立足地理實(shí)踐力的高中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)
——以“地表徑流、下滲及其影響因素實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為例

尹行錦

(合肥市第九中學(xué) 安徽合肥 230001)

自《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》發(fā)布以來，地理學(xué)科核心素養(yǎng)成為高中地理教學(xué)的核心。地理實(shí)踐力作為一種必備核心素養(yǎng)，也受到越來越多的關(guān)注。相比傳統(tǒng)教學(xué)，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出了學(xué)生主體，更能有效培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力。按照實(shí)驗(yàn)操作者不同，將地理實(shí)驗(yàn)分為演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)兩種。演示實(shí)驗(yàn)是常規(guī)教學(xué)的輔助手段，由教師在課堂上操作、演示，學(xué)生觀察其中的地理過程和現(xiàn)象，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解；學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生，由學(xué)生設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備、操作、分析實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)生的全程參與，有效培養(yǎng)地理實(shí)踐力。本文所述“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)。

一、開展高中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

(一)培養(yǎng)地理實(shí)踐力，適應(yīng)新課標(biāo)要求

地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在地理教學(xué)中為完成教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和各項(xiàng)地理能力而以地理實(shí)驗(yàn)為手段開展的師生共同參與的教學(xué)活動(dòng)。

自2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)就成為高中地理一切教學(xué)活動(dòng)的核心。其中，肩負(fù)“行動(dòng)意識(shí)”“行動(dòng)能力”培養(yǎng)的地理實(shí)踐力就是一種非常重要的素養(yǎng)，這符合提高“自主思維”和“創(chuàng)新能力”的新型人才要求。新版課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)地理實(shí)踐力的培養(yǎng)，相比傳統(tǒng)教學(xué)，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出了學(xué)生主體，更能有效培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力。

(二)直觀演示現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

地理學(xué)科中某些知識(shí)難度較大，且與當(dāng)前學(xué)生生活有較遠(yuǎn)的距離，學(xué)生普遍理解困難。例如，土壤的透氣性、保水性等方面知識(shí)對(duì)城市學(xué)生來說就尤其陌生，因?yàn)槌鞘协h(huán)境中，學(xué)生很難直接接觸到土壤。通過做相關(guān)地理實(shí)驗(yàn)，不僅能夠?qū)⒌乩憩F(xiàn)象及其形成過程直觀地展現(xiàn)出來，便于學(xué)生理解，而且易于激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

(三)揭示地理原理，啟發(fā)學(xué)生思考

受已有知識(shí)儲(chǔ)備或知識(shí)難度限制，許多知識(shí)點(diǎn)并不能讓學(xué)生理解得很透徹，如地表徑流、下滲及其影響因素。通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不僅增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)水循環(huán)過程的理解，還能啟發(fā)學(xué)生逐步思考影響各主要環(huán)節(jié)的因素。

(四)培養(yǎng)分析能力，提升地理思維

杜威認(rèn)為，學(xué)習(xí)是知行統(tǒng)一的規(guī)律，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)中學(xué)生的主體地位和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)地位，并強(qiáng)調(diào)真實(shí)經(jīng)驗(yàn)存在的意義。這與地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式異曲同工，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)即是建立在真實(shí)情境下，促進(jìn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問題，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，配合實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行問題分析，從而解決地理問題。

二、高中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的原則

(一)科學(xué)性原則

地理學(xué)，尤其是自然地理學(xué)，是一門科學(xué)，其知識(shí)是建立在科學(xué)的過程和原理之上的。地理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的是還原地理過程或探究地理原理，為了準(zhǔn)確地呈現(xiàn)地理過程或原理，實(shí)驗(yàn)本身的科學(xué)性就尤為重要。

(二)典型性原則

現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，地理實(shí)驗(yàn)對(duì)地理課堂來說是“奢侈”的，因?yàn)檎n時(shí)本身就很緊張。這就要求地理實(shí)驗(yàn)必須認(rèn)真篩選，集中精力做一些典型的、有代表性的、能培養(yǎng)地理實(shí)踐力的實(shí)驗(yàn)。

(三)適切性原則

中學(xué)生有自身獨(dú)特的身心特征，教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)根據(jù)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和能力基礎(chǔ)，結(jié)合預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)，選擇合適的內(nèi)容、合適的工具、合適的分組，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，滿足學(xué)生知識(shí)和技能提升的需求。站在學(xué)生的角度思考“什么樣的實(shí)驗(yàn)我會(huì)感興趣”，站在教師的角度思考“什么樣的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力的提升有幫助”?？傊瑢?shí)驗(yàn)的選擇應(yīng)當(dāng)以滿足學(xué)生需求為原則。

(四)可行性原則

現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，許多地理原理或過程是無法通過簡單實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的，如三圈環(huán)流的形成過程；也有許多實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置有很高要求，如證明地球自轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)。這就要求高中地理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮實(shí)驗(yàn)的可行性。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)該明顯、易觀察，通過認(rèn)真觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)即可分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論；實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)該取材方便，制作容易，通過材料的簡單處理和組裝即可使用。

三、高中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)策略

(一)把握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，首先應(yīng)該確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在內(nèi)容選擇時(shí)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步估計(jì)，大致了解實(shí)驗(yàn)的原理、過程和可能結(jié)果，并初步判斷實(shí)驗(yàn)實(shí)施的科學(xué)性、典型性、適切性和可行性問題，只有滿足這些條件，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施才能順利有效進(jìn)行。

(二)分析課標(biāo)、教材，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是地理課堂教學(xué)的一部分，實(shí)驗(yàn)實(shí)施的最終目標(biāo)也是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析課標(biāo)要求和教材內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)應(yīng)該達(dá)成的目標(biāo)。課標(biāo)為總體目標(biāo)，總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的知識(shí)載體是教材，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是總體目標(biāo)的分解，是達(dá)成課標(biāo)的階段性保證。

教師需要研讀課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，明確實(shí)驗(yàn)原理(特定的地理事實(shí)、過程或規(guī)律)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，確定這個(gè)實(shí)驗(yàn)要達(dá)到哪些教學(xué)目標(biāo)，然后清晰地陳述這些目標(biāo)與問題。

(三)立足現(xiàn)實(shí)，分析學(xué)情，引導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

在充分分析學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，分析實(shí)驗(yàn)原理，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比常規(guī)教學(xué)最大的優(yōu)勢，就是有助于培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高地理實(shí)踐力。教學(xué)中應(yīng)充分發(fā)揮這一優(yōu)勢，教師引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作分析實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

(四)引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備材料，搭建裝置，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)完成后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)方案準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，搭建實(shí)驗(yàn)裝置。這個(gè)過程依然是以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，尋找易于獲得的材料，通過動(dòng)手處理，改裝成能滿足實(shí)驗(yàn)需要的裝置。學(xué)生全程自主動(dòng)手，真正提高地理實(shí)踐力。

(五)針對(duì)性指導(dǎo)，科學(xué)操作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作上難以保證絕對(duì)正確，因此在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教師需要有針對(duì)性地做好指導(dǎo)，及時(shí)記錄出現(xiàn)的錯(cuò)誤，必要時(shí)予以糾正。指導(dǎo)學(xué)生真實(shí)、詳細(xì)地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，啟發(fā)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“偶發(fā)性問題”。

(六)科學(xué)分析，理性反思，形成報(bào)告，評(píng)價(jià)結(jié)果

最后，需要對(duì)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)、科學(xué)的分析。通過定性分析和定量分析，找到數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，將實(shí)驗(yàn)結(jié)論與實(shí)驗(yàn)原理結(jié)合，進(jìn)行邏輯分析和理性反思，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否科學(xué)、準(zhǔn)確，找到新的問題，并啟發(fā)進(jìn)一步的思考和實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

四、高中地理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例——“地表徑流、下滲及其影響因素實(shí)驗(yàn)教學(xué)”

(一)課標(biāo)要求及理解

1.課標(biāo)內(nèi)容要求：本實(shí)驗(yàn)研究的問題主要涉及必修課程地理一的水循環(huán)和選擇性必修一自然地理基礎(chǔ)中的自然地理環(huán)境整體性，其課標(biāo)內(nèi)容要求分別為必修一:1.7運(yùn)用示意圖說明水循環(huán)的過程和意義；選擇性必修一:1.9運(yùn)用圖表并結(jié)合實(shí)例分析自然地理環(huán)境的整體性和地域分異規(guī)律。

2.對(duì)課標(biāo)的理解：水循環(huán)過程比較簡單，但理解水循環(huán)各環(huán)節(jié)受哪些因素影響，難度較大。水作為自然地理環(huán)境的重要組成部分，其循環(huán)過程也是自然地理環(huán)境整體性中的一個(gè)重要方面，因此水循環(huán)中的許多細(xì)節(jié)知識(shí)明顯地影響著我們對(duì)地理環(huán)境整體性的理解。因而，從課標(biāo)要求及知識(shí)的邏輯性、體系性角度來講，此內(nèi)容很重要。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

1.分析影響下滲、地表徑流的因素(綜合思維)。

2.分析降水、地表徑流、下滲、地下徑流的關(guān)系(綜合思維)。

3.初步培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)意識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法以及動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的能力(地理實(shí)踐力)。

4.通過對(duì)影響地表徑流、下滲等因素的探究，思考人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響(人地協(xié)調(diào)觀)。

(三)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

模擬實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、定性+定量分析法。

(四)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課并非給定方案，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，而是引導(dǎo)學(xué)生從分析期望解決的問題開始，逐步自主設(shè)置實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、探究原理，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并分析數(shù)據(jù)，最終得到實(shí)驗(yàn)報(bào)告。本實(shí)驗(yàn)所要給學(xué)生的也不只是一些簡單的結(jié)論，而是將重點(diǎn)放在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究的意識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法和親手完成實(shí)驗(yàn)的能力。當(dāng)然，教師必須事先準(zhǔn)備一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，在學(xué)生需要時(shí)提供參考。

1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

2.分析實(shí)驗(yàn)原理

降水到達(dá)地面形成地表徑流，流動(dòng)中部分下滲，轉(zhuǎn)化為地下徑流，下滲過程受到降水量、降水強(qiáng)度、土質(zhì)、坡度、植被覆蓋率等因素的影響，地表徑流也因此而受到影響。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

(1)根據(jù)待檢驗(yàn)的五個(gè)變量，設(shè)計(jì)六組實(shí)驗(yàn)。

(2)分析實(shí)驗(yàn)程序：

設(shè)置一個(gè)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)①，變量控制為坡度較小，降水500 mL，降水強(qiáng)度較小，無植被覆蓋，疏松沙子；

設(shè)置實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)：保持其他條件不變，依次改變降水量(變?yōu)?000 mL)、降水強(qiáng)度(變大)、坡度(變大)、植被覆蓋率(增加草皮覆蓋)、土質(zhì)(土質(zhì)變緊密，使用泥沙混合并壓實(shí))并依次編號(hào)為實(shí)驗(yàn)組②、③、④、⑤、⑥。

4.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)實(shí)驗(yàn)材料見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料

(2)制作簡易實(shí)驗(yàn)器材：①1.5 L塑料牛奶盒的處理(制作設(shè)備主體并作為地下徑流收集器)；②純凈水瓶的處理(制作高支架a和低支架b模擬不同坡度，另外兩只純凈水瓶分別用大頭針和錐子在瓶底鉆孔制作降水模擬器a、b，模擬小強(qiáng)度降水和大強(qiáng)度降水)；③紙質(zhì)牛奶盒的處理(制作盛土容器模擬坡面)；④搭建實(shí)驗(yàn)器材。

(3)制作實(shí)驗(yàn)記錄表

根據(jù)需要，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)完成。

(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作(見表2)

表2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

(5)明確組內(nèi)成員分工：如確定模擬操作員、徑流測量員、泥沙測量員、記錄員、質(zhì)量監(jiān)督員等。

(6)分析實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：如安全性、科學(xué)性等。

(7)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)論是要引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)中需要解決的問題；參考問題是教師提出來的，供學(xué)生進(jìn)一步思考的問題。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①影響下滲的因素有哪些？為什么會(huì)對(duì)下滲產(chǎn)生影響？②降水量、地表徑流、下滲、地下徑流間有怎樣的關(guān)系？

參考問題：①真實(shí)的自然環(huán)境中以上結(jié)論是否依然成立？為什么？②哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性？可如何改進(jìn)？③實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中有哪些不足？④地表徑流收集器中為何會(huì)有沙子？真實(shí)的自然環(huán)境中代表什么環(huán)境問題？沙子的多少受哪些因素的影響？可采取什么措施減少流失的泥沙量？驗(yàn)證你的結(jié)論。

5.引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

6.布置學(xué)生寫一篇實(shí)驗(yàn)反思

通過反思，學(xué)生可回顧整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，重溫重要結(jié)論，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為今后的實(shí)驗(yàn)打下更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(五)教學(xué)過程設(shè)計(jì)

略。

五、教學(xué)反思與自我評(píng)價(jià)

(一)自我評(píng)價(jià)

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課達(dá)成了預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了較好的教學(xué)效果。

(二)教學(xué)反思

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的成功之處主要有以下幾點(diǎn)。

1.實(shí)驗(yàn)材料的獲取簡單易行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)解決多個(gè)問題(如同時(shí)分析了水、土流失問題)。

2.圓滿完成了教學(xué)任務(wù)，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握牢固，直觀且印象深刻。

3.培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)意識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法以及動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的能力(地理實(shí)踐力)。

4.通過對(duì)影響地表徑流、下滲等因素的主動(dòng)探究，啟發(fā)了學(xué)生統(tǒng)籌思考的能力，培養(yǎng)了綜合思維。

5.通過將實(shí)驗(yàn)結(jié)論聯(lián)系實(shí)際問題，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)人與自然相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了人地協(xié)調(diào)觀。

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的不足之處主要有以下幾點(diǎn)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備多為廢棄物再利用，雖然方便獲取，但也限制了實(shí)驗(yàn)效果，后期應(yīng)考慮選擇更好的實(shí)驗(yàn)材料。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)中規(guī)范性不夠，許多不規(guī)范的操作實(shí)際上引起了實(shí)驗(yàn)變量的改變，如筆者在觀察中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)降水位置控制得不夠好，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.做不同植被覆蓋條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，采用在沙土上覆蓋草皮的方法，實(shí)際上不僅改變了植被覆蓋，也改變了下層土質(zhì)，這一點(diǎn)有待將來改進(jìn)。

(三)總結(jié)

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是單純地帶著學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，更重要的是帶著學(xué)生一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)過程對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)可能比實(shí)驗(yàn)結(jié)論更重要。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種重要的教學(xué)方法，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)能力的過程中有不可替代的重要性，它應(yīng)該越來越多地走進(jìn)地理課堂。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力需要在未來的工作中不斷磨煉，需要不斷努力。