[NSTA专栏]地球能量收支 揭示能源与温度之间的关系,了解气候变化
2019-03/总第276期
理解能源与温度之间的关系具有挑战性,但了解气候变化背后的潜在机制是至关重要的。我们开发了一个单元,专注于能源、温室气体、气溶胶(悬浮在空气中的细小固体颗粒或液滴)和温度之间的关系,通过名为“地球能量收支”的模型,用类似货币预算的方法跟踪入射和出射的辐射。
我们在AP环境科学课上实施了这个教学单元,使用框架性的问题“气溶胶能否恶化或改善温室气体对大气的影响”。到本单元结束时,学生们将会知道为什么温室气体和气溶胶会影响我们的气候,并利用对这个问题的理解提出深刻的问题。我们希望这些问题能够激发他们的求知欲。
能源是一个有难度而重要的概念,在《新一代科学教育标准》中既是跨学科概念,也是学科核心概念(NGSS Lead States,2013)。学生有时会混淆热量和温度,并且不确定温度测定的是什么(Lewis和Linn,1994)。这在气候变化的背景下进一步受到关注,学生们往往接受全球气候正在发生变化的结论,却不了解其背后的机制。学生经常通过模拟二氧化碳等变量对温度的影响探索气候变化,从而了解气候变化的机理,但却无法理解为什么温室气体会导致气候变化。
我们的目标是让学生理解太阳辐射如何与地球大气相互作用,以及这种相互作用如何促成温度变化。学生们首先假设地球总是处于平衡状态,吸收的能量等于释放的能量(与《新一代科学教育标准》中的“稳定性和变化”跨学科概念一致),同时在越来越复杂的模型中考察能量和温度。我们的目标是不仅让学生了解温室气体和气溶胶会影响我们的气候,还要让他们理解其中的原因。本单元基于地球能量收支模型,用类似于货币预算的方式跟踪入射和出射的辐射(Lindsey,2009)。
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