我國中學(xué)地理實驗設(shè)計研究綜述

周旸

摘要：本文概括梳理了我國中學(xué)地理實驗設(shè)計研究取得的主要成果，并指出地理實驗設(shè)計存在的基本問題，提出強化地理實驗設(shè)計意識、優(yōu)化實驗項目設(shè)計等建議。

關(guān)鍵詞：實驗設(shè)計;研究綜述;中學(xué)地理

地理實驗設(shè)計是指在一定的地理實驗設(shè)計理念指導(dǎo)下，遵循一定設(shè)計原則，為達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)，對地理原理、規(guī)律通過實物演示、模擬、繪制以及計算機(jī)模擬等手段而設(shè)計和實施的具體操作方案。本文的實驗設(shè)計包含幾層意思：同一器材或模型經(jīng)過簡單改進(jìn)可設(shè)計多項實驗;利用地理實驗套裝操作實驗（目前較為成熟的是專業(yè)地理實驗儀器）;利用數(shù)字星球系統(tǒng)做實驗;地理實驗數(shù)字化等。

本研究所收集的文獻(xiàn)分為四類：第一類是學(xué)術(shù)論文，主要來源于2010—2015年的碩博論文共計31篇;第二類是來自2010—2015年5月的 《 地理教學(xué) 》、《 地理教育 》、《中學(xué)地理教學(xué)參考 》三大地理教育期刊刊登的 36篇有關(guān)地理實驗（內(nèi)含地理實驗項目）、地理實驗設(shè)計的文章;第三類是《中學(xué)地理實驗教學(xué)研究》、《國外中學(xué)實驗—地理》等10本涉及地理實驗的學(xué)術(shù)著作。

一、地理實驗設(shè)計研究主要成果

1.地理課程改革重視實驗教學(xué)

1904年我國第一次將地理列入中小學(xué)課程，1956年在《中學(xué)地理教學(xué)大綱（草案）》中首次提出地理實驗，而在其后相當(dāng)長一段時間內(nèi)的教學(xué)大綱幾乎沒有提出有關(guān)地理實驗的要求。直到2003年新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，才對地理實驗提出明確的要求。如“利用身邊可以找到的材料（如透明塑料袋、塑料薄膜、玻璃瓶等）和溫度計，做一次模擬大氣溫室效應(yīng)的小實驗”;“用計算機(jī)設(shè)計氣壓帶、風(fēng)帶的移動，水循環(huán)或洋流運動的動畫”等。由此看來，國家十分重視地理實驗教學(xué)活動。

最新修訂的地理必修教材中也設(shè)計了相關(guān)地理實驗項目。如湖南教育出版社2012年出版的普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《地理Ⅰ》，第17頁活動，要求學(xué)生“動手演示晝夜更替”現(xiàn)象;第31頁活動，實驗一：用觀察顏色和對磁鐵的反應(yīng)方法，區(qū)分磁鐵礦與赤鐵礦;實驗二：有滑石、石膏、方解石、螢石和石英等幾種常見礦物，你如何將它們快速地區(qū)別開來。人民教育出版社2013年出版的普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《地理 1》，第15頁活動，要求學(xué)生自選學(xué)具演示地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動;第32頁活動，要求學(xué)生采用小組合作的方式做一個熱力環(huán)流的實驗。山東教育出版社2004年出版的普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《地理 1》，第23頁活動，要求學(xué)生利用手表辨別方向。由此可見，高中地理新教材中設(shè)計了不同程度的實驗項目。

近幾年來部分省市在高考命題中也不同程度地滲透了有關(guān)地理實驗的內(nèi)容。如2005年廣東高考題要求學(xué)生設(shè)計一個簡便易行的小實驗，以證明地轉(zhuǎn)偏向力的存在，并寫出實驗用材、實驗步驟和所得結(jié)論。2009年上海高考題第14題：在兩個相同的長方形塑料盒的一端用潮濕的土壤分別搭起一座相同坡度的“小山”，從盒子的另一端導(dǎo)入等量的水，形成“湖泊”，不同的是在其中的一個盒子內(nèi)，將一塊微濕的海綿壓入小山底端的土壤里。分別用兩個噴水壺，往“小山”上灑等量的水，模擬降水，并觀察、比較判斷兩個盒子內(nèi)水面發(fā)生什么樣的變化。

1996年，由首都師范大學(xué)林培英和曾紅鷹共同編譯了《國外中學(xué)實驗：地理》，該書是在1973年版的《聯(lián)合國教科文組織新編理科教學(xué)參考書》的基礎(chǔ)上經(jīng)編譯、修訂和補充而成，該書介紹了大量地理實驗項目。2010年，內(nèi)蒙古師范大學(xué)徐寶芳和張衛(wèi)青共同編著的《中學(xué)地理實驗教學(xué)研究》，是我國自新課程改革以來有關(guān)中學(xué)地理實驗教學(xué)研究的重要著作之一，書中共收錄初高中實驗107項。

2.地理實驗設(shè)計原則探析

目前對地理實驗設(shè)計原則問題的探討具有代表性的觀點有以下幾種。

三原則：雷鳴在“實驗法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用 ”一文中提出地理實驗設(shè)計的基本要求：①實驗應(yīng)具有典型性、②實驗應(yīng)具有簡易性、③實驗應(yīng)具有啟發(fā)性。 顧娟在 “地理實驗教學(xué)設(shè)計初探”一文中提出地理實驗設(shè)計的原則有：可操作性、典型性和開放性。

四原則：王海軍的“將實驗課融入地理教學(xué)中”文中認(rèn)為實驗設(shè)計的原則有：①學(xué)科性原則;②簡潔性原則;③趣味性原則;④實用性原則。朱雪梅、吳敏的“從新課程標(biāo)準(zhǔn)談地理實驗教學(xué)”文中認(rèn)為地理實驗教學(xué)的原則有：科學(xué)性原則;可操作性原則;啟發(fā)性原則;針對性原則。 夏志芳的“地理實驗與學(xué)生智力發(fā)展”文中認(rèn)為地理實驗的設(shè)計與指導(dǎo)有以下原則：①科學(xué)性;②知識鞏固性;③智力培養(yǎng);④可接受性原則。

五原則：董錦春在“地理實驗教學(xué)原則芻議”中認(rèn)為地理實驗教學(xué)的原則需符合：①必要性原則;②針對性原則;③科學(xué)性原則;④可行性原則;⑤完整性原則。

六原則：徐寶芳、張衛(wèi)青《中學(xué)地理實驗類型與內(nèi)容設(shè)計》 書中地理實驗設(shè)計的基本理念有：①科學(xué)性;②目的性;③表現(xiàn)性;④多樣性;⑤探究性;⑥可行性 。潘紅星在“高中地理實驗教學(xué)的幾個問題”中提出地理實驗設(shè)計六大原則：趣味性;就近性;科學(xué)性;安全性;主體性;體驗性。

由此看出，不同學(xué)者已關(guān)注到地理實驗設(shè)計原則，但因大家對地理實驗設(shè)計應(yīng)遵循的原則主張有所不同，因此對原則提出依據(jù)、 理論分析、 貫徹要求等均有待進(jìn)一步深入探討。

3.對具體地理實驗操作提出反思

隨著地理課程改革不斷推進(jìn)，地理實驗越來越受到一線地理教師的重視，但由于地理規(guī)律、原理的發(fā)生、發(fā)展具有一定的時空特性，地理教師在操作地理實驗時不一定能達(dá)到預(yù)期生成的效果。對此，不同教師根據(jù)具體實驗操作情況提出反思性意見，使得地理實驗在“失敗”中反思原因，在探尋原因中學(xué)會科學(xué)探究方法，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和求實精神。如陳利清在“‘失敗的地理實驗也是教學(xué)成功之母”一文中提到：為驗證熱力環(huán)流形成過程，作者和學(xué)生共同在實驗室一個密閉容器的底部一側(cè)加入冰塊，一側(cè)用100瓦的燈泡加熱，一段時間后在冰塊上方插入香煙，觀察煙的運動方向。很可惜，沒有出現(xiàn)預(yù)設(shè)中十分清晰的環(huán)流現(xiàn)象。經(jīng)過師生不斷深入探討，反思失敗原因，最終有學(xué)生提出容器太小這種可能。教師更換一個較大的容器，再實驗，結(jié)果獲得成功。教師應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，耐心引導(dǎo)學(xué)生求證，讓學(xué)生體會到發(fā)現(xiàn)、探究的樂趣。學(xué)生在討論和實踐中得到解決問題的快樂，培養(yǎng)在實驗意外中探究失敗的原因，改進(jìn)實驗的能力。

4.地理實驗教學(xué)有效方法總結(jié)梳理

隨著高中地理新課程改革的實施和深入推進(jìn)，地理教師依據(jù)高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)，利用地理實驗進(jìn)行地理教學(xué)越加受到關(guān)注。但是，地理實驗耗時長、效率低等現(xiàn)象，一直困擾著地理教師，不少教師有“為實驗而做實驗”的心態(tài)。基于此，不同學(xué)者結(jié)合教學(xué)實際提出提高地理實驗教學(xué)的有效性方法。雷鳴在“新課程下提高地理實驗教學(xué)有效性的探討”一文中總結(jié)了五條基本策略：精選實驗內(nèi)容，彰顯實驗教學(xué)價值;精心設(shè)計實驗方案，提高實驗教學(xué)效益;重視實驗動態(tài)生成，實現(xiàn)精彩與創(chuàng)新共舞;強化實驗結(jié)論遷移，提升學(xué)生解決地理問題能力;完善實驗過程評價，促進(jìn)實驗教學(xué)增值。孫尚樓在“淺談地理實驗教學(xué)的有效性”中提出三項做法：實時、適量、適度;省時、省錢、省事;聯(lián)系生活、聯(lián)系實際、聯(lián)系相關(guān)學(xué)科。

二、 地理實驗設(shè)計研究存在問題

1.一線教師對地理實驗設(shè)計重視不夠

根據(jù)收集的文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，國家地理課程標(biāo)準(zhǔn)、地理教材、地理高考試題中已設(shè)計了一些地理實驗項目，但是部分中學(xué)地理教師對地理實驗并不十分了解，地理實驗理論薄弱，地理實驗教學(xué)觀念不強，為達(dá)到預(yù)設(shè)而講實驗，地理實驗設(shè)計能力有待提高。 因此，轉(zhuǎn)變地理教學(xué)觀念，樹立地理實驗教學(xué)思想，積極設(shè)計地理實驗項目，努力開展地理實驗教學(xué)，是目前地理教育工作者亟待解決的問題。許多文章中的案例設(shè)計思路幾乎相似，而設(shè)計理念獨特、設(shè)計方案新穎的地理實驗項目很少。

2.單一地理實驗和定性地理實驗偏多

在查閱的文獻(xiàn)資料中，多是關(guān)于單一的地理實驗案例設(shè)計，而實驗項目之間或在同一器材、儀器下經(jīng)過簡單地加工和處理后可以再做出相關(guān)實驗的項目，能夠兼顧實驗器材共享的組合實驗研究卻很少。地理實驗材料多是生活中的日常用品，由于在過于簡易的實驗中，實驗器材、實驗環(huán)境與真實情況可能存在較大差異，因此某些實驗項目不能真正、清晰地反映地理事物和現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展過程及變化規(guī)律，甚至由于器材之間的不合理分配與組合造成實驗失敗，未能達(dá)到理想實驗效果等。

3.數(shù)字化地理實驗設(shè)計研究不足

在收集到的31篇博碩論文和36篇文章中，只有兩篇涉及到數(shù)字化地理實驗設(shè)計。一篇是“基于WEB的地理實驗教學(xué)繪圖工具的設(shè)計與使用”，另一篇是博士論文“中學(xué)數(shù)字化地理實驗設(shè)計研究”，而運用其它簡單易行的動畫編輯軟件設(shè)計和制作數(shù)字化地理實驗幾乎未有相關(guān)研究。

三、地理實驗設(shè)計研究建議

1.強化地理實驗設(shè)計意識

新課程中有大量地理活動學(xué)習(xí)，其中許多實踐活動屬于地理實驗。地理實驗是地理課程改革的重要內(nèi)容，也是全面提高學(xué)生地理學(xué)科素養(yǎng)的途徑之一。使用身邊隨手可得的物品進(jìn)行各種地理實驗，可拉近地理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到地理科學(xué)的真實性，感受到地理科學(xué)與社會、地理科學(xué)與日常生活的關(guān)系。因此，地理教師應(yīng)樹立地理實驗設(shè)計新理念，提高地理實驗設(shè)計意識，積極開發(fā)適合教學(xué)的地理實驗方案。

2.優(yōu)化地理實驗項目設(shè)計

由于我國中學(xué)地理實驗教學(xué)起步時間較晚，較為成熟的地理實驗項目和儀器較少。因此，既需要科學(xué)、創(chuàng)新地設(shè)計出新的實驗項目，又要在現(xiàn)有實驗項目基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化，設(shè)計出有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合思維能力和創(chuàng)新實踐能力及實驗可靈活展開的地理組合實驗。當(dāng)前地理實驗尚處在定性研究與應(yīng)用階段，為了使實驗結(jié)果更具有表現(xiàn)性和準(zhǔn)確性，要在實驗過程中適當(dāng)?shù)貙嶒炂鞑暮蛯嶒炗闷纷龆恳?guī)定，并采取定性與定量相結(jié)合原則，使實驗操作方案不因操作者和環(huán)境的差異而導(dǎo)致實驗失敗。

3.注重數(shù)字化地理實驗設(shè)計與研究

教師應(yīng)利用相關(guān)動畫編輯軟件，通過技術(shù)手段，將枯燥、抽象、復(fù)雜的地理現(xiàn)象、地理變化規(guī)律展現(xiàn)在學(xué)生面前。數(shù)字化地理實驗呈現(xiàn)的內(nèi)容真實、生動、極具表現(xiàn)力，能突破紙質(zhì)媒介限制，通過多維的感官刺激，全方位激起學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣和注意力。

綜上所述，通過對近五年內(nèi)三大類文獻(xiàn)的分析研究，反映出地理實驗已在我國得到了蓬勃發(fā)展，而且對地理實驗教學(xué)產(chǎn)生了一定效果。在今后的研究中，地理實驗設(shè)計會更加完善，真正實現(xiàn)地理教學(xué)的優(yōu)化?！?/p>

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