探寻人教版教材中气旋与反气旋内容的变化轨迹

探寻人教版教材中“气旋与反气旋”内容的变化轨迹

气旋与反气旋是重要的天气系统类型，也是第二单元《大气》的重要组成部分，人教版不同版本的教材均对该内容做了重要阐述，仔细研究，这一内容在不同版本中又有区别，从以下分析中可以看出教材发展完善的轨迹。一、2003年6月第1版内容简析1.教材具体内容低压或气旋、高压或反气旋，分别是对同一天气系统的不同描述。低压、高压是对天气系统气压状况的描述，气旋、反气旋是对天气系统气流状况的描述。由于低压(气旋)和高压(反气旋)的气压和气流均不相同，其天气状况也不相同(图2.21)。气旋的气流从四面八方流入中心，使气旋中心气流被迫上升。空气在上升过程中温度下降，其中水汽容易凝云致雨。反气旋的气流向四周流出以后，高层的空气就自上而下来补充，形成下沉气流。空气在下沉过程中温度升高，其中水汽不易凝结，所以反气旋控制的地区，天气晴朗。2.该段教材特点该段教材内容简洁明快，对低压(气旋)和高压(反气旋)的定义、近地面空气的水平运动、空气在垂直方向的运动以及高、低压控制下的天气状况均加以阐述，逻辑关系紧密，让人一目了然。当然也有不足之处：一是对气旋与反气旋系统近地面气流和垂直方向上的空气运动状况做了分析研究，但对高空气流运动状况并没有涉及，显得不够完整；二是示意图在水平方向运动用平面图表示，垂直方向用立体图表示，两者没有叠加组合(见图1)，学生在理解时可能有些困难，总体看来教材相对单薄。二、2004年5月第1版改进及不足1.教材具体内容低压或气旋，高压或反气旋，分别是对同一天气系统的不同描述。低气压与高气压，是指气压分布状况而言的；气旋与反气旋，是指气流状况而言的。气旋是中心气压低、四周气压高的大气水平涡旋。在北半球，气旋区域内空气作逆时针方向流动，在南半球则相反。在低空，气流从四面八方流入气旋的中心，使中心的空气被迫上升。当气流升至高空后，它又向四周流出。这样，低层大气就会不断地从四周向中心流入，以补充中心上升的空气。所以一个由气流垂直运动连接而成的低空辐合、高空辐散的环流系统，是气旋存在和发展的前提。反气旋是中心气压高、四周气压低的大气水平涡旋。在北半球，反气旋区域内的空气作顺时针方向流动，在南半球则相反。反气旋的气流向外流出后，高层的空气就自上而下来补充，形成下沉气流，以补充近地面向四周流出的空气。所以，一个由气流垂直运动连接而成的低空辐散、高空辐合的环流系统，是反气旋存在和发展的前提。（教材图示见下图2）2.该段教材特点(1)该段内容较前一版教材有了明显发展，主要表现为以下几方面：①明确了低压(气旋)和高压(反气旋)系统高空和地面气流运动的对应关系，既阐述了近地面气流水平运动状况和垂直方向的运动状况，又分析了与之对应的高空气流水平运动状况，便于学生从整体上把握低压(气旋)和高压(反气旋)系统运动规律。②建立了低压(气旋)和高压(反气旋)系统和热力环流之间的联系，让学生所学知识前后呼应。以北半球气旋为例，近地面低压(气旋)高空对应为高压(反气旋)；近地面气流逆时针辐合，高空气流为顺时针辐散，这有利于学生形成知识体系。③用大气水平运动的力学原理、气流水平运动的轨迹理论来解读近地面和高空气流运动规律及其产生原因。近地面气流运动受水平气压梯度力、地球自转偏向力和摩擦力共同作用，气流运动方向与等压线成一定夹角，所以成辐合、辐散状。高空气流运动受水平气压梯度力和地球自转偏向力共同作用，气流运动方向与等压线平行。④图2组合了垂直方向和水平方向气流的运动状况，用立体图示的方法直观地反映了气流在高空、近地面水平运动和垂直运动的情况，形象生动，便于学生掌握。(2)该段内容存在的不足：①教材文字中认为北半球气旋高空气流水平运动状况为顺时针辐散运动，而教材“图2.22”中表现为圆周运动，气流运动方向和等压线平行，既不是辐散，也不是辐合。文字和示意图自相矛盾，不能自圆其说。②按照示意图中高空气流的运动方式，热力环流就不应该存在，如图3(以北半球为例)所示。高空平面气流因为与等压线平行而无法从高压区流到低压区，反映在图4中a气流就不存在，显然这是对热力环流理论的否定，让教材两节内容之间不能前后呼应，影响教材的公信力和权威性。三、2008年2月第3版优势及悬念1.教材具体内容文字内容和上一版教材一致，图示有所变化，如图5所示。2.该段教材的特点(1)示意图改变后带来的优势。该版教材在2004年5月第1版的基础上作了进一步的改进，保留了其文字叙述部分，修改了示意图，把高空气流运动部分作了删减，这既保留了前版教材的优点，又回避了前述的两个问题。(2)该段教材存在的不足：①在发现教材内容前后冲突的情况下，采用了回避矛盾的方法，只是将高空气流运动部分的图进行了删减。②没有正面用图的形式正确回答高空气流运动的实际情况，显得图形不够完整、丰满。(3)没有从理论上解析高空气流在水平气压梯度力、地转偏向力的作用下，为什么能辐合、辐散状流动而不与等压线平行。四、该段教材变化过程中需要解决的矛盾焦点该段教材的矛盾焦点是高空气流运动与大气水平运动理论之间不能一致起来，仔细分析，其实这中间并不矛盾，理由有以下几点。1.高空气流运动方向与等压线平行是有条件的，即高空气流运动只受水平气压梯度力和地转偏向力作用，不受摩擦力作用，假定高空摩擦力为零。实际上这是一种理想状态，高空摩擦力虽然小但不可能为零，所以高空气流运动方向不会完全与等压线平行。2.即便高空摩擦力真的为零，气流运动方向要达到与等压线平行也需要一个过程，如下页图6所示。空气质点从A点出发，到B点与等压线平行需要一个过程，在这个过程中气流运动方向与等压线是不平行的，只有到了B以后才平行。这个过程实际上是水平气压梯度力和地球自转偏向力共同作用的过程，过程的长短取决于两个力的发展变化以及对比关系。在三圈环流的低纬环流中，赤道高空高压气流在流向高纬度高空低压的过程中直到南北纬30°高空附近才与纬线(等压线)平行。所以气旋、反气旋高空气流在水平方向流动不一定与等压线完全平行，因而可呈辐合、辐散状流动。北半球的台风气流运动就可以充