两种能量来源导致的地表自然带空间格局——对地理“必修1”教材逻辑结构的思考

欧阳子豪

（东北师范大学 地理科学学院, 长春 吉林 130024）

两种能量来源导致的地表自然带空间格局——对地理“必修1”教材逻辑结构的思考

欧阳子豪

（东北师范大学 地理科学学院, 长春 吉林 130024）

长期以来，对地理教材内容——尤其是《必修一》自然地理内容部分的研究，更多地是集中于从尺度视角对教材内容的编排进行宏观分析，而从地表环境内部机理的视角进行的研究相对较少。太阳辐射能量和地球内能在自然地理环境中的作用，赫特纳将之概括为贯穿整个自然界的气候和构造两大原因序列。据此可以作为地理《必修一》教材内容编排的上位逻辑。本次研究就是在上述理论的基础上，力求理出在能量来源和能量分配差异控制下的地理内容组织线索，为中学地理实际教学提供可参照的上位逻辑。

陆地自然带；构造原因序列；气候原因序列；教材编排逻辑

一、背景

高中地理新课程改革，提出教材编写要“转变以学科为中心”的主张，要“以人地关系为主线”选择和组织教材，使得对地理学科其特定知识体系和逻辑结构，与属于学校课程的“地理学科”其教育功能之间关系的思考，成为地理教育界不可避免且将持久存在的一个重要论题。其问题的实质就在于寻找学科逻辑与学习逻辑的结合点。本文认为，具备对地理学学科逻辑的深层次把握和对学生学习逻辑的切实认识才能建立起合理的地理教学逻辑。人地关系为主线的教材组织逻辑和教学导向，着眼于全体学生的全面发展，从而简化了理论地理学知识,但同时也淡化了地理学固有的理论味道。

由于对地理学科内在科学逻辑与“教材注意与实际联系”和“以人地关系为主线”的内容组织逻辑之间关系的认识不清，容易导致教师在教材分析时对地理科学理论体系关注的减少乃至缺失，而教学实践中的一线地理教师在进行教材分析时更强调实践性，实效性，侧重针对性，故而关注点相对具体，对教材分析所需依托的上位理论支撑，如地理学科自身科学逻辑要求，研究不够深入，在此情况下，进行的教材分析就较难实现教材分析所要求达到的对教材深层次学科逻辑和学科思想方法的整体把握。此外，在选取对人类活动有重大影响的地理过程和地理现象作为教材内容的大课程背景下，对教材中选择性呈现的内容，认识容易流于琐碎，而无法把握具体内容教学的侧重点。因此，对地理教材中所依循的上位学科逻辑的探寻便有了使地理教育具备和保持学科特色的现实意义。

二、教材剖析

学科逻辑必须具备能够反映学科思想和方法的内涵，其内涵往往通过学科知识结构来加以体现。依循学科逻辑，地理课程标准和教材中因围绕人地关系主线，不强调学科体系完整，因而有选择地机械呈现的地理知识“点”才能被一些逻辑“线”所贯穿，以此才能将课标要求转化为教材结构。因此，即使现行的地理课程设计理念不再强调学科体系，而主张从人地关系和素质教育的角度选择教学内容，学科逻辑的探索和渗透仍然是不可忽视的。

高中地理课程以可持续发展为指导思想,以人地关系为主线,着力提升国民的现代文明素质。《必修一》是高中地理课程必修三个模块的第一册,是全套教科书的基础。《必修一》以自然地理内容为主,从内容结构看，是对地球的宇宙环境、地球的圈层结构、自然地理要素、自然环境的整体性和差异性等传统高中课程中的经典自然地理内容的继承；从设计主线看，紧扣可持续发展和人地关系的核心论题,以自然环境对人类活动的影响作为模块的总结,并起到沟通其他两个模块的作用。具体表现在从行星地球的宇宙背景、要素分析到整体综合的转变,强调地理尺度和基本方法在分析和归纳中的作用,渗透地理观念和地理方法的培养。引导学生认识自然地理环境的要素组成、基本过程、基本特征及其对人类活动的影响,为进一步学习《必修二》人文地理和《必修三》区域可持续发展问题打好基础。因此，利用《必修一》经典自然地理内容框架，从地表自然带空间格局形成过程中的两大能量来源入手梳理教材学科逻辑，是形成必修模块高中自然地理内容教学逻辑，进而顺利落实其他模块教学的基础。

气候带和陆地自然带的空间分布，是体现地理事物和现象分布格局的重要内容，也是研究地球表面空间规律性的重要对象。除此之外陆地地表的构造，土地构成，动植物和垦殖，人类活动（聚居，交通，经济和文化生活）等也或显性或隐性地体现了地理空间分布规律性的特点。对这一系列地理事象空间分布格局的研究，必然涉及对造成格局的原因的思考，从地理过程和变化的能量来源角度，我们可以分为宇宙能和地球能，并初步思考这两种能量对地理事物和现象空间格局的影响。

（一）宇宙能

从对地理学科的意义来说，宇宙能主要指两个方面：引力和太阳能。

1．引力的作用主要使地球维持在其绕日运动的公转轨道上，在地理方面，即作为造成地球表面差异的原因之一，引力的作用，几乎只表现为海洋的潮汐运动。这一事实在中学地理阶段，无论是初中还是高中都未涉及。

2．太阳能，主要是太阳辐射，是贯穿中学阶段地理过程和现象的能量来源（当然，构造运动除外，将在下文叙述），因此个人认为这是《必修一》教材编排将“太阳对地球影响”放在初始章节的原因。太阳辐射对地球的影响，其本质是造成地球表面热的差别，从而引起空气和降水的调整运动，产生天气和气候现象。

3．三种世界性的力量作用下形成的自然带分布格局

太阳辐射到达大气上界时，因地球的物理形状，产生初始的热量差异，呈现从赤道到两极热量逐渐减少的分布规律，形成完全基于纬度的数理气候带，这是不同纬度上太阳辐射造成的原生差异性格局。这一热量分布格局，对地表的加热作用传导到大气圈，引起大气的垂直运动，造成低纬地区和高纬地区之间的气压差，继而导致大气的水平运动，从而确定了地球表面大气和洋流的最初循环趋势，即赤道和两极间循环运动。当然大气运动的单一环流圈，在地球自转的影响下，被打破，形成全新的信风体系，因此原生的太阳辐射差异和地球自转，麦金德称之为两种世界性的力量。在这样一个认识的基础上，我们再来看《必修一》教材的编排，“行星地球”这一章中四个小节“宇宙中的地球”、“太阳对地球的影响”、“地球的运动”和“地球的圈层结构”，这一顺序，其逻辑就很好理解了。

在太阳辐射差异和地球自转这两种作用的影响下，形成了全球尺度上的大气环流模式，即三圈环流。三圈环流是不同纬度间进行热量交流，从而使全球热量差异缩小这一自然地理趋势的驱动结果。另一个使热量趋向全球均匀分布的世界性力量是黄赤交角，黄赤交角的存在直接导致太阳直射点的回归运动，使其不再始终直射赤道，从而使得单纯由纬度所造成的不同纬度间巨大的热量差异趋于缩小。

当然，黄赤交角的另一重要影响是造成同一纬度地区太阳辐射的季节变化，这一季节差异叠加上实际地表海陆差异，使得地表带状的气压分布模式被一系列块状的陆地气压中心和海洋气压中心割裂，大尺度大气运动的三圈环流模式上，出现了季风环流，加上海陆间水循环的形成，从而在原生纬向地表自然带的基础上出现了大陆东部，西部，中部在热量和水分状况上的分异，使地表地带性的分布更加复杂化。

综上，可将太阳辐射影响下的地表地带性分布格局的认识过程梳理如下：

这一认识过程可以作为分析《必修一》教材内容的编排顺序依次为：“行星地球”，“地球上的大气”，“地球上的水”，“地表形态的塑造”，以及“自然地理环境的整体性和差异性”的上位逻辑。

(1) 对于“地球上的水”这一部分内容，在这一逻辑结构中的位置，可作如下理解：

陆地水体：地表水，地下水，冰川水等，其性质决定于水的来源而非归宿，因此主要取决于气候；

海洋水体：其水体自身的运动，在中学阶段，主要指洋流，和大气运动一起承担全球不同纬度间热量和水分的交流，且大气运动是洋流的基本动力，因此其运动格局最终归结于太阳辐射分布格局的支配。

水循环，尤其是海陆间循环，其根本意义在于海陆间热量和水分的交流，而交流的动力来源于差异的存在。

因此，从能量交换的角度来说，水圈的物理情况及其运动格局和大气圈的情况一样，主要处于太阳辐射的影响下。

(2)“地表形态的塑造”在上述逻辑结构中的位置，更多体现为太阳辐射和地球能的共同作用：

地表形态的塑造可以简单理解为外力和内部构造的共同作用，其中外力主要包括风化作用，以及空气和水体的运动，如侵蚀，搬运，堆积等，其能量来源于地球重力和太阳辐射；内部构造，在中学地理阶段指构造单元，如褶皱，断块山等，是地球构造运动的结果，其能量来源于地球内部。

（二）地球能

按照赫特纳的观点，地球能包括地球运动的能量、重力和内力作用。

1．上文述及的地球自转，海陆分布属于地球能的范畴，其中自转产生的使地表流体偏转的作用，属于地球运动的能量，这一作用对地表风带的影响即通过地转偏向力造成近地面风向的偏转。

2．重力作用，造成地表一切的降落、滚动和滑动现象，同样也对地表事物的运动产生影响。从对地理事物空间格局的影响来看，重力作用对地表形态塑造的作用更为凸显，其研究内容更多体现为地质学的范畴，限于本文主题，故此不赘。

3．海陆分布和地表起伏对自然带分布格局复杂性的增强

内力作用，是固体地表构造运动的原因，其运动结果是形成地表海陆分布和陆地上巨大的地形单元，如山脉、高原、平原等，增强地球表面构造的复杂性，是造成太阳辐射的天文分布在实际地表复杂化的主要原因。其中海洋和陆地的差别是地表最大的差别，海陆的分异渗透在所有的无机自然界和有机自然界之中，如气候性质的海洋性和大陆性之别，生物界有陆生生物和海洋生物的区别。海陆分布对地表大气运动的影响，主要通过两种方式：纯机械作用和海陆热力差异。机械的阻碍，使陆地成为世界大气和流水运动道路上的障碍物；海陆热力差异，简单来说，就是造成了海陆间水循环和季风环流。机械作用和海陆热力差异的共同作用使原本简单的大气运动复杂化。

纬度地带性和实际地表海陆差异导致能量和水分重新分配后形成的经度地带性，统称水平地带性。水平地带性是自然界最基本的地带分异，它往往控制大尺度的自然地域。地球构造运动在使地表结构变得复杂的同时，也破坏了水平自然带的单纯性。最常见的是陆地地势的起伏，使得太阳辐射在到达地表后，因海拔高度的差异造成能量和水分的再分配，形成由山麓到山顶的热量和水分组合状况的带状垂直分异，即垂直地带性。由此可见，垂直地带的结构和类型是从属于一定的水平地带性的，如山地垂直自然带的数量和种类由山麓所处自然带和山体海拔高度共同决定。

除此之外，构造运动还造成自然带的非地带性分布，相比于地带性分异，非地带性地理单元其特征往往表现为突然跃迁，变化急剧，界线更明显，不像地带性分异有逐渐过渡的模糊界线。因而，非地带性单元，如高山高原气候区，通常切断地带性单元，进一步加大了地表自然带分布格局的复杂性。下面以青藏高原对我国气候的影响为例来说明构造运动对自然带分布格局的影响。

第四纪强烈的构造运动，促使巨大地貌单元的形成和分异，青藏高原的隆升，是其突出表现。青藏高原强大的机械阻碍作用和热力作用，改变了亚欧大陆乃至北半球的行星风系环流。具体表现为：

(1) 机械阻碍作用

高海拔和广阔的面积，使得青藏高原成了影响亚欧大陆各大气运动的主要障碍。

① 对西风带的阻碍：青藏高原纬度位置的特点使其正当西风前进的路径，西风带内广阔的亚欧大陆东西延展和大陆中部世界海拔最高的高原地形，对气流产生巨大的摩擦和阻挡作用，使得西风无法大规模影响亚欧大陆东部，亚欧大陆东部海陆间大气环流的势力得以凸显，从而形成世界上最显著的季风气候区。反观大陆西部，稳定强势的西风，吸收了夏季由大西洋吹向亚欧大陆的同样自西向东的海洋气流，削弱了冬季由亚欧大陆吹向大西洋的自东向西的干冷气流，从而使海陆热力差异的影响无法在亚欧大陆西部主导大气运动，故亚欧大陆西部无法形成季节分异明显的季风气候，而是在稳定西风的控制下成为世界上温带海洋气候最显著的地区。

② 对南亚季风和北冰洋干冷气流的阻挡：青藏高原和一系列东西走向山脉使来自南亚的暖湿海洋气流带来的降水停留在高原的南部，无法深入亚欧大陆腹地，造成大陆内部干旱的气候特征；而南下的北冰洋干冷气流同样受青藏高原的影响，被阻滞在高原北侧，干冷气流的累积，加强了蒙古和西伯利亚高压，从而使亚欧大陆内部干旱的气候得以维持并强化。

(2) 热力作用

青藏高原面积广阔，空气稀薄，在太阳辐射作用下，地表降温和升温过程非常迅速，形成强烈的冷高压和热低压效应，增强了东亚季风和南亚季风，使亚欧大陆东部季风气候更趋显著。

在上述作用下，亚欧大陆大气环流形成新的格局。对更小尺度的我国来说，青藏高原的机械阻碍使得西北地区干旱气候得以维持和强化，其热力作用使我国东部地区季风气候显著。而自身高海拔的特点，使高原内部形成独特的不属于纬度和经度地带序列的高原气候，至此，纬向地带性和经向地带性的格局被打破，形成由西北干旱区，东部季风区和高原气候构成的迥异的三大自然区域格局。

综合全文，地表自然带分布格局形成过程的核心线索可提炼为：

在这一线索中包含的太阳辐射差异的影响和地表差异的影响，就是造成自然带现实格局的两大原因序列。

三、对高中地理教学的启示

本文对学科逻辑研究的结果期望对高中地理教学有如下启示：

（一）正确认识“以人地关系为主线”的教材内容取舍和学科体系完整性之间的关系

地理课程标准中指出：“高中地理课程内容的设计以可持续发展为指导思想，以人地关系为主线”，此为现行的高中地理教材内容选择和组织的基础和导向。“以人地关系为主线”的地理教材内容选择和组织逻辑，主要的出发点是关注现实社会的重大问题和学生生活实际问题，地理课程内容的选择和结构主要不是从地理科学的需要，而是从地理教育的需要为出发点，其中地理教育的需要，其内涵在于对社会需求和学生发展需求的强调。

地理教育的发展和完善必须有地理科学和教育科学的理论支撑。从课程起源和类属看，地理教育学应归于应用教育学科。但从其课程实施者和课程依托来看，则有赖于地理科学赋予其有别于其他应用教育学的学科特色。要使地理教育研究的理论构建和实施始终保持学科特色,就要在以教育学的基本理论和研究方法做指导的基础上，进一步深入到作为地理教育发展的另一大理论基础的地理科学中,研究地理学的思想、学科发展、科学体系等地理科学重大间题，即学科教育的研究要从学科的角度去研究教育间题，实现在地理教育研究中,把地理学的内容、学生心理和教育学原理有机的结合起来。

因此，学科体系对于知识的传授和学习是必须的，高中地理课程的基础性指要重视学科体系, 高中地理课程的内容，要考虑学科的继承性，经典性。当然，并非过分强调学科体系,置社会需求和学生接受水平而不顾。

由此可见，本文对《必修一》中学科逻辑的深层探究和关注，与这次基础教育课程改革 “改变课程结构过于强调学科本位”的理念并不矛盾：教材内容呈现形式上对地理学科体系完整性的弱化并不意味着教材对支撑其内容实质的上位学科逻辑的疏离。教师在理解课标，提炼教材时，头脑中应具备如上述的清晰学科逻辑做支持，从而在 “以人地关系为主线”的地理教材设计和内容选择理念下，在教学内容组织不强调学科体系的完整性，而只是选取对人类活动有重大影响的地理过程和地理现象作为教材内容的大课程背景下，依然保持对地理学科自身固有的理论体系适时且足够的关注和继承。

（二）为《必修一》地理教学侧重点的把握提供科学指向

通过前文关于《必修一》教材内容所依循的能量来源学科逻辑的提炼，教师在处理教材具体内容时便能抓住教材内容上位的宏观逻辑脉络，对《必修一》中各章节所蕴含的自然地理要素在自然带空间格局形成过程中的作用便可有清晰认识，以此作为确定大气，水，地貌等各要素教学侧重点的依据，准确把握教材内容的具体教学。比如，通过上述的思考，对于大气，水等要素在构成“人类赖以生存的自然地理环境”中的作用实质和作用形式的认识更趋明确：大气和水分的功能主要在于促进太阳辐射能在地表空间的再分配，以使热量在全球趋于均匀分布，进而扩大人类原始生存空间。因此，《必修一》中“地球上的大气”，“地球上的水”中的主要过程：大气受热、大气环流、水循环、洋流，其根本原因和作用在于太阳辐射在地表空间的再分配，以维持自然地理环境的水，热平衡。从而，在处理“地球上的大气”这一部分内容时，重点应放在全球尺度大气环流，气压带风带的分布对地球气候空间分异的宏观控制，以及人类可感知的局地尺度常见天气系统对人类生活的具体影响上。而对于大气运动，如三圈环流的具体物理过程，则应淡化处理；同样，“地球上的水”中的“洋流”教材内容，教学应侧重介绍全球表层洋流的分布规律及其地理效应,而对洋流的成因和有关类型，在教科书紧紧围绕“自然环境及其对人类活动的影响”这一主题的背景下，则不必涉及。这样的教材剖析事实上正体现了上述能量来源逻辑脉络中，大气，水这两大地理要素作为热量再分配主要媒介，主要以“运动”作用形式参与和影响“人类赖以生存的自然地理环境”这一上位学科逻辑对中学地理教学中内容取舍的指向性作用。因此本文梳理出的《必修一》中能量来源逻辑，在教材分析时对教材核心架构进行高端视角整体把控，在教学实施时对具体章节内容侧重点实施局部聚焦突破，有一定指导价值。

[1] 赫特纳.地理学——它的历史、性质和方法[M].北京:商务印书馆,1986.

[2] 梁进社.地理学的十四大原理[J].地理科学, 2009,29(3):307-315.

[3] 麦金德.历史的地理枢纽 [M].北京:商务印书馆,1986.