2.1 大气的组成和垂直分层 教学设计 2026-2027学年高一上学期地理人教版必修第一册

天宫空间站·《2.1 大气的组成和垂直分层》教学设计（全课时：大气组成与垂直分层） 课题 大气的组成和垂直分层（人教版必修第一册 第二章第一节） 教材版本 人教版（2019）高中地理 必修第一册《自然地理》第二章第一节 课时 本节为单课时新授课，本教案为全课时 授课年级 高一 课型 新授课（探究课） 授课时间 20XX 年 X 月 X 日 第 X 节 课标解读 课标原文：课程标准（2017 年版 2025 年修订）必修课程 · 地理 1，内容要求 1.5：“运用图表等资料，说明大气的组成和垂直分层，及其与生产和生活的联系。”本课时完整承担该条要求，涵盖大气主要成分及其地理意义、大气垂直分层（对流层、平流层、高层大气）的划分依据与各层特征、以及各层与人类生产生活的联系。 行为动词解构：“运用图表等资料”指向信息获取与实证能力，要求学生从真实图文（如神舟飞船发射与空间站运行资料、大气垂直分层示意图、干洁空气成分图）中提取信息，对应地理实践力；“说明”属理解层级，指向学业质量水平 2，要求学生能清晰阐明大气成分的作用、各层的划分依据与特征及其与人类活动的关联。考核落点：给定大气垂直分层示意或一段航天情景文字，能说出各层的高度范围、气温变化与运动特征，并解释其对生产生活的意义。 学情适配解读：课标要求“说明大气的组成和垂直分层及其联系”，因此本课须以真实航天事件为支架，把抽象的大气结构转化为可观察、可排序、可绘制的证据链，避免学生停留在“背条文”。大气垂直分层与各层特征是学业水平测试的高频基础项，应在课堂通过绘图与对比表反复落实；其中“平流层气温随高度升高而升高”反直觉，是理解与考查的重点与易错点。 教材分析 本节地位：本节是必修第一册第二章《地球上的大气》的开篇，上承第一章“地球的圈层结构”（大气圈是外部圈层之一），下启 2.2《大气受热过程和大气运动》。它从“大气是什么、大气如何分层”切入，为后续学习大气受热、热力环流、天气系统建立空间结构与成分基础。 承上启下知识逻辑：向上，初中已让学生知道天气现象、臭氧层、温室效应等零散概念，但未建立大气的垂直分层框架；向下，本节为 2.2 大气受热过程（地面是对流层大气的直接热源）提供“对流层气温下热上冷”的伏笔，为理解“平流层因臭氧吸紫外线而升温”提供对照。后续选择性必修 1 第三章天气系统、气压带风带也以本节的分层认知为前提。 教材内容结构：教材以“大气的组成—大气的垂直分层”为逻辑主线：先说明大气成分是地球长期演化的结果，干洁空气以氮、氧为主，二氧化碳和臭氧含量虽少但作用关键，水汽和杂质是成云致雨的必要条件，并点出人类活动会改变大气成分；再依据温度、运动状况和密度，将大气自下而上划分为对流层、平流层、高层大气，逐层说明高度范围、气温变化、运动特征、天气状况及与人类活动的联系。 素养落点：本节最承载区域认知（在垂直方向上给大气定位、比较各层差异）与综合思维（从“成分—功能”“高度—温度—运动—人类活动”多要素关联分析）；人地协调观通过“大气是地球生命的保护伞、人类活动改变大气成分”自然落地。 学情分析 学生已有知识：初中阶段已知天气现象发生在低空、臭氧层能阻挡紫外线、二氧化碳有温室效应等常识；在生活中对阴晴雨雪、飞机出行有直观体验；部分学生通过新闻了解中国空间站、神舟飞船与航天员出舱。 认知优势：中国空间站（天宫）常态化运营、神舟载人飞行是近年全民关注的航天事件，学生对其有强烈好奇心与一定前认知，可借此建立代入感；重庆（涪陵）地区多阴雨、云雾的天气体验，能让学生对“对流层天气复杂”产生真实共鸣。 学习难点：大气垂直空间尺度极度宏大（从地面到数千千米），学生缺乏空间尺度感，难以在头脑中建立“对流层—平流层—高层大气”的有序层级；对“平流层气温随高度升高而升高”与日常“越高越冷”的直觉相冲突，不易理解其成因。 常见易错点：一是混淆臭氧层位置，误以为臭氧在对流层或高层大气；二是误以为飞机都在平流层飞行（实际多在平流层底部或对流程顶）；三是把电离层当作发生天气现象的气层；四是只机械记忆各层名称，说不清“温度—运动—天气”之间的因果链条。 能力短板：能识别单一天气现象，但难以按高度排序与绘制大气垂直分层结构图；对“为什么平流层适合飞行、高层大气有电离层能通信”的因果表述不够规范；地理术语表达易口语化（如把“平流运动”说成“水平飘”）。 教学目标 区域认知：能在大气垂直分层示意图上准确标出对流层、平流层、高层大气的起止高度与空间位置，说出各层气温变化、运动特征与主要地理意义，并能在“高度—温度”关系上对各层定位。 综合思维：能从“成分—功能”和“高度—温度—运动—天气（人类活动）”两条线索综合分析大气结构与功能，解释气温垂直变化的成因（对流层：地面辐射使下部热上部冷，利于对流；平流层：臭氧吸收紫外线使气温随高度升高而升高，以平流为主）。 地理实践力：能运用神舟飞船发射与天宫空间站运行的真实资料，绘制大气垂直分层结构简图，并完成“各层特征对比表”；能运用原理说明航天员出舱必须供氧、平流层适合航空飞行、电离层支撑无线电通信等现实问题。 人地协调观：能说明大气是地球生命的保护伞（臭氧阻挡紫外线、适宜温度带、提供生命活动所需的氧），认识人类活动（二氧化碳增加、氟利昂破坏臭氧层）对大气成分和含量变化的影响，形成保护大气环境、参与“蓝天保卫战”的责任意识。 教学重难点 教学重点：大气主要成分（氮、氧、二氧化碳、臭氧、水汽和杂质）及其地理意义；大气垂直分层的划分依据，以及对流层、平流层、高层大气各自的高度范围、气温变化、运动特征与人类生产生活的联系。 教学难点：理解“气温随高度变化”的成因并形成“高度—温度—运动—天气（人类活动）”的结构化认知——尤其要突破“平流层气温随高度升高而升高”这一反直觉结论（成因是臭氧大量吸收太阳紫外线使大气增温），并能把对流层的“下热上冷→对流”、平流层的“下冷上热→平流”与各自天气、适航性对应起来。 区分依据：教学重点是学业水平测试的高频基础考点，属“必须会、能表述”的知识主干（分层名称、高度、气温特点、各层与人类活动）；教学难点则源于学生缺乏垂直空间尺度感、且易把“平流层气温随高度升高”与直觉混淆的认知障碍，属“容易错、难建构”。两者同宗但考查指向不同，故分开列示。 教法与学法 教法：情境教学法——以“神舟飞船发射、航天员进入距地约 340—450 千米的天宫空间站并出舱活动”这一真实航天事件为唯一情境主线，贯穿全课；问题链导学法——按事实性、概念性、原理性、迁移性、价值性五级梯度递进设问；读图分析法——用于建构大气垂直分层示意图与干洁空气成分图；比较归纳法——用于对比三层大气特征并归纳其联系。 学法：资料信息提取——从神舟任务报道与教材示意图中提取关键信息；绘图建模——在任务单上绘制大气垂直分层结构简图；合作探究——完成“三层大气特征对比表”与“航天员为何需供氧”推理；迁移应用——把分层原理用于解释航空飞行、电离层通信、极光等现象。 教学过程 情境主线：中国空间站（天宫）运行在距地面约 340—450 千米的近圆轨道，约每 90 分钟绕地球一周。神舟载人飞船由长征火箭从酒泉卫星发射中心发射，穿越稠密大气飞向空间站；飞船上升途中先穿过发生阴晴雨雪的低层大气，再经过适宜航空飞行的平流层，最终抵达高层大气中的空间站轨道，航天员身着舱外航天服出舱作业。这一趟“从地面到太空”的旅程，恰好把整层大气的构成与分层依次展现。 问题链：L1 神舟飞船从发射到对接空间站，自下而上依次穿过哪几层大气、每层大约多高 → L2 大气到底由哪些成分组成，为什么我们呼吸离不开氧、防晒离不开臭氧 → L3 为什么对流层天气复杂、平流层适合飞机飞行、高层大气能支撑通信，气温随高度怎么变 → L4 航天员在 340—450 千米高空出舱为何必须穿供氧航天服，电离层对地面通信有什么用 → L5 大气是地球生命的保护伞，人类活动正在怎样改变大气，我们该如何守护。 教学内容（环节·时长） 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入（4 分钟） 展示情景材料一——神舟飞船发射与天宫空间站对接的简短视频截图与一句话简介：中国空间站（天宫）运行在距地面约 340—450 千米轨道，航天员身着舱外航天服在舱外作业；而飞船起飞时，下面还是重庆涪陵这样阴晴雨雪交替的低层大气。提问：“从我们脚下的地面飞到太空里的空间站，飞船要‘爬’过哪几层大气？为什么地面的天气那么‘热闹’，而几百千米高的太空却近乎真空？同是这层大气，它究竟由什么组成，又凭什么护着我们？”随即板书课题《2.1 大气的组成和垂直分层》。 观看材料，结合已有认知说出“地面有风雨、高空没空气”等零散印象，把“340—450 千米”与日常高度对比，直观感受大气向上逐渐稀薄；在学习任务单上写下对“大气由什么组成、分几层”的初步猜想。任务单设任务一“大气垂直分层结构简图绘制”、任务二“三层大气特征对比表”。 用全民关注的中国空间站事件制造认知冲突（“同是一层大气，为何地面热闹、太空寂静”），激活前认知，落实区域认知，并为全课“一境到底”定调。 图 1　大气的垂直分层示意（人教版必修第一册 图2.5） 新知探究（32 分钟） 　探究一：这层大气由什么组成（6 分钟） 承接导入追问：“飞船起飞时呼吸到的，和我们脚下一样的空气，到底是什么？”出示教材“干洁空气成分的体积分数（25 千米以下）”图，引导学生归纳：低层大气除去水汽和杂质以外的混合气体叫干洁空气，25 千米以下氮和氧合占总体积约 99%（氮约 78%、氧约 21%）；氧是生物维持生命活动所必需的物质，氮是生物体的基本元素。进而追问二氧化碳和臭氧虽少却很关键：二氧化碳是光合作用的原料，且吸收地面辐射能力强、使气温升高（温室效应）；臭氧吸收太阳光中的紫外线使大气增温，并减少到达地面的紫外线、保护生物。再出示“水汽和杂质”材料：二者含量少却在天气变化中扮演重要角色，水的相变产生云、雨、雾、雪，杂质作为凝结核是成云致雨的必要条件——这正解释了涪陵一带多云雾阴雨的原因。 读图圈出干洁空气的主要成分及占比，在任务单上写下“氧—呼吸、氮—生物体、二氧化碳—保温与光合、臭氧—挡紫外线、水汽杂质—成云致雨”的功能对应；用“低层大气才有水汽杂质”解释为什么天气现象都发生在贴近地面的这一层。 把抽象的“大气组成”转化为可对应、可记忆的“成分—功能”清单，突破组成要点，落实综合思维，并为后续分层中“对流层集中水汽杂质”埋下伏笔。 图 2　二氧化碳体积分数的变化（人教版必修第一册 图2.4） 　探究二：对流层与平流层——飞船起飞后的前两层（10 分钟） 追问：“飞船穿过有风雨的低层大气后，进入的是哪一层？为什么客机偏要在这附近飞？”出示大气垂直分层示意图，引导学生归纳划分依据——根据温度、运动状况和密度，大气自下而上分为对流层、平流层、高层大气。聚焦前两层：对流层是大气圈最底层，集中了大气约四分之三的质量和几乎全部的水汽、杂质，高度因纬度而异（低纬 17—18 千米、高纬 8—9 千米），气温随高度升高而递减、顶部降至约零下 60℃；因上部冷下部热，空气对流运动显著，水汽杂质上升降温易成云致雨，云雨雾雪都发生在这一层，人类生活在其底部。平流层自对流层顶到 50—55 千米，气温随高度升高而升高（30 千米以上因臭氧吸收大量紫外线而迅速上升，22—27 千米臭氧含量最大、形成臭氧层），因下部冷上部热不易对流、以平流运动为主，且水汽杂质少、无云雨、能见度好，适合航空飞行。点明：客机巡航高度约 10—12 千米，正好处在平流层底部附近，正是看中这里平稳少颠簸。随后呈现情景材料二——一段关于“鲍姆加特纳 2012 年从约 39 千米高空跳下”的科普文字（39 千米属平流层，氧气稀薄、气温低，必须配备特制宇航服），提出两问：（1）结合大气垂直分层知识，说明 39 千米高度处于哪一层、为什么需要特制宇航服供氧；（2）比较该高度与天宫空间站轨道（340—450 千米）在“空气密度、是否需供氧”上的差异。与学生同步梳理答题结构“定层→说气温与密度特征→联系人类活动需求”，板书答题要点，强调使用“平流层、氧气稀薄、电离层、高层大气”等规范术语。 在任务单分层简图上标出对流层、平流层的高度范围，用箭头标出各自“气温随高度变化”的方向；对照“下热上冷→对流、下冷上热→平流”归纳两层运动差异，并口头说明“为什么平流层适合飞行”。接着独立作答两问，对照答题要点自评，圈出失分点；答题须先判定所在气层，再说明气温、密度特征与供氧需求之间的因果关系。 用真实客机航线佐证平流层特征，让“气温变化—运动特征—适航性”的因果链在学生自己推导中建立，突破“平流层气温随高度升高”这一反直觉难点；再以跳伞新情境训练“原理—新情境”的对接与术语规范，把理解转化为可得分能力，落实综合思维与区域认知。 图 3　从高空俯瞰的云（人教版必修第一册 图2.6） 　探究三：高层大气与空间站轨道——飞船的终点（6 分钟） 追问：“飞船冲出平流层后，真的就‘没空气’了吗？天宫空间站停在什么气层？”引导学生从示意图读出：平流层以上的大气统称高层大气；自平流层顶起，因失去臭氧吸收紫外线，气温先下降，随后因吸收更短波长的太阳紫外线，温度又持续上升，在约 300 千米高空温度可达 1000℃ 以上（虽温度高但空气极稀薄）。在 80—120 千米高空，多数流星体燃烧成为我们看到的流星；在 80—500 千米高空存在若干电离层，大气在太阳紫外线和宇宙射线作用下高度电离，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用；高层大气密度很小，到 2000—3000 千米高空已与星际空间密度接近，可看作大气上界。回扣情境：天宫空间站轨道约 340—450 千米，正位于高层大气的电离层高度范围，航天员出舱必须穿舱外航天服——因为那里氧气极稀薄、气温极低，生命所需的条件都要靠航天服供给。 在分层简图上标出高层大气起点与空间站轨道高度（340—450 千米），指出电离层所在范围；结合“氧气稀薄”解释航天员出舱必须供氧，把“高层大气—电离层—空间站—通信/出舱”串成一条线填进任务单。 把情境终点（空间站）与高层大气特征精准对接，用“为何要供氧”落实迁移应用，完成“成分—分层—人类活动”的全链条建构，落实地理实践力与综合思维。 图 4　南极上空大气臭氧总量最低值（人教版必修第一册 图2.7） 　探究四：三层特征对比与综合诊断（10 分钟） 出示任务单任务二“三层大气特征对比表”（列：分层名称、高度范围、气温随高度变化、运动特征、天气/人类活动联系），提出探究任务：“合作完成对比表；随后用一句话回答——若要从涪陵地面送一份无线电信号给天宫空间站，这层大气的哪一结构帮了忙？为什么对流层不适合飞机长时间平飞？”巡视并纠正术语（如把“平流运动”误说成“水平飘”）。随后出示两道纯文字检测题，限时完成并即时反馈：第 1 题情景推理——神舟飞船从地面飞到距地约 340—450 千米的空间站，自下而上依次经过哪几层大气？其中哪一层集中了几乎全部的水汽和杂质、天气现象最复杂？第 2 题迁移应用——有同学说“高层大气温度可达 1000℃ 以上，所以在那里穿普通衣服就够了”，请运用本课原理解释这一说法为什么不准确。 合作填表，推选代表发言；相互评价对方是否区分了“气温随高度升高/降低”、是否说清了运动与天气的因果关系、电离层功能是否准确。再独立完成检测题并同桌互批。第 1 题要点——依次经过对流层、平流层、高层大气；对流层集中几乎全部水汽杂质、天气最复杂。第 2 题要点——高层大气虽温度高但空气极稀薄，氧气极少、气压极低，普通衣物无法供氧保温，必须靠舱外航天服，温度高不等于“适宜生存”。 把原理转化为可视化对比成果，训练“要素综合”与规范表达；两道纯文字检测题分别检验层级排序与条件综合两个层级，实现学业质量的即时诊断；评价以“分层准确、因果清晰、术语规范”为准。 课堂小结（4 分钟） 回扣导入情境提问：“现在能回答开头的问题了吗——同是一层大气，为何地面热闹、太空寂静？”请学生用一句话概括。随后按“一条主线：成分与分层；三层结构：对流层（下热上冷、对流、多天气）—平流层（下冷上热、平流、适航、臭氧层）—高层大气（电离层、极稀薄、空间站轨道）；一个价值：大气是地球生命的保护伞”梳理板书，并作价值升华：大气以臭氧挡住致命紫外线、以适宜的温度带和生命活动所需的氧护佑地球生命，而二氧化碳增加、氟利昂破坏臭氧层正改变着这层保护伞，守护蓝天与清洁大气，是每个人的责任。 用一句话概括本课主干；对照板书梳理知识结构；就“中学生在保护大气环境上能做什么”发表一句观点。 完成情境回扣，使“一境到底”闭合；由大气结构回归人地关系，落实人地协调观的价值判断。 板书设计 主板书：标题居中写“2.1 大气的组成和垂直分层”。左侧竖向画大气垂直分层阶梯（标高度）：对流层（地面—低纬 17—18 千米／高纬 8—9 千米，气温随高度降、对流、多天气）｜平流层（对流层顶—50—55 千米，气温随高度升、平流、适航、22—27 千米臭氧层）｜高层大气（50—55 千米以上，先降后升、80—500 千米电离层、340—450 千米空间站轨道、2000—3000 千米大气上界）。右侧分两栏：上栏“大气的组成”——干洁空气（氮约 78%、氧约 21%，二氧化碳保温、臭氧挡紫外线）＋水汽和杂质（成云致雨）；下栏“人类联系”——对流层：人类生活、风雨天气；平流层：航空飞行、臭氧保护；高层大气：电离层通信、极光、空间站。底部一行写“大气是地球生命的保护伞：氧供呼吸、臭氧挡紫外线、适宜温度带”。 副板书：学生生成的关键表述（如“平流层不是越高越冷”）；错例纠正（把“平流运动”改为规范术语）；答题要点关键词（定层、说特征、联需求）。 教学反思 亮点：以“神舟飞船—天宫空间站”这一真实、高关注度的中国航天事件为唯一情境，把“大气组成”“对流层—平流层—高层大气”串成一条连贯的“从地面到太空”问题线索，学生在“同是一层大气、为何地面热闹太空寂静”的冲突中自主建构原理而非被动接受；用客机航线、电离层通信、航天员供氧作现实落点，使抽象的垂直分层变得可比较、可推理，较好地突破了“平流层气温随高度升高”这一反直觉难点。 不足：探究二涉及的数字较多（17—18 千米、8—9 千米、50—55 千米、22—27 千米、340—450 千米等），部分学生可能陷入记数字而忽略“温度—运动—天气”的因果逻辑；探究四需完成填表、发言、互评与随堂诊断多项产出，时间偏紧，可能出现只填表不写理由、术语不规范的现象；迁移辨析题对“温度高不等于适宜生存”的辨析要求较高，基础薄弱学生可能答不到点。 改进策略：探究二将数字处理为“辅助定位”而非背诵点，把重心放在“气温变化→运动特征→适航/天气”的因果链上，数字改成板书小注；探究四将产出拆分为“必做填表、挑战口头结论”，为随堂诊断留足时间，错例即时纠正安排在诊断反馈环节进行；辨析题在出示时补充一句提示“注意空气密度与含氧量”，降低辨析门槛、聚焦核心原理。 学科网（北京）股份有限公司 $