融合STEM 理念的初中生地理實(shí)踐力培養(yǎng)
——以“降水量的測(cè)量”為例

馬芊紅，任國(guó)榮，郭中領(lǐng)

（1.河北師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，河北 石家莊 050024；2.河北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊 050024）

地理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)性科學(xué)課程?！读x務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》（以下簡(jiǎn)稱為《課標(biāo)》）中，“實(shí)踐性”被提出并作為義務(wù)教育地理課程的特點(diǎn)之一，指出要積極開展實(shí)踐活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的地理實(shí)踐能力。地理實(shí)踐力是地理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是學(xué)生在考察、調(diào)查和模擬實(shí)驗(yàn)等地理實(shí)踐活動(dòng)中所具備的行動(dòng)能力和品質(zhì)，是促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展必不可少的素養(yǎng)。七年級(jí)上第二章“天氣與氣候”是初中地理的核心內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)高中地理天氣系統(tǒng)、氣候等相關(guān)內(nèi)容的必要準(zhǔn)備?！墩n標(biāo)》對(duì)這部分內(nèi)容的活動(dòng)建議之一是使用測(cè)量?jī)x器，觀測(cè)氣溫和降水。人教版七年級(jí)地理上冊(cè)在“閱讀材料”中介紹了降水量的測(cè)量方法。據(jù)了解，在實(shí)際教學(xué)過程中，受測(cè)量條件和教學(xué)時(shí)間所限，該實(shí)踐活動(dòng)開展較少。如何將教材上的活動(dòng)建議變成鮮活的、真實(shí)的、促進(jìn)學(xué)生地理實(shí)踐力提升的活動(dòng)內(nèi)容，是值得深入思考和探究的問題。

一、STEM 教育理念

STEM 教育理念為初中地理課程培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力提供了可行途徑。STEM 是科學(xué)（Science）、技 術(shù)（Technology）、工 程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式促進(jìn)學(xué)科融合，增加課堂的開放性、科學(xué)性、靈活性、趣味性。這種教育模式與目前我國(guó)教育改革提倡的培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展不謀而合。

二、融合STEM 教育理念的“降水量的測(cè)量”教學(xué)案例

在初高中地理教學(xué)中，氣候中的降水因素都是非常重要的內(nèi)容，教材中閱讀材料“降水量的測(cè)量”，通過圖示對(duì)這一過程進(jìn)行介紹。為了充分發(fā)揮地理實(shí)踐育人的價(jià)值，體現(xiàn)地理的生活性，在解決地理實(shí)際問題中培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力，擬定研究項(xiàng)目：所在地區(qū)一年內(nèi)降水量的變化特征，探究方案如表1 所示。

表1 “所在地區(qū)降水量一年中的變化特征”探究方案

（一）掌握基礎(chǔ)知識(shí)，形成科學(xué)認(rèn)知

通過閱讀教材內(nèi)容，以及收集的課外資料，學(xué)生首先掌握降水量、年降水量的概念。通過閱讀我國(guó)年降水量空間分布圖，對(duì)我國(guó)降水的空間分布格局，即從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減的變化趨勢(shì)，形成科學(xué)認(rèn)識(shí)。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生在年降水量分布圖上找到生活所在的地區(qū)，了解家鄉(xiāng)年降水量的大致范圍，增強(qiáng)區(qū)域認(rèn)識(shí)和對(duì)家鄉(xiāng)的熱愛。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，所在地區(qū)一年的降水量具體是多少呢？一年內(nèi)降水量是怎么變化的呢？這樣的降水條件給當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活帶來了怎樣的影響？如何有效利用？帶著這些問題，學(xué)生開始項(xiàng)目式探究學(xué)習(xí)。

（二）學(xué)習(xí)原理，引入工程與技術(shù)

降水量的測(cè)量需要借助雨量筒，這是最簡(jiǎn)易的測(cè)量降水的裝置。同學(xué)們跟隨教師的講解，學(xué)習(xí)雨量筒工作原理。它的外部是不漏水的圓柱形容器，里面由漏斗和儲(chǔ)水瓶組成，漏斗口的直徑是20 厘米（cm）。另外還配有直徑4 厘米（cm）的特定量杯（圖1）。降水結(jié)束后，將儲(chǔ)水瓶中的水倒入配套的量杯中，規(guī)范讀取量杯中水面的刻度，即為該場(chǎng)降水的降水量。讀取量杯的刻度體現(xiàn)了數(shù)學(xué)學(xué)科在該項(xiàng)目式探究學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。有興趣的同學(xué)，可以在課后繼續(xù)了解其他降水量測(cè)量的儀器，例如自記雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)等。

圖1 雨量筒和配套量杯示意圖

教師可在課上展示工作人員使用雨量筒工作的照片，如有條件可以帶一套雨量筒到教室，組織學(xué)生以小組為單位有序參觀，進(jìn)一步增強(qiáng)科學(xué)認(rèn)知，同時(shí)也為接下來自制簡(jiǎn)易雨量筒奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

（三）制作儀器，開展降水監(jiān)測(cè)

1.制作儀器。首先，準(zhǔn)備直徑為20 厘米的漏斗或一次性塑料碗或盤，在其底部鑿出直徑1 厘米左右的小洞，然后將塑料盤或碗放在一個(gè)無蓋的桶上。桶內(nèi)放置一個(gè)頂部開口的塑料瓶，可以用空塑料瓶代替，盡量選容積較大的塑料瓶（如1.5 升），避免降水量很大時(shí)，雨水溢流出來。最后，將儲(chǔ)水瓶瓶口與漏斗（或塑料碗、盤）底部小洞相接，簡(jiǎn)易雨量筒就做好了，對(duì)照?qǐng)D1 所示的結(jié)構(gòu)示意圖，本小組同學(xué)自我檢查后，請(qǐng)老師、同學(xué)一起檢查自制儀器是否合格。

2.確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每個(gè)小組可以自主選擇空曠的、平整的監(jiān)測(cè)位置，如居住小區(qū)的樓頂、教學(xué)樓的樓頂、學(xué)校的草地等，設(shè)定1 個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。注意放置雨量筒時(shí)，筒口距地面保證70厘米。

3.開展定期監(jiān)測(cè)。在開始監(jiān)測(cè)降雨前，各小組需要制定降雨量監(jiān)測(cè)記錄表，表格包括監(jiān)測(cè)位置、采樣時(shí)間、降水量等基本信息，其他信息可根據(jù)本小組的監(jiān)測(cè)計(jì)劃設(shè)計(jì)。每場(chǎng)降雨結(jié)束后，小組成員利用課后時(shí)間，及時(shí)收集、測(cè)量?jī)?chǔ)水瓶中的降水量，避免水分蒸發(fā)。用配套的量杯測(cè)量降雨量。要做好記錄，如有條件，可以將紙質(zhì)記錄表中的數(shù)據(jù)整理到電腦上，便于保存和后續(xù)分析作圖。

在監(jiān)測(cè)降雨過程中，同學(xué)們可能會(huì)遇到很多問題，如自制雨量筒損壞、大暴雨時(shí)儲(chǔ)水瓶的雨水溢出、小組內(nèi)部分工不明確、時(shí)間緊張等問題。教師的及時(shí)指導(dǎo)和階段性總結(jié)必不可少，可以一個(gè)月進(jìn)行一次小結(jié)，各組輪流擔(dān)任主講人，對(duì)于交流遇到的問題，師生可共同探討優(yōu)化策略，推動(dòng)項(xiàng)目順利開展。另外，教師或?qū)W?？梢匝?qǐng)當(dāng)?shù)貧庀笳镜墓ぷ魅藛T作為活動(dòng)的技術(shù)顧問，為學(xué)生提供更專業(yè)的指導(dǎo)。此項(xiàng)探究式學(xué)習(xí)，能全方位、全過程地培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力。

4.繪制降水量柱狀圖。經(jīng)過長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，各小組收獲了一年內(nèi)該地區(qū)降水量的珍貴數(shù)據(jù)。計(jì)算各月降水量和年降水量，繪制逐月降水量柱狀圖，分析降雨量逐月變化規(guī)律。

（四）總結(jié)反思，持續(xù)改進(jìn)

以小組為單位，匯報(bào)項(xiàng)目式探究學(xué)習(xí)的過程和成果，互相學(xué)習(xí)。在這個(gè)過程中，教師提出問題，如降水量監(jiān)測(cè)過程中你們遇到了什么困難，是怎么解決的，此次活動(dòng)還有哪些地方需要改進(jìn)。在討論過程中，學(xué)生可能會(huì)提出一些新的問題：例如，雨量筒放在地面和樓頂對(duì)結(jié)果有影響嗎？相距10 公里的A 同學(xué)家和B 同學(xué)家降水量為什么存在差別？在該年降水量水平下，種植什么作物或樹種更合適？根據(jù)降水量的季節(jié)變化特征，給校園內(nèi)綠化用水提出合理的建議。這些問題會(huì)促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步分析真實(shí)的地理問題，持續(xù)激發(fā)他們探索的動(dòng)力。最后，師生共同評(píng)價(jià)，通過貼五角星的形式，評(píng)選出三個(gè)“最佳團(tuán)隊(duì)”。此次活動(dòng)的優(yōu)秀成果可通過學(xué)校宣傳欄或科技節(jié)等途徑進(jìn)行展示，激發(fā)更多同學(xué)對(duì)科學(xué)探究的興趣和對(duì)地理的熱愛。

三、結(jié)語(yǔ)

本次實(shí)踐項(xiàng)目，探究所在地區(qū)降水量一年中的變化特征，充分考慮了學(xué)生學(xué)情，能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。學(xué)生在知識(shí)層面，了解了所在地區(qū)降水季節(jié)變化特征，加深了對(duì)“年降水量”的理解；在技能層面，學(xué)生能夠利用身邊的材料，自制簡(jiǎn)易雨量筒，同時(shí)學(xué)會(huì)了使用雨量筒測(cè)量一個(gè)地區(qū)時(shí)段內(nèi)的降雨量；另外，學(xué)生學(xué)會(huì)了將科學(xué)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)的方式準(zhǔn)確地展示出來，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)性與實(shí)踐性緊密結(jié)合。通過與校園和所在地區(qū)生產(chǎn)生活密切相關(guān)的拓展延伸問題，提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)用價(jià)值，也帶給同學(xué)們滿滿的成就感和喜悅感。同時(shí)，學(xué)生在完成此項(xiàng)任務(wù)的過程中，充分鍛煉了交流分享能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，學(xué)生的熱情被點(diǎn)燃，探究的動(dòng)力被激發(fā)，地理實(shí)踐力得到了大幅度提升。

STEM 教育理念強(qiáng)調(diào)在解決真實(shí)的問題中，靈活運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，這與中學(xué)地理課程培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力等學(xué)科核心素養(yǎng)具有共通性。通過以上探究方案的分析，可以看到將STEM 教育理念融入中學(xué)地理教學(xué)是實(shí)現(xiàn)地理課堂育人價(jià)值的可行途徑之一。隨著理論研究的不斷深入，基于STEM 教育理念的中學(xué)地理教學(xué)必將在實(shí)踐探索中不斷創(chuàng)新和發(fā)展。