学生识讲“热胀冷缩”,但一问“花岗岩为何在香港会变成泥”就答不出。这一堂用一粒长石走完“岩石 → 风化 → 沉积 → 再成岩”的循环,顺便把密度差当作计算题。
本堂目标 学生能够:① 用形成过程分辨三类岩石并各举一例;② 讲出冻融风化的完整机制与水结冰的膨胀率;③ 写出碳酸盐岩溶蚀的化学反应;④ 由风化速率计算形成 1 米土层所需时间。
01 先备知识(开课前 3 分钟快检)
以下任何一项未过关,本堂就会卡住,先补该项:
| 技能 |
快检题 |
过关标准 |
| 物质三态 |
水结冰时体积怎样变 |
膨胀,约 9% |
| 化学反应 |
碳酸钙遇碳酸水会怎样 |
溶解成可溶的碳酸氢钙 |
| 密度 |
花岗岩与石灰岩哪个较重 |
花岗岩,约 2.65 对 2.55 |
02 课堂流程(60 分钟)
| 时间 |
环节 |
导师做什么 |
学生做什么 |
| 0–10 分 |
三类岩石 |
形成过程决定分类 |
每类举一个香港例子 |
| 10–24 分 |
岩石循环 |
熔融、冷却、风化、搬运、成岩 |
画出箭头图 |
| 24–38 分 |
物理风化 |
冻融膨胀 9% |
讲出裂缝如何扩大 |
| 38–50 分 |
化学风化 |
水解、碳酸化、氧化 |
写出石灰岩溶蚀反应 |
| 50–56 分 |
速率计算 |
每年 0.5 mm |
算出 2,000 年 1 米 |
| 56–60 分 |
离场检查 |
三题收回即批 |
独立完成 |
03 讲解脚本(照着说就可以)
第一幕:第一幕:分类靠过程,不靠外貌
火成岩由岩浆或熔岩冷却而成:花岗岩是地下慢冷、晶粒粗;玄武岩是地表快冷、晶粒细。沉积岩由碎屑或沉淀物压实胶结而成:砂岩、页岩、石灰岩。变质岩由原有岩石在高温高压下改造而成:石灰岩变大理石,页岩变板岩。
密度可以帮手分辨:花岗岩约 2.65 g/cm³,石灰岩约 2.55 g/cm³,相差约 3.9%。
香港的地质底子是花岗岩与火山岩,这也是为何开山建屋常见风化花岗岩。
要学生讲:为何同一块石可以既是“火成”又是“变质”的来源(循环,不是固定标签)。
第二幕:第二幕:冻融是物理风化的主力
水渗入岩石裂缝,夜间结冰时体积膨胀约 9%,把裂缝撑阔;日间融冰,水再深入。一日一次循环,一年三百几次,裂缝由毫米变成厘米,最后崩块。
其他物理风化:盐结晶(海水溅上岩面,水分蒸发后盐晶撑裂)、根劈作用、热胀冷缩。热胀冷缩在沙漠日夜温差大时最有效,香港潮湿,主力是冻融与盐结晶。
条件:要有水、要有反复跨越冰点的温度,所以高山与寒带最强。
要学生答“风化”时写出“原地崩解、没有搬运”,与侵蚀分开。
第三幕:第三幕:化学风化无声无息,但速度可以算
碳酸化:雨水溶入二氧化碳成为弱碳酸,与石灰岩的碳酸钙反应,生成可溶的碳酸氢钙,石面慢慢被溶走,形成喀斯特地貌(广西、越南下龙湾一带)。
水解:花岗岩中的长石与水反应,生成黏土矿物,这就是香港山坡上那层松软的“风化层”。
速率计算:若某地风化层平均每年加深 0.5 mm,形成 1 米厚需要 1,000 ÷ 0.5 = 2,000 年;石灰岩溶蚀慢得多,假设每千年 20 毫米,1 米就要 50,000 年。
提醒:速率数值是示例,考试会给数字,要学生用同一个除法,不要背时间。
04 必教题型与步骤
| 题型 |
例子 |
步骤 |
答案 |
| 分类 |
写出三类岩石各一例 |
按形成过程逐句讲 |
花岗岩/砂岩/大理石 |
| 机制 |
冻融如何风化 |
水入缝 → 结冰膨胀 → 裂缝扩大 |
循环往复 |
| 化学 |
石灰岩溶蚀 |
CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂ |
生成可溶物被带走 |
| 计算 |
风化层 1 米需时 |
1,000 mm ÷ 年速率 |
2,000 年 |
合理性检查(一定要教):冻融的膨胀率一般写“约 9%”,不要写成“一倍”;风化与侵蚀要分清:风化是原地崩解,侵蚀是搬走。岩石密度是范围值(花岗岩 2.6–2.7),答题写“约”;本章的溶蚀速率是教学示例,不可当作香港实测数据引用。
05 独立练习三题
| 题目 |
答案 |
想观察什么 |
| 花岗岩与石灰岩的密度差百分比 |
约 3.9% |
分母用石灰岩 |
| 每年 0.5 mm 的风化速率,1 米需时 |
2,000 年 |
记得 1 米 = 1,000 mm |
| 写出石灰岩溶蚀的生成物 |
碳酸氢钙(可溶) |
要写“可溶”才算完整 |
06 学生常见错误与纠正句
| 错误 |
学生通常这样写 |
导师这样说 |
| 风化当侵蚀 |
答“雨水把石头冲走” |
“冲走系侵蚀,原地烂先叫风化。” |
| 三类岩石只背名字 |
答“花岗岩、砂岩、大理石” |
“要讲埋点形成,否则不算分类。” |
| 冻融没有水 |
答“石头热胀冷缩爆开” |
“香港日夜温差不够,主力系水结冰。” |
| 化学式写成不可溶 |
答“碳酸钙沉淀留在原地” |
“溶蚀的意思系变可溶先会被带走。” |
07 家课建议(直接指到练习卷题号)
08 离场检查(最后 5 分钟)
| 题目 |
答案 |
判定 |
| 三类岩石各举一例 |
花岗岩/砂岩/大理石 |
三题全对=可进河流地貌 |
| 水结冰膨胀率 |
约 9% |
错一题=下堂前重讲机制 |
| 风化与侵蚀的分别 |
原地崩解 vs 被搬走 |
错两题以上=回到第三幕 |
09 导师常问
要学生背化学式吗?
DSE 不要求完整化学式,但“碳酸钙遇碳酸水溶解”这个因果必须讲得出。
香港有喀斯特地貌吗?
有零星石灰岩与洞穴,但大规模喀斯特在广西、云南一带,教学用对照更清楚。
风化层为何重要?
它决定山坡稳定与地基成本,也是香港山泥倾泻的物质来源。
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