例談基于實踐力核心素養(yǎng)培養(yǎng)的地理實驗教學(xué)

曹劍鋒　蔣婷

摘要：高中地理學(xué)科核心素養(yǎng)要求培養(yǎng)學(xué)生地理實踐力，利用“地理實驗”進(jìn)行教學(xué)越發(fā)受到重視和追捧，但如何開發(fā)實驗、運用實驗、改進(jìn)實驗，在地理教育界尚未形成固定的模式。本文以自然地理教學(xué)為例，探討高中地理實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：高中自然地理；實驗教學(xué)；地理實踐力

隨著高中地理核心素養(yǎng)的深入推進(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)越來越受到重視[1]。自然地理學(xué)主要研究各自然地理成分的特征、結(jié)構(gòu)、成因、動態(tài)和發(fā)展規(guī)律，與物理、化學(xué)、生物等自然學(xué)科交叉融合。因此，自然地理的教學(xué)，應(yīng)與其它自然學(xué)科一樣，采用實驗教學(xué)法，即通過一定的設(shè)備和器材，以獲得和驗證所學(xué)地理知識。

一、地理實驗選取的基本理念

地理實驗教學(xué)是將語言的教學(xué)內(nèi)容放入能直觀感受的教育環(huán)境中，通過模擬或真實的教學(xué)場景幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識和技能。地理實驗設(shè)計的首要原則是真實、客觀。地理在高中作為選修或必修課程，課時少、內(nèi)容多，要在有限時間內(nèi)完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，必須選取一些重點、難點作為實驗內(nèi)容，從而更直觀、更有效地理解和掌握地理知識。實驗設(shè)計的目的是鍛煉學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。因此，實驗過程中應(yīng)讓學(xué)生多動腦設(shè)計，避免教師過多參與，既然以學(xué)生動手為主，實驗設(shè)計可簡易、好操作。根據(jù)地理實驗選取理念，必修一內(nèi)容可選取一些典型可操作的實驗（如表1）。

二、地理實驗的運用模式

1.操作實驗

課內(nèi)操作實驗即學(xué)生利用學(xué)具、教具或其它地理實驗器材，在教師指導(dǎo)下，通過合作、探究和動手操作獲得實驗結(jié)果或數(shù)據(jù)等直接經(jīng)驗的教學(xué)方式。學(xué)生參與實驗一般以小組為單位，選取需要“立體式”觀察、“過程式”探究的知識為實驗內(nèi)容，是地理實驗教學(xué)最理想的狀況，也是對學(xué)生能力培養(yǎng)的有效途徑。學(xué)生操作實驗需要有實驗室或地理專用教室，我國大部分學(xué)校尚不具備該條件，但可以借用物理、化學(xué)實驗室進(jìn)行實驗，或者將一些只需簡單設(shè)備的實驗放在普通教室中進(jìn)行。通過地理實驗操作，學(xué)生可以獲得寶貴的直接經(jīng)驗，也能體驗到合作和探究學(xué)習(xí)的樂趣。

案例1：沿地球水平運動物體的偏移

器材：雨傘、墨水和清水等。

原理：地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，導(dǎo)致沿地表水平運動的物體方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

步驟：①將雨傘撐開，傘尖代表北極點朝上，在傘尖處滴適量的墨水；②模擬地球自轉(zhuǎn)方向（以北極點為中心逆時針旋轉(zhuǎn)）；③觀察并描述墨水滴流痕的偏轉(zhuǎn)方向；④將雨傘傘尖代表南極點，重復(fù)2、3步驟，但自轉(zhuǎn)方向與2步驟相反。

結(jié)論：地表物體做水平運動時，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在北半球向右偏、南半球向左偏。

2.演示實驗

課內(nèi)演示實驗即充分利用教具、器材，采用演示手段，配合導(dǎo)講導(dǎo)問，使學(xué)生間接獲得地理事物感性知識的一種方式。在我國地理教學(xué)還不能全面開展實驗的情況下，由教師在課堂上演示或與學(xué)生合作實驗，成為時代背景下的主流。該方式可以激發(fā)學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣，獲得生動而直觀的感性認(rèn)識，還可以加深學(xué)習(xí)印象，形成正確地理概念。演示實驗是以教師導(dǎo)講導(dǎo)問的形式展開，它既適用于單一抽象知識的快捷展示，也適用于復(fù)雜地理運動規(guī)律的層層揭示，具有應(yīng)用范圍廣，靈活性高、綜合性強(qiáng)等特點。

案例2：鋒面系統(tǒng)形成過程

目的：冷空氣（藍(lán)色的冷水）主動向暖空氣（紅色的熱水）移動，暖空氣頂蓋上出現(xiàn)“云雨”現(xiàn)象。

器材：中間有凹槽的長方形透明容器（在水槽兩端各增加一種動力）、隔板、藍(lán)色冷水、紅色熱水、冰塊、實驗報告。

步驟：在容器里一側(cè)放溫度較低、比重較大的藍(lán)色液體，其頂蓋上面放冰塊；另一側(cè)放溫度較高、比重較小的紅色液體，中間用一隔板把兩種液體隔開；迅速抽去隔板，打開藍(lán)色（或紅色）冷水一側(cè)的動力觀察、記錄實驗現(xiàn)象。

現(xiàn)象：在短時間內(nèi)，藍(lán)色液體滲入到紅色液體之下，并形成一個傾斜的分界面，且頂蓋上出現(xiàn)“云雨”現(xiàn)象。

結(jié)論：冷暖氣團(tuán)相遇時，會形成一個傾斜（形態(tài)）的交界面，即鋒面。由于冷空氣密度大，暖空氣密度小，當(dāng)冷暖氣團(tuán)相遇時，一般是冷氣團(tuán)位于鋒面的下方，暖氣團(tuán)位于鋒面的上方，并沿鋒面爬升。由于鋒面兩側(cè)的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)等都有明顯差異，所以在鋒面附近常伴有云、雨、風(fēng)等天氣。

3.計算機(jī)模擬實驗

計算機(jī)模擬實驗即用計算機(jī)技術(shù)模擬演示地理現(xiàn)象、地理過程、地理規(guī)律，使學(xué)生直觀獲得地理知識的一種方法。在中學(xué)地理教材中有很多地理現(xiàn)象、過程、規(guī)律遠(yuǎn)超出學(xué)生的感知范圍，成為地理學(xué)習(xí)的難點，特別是“地球運動”、“大氣運動”、“洋流”等部分內(nèi)容。利用計算機(jī)多媒體制作三維立體模擬動畫，可以實現(xiàn)事物虛實、遠(yuǎn)近、快慢的變換，也可以展示事物真實、立體、動態(tài)的形成過程，借此，學(xué)生能清晰直觀地理解事物及其形成過程或規(guī)律，從而輕松快速地掌握這一知識點[2]。借助計算機(jī)進(jìn)行模擬實驗，在物理、化學(xué)等理科中已廣泛應(yīng)用，但在地理學(xué)中的應(yīng)用研究尚淺。目前，多配合Flash、ArcGIS等軟件，在計算機(jī)領(lǐng)域融入地理元素，使計算機(jī)模擬地理實驗更具學(xué)科專業(yè)性。

案例3：氣壓帶和風(fēng)帶（單圈環(huán)流和三圈環(huán)流）

圖1、圖2是利用計算機(jī)模擬全球性大氣運動的模擬圖。全球性大氣運動宏觀又抽象，在其形成過程中復(fù)雜多變，依據(jù)學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，僅利用常規(guī)教學(xué)工具和手段無法取得良好效果，利用計算機(jī)模擬實驗則可以立體有步驟地再現(xiàn)大氣運動的全過程，在演示氣流的冷暖變化及空氣柱、風(fēng)帶和氣壓帶的移動變化上效果尤為明顯。

4.課外實踐性實驗

課外實踐性實驗即利用現(xiàn)實中存在的地理事物或地理過程，在地理教師指導(dǎo)下，應(yīng)用相關(guān)的儀器或工具設(shè)備，利用課外時間，通過實地操作，獲得對地理事物親身感受掌握地理知識的過程。地理課外實踐性實驗的開展，既可以增強(qiáng)地理對學(xué)生的吸引力，還能幫助學(xué)生形成主動探究地理問題的意識及自覺運用知識進(jìn)行實際操作的能力，使學(xué)生得到某些“發(fā)現(xiàn)”真理、驗證規(guī)律的訓(xùn)練。endprint

案例4：觀察測量當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度

和正午太陽高度角

器材：①取長1m左右的木桿或竹竿（做圭桿）；②長2m左右的繩子和釘子（在地面上畫圓弧用）、時鐘、刻度尺、量角器等。

步驟：①在春分日前一天，選一塊平坦開闊的空地，將圭桿垂直插入地上。見圖3O點處（圖3為其平面圖）；②以O(shè)點為圓心，以上午某時刻桿影OA為半徑畫弧AD，并畫出OA線；③當(dāng)下午某時刻的桿影末端落到AD與B點時，畫OB線；④作∠AOB的角平分線OC；⑤第二天當(dāng)桿影OE落到OC線上時，就是當(dāng)?shù)氐胤綍r正午12點，同時∠OEP就是當(dāng)日的正午太陽高度角，并記錄此時的桿影長L，北京時間T。

結(jié)論：通過圭測法可得出正午太陽高度最大時刻的某地所在的經(jīng)線時刻即為正午12點，說明當(dāng)?shù)卣?2點；根據(jù)時差的原理，可知當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度δ=116°E +（T-12）；用反三角函數(shù)求出∠OEP即為正午太陽高度角θ，根據(jù)正午太陽高角的計算公式，計算該地的緯度φ=90°-θ。

三、實驗教學(xué)選用問題及解決措施

1.教師“實驗教學(xué)”專業(yè)素養(yǎng)不高

素質(zhì)教育要求教師以學(xué)生為工作中心，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的動手、動腦能力，但實際完全背離了素質(zhì)觀的要求。在傳統(tǒng)的教育觀念和現(xiàn)實教育情形雙重影響下，各師范院校對“地理實驗教學(xué)”的課程設(shè)置留白，造成新生代教師在實驗教學(xué)方面的專業(yè)素養(yǎng)較低，無法熟練地進(jìn)行相關(guān)實驗操作。對于老教師而言，傳統(tǒng)教育思想已經(jīng)根深蒂固，又缺乏專業(yè)的地理實驗知識。因此，要合理高效地進(jìn)行實驗教學(xué)是一項巨大的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)對地理教師專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)是必經(jīng)之路，特別要走出常見誤區(qū)，如只要吸引學(xué)生，實驗是否科學(xué)并不重要；只要有利于教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)，不必強(qiáng)求實驗規(guī)范等。

2.學(xué)?！皩嶒灲逃杯h(huán)境條件不佳

由于高中地理課時少，教學(xué)內(nèi)容多，成績至高無上。為保證升學(xué)率，學(xué)校注重考試內(nèi)容的教學(xué)，忽視地理實驗的探究教學(xué)。另外，受到教育經(jīng)費限制，大多數(shù)學(xué)校特別是農(nóng)村中學(xué)無力購買實驗設(shè)備和器材，制約了實驗教育方法在實際教學(xué)中的應(yīng)用。要解決上述問題，首先應(yīng)調(diào)整教育評價機(jī)制，其次要加強(qiáng)對地理實驗設(shè)備的投入。當(dāng)然，教師也要善于從周邊環(huán)境入手，著眼于生活，將一些本土的、廢棄但安全的資源作為實驗材料。同時，設(shè)計實驗時，應(yīng)從單一目的向多角度發(fā)散，讓同一實驗多層次多角度地反映出不同的實驗結(jié)果。實驗過程還應(yīng)合理儲存，做到重復(fù)可視化。還可以借鑒微課，形成視頻資料，成為學(xué)校的教育資源，從而提高資源的利用率。

3.社會實踐基地機(jī)制不完善

在高中地理實驗教學(xué)中，還需要借助校外的實踐基地，如天文臺、氣象站、地質(zhì)博物館等，但目前學(xué)校很少與這些校外單位建立聯(lián)系，更沒有建立完善的社會實踐基地機(jī)制。學(xué)生無法了解社會實際情況，更無法依據(jù)現(xiàn)實設(shè)備和數(shù)據(jù)展開實驗，達(dá)到探索知識、求證規(guī)律的目的。為了規(guī)范地理實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實驗的意識和能力，地理教師應(yīng)積極與校外相關(guān)單位形成合作關(guān)系，建立專業(yè)地理實踐基地，完善社會基地建設(shè)機(jī)制，定期展開地理實驗活動，形成校本教育資源，提高地理教育教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.地理[M].北京：教育科學(xué)出版社，2015.

[2]米清元.高中地理實驗教學(xué)設(shè)計研究[D].西北師范大學(xué)，2014.endprint