1、第第四四单元单元 水在自然界的循环水在自然界的循环 一、一、单元设计意图单元设计意图 1.1.本单元主题的提出本单元主题的提出 地球表面各种形式的水不断地相互转化。水以气态、液态和固态的形式在陆地、海洋和大 气间不断循环的过程就是水循环。水循环无论是对于生命来说，还是对于地球本身来说，都是 相当重要的。水循环能够维持全球水的动态平衡和不断更新的状态，使得水成为可再生资源。 水循环造成了不同的天气现象， 影响全球的气候和生态。水循环也深刻地影响着地球表层结构 的形成、演化和发展。 在学习本单元以前， 学生已经认识了一些基本的天气现象， 能够对一些气象要素进行简单 测量，也学习了水的三态变化，这些
2、都是学习水循环的基础。但学生的知识相对零碎，没有将 一些天气现象的变化置于地球水圈的大情境中，缺少对水循环系统的认知。本单元就是帮助学 生将地球上的水作为一个系统来进行宏观的认识，形成水在陆地、海洋、大气循环的科学大概 念。 本单元用水在自然界的循环做主题，涉及水圈与大气圈这两个主要概念。该主题能够很好 地将两个主要概念融合在一起， 有利于学生形成科学大概念。 因为在水的循环过程中形成了云、 雾、雨、雪等天气现象，所以本单元还给学生提供探究天气现象形成原因的机会，让学生比较 几种天气现象的不同， 设计模拟成因的探究实验，运用实验结果以及示意图辅助解释不同天气 现象形成的原因。 2.2.本单元对
3、课程标准的落实本单元对课程标准的落实 (1)本单元通过一系列动手、动脑活动，落实课程标准高年级的课程目标。 科学知识： 初步了解地球上一些与大气运动、水循环有关的自然现象的成因。 科学探究： 能基于所学的知识， 从事物的结构、 功能、 变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。 能基于所学的知识， 通过观察、 实验、 查阅资料、 调查、 案例分析等方式获取事物的信息。 科学态度： 表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行科学探究的兴趣。 科学、技术、社会与环境： 认识到人类、动植物、环境的相互影响和相互依存关系。 (2)本单元学习内容基于 课程标准 课程内容中 “地球与宇宙科学领域” 的高
4、年段要求。 14.1 地球被一层大气圈包围着。 描述雾、雨、雪、露、霜、雹等天气现象形成的原因。 14.2 地球表面有由各种水体组成的水圈。 描述地球上的水在陆地、海洋及大气之间处于不间断的循环之中。 举例说明水在地球上的循环产生了云、雾、雨、雪等天气现象。 4.4.本单元次级主题的构成及逻辑关系本单元次级主题的构成及逻辑关系 本单元由四课组成： 云和雾 露和霜 雨和雪 水滴的“旅行” 。前三课在内容上呈 现并列的关系，分别从原理层面对这些天气现象形成的原因进行解析。将云和雾、露和霜、雨 和雪两两对应放入一课， 是因为两者的形成原因相似或接近， 有的只是形成过程中的温度差异 导致了不同。这三课
5、在教材内容的组织呈现上，都是先观察现象，从现象层面比较不同，然后 通过模拟实验来探究其成因，最后借助相关的示意图进一步描述其形成过程。二、三两课还进 行了阅读节气资料、认识更多降水形式的拓展延伸。最后一课是综合学习认知，将这些天气现 象的形成与水的循环相结合， 便于学生将头脑中零碎的知识建立联系， 形成自然界水循环的科 学大概念。整个单元在结构上显现出分分总的关系。 二二、单元教学目标单元教学目标 能够描述云、雾、露、霜、雨、雪等天气现象形成的原因。 能通过模拟实验、解释模型等方法研究天气现象的成因。 能够借助模型图来描述地球上的水在陆地、海洋及大气之间的循环过程。 理解大自然的水处于一个动态
6、平衡之中，不会增多也不会减少。 三三、单元活动框架单元活动框架 四、四、课时建议课时建议 序号序号 课题课题 课时课时 13 云和雾 1 14 露和霜 1 15 雨和雪 1 16 水滴的“旅行” 1 总课时 4 五、分课分析五、分课分析 13.13.云和雾云和雾 1.教学内容 本课是认识水在自然界的循环的第一课。 将云和雾放进一课是因为这两种天气现象在本质 上是一致的，形成原因是一样的，状态也是一样的，只不过距离地表的远近不同，飘浮在高空 的是云，接近地表的就是雾。教材内容主要包含三个活动：第一个活动创设情境，聚焦学习内 容，区分在登山的过程中不同视角的所见，山腰上的云即山腰上的雾，引导学生初
7、步认识云和 雾在本质上是一回事。第二个活动做人造雾的实验。因为是在实验室，接近地表的是雾，所以 是造雾，而不是造云。这是一个典型的模拟实验，也是本节课唯一的动手活动，需要引导学生 将模拟实验的情况外推到实际情况中去，进而分析、推导出自然界的雾是如何形成的。第三个 活动是根据抽象的图示，结合模拟实验，解释云的成因。这是一个高度概括的过程，有利于发 展学生的概念水平。最后教材揭示出云和雾的形成的科学概念。 2.教学目标 知道云和雾都是水蒸气冷凝形成的，它们本质上一样，只是距离地表远近不同。 能够做人造雾的实验，尝试解释雾的形成原因。 能够通过模拟实验及示意图，解释云和雾的形成过程。 3.重点与难点
8、 重点：解释云和雾的形成原因。 难点：做人造雾的实验。 4.教学准备 学生分组材料： 量筒(500mL)、冰袋(或把冰块放入保鲜袋)、温水、线香、火柴。 14.14.露和霜露和霜 1.教学内容 本课承接第一课云和雾的认识与探究，介绍了另外两种天气现象露和霜。将这两种天 气现象放在一起也是因为其形成条件很接近， 都是水蒸气受冷凝结并附着在草木或其他物体上， 只是一个呈现液态，是小水滴，一个呈现固态，是小冰晶。教学内容包括三个活动：第一个活 动是观察比较露和霜的不同， 整体感知它们在形态及形成条件上的差异， 这属于经验层面的认 知。第二个活动是人造露和霜，主要是模拟露和霜的形成过程，两个实验放在一
9、起做也是一种 对比，两者的形成条件差异主要是温度不同。这是本课动手实践的主体活动，主要培养学生的 观察、实验、分析能力。第三个活动是阅读二十四节气之白露、霜降。这两个节气正好与所学 的内容紧密相关，意在让学生关注生活，关注更多与节气相关的天气现象，渗透传统文化的教 育。 2.教学目标 比较露和霜的不同，知道露与霜也是常见的天气现象。 通过做模拟露和霜的实验，解释露和霜的形成原因。 阅读相关资料，了解二十四节气中与天气现象相关的节气。 3.重点与难点 重点：通过做露和霜的模拟实验，解释露和霜的形成原因。 难点：做造霜的实验。 4.教学准备 铁罐、湿毛巾、电子温度计、碎冰、盐、冷水。 15.15.
10、雨和雪雨和雪 1.教学内容 本课与前两课是并列关系，将雨、雪这两种天气现象放进一课是因为它们都是云中的水点 或是冰晶降落所致，也是水在地球上的循环产生的天气现象。教材内容包括以下几个活动：第 一个活动是观察比较雨和雪的异同，是一种经验层面的认知，聚焦研究的主题，培养学生观察 比较、分析概括的能力，也是对接下来探索雨雪形成的原因作铺垫。第二个活动是模拟雨的形 成，是本课动手实践的一个主体活动，为雨和雪的形成原因的解释提供直观感性认识。第三个 活动是根据示意图描述雨和雪的形成过程。这是抽象概括的学习，是一种图表学习方式。模拟 实验与抽象概括的示意图两者结合，能更好地揭示事物内在的联系。第四个活动是
11、观察雪花的 形状，说说不同的降水形式的特点。这些都是直观的图片观察，是对学生知识面的拓宽。 2.教学目标 能够比较雨和雪的异同，知道雨和雪是常见的降水形式。 做模拟雨的形成实验，并能够结合示意图，描述雨和雪的形成过程。 了解更多的降水形式，描述不同降水形式的特点。 3.重点与难点 重点：做模拟雨的形成实验，结合示意图描述雨和雪的形成过程。 难点：根据示意图描述雨和雪的形成过程。 4.教学准备 酒精灯、三脚架、石棉网、烧杯、培养皿、热水、冰块、火柴。 16.16.水滴的水滴的“旅行旅行” 1.教学内容 本课是在前三课认识云、雾、露、霜、雨、雪等天气现象的基础上，形成的对自然界水的 变化循环的系统
12、认知， 是本单元的一个总结概括。 用“水滴的旅行”这个形象话题做标题， 紧紧围绕大自然中水的循环这个核心展开，教学内容包括三个活动：第一个活动是观察实景图 片，通过交流“天上的水为什么总也降不完”这个问题，引导学生逐步建立水循环的概念。第 二个活动是根据示意图说说水在自然界是如何循环的。 这是在前面实物场景的基础上进一步抽 象概括，通过一些关键词汇和箭头帮助学生建立水循环的概念。学生的分析、概括、推断的能 力得以进一步发展。第三个活动是拓展活动，通过制作水循环的模型模拟大自然中的水循环， 体现科学课程的实践性。 2.教学目标 能够根据示意图描述地球上的水在陆地、海洋及大气之间的不间断的循环过程
13、。 运用分析、归纳、概括，尝试用箭头和简单文字建立水循环的模型。 初步建立水循环的动态平衡意识，意识到地球上的水不会增多也不 会减少。 3.重点与难点 重点：描述地球上的水在陆地、海洋及大气之间的不间断的循环过程。 难点：建立大自然中的水循环模型。 4.教学准备 水循环的相关图片和视频资料、水循环模型。 六、参考资料六、参考资料 雪花雪花 雪花是一种晶体，是天空中的水汽凝华形成的固态降水，结构随温度的变化而变化，多呈 六边形，形状像花。雪花的形状极多，每片雪花都像一幅极其精美的图画，连许多艺术家都赞 叹不已。雪花大都是六边形的，因为雪花属于六方晶系。云中雪花的“胚胎”小冰晶主要有两 种形状，一
14、种呈六棱柱状，长而细，叫柱晶。但有时它的两端是尖的，像一根针，叫针晶。另 一种则呈六边形的薄片状，就像从六棱铅笔上切下来的薄片，叫片晶。 对于六边形片状冰晶来说，由于它面上、边上和角上的弯曲程度不同，相应地具有不同的 饱和水汽压，其中角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面上最小。在实有水汽压相同的情况 下，由于冰晶的面、边、角上的饱和水汽压不同，其凝华增长的情况也不相同。如果云中水汽 不太丰富， 实有水汽压仅大于平面的饱和水汽压， 水汽只在面上凝华， 这时形成的是柱状雪花； 如果水汽稍多，实有水汽压大于边上的饱和水汽压，水汽在边上和面上都会发生凝华，由于凝 华的速度还与弯曲程度有关，弯曲程度大的
15、地方凝华较快，所以在冰晶边上凝华比面上快，这 时多形成片状雪花； 如果云中水汽非常丰富， 实有水汽压大于角上的饱和水汽压， 这样在面上、 边上、角上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应最充分，凝华最快，所以多形成枝状 或星状雪花。 降水降水 降水是指空气中的水汽冷凝并降落到地表的现象。水汽在上升过程中，因周围温度降低而 逐渐变为细小的水滴或冰晶，飘浮在空中形成云。水汽在云滴表面凝聚，大小云滴在不断运动 中合并，使云滴不断凝结(或凝华)而增大，云滴增大为雨滴、雪花或其他降水物。当云滴增大 到能克服空气的阻力和上升气流的顶托，且在降落时不被蒸发掉才能形成降水。 降水包括两部分： 一是大气中水汽
16、直接在地面、 地物表面及低空形成的凝结物， 如霜、 露、 雾和雾凇，又称为水平降水；二是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨凇 等，又称为垂直降水。但是单纯的霜、露、雾和雾凇等不作降水量处理。在中国，国家气象局 地面观测规范规定，降水量仅指垂直降水，水平降水不作为降水量处理，发生降水不一定有降 水量，只有有效降水才有降水量。 人工降水人工降水 人工降水又称人工增雨， 是指根据自然界降水形成的原理， 人为补充某些形成降水的必要 条件，促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴，降落到地面形成降水。其方法是根据不同云层的 物理特性， 选择合适时机， 用飞机、 火箭、 高射炮等向云中播撒干冰、
17、碘化银、 盐粉等催化剂， 使云层降水或增加降水量，以缓解或解除农田干旱、增加水库水量或提高其供水能力、增加发 电水量等。 人工增雨分为暖云增雨与冷云增雨。要使暖云(温度高于 0C 的云)降水或增雨，就要在 云中播撒盐粉、尿素等吸湿性物质，促使大云滴生成，形成或增加降水。若要冷云(温度低于 0C 的云)降水，就要用飞机等播撒干冰、碘化银等催化剂，从而产生大量冰晶，使冷云上部 的冰晶密度增大，促成或增加降水。 人工降雨的作业方式大体有三种。一是在地面布置碘化银燃烧炉。催化剂依靠山区向阳坡 在一定时段常有的上升气流输送入云。这种方式的优点是经济、简便，明显的缺点是难以确定 催化剂入云的剂量。这种方式
18、主要适合于经常有地形云发展、交通不便的山区。二是以高射炮 和火箭为主的地面作业。由于增程焰剂炮弹和焰剂火箭的研制成功， 将催化剂在合适的时段按 需要的剂量输送到云的合适部位的问题已基本获得解决。虽已有车载火箭装备， 可在一定范围 内移动， 但相对于飞机， 这种作业方式的机动性较差， 适合在固定目标区作业(如为水库增水)， 特别是对威胁飞机飞行安全的强大对流云进行的催化作业。三是飞机催化作业。飞机催化作业 的应用比较广，可以根据不同的云层条件和需要，选用暖云催化剂及其播撒装置、制冷剂及其 播撒装置(如干冰、液氮)，也可挂载碘化银燃烧炉、飞机焰弹发射系统。还可装载探测仪器进 行云微结构的观测和催化
19、前后云宏、微观状态变化的追踪监测。不过不是所有的云都可以用来 “播雨” ，一般说来，低云族中的雨层云和层积云，或中云族中的高层云较为适宜，少云或者 晴空条件下就不能进行飞机人工增雨。 水循环水循环 地球表面各种形式的水体是不断地相互转化的，水以气态、液态和固态的形式在陆地、海 洋和大气间不断循环的过程就是水循环。形成水循环的外因是太阳辐射和重力作用， 其为水循 环提供了水的物理状态变化和运动能量； 形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、 液态、 固态三种形态容易相互转化的特性。 降水、 蒸发和径流是水循环过程的三个最重要的环节。 这三个环节决定着全球的水量平衡， 也决定着一个地区的水资源总量。水循环还可以分为海陆间循环、陆地内循环和海上内循环三 种形式。 水循环是地球上最重要的物质循环之一，实现了地球系统水、能量和地球生物化学物质的 迁移和转换，构成了全球性的连续有序的动态大系统。水循环联系着海陆两大系统，塑造着地 表形态，制约着地球生态环境的平衡和协调，不断提供再生的淡水资源。因此，水循环对于地 球表层结构的演变和人类可持续发展都意义重大。
