现行高中地理教材中值得探讨的几个问题_太阳辐射论文

现行高中地理教科书中几个值得商榷的问题,本文主要内容关键词为:几个论文,书中论文,教科论文,高中地理论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

一、不能把上海7月份气温日变化平均情况示意图中的太阳辐射和地面辐射曲线视为地面热量收支曲线

现行高中地理教科书上册53页上的“上海7月份气温日变化平均情况示意图”所要表明的是气温日变化的一般规律。气温日变化并不直接取决于太阳辐射的日变化,而是直接与地面辐射的日变化有关。在时间上,太阳辐射最大值出现在正午12时,地面辐射最大值出现在13时左右,气温最高值出现在14时左右。

但是,教科书53页中写道:“……随着太阳辐射的进一步减弱,地面获得的太阳辐射的热量开始少于地面辐射失去的热量时,也就是当地面热量由盈余转入亏损的时刻,地面温度达到最高值。”这显然是把图中的太阳辐射和地面辐射曲线视为地面热量收支曲线,并据此图定量地得出13时左右地面获得的太阳辐射的热量开始少于地面辐射失去的热量。这种看法是错误的,因为地面热量的收支不仅仅是辐射方面的收支,还包括其它形式的热量收支,如地面水分凝结和蒸发的热量收支、地面与湍流的热量交换、地面与下层的热传导等。可见把地面热量的收支仅仅看成辐射方面的收支是片面的。

退一步而言,即使地面热量的收支就是辐射方面的收支,也不能把太阳辐射看成地面吸收的热量,因为太阳辐射到达地面后,一部分被反射回外层空间,可见地面吸收的只是太阳辐射的一部分;此外,地面吸收的还有大气散射辐射。同时,也不能把地面辐射视为地面热量的支出部分,因为地面是通过有效辐射(地面辐射和地面吸收的大气逆辐射之差)的方式而失热。

实际上,1985年版本的教科书中的“上海七月份气温日变化和地面热量收支示意”一图中曾出现过这一疏漏,即把太阳辐射和地面辐射曲线视为地面热量收支曲线并把二曲线相交部分围成的面积视为地面热量的盈余和亏损。后来,在1988年的版本中对该图中的疏漏做了彻底的修正。但令人遗憾的是对教科书中与此相关文字部分的疏漏至今没有予以修正,因而导致不少师生误认为该图中太阳辐射和地面辐射曲线就是地面热量收支曲线并由此导出大约从13时至日落这一时段,地面吸收的太阳辐射的热量小于地面辐射失去的热量的错误结论。而事实上上海白昼辐射差额为正值,即地面吸收的太阳辐射的热量大于地面辐射净失的热量(见图1)。

图1

根据上述分析,应把上述有误有那句话改为“……随着太阳辐射的进一步减弱,地面吸收的热量开始少于地面失去的热量时,也就是地面热量由盈余转入亏损的时刻,地面温度达到最高值。

二、关于生物圈核心部分的讲述

教科书177页中对这个问题的讲述是“生物的绝大部分集中在地面以上100米到水面以下200米这一薄层里,因为这一薄层可以获得充足的太阳光能,有适于生命活动的温度条件,有生物可以利用的液态水、氧气、二氧化碳以及氮、磷、钾等营养元素。这一薄层可以说是生物圈的核心部分。”

这段话中有两点没讲清楚:一是这个薄层的厚度;二是对生物圈核心部分的空间结构没有予以阐明。因为这段话中的“地面”和“水面”二词的内涵不清,“地面”是指陆地地面,还是海平面?“水面”是指“海平面”,还是“江湖水面”?文中没有交待。如果“地面”和“水面”都是指海平面,那么这个薄层的厚度仅为300米,这显然与事实不符。如果“地面”是指陆地面,“水面”是指海平面,那么陆地地面的海拔以何为准?是华北平原,还是珠穆朗玛峰?这个薄层的厚度如何计算?实在让人不得要领。事实上,从垂直尺度看,生物的绝大部分集中在海平面以上6000米到海平面以下200米的薄层里。但这一薄层并非可以说是生物圈的核心部分,因为就生物的生存空间结构而言,绝大部分生物集中分布在这个薄层内的大气圈、水圈和岩石圈的交界地带,正是在这一交界地带,而并非整个薄层,可以获得充足的阳光,有适宜生命活动的温度条件,有生物可以利用的液态水、氧气、二氧化碳和氮、磷、钾等营养元素。所以,可以说海平面以上6000米到海平面以下200米这一薄层内,大气圈、水圈和岩石圈的交界地带是生物圈的核心部分。

三、关于生态系统能量流动的讲述

教科书188页中写道“一般说来,在输入到一个营养级的能量中大约只有10%~20%能够流通到下一个营养级,其余的能量则为呼吸所消耗。这就是说,能量在沿着食物链的营养级流动时,是逐级递减的。”这句话中存在的问题是片面地认为食物链(植食食物链)各营养级的生物通过呼吸所消耗的能量是能量逐级递减的唯一原因,并误认为输入到一个营养级的能量中大约只有10%~20%能够流动到下一个营养级。而事实上,在一个特定的自然生态系统中,能量沿食物链传递时,逐级递减的原因有三(见图2):①仅是前一个营养级的生物量或固定的能量的一小部分被下一个营养级的生物吃掉;②被吃掉的一部分未被消化,以粪便形式排出体外;③被消化的大部分为呼吸所消耗以维持生命活动,其余部分则用于自身生长和繁殖。正是由于上述三个原因,所以,能量沿食物链各营养级流动时,逐级递减。

图2

从定量的角度看,事实上第一个营养级所固定能量的5%~20%(十分之一法则)能够流动到第二个营养级,后面逐级流动按此比例进行。可见“一般说来,在输入到一个营养级的能量中大约只有10%~20%能够流动到下一个营养级,其余则为呼吸所消耗的说法是不科学的。

四、重力能是来自地球外部吗

教科书142页中写道:“外力作用的能量来自地球外部,主要是太阳辐射能,其次是重力能……。”这句话欠妥,因为重力能并非来自地球外部。重力实际上是地球引力和地球自转所产生的惯性离心力的合力,它是在地球形成过程中,由物质逐渐密实而产生的。所以,这句话可改为“外力作用的能源主要是来自地球外部的太阳辐射能,其次是来自地球本身的重力能。”

五、地壳表层温度通常随外界温度而变化的说法对吗

教科书152页中写到“地壳表层温度通常随外界温度而变化。”这句话中的地壳表层是指陆地表层(包括陆地地面),外界温度显然是指近地面的气温。教科书第二章的课文中写道:“地面是大气的主要热源”;“日出以后随着太阳高度角的逐渐加大,太阳辐射不断增加,地面获得的热量不断增加,地面温度不断升高,地面辐射不断增强,大气吸收地面辐射,气温也不断上升。”;“……地面辐射不断减弱,气温也随之不断下降。”从以上所述,可见外界温度是随地面温度而变化,而并非地面温度随外界温度而变化,否则一日之内,地面温度最高值出现的时刻早于气温最高值出现的时刻,如何解释?

事实上,陆地表层的热源主要是太阳辐射。正由于太阳辐射的日变化和年变化以及非连续性才使陆地表层产生周期性的温度变化。这一变化在陆地表面最大,随着深度的增加而越小,最后,在一定深度达到稳定。所以,这句话可以改为“地壳表层温度通常随太阳辐射的变化而变化。”

六、关于国外农业现代化过程中出现的能源消耗太多的讲述

教科书中写道“……工业提供的农机设备、化肥、农药和塑料无一不是由矿物能源转化而来。”这句话中的“无一不是由矿物能源转化而来”的说法不妥。就能量转化而言,一种能量可以换化成另一种能量,如水能可以转化成电能,电能可以转化成热能等。就物质转化而言,一种物质可以转化为另一种物质,如无机物可以转化成有机物,石油可以转化成塑料等。上句话中的转化显然是指物质转化而言,因为农机设备、化肥、农药和塑料无一不是物质。但是它们并非无一不是由能源矿物转化而来,因为只是有些农药和化肥是由能源矿物转化而来,而农机设备基本上不是由能源矿物转化而来,农机设备的主要原材料是钢材,其化学成份主要是铁,能源矿物(化石燃料)的化学成份主要是碳,碳元素怎么会转化成铁元素呢?

鉴于上述分析,这句话可改为“……生产农机设备要消耗大量矿物能源,塑料和有些化肥、农药等是由能源矿物转化而来”。

七、关于我国气候和水资源条件对农业生产影响的讲述

教科书中有关上述两个自然条件对我国农业生产的有利和不利方面影响的论述,应概括为“①大部分地区属中低纬度地带,热量条件较为优越,夏季全国普遍高温而且雨热同季。②水资源总量很大,但地区分布不均,南方有余,北方不足,降水量年内分布不均,年际变化大,旱涝灾害多。”上述课文中存在的问题是在第一点对气候的评价中对不利方面没有讲述;在第二点中把“降水量年内分布不均,年际变化大,旱涝灾害多”视为水资源的不利方面欠妥。因为这分明是我国气候的主要缺点,理应写入第一点对气候的评价中。一个地区或国家水源的丰歉程度通常以江河年径流总量为主要指标。径流量和降水量是有联系的,但性质上属两个不同的概念,不能把它们混为一谈,不能把降水的特点完全等同地视为水资源的特点。降水量丰沛的地区未必水资源就一定丰富,如我国西南喀斯特地形分布地区内的某些地方,降水量很大,但地表径流量很小,水资源匮乏。降水量小的地区,未必水资源就一定贫乏,如尼罗河三角洲气候干燥,但水资源充足。所以,从时间角度看,我国水资源对农业生产的不利方面可概括为“我国江河径流量季节和年际变化大,洪水期易发生洪涝害,而枯水期往往满足不了农业用水的需求。

八、关于人类社会与环境关系模式图

从能量流动的角度看“人类社会与环境相关模式”所显示的由人类社会和地理环境组成的整体是一个封闭系统,即与宇宙环境(外层空间)没有能量的交换,这与事实不符。从能量输入来看,人类社会农业生产所需的光热资源主要是太阳辐射能,人类社会工业生产所消耗的能源主要是源于太阳能的化石燃料,可见进入人类社会的能量,归根到底主要是来自地球外部的太阳辐射能。就能量输出而言,人类社会通过生产和消费活动向地理环境中输出的热能(红外长波辐射)并非储存在大气层中,而是最终散失到外层空间,以维持人类社会生态系统的热量平衡。可见从能量流动的角度看,应将该模式图改为开放系统(见图3)。

1.人类活动对环境的积极影响

2.正反馈作用

3.负反馈作用

4.人类活动对环境的消极影响

图3

从物质流动的角度看,可以把该模式图视为一个封闭系统,但物质流动方向并非图中所示完全呈单向流动,因为有些物质是循环流动的,如人类社会向地理环境中排入的废水通过自净或人工净化可以重新进入人类社会,为人类所利用。再如某些固体废弃物,通过人类社会流程劳动生产可以变废为宝,又造福于人类。所以,应将模式图中物质流动的方向予以完善(见图3)。

此外,模式图中两组由人类社会指向地理环境和由地理环境指向人类社会的箭头,所示意的内涵图文都没有予以阐释,这不利于教学。可将一组箭头中,由人类社会指向地理环境的箭头,解释为人类社会活动改善和保护环境,而由环境指向人类的箭头,可解释为正反馈作用。另一组箭头的内涵恰恰相反(见图3)。

教科书应是人类智慧的结晶。教科书是学生获取知识、发展智力和形成科学世界观的重要源泉。教科书是教师进行教学活动的主要依据。尊重教科书和尊重科学是统一的,对于教科书中的疏漏和不妥之处应予以修正和完善,那种教科书上怎么说,就怎么讲的做法,有时在客观上易造成以讹传讹的后果。

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