地理實驗重在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)——基于教師對實驗現(xiàn)象處理方法的思考

江蘇省昆山中學（215300） 陳炳飛

隨著新一輪課程改革的不斷深入，許多地理教師越來越重視實驗教學，自發(fā)開展地理實驗教學的實踐和研究，但在實際操作中也出現(xiàn)了各種各樣的問題。為此，我們多次開展以地理實驗為主題的觀課、議課活動，探尋地理實驗教學的有效操作方法，努力使之切合新課程標準對地理實驗教學意義的科學定位。

在之前的文章里曾經說起過民國武術界有名的“拳三李”和“兵三李”，并且介紹過其中的李書文和李景林，李存義雖然沒有詳細介紹，但是在介紹其他武術名家時也偶有客串。唯獨李瑞東，除了他的名字以外，相關事跡一件都沒有提過，所以我們今天就來聊聊李瑞東。

一、觀課實錄

我們以“冷熱不均引起大氣運動”（人教版）為題，安排3位教師同題開課，并將觀課、議課的重點明確聚焦在“熱力環(huán)流”實驗上。3位老師都能根據教材中原有的實驗，精心準備實驗器材，認真按實驗步驟操作，但實驗的結果差異明顯，而教師對實驗現(xiàn)象的處理方法更值得關注。

鏡頭一：老師和2名學生合作進行演示實驗。師生順利完成了前3個步驟，但當一名學生將一束香點燃，放進小洞內，等待一段時間后，玻璃缸中的煙霧并未按預想的方向有規(guī)律地飄動。教師解釋道“本次實驗出現(xiàn)了意外，但我在課前做了多次實驗，都是冰塊所在的一側氣流下沉，熱水所在的一側氣流上升”。接著，在黑板上畫出熱力環(huán)流圖，要求學生思考其形成原因。

鏡頭二：教師獨自進行演示實驗。實驗結果與預想的一樣，教師立即組織學生分析熱力環(huán)流的成因。這時，有學生突然問：“如果用教室代替玻璃缸，在教室里做實驗，我們能否看到這種現(xiàn)象？”教師說“應該不行吧”，便進入了下一個教學流程。

教師對實驗現(xiàn)象的處理方法，既反映教師的教學理念和能力，又關乎地理實驗能否發(fā)揮其應有的教學價值。上課的3位老師都極力追求實驗結果與教材結論的吻合：當實驗結果與預期一致時，便“見好就收”，以免“節(jié)外生枝”（如鏡頭二）；當實驗結果“不配合”教材結論時，或將其歸為意外（如鏡頭一），或找一些其他借口（如鏡頭三），然后直接引用教材結論。在實際教學中，多數教師也和上述3位老師一樣，設法使實驗現(xiàn)象遷就教材結論，甚至以教師講實驗、學生看實驗或背實驗代替學生親手“做實驗”，直接引用教材中實驗的結論。

例如：鏡頭一中，教師要承認實驗“失敗”，并與學生一起探討原因，可能得出“冰塊與熱水的冷熱差異不夠大，導致熱力環(huán)流現(xiàn)象不明顯”、“觀察實驗現(xiàn)象的條件不理想（玻璃缸是透明的，缸內的煙霧和水汽接近無色，觀察起來比較困難）”等結論。再如：鏡頭三中，教師要尊重實驗結果，并鼓勵學生討論成因（在膠合板上開兩個小洞，導致冰塊一側氣流尚未充分下沉，便被熱水一側的上升氣流帶出洞口，難以形成“環(huán)流”）。這樣，教師充分尊重實驗事實，而不是強行移植實驗中并未出現(xiàn)的“正確”結論，可以使學生在潛移默化中養(yǎng)成客觀研究的態(tài)度和價值觀。同時，學生探討實驗現(xiàn)象的成因，需要調動已有的知識和經驗進行猜想、判斷，是一種有意義的思維活動。

為什么多數教師會追求實驗現(xiàn)象與教材結論的一致呢？究其原因，這些老師將教材知識當成不容置疑的終極真理，視地理實驗為驗證這些原理的工具，只有當實驗現(xiàn)象與教材結論相同，教學活動才能得以繼續(xù)。因而，他們在實驗教學中就會“唯結論是瞻”，稍有偏差便想方設法去迎合或辯解，甚至文過飾非。在這種實驗中，學生只需通過表面化地看、聽、做去驗證教材結論，做實驗只不過是走走形式，根本不需要進行深層次地動腦思考、探究；在這種實驗中，教師非常關注知識結論的正確性，可能不會犯學科知識的科學性錯誤，但忽視了實驗現(xiàn)象的客觀性和教學對象的主體性特點，抑制了學生可能產生的創(chuàng)新思維和觀點，甚至要求學生接受實驗中并未出現(xiàn)的虛假結論，在不知不覺中犯了更為嚴重的科學性錯誤——科學精神的遺失甚至歪曲。

二、現(xiàn)狀：多數教師刻意追求實驗現(xiàn)象與教材結論的完全吻合

二環(huán)路處于北京市道路路網的核心位置，全長32.7 km，全線為全立交、全封閉的城市快速路。道路紅線總寬90 m，標準橫斷面為四幅路型式，中央隔離帶寬0.5～1.5 m。主路標準路段為雙向六車道，在出入口和公交站處由于設置加減速車道和公交港灣，車道數為雙向八車道，主路兩側全線設置輔路。道路路拱為直線型，主路和輔路路拱橫坡為1.5%，由路中向外傾斜；人行道路拱橫坡為2%，向路內側傾斜。

鏡頭三：教師指導3名學生完成演示實驗。當一位同學將點燃的香放進小洞后，煙霧未做有規(guī)律的運動，3位同學稍作商量后，在熱水一側的上方又開了一個小洞，過了一段時間后，煙霧在玻璃缸內呈拉平的“U”型，在冰塊一側稍微下沉后，便轉向熱水一側的洞口溢出。教師評價道：“如果不開第二個小洞，煙霧肯定會在冰塊一側下沉、熱水一側上升，形成熱力環(huán)流圈（板畫），請大家討論這一現(xiàn)象的成因”。

三、對策：借助實驗現(xiàn)象培植學生的科學素養(yǎng)

電容器的擊穿故障很容易發(fā)現(xiàn)，但是當并聯(lián)多個元件時，很難確定具體的故障分量。電容器的開路故障可以通過將相同類型和容量的電容器與檢測到的電容器并聯(lián)以觀察電路功能是否恢復來確定。電容和電參數變化的檢測比較麻煩。一般可按下列方法進行。首先，電容器的一根引線應該從電路板上移除，以避免周圍部件的影響。其次，根據電容器的不同情況，采用不同的方法進行檢查：

（一）尊重客觀事實，培養(yǎng)學生實事求是的研究態(tài)度

地理實驗結果是特定條件和過程的產物，任何細小的變動都有可能導致結果的差異，一個具體的實驗并不必然出現(xiàn)預期的結果。加之地理現(xiàn)象的時空跨度大、有些實驗變化復雜，以及地理實驗場所、儀器不規(guī)范等因素的影響，在地理實驗的每個環(huán)節(jié)（包括結果）中，產生的現(xiàn)象都可能與預想的不完全相符。上述3節(jié)課中，有2節(jié)課的實驗現(xiàn)象不明顯，或者與預期結果不相符。多數老師在教學實踐中也遇到過類似的問題。這些“失敗”是具體的實驗操作產生的必然結果，往往能從另一個側面驗證和發(fā)展地理原理，本身是一種極具價值的教學資源。因此，教師不必恐懼實驗結果的“不給力”，更不能強行改變或“見風使舵”，而要關注實驗過程、尊重客觀事實，這也是科學實驗必須保住的科學精神、科學態(tài)度的底線，然后再引導學生以客觀的態(tài)度探究實驗現(xiàn)象的成因。

地理實驗教學是一種將抽象的地理現(xiàn)象或過程變得形象、具體的教學方法，能直觀、生動地詮釋地理知識，激發(fā)學生的學習興趣，優(yōu)化學生的學習方式，引導學生積極主動地獲取地理知識與技能、認識和解決地理問題。但這些還只是地理實驗教學的淺層意義，其核心價值在于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學精神，這一點對學生的思維方式、價值觀念乃至世界觀都會產生更深遠的影響。因此，教師要深化對地理實驗教學的本質和教育功能的認識，科學處理好實驗過程中形成的各種現(xiàn)象，讓學生接受科學過程的熏陶、體驗科學思維的方法，引導他們逐步形成濃厚的科學興趣、客觀的研究方法、理性的思維方式、堅韌的探索精神和敏銳的創(chuàng)新意識，努力促成學生科學精神、科學思想和科學方法的萌芽。

1．3．3 腦癱兒童運動障礙評估 腦癱兒童粗大運動功能障礙程度評估：使用腦性癱瘓粗大運動功能分類系統(tǒng)（GMFCS）中國版［4］，該系統(tǒng)將腦癱患兒分為4個年齡組：～2歲、～4歲、～6歲、～12歲；每個年齡組根據腦癱患兒運動功能的表現(xiàn)及受限制程度分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，5個級別，其中I級運動功能最高，V級運動功能最低。

（二）激勵后續(xù)探究，培養(yǎng)學生百折不撓的探索精神

例如：鏡頭一中，教師可以在分析原因的基礎上，邀請幾名同學當堂進行“再實驗”，并改進實驗措施：其一，增加冰塊和熱水的量，并提高熱水的溫度，使熱力差異顯著；其二，在玻璃柜頂面內壁的中間部位，懸掛幾條彩色細毛線（長度略小于柜高），以便于觀察煙霧在頂部和底部的流向；其三，用一塊深色的布或紙做玻璃柜的背景，使學生更容易觀察到煙霧運行的方向。這樣，教師邊改進實驗，邊驗證大家對失敗原因的推測，邊探索地理原理，雖然可能耽誤一些教學時間，但可以有效培養(yǎng)學生尊重事實、勇于探索的科學精神，比表面化地完成教學任務更有價值。而且，這一過程需要學生不斷地實踐、深入地思考，有助于提升學生的動手能力、觀察能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

面對實驗結果的“不配合”現(xiàn)象，教師不僅要引導學生正視事實、推測原因，還要有選擇地引導學生當堂進行二次實驗，或者激勵學生利用課后時間進行多次實驗，以驗證自己對原因的推測、探索改進實驗的措施。這種后續(xù)的實驗及探究，往往能深化學生對地理原理的認識，激發(fā)學生探索地理規(guī)律的強烈愿望。更重要的是，這種反復多次的“實驗—失敗—分析—再實驗—……”，直至“發(fā)現(xiàn)”地理規(guī)律的過程，有助于培養(yǎng)學生一絲不茍的科研品格和百折不撓的探索精神。

PPP投資型項目投資管理中，要深入施工現(xiàn)場調查，詳細掌握項目工程建設基本情況。然后制定健全的投資管理制度，明確管理目標和要求，推動投資管理活動順利進行。要制定合理的投資預算，對資金使用作出科學安排，防止資金浪費現(xiàn)象發(fā)生。要提高施工圖紙設計水平，加強圖紙審核，對存在的問題及時采取優(yōu)化措施，從而有效指導PPP投資型項目建設，防止延誤工期。要明確施工的重點環(huán)節(jié)，對施工現(xiàn)場拍照，加強現(xiàn)場清單管理，保證現(xiàn)場秩序良好，施工資金得到合理利用[3]。總之，從多個方面入手，提升投資管理水平，有利于促進項目效益提升。

（三）創(chuàng)生實驗過程，培養(yǎng)學生敢于猜想的創(chuàng)新意識

在地理實驗教學前，教師通常要精心預設操作步驟，并以此作為實驗教學的指南。但對一些操作簡單、耗時較少、無危險性的實驗，教師不必一成不變地機械套用，可以根據實驗現(xiàn)象的動態(tài)變化，適時生成一些合理的實驗環(huán)節(jié)。其一，鼓勵學生在實驗過程中大膽提出自己的設想，并支持他們即興進行一些有價值的實驗操作，為學生的“自由”發(fā)揮創(chuàng)造機會。如鏡頭三中，教師不應將“失敗”的理由歸為學生的生成性、試探性操作，而要肯定他們的突發(fā)奇想，并針對實驗結果，鼓勵他們當場探討改進措施（如用膠帶封住后開的小洞），繼續(xù)開展實驗；其二，過于一帆風順的實驗，其探究的意義和價值反而會大打折扣，教師不能僅滿足于膚淺的證實，而要針對實驗現(xiàn)象，適時拋出有意義的話題，及時激起學生的猜想、引發(fā)學生的質疑，啟發(fā)他們提出新的實驗設想。這些由學生臨時構想的實驗操作，具有多樣化特點，可以豐富地理實驗的內容；具有鮮活性特點，可以培育學生的科學直覺、靈感和想象力；具有生成性和開放性特點，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維意識和能力。

例如：鏡頭二中，當學生針對實驗現(xiàn)象提出自己的猜想時，教師不應草草否定，而要敏銳地捕捉到學生思維的亮點，及時給予激勵性評價“你的想法很有價值，還有哪位同學能提出新的設想？”進而激勵全班同學熱烈討論、大膽假設、充分想象，可能誘發(fā)學生更多有意義的創(chuàng)想。如“用帶有導線的電爐取代熱水”、“用黃沙、清水和兩只1000瓦射燈取代熱水和冰塊”等等。然后，教師承諾在課后確定的時間與學生一起試驗這些設想。這樣，允許學生在實驗中 “自作主張”，讓學生通過自身的努力設計出實驗方案，使學生真正成為實驗的主人，既能殊途同歸地驗證和“發(fā)現(xiàn)”地理規(guī)律，有效培養(yǎng)學生思維的開放性和創(chuàng)造性；又能讓學生真切體驗到創(chuàng)造和成功的快樂，產生深層次的智力滿足感，激起從事科學研究的興趣和熱情。

（四）引發(fā)理性思考，培養(yǎng)學生科學嚴謹的思維方式

地理實驗是一種科學探究活動，學生不僅需要動手操作，更要通過動腦思考、用心體驗，“發(fā)現(xiàn)”和領悟隱藏于表象背后的本質。因此，教師可以及時運用一些具有啟迪性、挑戰(zhàn)性、趣味性的問題，設法提高學生思考的熱度、深度和廣度，引導學生對各種實驗現(xiàn)象和結果進行冷靜分析和理性推理，形成一些有價值的思維方式和推論，讓學生真正成為自然奧秘的探索者和發(fā)現(xiàn)者，充分享受理性思維帶來的科學美感。

例如：在“熱力環(huán)流”實驗后，教師既要注意地理學與其它學科知識的協(xié)調與融合，啟發(fā)學生借助已學的物理知識和已有的生活經驗，深入推導“熱力環(huán)流”的成因。還要引導學生運用實驗原理解釋海陸風、山谷風、城市熱力環(huán)流、季風等現(xiàn)象的成因，分析城市發(fā)展中改善大氣質量的相關措施。這樣，學生不僅能從親身參與的實驗中獲得結論，還能通過橫向聯(lián)絡和縱向延伸，揭示實驗現(xiàn)象所蘊藏的地理原理，提升由此及彼、舉一反三的遷移推理能力，以及分析問題、研究問題和解決問題的理性思維能力，使地理實驗教學的價值得以放大。