“五位一體”的高中地理實驗教學探析

袁方 洪成旗

摘 要：地理實驗教學是落實“地理實踐力”核心素養(yǎng)的基本途徑。文章構建了融科學性、實用性、實踐性、創(chuàng)新性、生成性“五位一體”的高中地理實驗教學模式，以此規(guī)范和引導地理實驗教學活動，有效提升學生的地理實踐力，并落實地理學科的育人功能。

關鍵詞：高中地理;實驗教學模式;“五位一體”

《普通高中地理課程標準（2017年版）》明確指出，地理課程旨在使學生具備人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認知、地理實踐力等地理學科核心素養(yǎng)。強調(diào)關注三個方向上的地理實踐，即考察、調(diào)查和實驗[1]。限于現(xiàn)有的辦學環(huán)境和教學條件，考察、調(diào)查難以常態(tài)化進行，因此，實驗教學成為落實“地理實踐力”的主渠道和關鍵方式。地理教師需要著力研究、精心設計地理實驗，大力開展地理實驗教學，提高地理實驗教學能力。本文以“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學為例，從科學性、實用性、實踐性、創(chuàng)新性、生成性等構建“五位一體”的高中地理實驗教學模式，以期對高中地理實驗教學設計、實施和評價有所啟示。

一、科學性是前提

科學性是地理實驗教學的前提，沒有科學性的地理實驗就沒有存在的價值，科學性錯誤的地理實驗則對教學有百害而無一利。

地理實驗教學的科學性是指地理實驗要能正確反映地理事象發(fā)生、變化特點和規(guī)律，嚴格遵從地理學科原理。實驗應該源于實際，最大限度地接近真實情境，確保實驗步驟的嚴謹性和實驗數(shù)據(jù)的準確性。

地理實驗有定量測算、定性模擬兩種形式。按照科學性的要求，定量測算實驗要保留真實、原始的數(shù)據(jù)，一次實驗不成功，要反復改進，多次實驗，并對多次實驗數(shù)據(jù)進行對比;定性模擬實驗要盡可能地還原真實情境，不能假設和虛構情境。

高中地理實驗教學起步較晚，對于科學性的關注不夠，部分地理實驗高度理想化，為了得到預設結果，存在著人為修改實驗條件、虛構實驗數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，違背了實驗的科學性要求。如筆者觀摩的有關海陸熱力性質(zhì)差異的實驗，大多選擇在分別裝有沙土和水的燒杯底部加熱，與大氣的受熱過程不相符，違背了海陸熱力性質(zhì)差異的真實原理[2]。真實的自然地理過程時間漫長、空間廣闊、要素復雜，很難觀察到，學生往往難以理解。如果創(chuàng)造實驗條件，在某些地理過程中設計“定性+定量”的模擬實驗，學生就很容易理解其中的科學道理[3]。

筆者開展的“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學遵從科學性要求。主要表現(xiàn)在該實驗采用了觀察法、控制變量法兩種方法，分別進行了室外觀察實驗和室內(nèi)模擬實驗。兩種方法都是通過控制變量法比較差異，學生親身參與和體驗科學嚴謹?shù)目蒲羞^程（設計、操作、觀察、描述、記錄等），在確?？茖W性的前提下提升學生的科學素養(yǎng)。

室外觀察實驗選取的是真實的情境。1升的水模擬雨水灑在校園附近的水泥路、磚塊路和草地地面上，學生觀察徑流和下滲情況，還原了真實的地理過程（圖1）。

室內(nèi)模擬實驗所用器材是師生共同制作的三種類型的城市下墊面，模擬實驗中只有下墊面一個變量，其他影響因素（坡度、降水量）完全一致（圖2）。

實驗數(shù)據(jù)是科學性最真實的體現(xiàn)，學生室內(nèi)模擬實驗得出的數(shù)據(jù)（表1）和室外觀察實驗現(xiàn)象一致，符合自然界的真實情況。

二、實用性是基礎

地理實驗教學的實用性是指實驗要為教學目標服務，實驗只是手段，實現(xiàn)教學目標才是目的。實用性是地理實驗教學的基礎，具有實用性的地理實驗才能真正服務于教學目標。地理實驗教學的實用性要求課題的選取要有針對性，不能為了實驗而實驗，只有當常規(guī)教學手段無法完成課程標準的要求，而利用地理實驗可以有效地突破教學重難點時，才開展地理實驗教學，這是地理實驗實用性的本質(zhì)要求。另外，地理實驗課題的選取應嚴格依據(jù)新課程標準，與教材緊密結合，突出地理學科特色，這也是地理實驗實用性的基本要求。有些地理實驗需要用物理、化學等其他學科的科學原理來呈現(xiàn)地理現(xiàn)象并揭示地理原因，但不能將地理實驗做成物理、化學實驗，否則無法實現(xiàn)地理教學的目標。

我國某些城市一到雨季就內(nèi)澇連片，滿城“看海”，但學生對下墊面如何影響徑流和下滲等水循環(huán)過程缺乏直觀科學的認識，對于植被地面“增加下滲、減少地表徑流”的認識也很膚淺?！疤骄砍鞘兄饕聣|面對徑流的影響”實驗教學的課題選自人教版高中地理必修二第二章第三節(jié)“城市化”，對應本課的課程標準要求是“運用資料，解釋城市化對地理環(huán)境的影響”。該實驗緊扣“城市化對水循環(huán)的影響”這一主題進行設計，輔助教學的實用性強。依據(jù)課程標準和教學重難點，設計了實驗教學的三個目標：通過實驗認識城市化對地表徑流、地下徑流及下滲的影響;根據(jù)實驗結論提出緩解城市內(nèi)澇問題的辦法;通過動手、觀察、討論等實踐，體驗科學探究的過程，提升地理實踐力。

學生通過室外觀察實驗，直觀地觀察到城市不同下墊面對徑流和下滲的影響，通過室內(nèi)模擬實驗，定量地驗證了這種影響，并根據(jù)實驗結論，結合所學知識提出了緩解城市內(nèi)澇的辦法，實現(xiàn)了學以致用、知行合一的目的。

三、實踐性是根本

地理實驗教學貴在實踐，實踐性是地理實驗教學的根本，也是地理實驗教學培養(yǎng)學生地理實踐力的根本途徑，沒有學生參與實踐的地理實驗教學是假實驗、假教學。

地理實驗教學的實踐性要求學生“走出去”“動手”“行動”，在“真刀真槍”的實踐中獲得直接經(jīng)驗，獲得對真實生活的真感覺、真認知，獲得解決問題的真實能力，最終獲得獨立認知世界、獨立生存的本領[1]。

地理實驗教學不能讓學生在紙上“做實驗”試題、播放實驗視頻或用多媒體手段演示實驗給學生看，而是要讓學生真正動手參與其中，進行真實的實驗操作，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題?！疤骄砍鞘邢聣|面對徑流的影響”的實驗教學，從實驗器材的制作和改進，到室外觀察實驗、室內(nèi)模擬實驗、室外實地考察以及實驗報告的撰寫，學生全程參與其中，自己動腦、動手、動口，遇到問題自己想辦法解決。以實驗器材的制作為例，實驗初期，學生發(fā)現(xiàn)的問題很多，得出的實驗結論和實驗假設偏差很大，如水泥路面組的實驗器材因收納盒邊緣縫隙過大導致下滲水量過多，與真實情況不符，學生通過訪問施工隊，經(jīng)過討論，想出了好辦法——用工業(yè)用凡士林填充邊緣防水，彌補了實驗器材簡陋造成的誤差。在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中，學生的行動意識、實踐能力、團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神得到了有效提升，也切身體驗了成功的喜悅。

四、創(chuàng)新性是靈魂

創(chuàng)新性是地理實驗教學的靈魂，沒有創(chuàng)新的地理實驗教學充其量只是換了一個教學的形式，對學生思維的成長、能力的提升作用有限。

地理實驗教學的創(chuàng)新性是指要勇于打破慣有的思維模式，推陳出新，避免重復簡單的、前人已經(jīng)解決的問題，創(chuàng)造性地開發(fā)挖掘新的實驗課題，或者對已有地理實驗進行改進，從不同領域、不同角度、不同手段等層面，引導學生開展創(chuàng)新性實驗，在創(chuàng)新性實驗教學中培養(yǎng)創(chuàng)新性人才。

地理實驗教學的創(chuàng)新性要求教師要深入解讀課程標準，鉆研教材，分析學情，依據(jù)課程標準和教材選擇適當?shù)膶嶒炚n題或者對已有實驗進行改進。許多地理實驗是單個孤立的，如果延伸空間尺度，或者圍繞一個課題開展系列實驗，從簡單到復雜，從室內(nèi)到戶外，從模擬情境到真實生活，把戶外考察、模擬實驗和社會調(diào)查兩個或者三個維度結合起來，可以使地理實驗教學增加廣度，在培養(yǎng)地理實踐力的同時，可以提升綜合思維、區(qū)域認知和人地協(xié)調(diào)觀。

過去的地理實驗教學往往局限于自然地理，側重于探索自然地理原理。首先，本實驗教學在選題方面有所創(chuàng)新，探究城市主要下墊面對徑流的影響，將自然地理原理和解決城市內(nèi)澇的人文地理問題相結合，在自然地理教學中增添人文訴求，關注人地關系，培養(yǎng)學生的人文素養(yǎng)，有利于落實“立德樹人”的根本任務。其次，本次實驗教學在教學方法和途徑上也有創(chuàng)新之處，即在實驗教學之后，強化課外拓展——實地考察合肥市海綿道路和海綿小區(qū)（圖3）。學生進行室外觀察實驗、室內(nèi)模擬實驗后，帶著實驗成果走進現(xiàn)實情境，考察所在城市緩解城市內(nèi)澇問題的具體措施，利用水循環(huán)原理分析海綿道路、海綿小區(qū)的合理性，更引發(fā)對城市地域結構、城市化等方面的深層次探討：如何優(yōu)化城市空間用地結構？如何進行市政建設？如何科學應對城市化問題？……這種理論聯(lián)系實際的教學方法，有利于學生內(nèi)化學科知識，關注現(xiàn)實生活，提升思維品質(zhì)，增強解決問題的能力。

五、生成性是關鍵

生成性是地理實驗教學是否成功的關鍵，問題即教學，把教學過程中生成的問題放在注意中心，而不是圍繞預設問題固步自封，地理實驗教學才有更廣闊的發(fā)展空間，而不至于錯失教育的良機。

地理實驗教學的生成性是指在實驗教學的過程中，學生不斷發(fā)現(xiàn)新的探究視點，提出新的探究問題，獲取新的探究成果。

生成性要求地理實驗教學要從封閉的“教實驗”走向開放的“用實驗”，從教師的外部輸入走向學生的自我建構，切實促進學生的自由、自主、個性化發(fā)展[4]。實驗教學是開放的活動，教師不能僅圍繞著預設問題、預設結論教學，不敢越雷池半步，不能對學生的質(zhì)疑“一棍子打死”。當實驗教學中出現(xiàn)不符合預設的“另類”現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)的結果與預設結論相背離時，應鼓勵學生大膽探究、反復實踐、勇于創(chuàng)新，讓生成的火花點燃智慧的燈塔。

“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學，學生制作實驗器材后進行第一次實驗，實驗數(shù)據(jù)誤差很大，學生對結果提出質(zhì)疑，教師沒有強行植入預設的結論，而是引導學生討論原因，并對實驗器材進行改進（表2）。實驗器材改進后，實驗得出來的數(shù)據(jù)基本和生活實際一致?！皢柸牡们迦缭S，為有源頭活水來”，知識的學習是一個自我建構的過程，思維的發(fā)展和素養(yǎng)的提升更是一個不斷探索、不斷生成、不斷完善的過程。有生成的教學不是死水一潭，充滿生機和活力，更有針對性，也更有創(chuàng)造力。

隨著地理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的深入推進，地理實驗教學以其獨特的魅力和作用越來越受高中地理教師的重視。一節(jié)優(yōu)秀的地理實驗教學課例，應該做到科學性、實用性、實踐性、創(chuàng)新性和生成性，其中科學性是前提，實用性是基礎，實踐性是根本，創(chuàng)新性是靈魂，生成性是關鍵，這五個方面是相互聯(lián)系、相互促進、相輔相成的有機統(tǒng)一體，共同統(tǒng)整地理實驗教學選題、設計、實施、評價全過程?？茖W性、實用性、實踐性、創(chuàng)新性、生成性“五位一體”的高中地理實驗教學模式，可以有效促進地理學科核心素養(yǎng)特別是地理實踐力素養(yǎng)的提升。

參考文獻：

[1] 韋志榕.《普通高中地理課程標準（2017年版）》解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2] 王智嶸，張衛(wèi)青.我國中學地理實驗科學性問題研究綜述[J].內(nèi)蒙古師范大學學報 （ 教育科學版），2018，31（09）：114-115.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[4] 陳炳飛.地理實驗教學的生成策略[J].教學與管理，2016（10）：64.