淺談中學(xué)地理實驗教學(xué)

浙江省桐鄉(xiāng)第一中學(xué)（314500） 葉柚鈾 陸陛華

淺談中學(xué)地理實驗教學(xué)

浙江省桐鄉(xiāng)第一中學(xué)（314500） 葉柚鈾 陸陛華

一、地理實驗的分類

中學(xué)地理實驗主要是在于演示地理過程、探究規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的綜合觀察能力和操作能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的提高。但又受到教學(xué)進(jìn)度的限制，因此，可以采用多種方式進(jìn)行。

1．演示實驗與探究實驗

①演示實驗

演示實驗是指利用地理實驗器材，采用演示手段，使學(xué)生獲得地理事物感性認(rèn)識的一種方法。例如在學(xué)習(xí)“為什么對流層天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變”時，筆者設(shè)計了以下實驗：首先將盛有半杯自來水的燒杯放在石棉網(wǎng)上用酒精燈加熱，待水沸以后蒸氣噴涌而出時，把一片溫度較低的玻璃片放到燒杯上方的不遠(yuǎn)處，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)在玻璃片底部立即就有水滴凝結(jié)（如圖1）。通過實驗的演示證明了隨著氣流的上升，溫度降低，水汽凝結(jié)，成云致雨，很好地解釋了對流層天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變的原因。

圖1

②探究實驗

探究實驗是指教師或?qū)W生提出問題、學(xué)生設(shè)計實驗方案、自己動手進(jìn)行的實驗，同時教師給予指導(dǎo)。學(xué)生探究性實驗是地理實驗教學(xué)最理想的狀況，它可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而獲得生動而直觀的感性認(rèn)識，加深學(xué)習(xí)印象，形成正確的概念，對學(xué)生能力的培養(yǎng)更是多元的。例如在學(xué)習(xí)“海陸熱力性質(zhì)差異”的知識點的時候，學(xué)生自己動手設(shè)計了以下實驗：取兩個燒杯，一杯放水，一杯放等量的細(xì)砂，在兩個燒杯中均插入一支溫度計。把兩個燒杯同時放在太陽底下曬一定時間后，讀出溫度計的示數(shù)。再把兩個燒杯移入室內(nèi)，過一定時間后，再觀察溫度計示數(shù)的變化。經(jīng)過數(shù)據(jù)的收集和整理發(fā)現(xiàn)：在陽光下曬 30分后，當(dāng)時細(xì)砂的溫度為 45℃，水的溫度為 37℃ ，移到室內(nèi) 10分鐘后，細(xì)砂的溫度為 31℃ ，而水的溫度為 35℃ 。水溫度變化是 2℃ ，而細(xì)砂的溫度變化是 14℃ 。在實驗中學(xué)生經(jīng)探究發(fā)現(xiàn)水的溫度變化比細(xì)紗要小，從而說明海洋升溫慢降溫也慢，進(jìn)而也能很好地理解海洋性氣候和大陸性氣候的差異。

2．課內(nèi)實驗與課外實驗

①課內(nèi)實驗

課內(nèi)實驗是指在教室內(nèi)就能夠完成的實驗，所需要的時間一般比較短。例如，在教學(xué) “季風(fēng)的成因時”筆者就設(shè)計了以下實驗：關(guān)閉門窗，點燃兩根衛(wèi)生香，使衛(wèi)生香的煙垂直向上（不受室外氣流的影響）。在衛(wèi)生香的等距離左右兩側(cè)分別放一只1000W的電爐和一盆冰塊。將電爐通電5分鐘后，讓學(xué)生觀察衛(wèi)生香煙的飄動方向。將電爐和冰塊交換位置，觀察煙的飄移方向。在這個實驗中，電爐上方空氣加熱，氣壓降低；冰塊上方空氣冷卻，氣壓升高。衛(wèi)生香的煙總是飄向電爐上方，說明高低氣壓的“季節(jié)”轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生了季風(fēng)。

②課外實驗

課外實驗指利用現(xiàn)實中存在的地理事物或地理過程，在教師的指導(dǎo)下，應(yīng)用一定的儀器或工具設(shè)備，利用課外時間，通過學(xué)生獨立作業(yè)或?qū)嵉夭僮?，引起要觀察認(rèn)識的現(xiàn)象發(fā)生變化，以獲得對地理事物親身感受從而來掌握地理知識的一種方法。 這類實驗一般時間比較長，多安排在課外進(jìn)行。例如在“學(xué)習(xí)水體的富營養(yǎng)化”的知識中我為學(xué)生設(shè)計了以下實驗：將重量完全相等的水葫蘆放入三個小盆中，分別倒入1000毫升的有磷洗衣粉、無磷洗衣粉及清水溶液，使水葫蘆的根部完全浸入溶液中，同時在三盆水葫蘆的上面分別放上薄紗，以防止水分的過快蒸發(fā)，然后將泡制好的三盆溶液并排放在窗臺前（室溫約 15～25℃），保證每天的光照時間，并讓同學(xué)每天觀察水葫蘆的長勢，并進(jìn)行記錄。最后經(jīng)過一段時期的觀察發(fā)現(xiàn)有磷洗衣粉溶液的水葫蘆長勢明顯好于其他兩種溶液，并且水體的渾濁度也高，從而認(rèn)識到含磷生活洗滌用品的排放會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

3．真實實驗和模擬實驗

①真實實驗

真實實驗是使用與自然界實際發(fā)生的過程基本相同的材料和順序進(jìn)行的實驗，它能給學(xué)生帶來親身的體驗和感受，只是在規(guī)?；蚣?xì)節(jié)上有所不同。例如在學(xué)習(xí)“沉積作用時”筆者設(shè)計了以下實驗：將同樣比例的碎石、粗砂和黏土完全混合，放入一只玻璃瓶中（不超過容量的一半）。將玻璃瓶用水注滿，蓋上瓶蓋，劇烈振蕩，然后讓瓶子平放，使瓶中物質(zhì)自然沉淀。讓學(xué)生觀察沉淀成分的排列順序，是否是大顆粒在下部，黏土細(xì)粒在上部。在這個實驗中，所用材料以及沉積過程與自然過程基本一樣，只是縮小了規(guī)模，放在玻璃瓶里進(jìn)行的。

②模擬實驗

模擬實驗是指使用一些替代材料，設(shè)置一些類似的條件或環(huán)境，模擬地理演變過程。例如在學(xué)習(xí)“鋒面系統(tǒng)”的時候筆者設(shè)計了如下實驗：在準(zhǔn)備好的長方形水缸中用塑料片把其分割成等大的兩部分，分別倒入等量的紅色暖水（代表暖空氣）與藍(lán)色冷鹽水（代表冷空氣），待其靜止后抽出塑料片，通過觀察發(fā)現(xiàn)冷暖水之間出現(xiàn)傾斜的交界面，紅色暖水在藍(lán)色冷鹽水的上方(如圖2)。通過這個模擬實驗成功地演示了冷氣團(tuán)在鋒面下方、暖氣團(tuán)在鋒面上方這一鋒面的重要特征，并通過引導(dǎo)學(xué)生探究該模擬實驗存在的主要不足之處（如沒能模擬出主導(dǎo)氣流的運動方向、沒能模擬出成云致雨的天氣現(xiàn)象、沒能模擬出冷鋒與暖鋒）從而掌握鋒面的相關(guān)知識。

圖2

二、地理實驗的實踐和效果

1．在地理實驗實踐中提升學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣

我們都知道興趣是最好的老師，但在現(xiàn)實中并不是每個學(xué)生都有學(xué)習(xí)地理的興趣，所以如何激發(fā)學(xué)生的地理學(xué)習(xí)興趣是擺在我們所有地理教師面前的一道難題。經(jīng)過實踐，筆者發(fā)現(xiàn)地理實驗是實現(xiàn)這一目標(biāo)的很好途徑，教師可以借助地理實驗，創(chuàng)設(shè)問題情景，使學(xué)生在“發(fā)現(xiàn)問題、克服困難、解決問題、獲得成功”的過程中逐步激發(fā)地理學(xué)習(xí)的興趣。

例如在學(xué)習(xí)地球自轉(zhuǎn)的時候，我讓學(xué)生在課前做了這樣一個模擬實驗：老鷹抓小雞。讓每一個學(xué)生都有機(jī)會在母雞后第一個位置和最后位置體驗避免被老鷹抓到的不同速度。游戲結(jié)束后再要求學(xué)生思考這和地球自轉(zhuǎn)有什么聯(lián)系。

通過這簡單的實驗，引發(fā)了學(xué)生的好奇與期待，有的去看課本，有的去查資料，有的相互交流討論。在上課時，學(xué)生個個興趣盎然，課中引入這個實驗講解地球的自轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)線速度，幾乎沒有學(xué)生在知識的理解上存在障礙。在課后的作業(yè)中關(guān)于線速度大小分布規(guī)律的內(nèi)容幾乎沒有一個人不理解的。

2．在地理實驗演示中培養(yǎng)學(xué)生的地理觀察能力

觀察能力是學(xué)生必備的能力之一，也是科學(xué)探究最基本的方法。引導(dǎo)學(xué)生有目的、有意識地觀察實驗操作的過程，既有利于學(xué)生觀察能力的提高，又促進(jìn)了學(xué)生思維活動的展開，還能很好地落實教學(xué)的重點和難點。

例如，筆者在教學(xué) “地球自轉(zhuǎn)的地理意義：物體水平運動產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力”這部分內(nèi)容時，設(shè)計以下演示實驗，并引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象，從而得出實驗結(jié)論。用一個地球儀使地軸垂直地面，當(dāng)?shù)厍騼x靜止時，在北半球高緯度地區(qū)、南半球從低緯度地區(qū)各滴一滴紅墨水，觀察紅墨水的軌跡，發(fā)現(xiàn)其沿經(jīng)線向低緯度流動并留下墨跡。然后自西向東轉(zhuǎn)動地球儀，在同樣地點滴一滴藍(lán)墨水，觀察藍(lán)墨水的軌跡。可以看出紅墨水和藍(lán)墨水的軌跡不同，并且，北半球上的藍(lán)墨水軌跡在紅墨水軌跡的右側(cè)(沿墨水流向看)，南半球上的藍(lán)墨水軌跡在紅墨水軌跡的左側(cè)。這樣，通過老師的演示實驗讓學(xué)生自己觀察發(fā)現(xiàn)地球上水平運動的物體會產(chǎn)生偏向(赤道上除外)，在北半球向右偏，在南半球向左偏。

3．在地理實驗操作中促使學(xué)生感知地理知識

感知是進(jìn)行思維活動、理解知識的基礎(chǔ)，是一切知識的來源。任何復(fù)雜的認(rèn)識都離不開對材料的感知。實驗操作能使學(xué)生獲得鮮明的知覺形象，加深理解和掌握有關(guān)的自然知識。

例如在講解“太陽高度角大小與太陽輻射強弱關(guān)系”時，筆者準(zhǔn)備了以下實驗：讓學(xué)生借助兩只手電筒，一只直照黑板，另一只斜照黑板，學(xué)生經(jīng)觀察就會發(fā)現(xiàn)直照黑板受照面小，亮度大，斜照黑板，受照面大，亮度小，從而得出太陽高度角大，受熱面小，太陽輻射強度大；太陽高度角小，受熱面大，太陽輻射強度小的實驗結(jié)論。又如在講解“背斜成谷向斜成山”這一知識點時，筆者又準(zhǔn)備了如下實驗：讓每位學(xué)生事先準(zhǔn)備好兩塊竹片， 按次序分別讓一片向上弓，另一片向下凹(如圖3)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活常識判斷A、B哪個面先折斷，學(xué)生的回答有兩種觀點。隨后折斷竹片，讓學(xué)生再觀察斷點，并分析原因是什么。有了這個實驗的鋪墊，學(xué)生在理解“背斜成谷，向斜成山”的成因時就顯得水到渠成了。

圖3

4．在地理實驗參與中解決學(xué)生學(xué)習(xí)的重點難點

高中地理教學(xué)中，突破難點往往靠理解地理概念、地理現(xiàn)象的成因和地理原理等。同時這些內(nèi)容往往也是教學(xué)中的重點，有必要幫助學(xué)生理解好掌握牢。這些知識有的具有高度抽象性的特點，對學(xué)生空間想象能力和空間聯(lián)系能力的要求高，導(dǎo)致學(xué)生理解困難；有的是說明地理現(xiàn)象的成因和地理原理的教材內(nèi)容過于概略，缺少事實材料的鋪墊，導(dǎo)致學(xué)生理解困難。

例如湘教版《地理I》中的“太陽日與恒星日的區(qū)別”是高中地理教學(xué)中的難點，尤其是對剛接觸地理不久的高一學(xué)生而言更是很難理解。因此在這一塊內(nèi)容的教學(xué)中，我設(shè)計了一個簡單而有趣的實驗：我扮演地球，最前排一位學(xué)生甲扮演太陽，最后排一位學(xué)生乙扮演遙遠(yuǎn)的一顆恒星。恒星乙、太陽甲和地球都在同一直線上，我（地球）一邊繞學(xué)生甲（太陽）公轉(zhuǎn)一邊自轉(zhuǎn)。我和學(xué)生乙（遙遠(yuǎn)的恒星）由于相距非常遙遠(yuǎn)，相對位置恒定（可理解為在公轉(zhuǎn)軌道上的運行距離可忽略不計），當(dāng)我自轉(zhuǎn)一周（360°）時，我第二次面向?qū)W生乙（遙遠(yuǎn)的恒星），所花時間是23時56分4秒，也就是一個恒星日。但是，此時我還沒有第二次面對學(xué)生甲（太陽）。我接著再自轉(zhuǎn)59′，此時我正第二次面對著學(xué)生甲。但是我自轉(zhuǎn)了360°59′，所花的時間是24小時。接著我又做了三種假設(shè)情況：地球只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)、地球只公轉(zhuǎn)不自轉(zhuǎn)、地球公轉(zhuǎn)方向是自東向西時。在整個實驗中，學(xué)生熱情高漲，積極性很高，通過實驗即把直觀性極強，靜態(tài)的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化成為連續(xù)運動的地理事物，也溝通了師生交流，活躍了課堂氣氛。通過實驗，把學(xué)生觀察、思維、技能、記憶的認(rèn)知過程一氣呵成，對重點難點知識的教學(xué)起到了事半功倍的效果。

5．在地理實驗探究中培養(yǎng)學(xué)生地理創(chuàng)新思維

要完成或者設(shè)計一個實驗，須經(jīng)過深思熟慮的探究過程。在這個過程中，既可以培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，又能夠讓學(xué)生在實驗的探究過程中更好地理解地理原理和規(guī)律，同時實驗方法的多樣性，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

例如“熱力環(huán)流形成的原理”是高中地理的重點，也是學(xué)習(xí)整個大氣環(huán)流知識的基礎(chǔ)，為了加深學(xué)生對于這塊知識的理解及運用，在完成本塊內(nèi)容的教學(xué)后，我要求學(xué)生自行設(shè)計一個實驗來驗證此原理。并要求在下堂課中口述實驗過程。

當(dāng)然我事先提出如下完成實驗所需道具：一個長約100cm、高40cm、寬30cm的玻璃缸，一張塑料薄膜，一小盆熱水，一小盆冰塊，一根彎曲的玻璃管，幾支香，一合火柴。

在第二天的課堂交流中發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)同學(xué)都能很好地完成驗證實驗，并能描述整個實驗過程：先把熱水和冰塊放進(jìn)玻璃缸的兩側(cè)，然后迅速蓋上塑料薄膜，在冰塊上方的薄膜處開個小孔。接著點燃幾支香，讓煙通過玻璃管慢慢流進(jìn)玻璃缸內(nèi)（如圖4A），通過觀察發(fā)現(xiàn)煙會在冰塊一方下沉，然后流向熱水一方，再上升，在玻璃缸上空再流回冰塊一側(cè)，形成熱力環(huán)流。

在交流過程中我還驚奇地發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生不但能夠完成驗證實驗，而且還能在此基礎(chǔ)上對此實驗進(jìn)行改進(jìn)：如為了更加清楚地觀察到煙氣的運動方向，有的同學(xué)想到了用一塊黑布遮住玻璃缸的一側(cè)，也有的同學(xué)想到了用有顏色的煙來代替白煙，更有一位同學(xué)想到了在玻璃缸里面粘貼薄紙，利用薄紙的飄動來指示煙氣運動方向的好辦法(如圖4B)。 當(dāng)然也有一些同學(xué)設(shè)計的實驗出了一定的問題，比如說有一位同學(xué)不是選擇在冰塊上方的薄膜處開孔，而是選擇在熱水的上方開孔(如圖4C)，這樣的話顯然就不能完成驗證實驗。

圖4

但無論實驗設(shè)計是否成功，我都發(fā)現(xiàn)通過探究實驗的過程，既幫助了學(xué)生扎實地掌握了熱力環(huán)流這個重要的地理原理，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識和創(chuàng)新思維。

三、地理實驗實施過程中需注意的問題

經(jīng)過一段時間的實驗教學(xué)，我深刻的意識到一個好的地理實驗不但能夠事半功倍地完成教學(xué)任務(wù)，而且還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在輕松學(xué)習(xí)地理的過程中，牢固地掌握好地理知識。當(dāng)然，一個不成功的地理實驗，所起的效果必然是適得其反的。

筆者在實踐過程中認(rèn)識到，要完成一個好的地理實驗應(yīng)該做好以下幾點：

1．科學(xué)地設(shè)計實驗過程

一個好的實驗科學(xué)性是最基本的要求。地理實驗的科學(xué)性不在于其精確的實驗數(shù)據(jù)，而在與其能否科學(xué)的正確的反映出地理學(xué)科知識和地理學(xué)科原理。因此在地理實驗的設(shè)計的過程中要做到模擬情景要逼真、實驗步驟要嚴(yán)謹(jǐn)、啟發(fā)設(shè)問要科學(xué)。同時，鑒于課堂時間限制，實驗過程應(yīng)簡單、直觀。除此之外還要考慮學(xué)校和學(xué)生的實際，科學(xué)地設(shè)計出符合學(xué)校自身條件和學(xué)生知識儲備的實驗。

2．適時地調(diào)整實驗程序

如同其他的教學(xué)環(huán)節(jié)一樣，在地理實驗教學(xué)中，教師一般都會細(xì)致的設(shè)計好每一個實驗的程序和步驟。而學(xué)生只是在教師的層層“誘導(dǎo)”下，不斷沿著老師所設(shè)計的實驗思路去尋找老師所需的實驗結(jié)論，而學(xué)生主動的探究、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新的意識得不到應(yīng)有的塑造和升華。長此以往，學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題，主動提出問題的意識和能力就得不到訓(xùn)練，難以達(dá)到實驗教學(xué)的真正目的。因此在實驗操作過程中教師要根據(jù)學(xué)生的知識程度、操作偏差、外部環(huán)境的影響、學(xué)生主動的質(zhì)疑等等，適時地調(diào)整實驗的程序和步驟。

3．靈活地分析實驗結(jié)果

面對成功的實驗，教師要及時給予激勵性評價，以調(diào)動學(xué)生的積極性，但如同理化實驗一樣，并不是所有的地理實驗都能成功完成。教師在面對現(xiàn)象不明顯，或者與應(yīng)有結(jié)果差異很大的實驗時，我們不能一味去指責(zé)學(xué)生，而是要充分利用“失敗”的教學(xué)資源，啟發(fā)學(xué)生從側(cè)面理解地理知識。因此這就要求教師對實驗結(jié)果的分析既要嚴(yán)謹(jǐn)，又要靈活，以引導(dǎo)學(xué)生從宏觀上分析地理原理和地理規(guī)律。

四、結(jié)束語

實踐證明，只要我們能正確地開展地理實驗，就能有效地落實地理教學(xué)中的重點和難點，就能高效地落實新課標(biāo)“過程和方法”的教學(xué)目標(biāo)，同時還能溝通師生交流，活躍課堂氣氛。除此之外地理實驗還能為我們按時完成教學(xué)進(jìn)度起到了保障作用。作為一個地理教育工作者，筆者期待著，地理實驗作為地理教學(xué)方法的新生力量，一種行之有效的教學(xué)方法，能早日全面走進(jìn)中學(xué)的地理課堂。