核心要点 纵波传播速度快，先到达观测点，可用于地震预警。 横波只能通过固态，在古登堡面（地下约2900km）完全消失，由此推断外核为液态。 两种波的传播速度在不同介质中不同，速度突变处即为不连续面（圈层分界）。 地震波速度随深度的变化 图3：地震波速度随深度变化 教师活动：展示地震波速度随深度变化图，引导学生观察纵波和横波速度在不同深度的变化，提问："在哪些深度波速发生了突变？这些突变意味着什么？" 学生活动：读图分析后回答：在地下约33km和2900km处波速发生突变，说明这些深度处物质组成或状态发生了变化，是不同圈层的分界面。 环节三：地球内部圈层划分（12分钟） 设计意图：通过不连续面的发现→圈层划分→各圈层特征的递进分析，落实综合思维中的推理分析能力，帮助学生建立地球内部结构的系统认知。 知识点3：不连续面 科学家根据地震波速度的突变，发现了两个重要的不连续面（圈层分界面）： 不连续面 深度 波速变化 意义 莫霍面 地下约33km（大陆下） 纵波和横波速度均明显增大 地壳与地幔的分界面 古登堡面 地下约2900km 纵波速度突然下降，横波完全消失 地幔与地核的分界面 核心要点 莫霍面：横波仍能通过→地壳和地幔均为固态。 古登堡面：横波完全消失→外核为液态（横波不能通过液态物质）。 不连续面是地震波速发生突变的位置，反映物质组成或状态的显著变化。 知识点4：地壳的结构特征 图4：地球内部圈层结构 地壳位于莫霍面以上，由岩石组成，是地球最外部的固体壳层。地壳厚度不均： 类型 平均厚度 主要成分 分布区域 大陆地壳 约39km 硅铝层和硅镁层（双层结构） 大陆及沿海大陆架 大洋地壳 约5-10km 硅镁层（单层结构） 洋盆底部 核心要点 地壳厚度不均：大陆地壳厚，大洋地壳薄。 地壳最厚处在青藏高原（约60-70km），最薄处在洋盆（约5km）。 地壳主要由硅酸盐矿物组成，大陆地壳有"硅铝层"和"硅镁层"双层结构，大洋地壳只有"硅镁层"单层结构。 知识点5：地幔的结构与特征 地幔位于莫霍面与古登堡面之间，厚约2865km，是地球体积最大的圈层。地幔分为上地幔和下地幔： 层次 位置 主要特征 上地幔 莫霍面至地下约670km 上部有软流层（地下约80-400km），软流层可能是岩浆的主要发源地 下地幔 地下约670km至古登堡面 温度更高、密度更大，物质呈可塑性 知识点6：地核的结构 地核位于古登堡面以下，主要由铁、镍组成。根据横波的变化分为外核和内核： 层次 位置 推断依据 状态 外核 古登堡面至地下约5150km 横波完全消失 液态 内核 地下约5150km至地心 纵波速度增大，出现与纵波类似的波 固态 核心要点 外核为液态——横波不能通过液体，在古登堡面完全消失。 内核为固态——虽然横波不能直接通过外核到达内核，但纵波在内核中速度增大，且产生类似横波的转换波，推断内核为固态。 地核主要由铁、镍组成——这是根据陨石成分和地震波密度推断的。 环节四：地壳与岩石圈（6分钟） 设计意图：通过对比分析，帮助学生区分地壳与岩石圈的概念，突破易错难点，落实区域认知中的空间差异分析。 知识点7：岩石圈的概念 岩石圈是指地壳加上上地幔顶部（软流层以上）的固体岩石部分。岩石圈与地壳是两个不同的概念： 概念 范围 厚度 区别 地壳 莫霍面以上 大陆约39km，大洋约5-10km 仅指最外层固体壳 岩石圈 地壳 + 上地幔顶部（软流层以上） 约70-150km 包含地壳，范围更大 软流层 上地幔上部（地下约80-400km） 约320km 岩石圈以下，可塑性流动层 易错辨析 地壳 ≠ 岩石圈！岩石圈包含地壳。 岩石圈 = 地壳 + 上地幔顶部（软流层以上）。 软流层位于岩石圈之下、上地幔之中，可能是岩浆的主要发源地。 板块构造学说中的"板块"指的是岩石圈板块，不是地壳板块。 教师活动：展示地壳与岩石圈关系示意图，引导学生区分两者，提问："为什么说板块是岩石圈板块而不是地壳板块？" 学生活动：读图分析后回答：板块包含地壳和上地幔顶部，所以是岩石圈板块，而非仅指地壳。 环节五：地球外部圈层（9分钟） 设计意图：通过结构认识→关系分析→人地联系的递进路径，帮助学生理解外部圈层的特征及其相互作用，落实综合思维和人地协调观。 知识点8：大气圈 大气圈是包围地球的气体层，主要由氮气和氧气组成。大气圈的作用包括： 1. 提供氧气——供生物呼吸。 1. 调节温度——大气保温效应使地表温度变化不至于过大。 1. 保护作用——阻挡紫外线、流星体等对地表的伤害。 1. 参与水循环——大气是水循环的重要环节。 知识点9：水圈 水圈是地球表层水体的总称，是一个连续但不规则的圈层。水圈包括： 水体类型 占比 特点 海洋水 约占96.5% 咸水，是水圈主体 冰川水 约占1.74% 淡水，主要分布在两极和高山 地下淡水 约占0.76% 储存在地下岩层中 湖泊、河流水 约占0.013% 淡水，人类利用最多 大气水、生物水 极少 参与水循环的活跃部分 核心要点 水圈是一个连续但不规则的圈层——"连续"指各水体通过水循环相互联系；"不规则"指水体分布不均匀。 水是地球上最活跃的物质之一——通过水循环在各圈层间不断交换。 知识点10：生物圈 生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称。生物圈的范围横跨三大圈层： 1. 占据大气圈的底部——鸟类、昆虫等在低空活动。 1. 占据水圈的全部——海洋、湖泊、河流中均有生物。 1. 占据地壳上部（岩石圈表层）——植物根系、土壤微生物等。 核心要点 生物圈不是独立于其他圈层之外的，而是渗透在大气圈、水圈和岩石圈之中。 生物圈的范围上限约10km（大气圈对流层中部），下限约地下3km。 生物圈是地球圈层中最活跃、最特殊的圈层——生物活动深刻影响其他圈层。 知识点11：圈层间的相互关系 图5：地球外部圈层及相互关系 地球各圈层不是孤立存在的，而是相互联系、相互渗透的： 相互作用 说明 大气圈 ↔ 水圈 大气降水补给水圈；水蒸发向大气提供水汽 大气圈 ↔ 生物圈 大气提供氧气和CO₂供生物呼吸和光合作用；生物通过光合作用改变大气成分 水圈 ↔ 生物圈 水圈为生物提供水分和生存环境；生物参与水循环并净化水质 岩石圈 ↔ 水圈 岩石圈为水体提供容器（湖泊、海洋盆地）和地下水储存空间 岩石圈 ↔ 生物圈 岩石圈（地壳）为生物提供生存空间和营养物质（土壤） 因果链条（综合思维核心） 大气圈 → 降水 → 水圈 → 提供水分 → 生物圈 → 光合作用 → 改变大气成分 岩石圈 → 地表形态 → 影响水分布 → 影响生物分布 生物圈 → 植物根系 → 破碎岩石 → 形成土壤 → 影响水循环和大气 各圈层相互联系、相互作用，共同构成地球系统。人类生活在各圈层交汇的地表。 小组讨论：教师抛出问题："如果大气圈消失了，水圈和生物圈会怎样？"引导学生运用圈层关系进行推理。 学生回答：大气消失后，没有降水和蒸发，水循环停止，水体逐渐蒸发殆尽（在太阳辐射下）；没有氧气和CO₂，光合作用和呼吸作用停止，生物无法生存。大气圈是连接各圈层的关键纽带。 环节六：课堂小结与练习（3分钟） 设计意图：以知识结构图方式回顾本节内容，通过典型练习检测学习效果。 教师活动：引导学生回顾本节知识结构：地震波（探测手段）→ 内部圈层（地壳/地幔/地核）→ 外部圈层（大气/水/生物圈）→ 圈层关系。 学生活动：完成2道课堂练习题。 八、板书设计 一、地震波与内部圈层 二、外部圈层 地震波：纵波（P）、横波（S） 大气圈：气体层，提供氧气 莫霍面（33km）→ 地壳/地幔分界 水圈：连续但不规则，最活跃 古登堡面（2900km）→ 地幔/地核分界 生物圈：跨越三圈层 地壳：大陆厚、大洋薄 地幔：上地幔有软流层 圈层关系：相互联系、相互渗透 地核：外核液态、内核固态 人类生活在各圈层交汇的地表 岩石圈 = 地壳 + 上地幔顶部 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $