地理室外課的探究與反思
——以“植物生長(zhǎng)分布的影響因素”為例

龔正權(quán) 陶 穎

（襄陽(yáng)市第五中學(xué), 湖北 襄陽(yáng) 441057）

2020年，教育部發(fā)布了《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）。新課標(biāo)要求高中地理教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注全球問(wèn)題以及我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中的重大地理問(wèn)題，弘揚(yáng)科學(xué)精神和人文精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，強(qiáng)化人口、資源、環(huán)境、社會(huì)相互協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展觀念，落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力？如何在新課標(biāo)的學(xué)習(xí)中落實(shí)地理實(shí)踐力這一地理核心素養(yǎng)？圍繞這些問(wèn)題，近些年來(lái)，中學(xué)地理老師紛紛開(kāi)展了一些教學(xué)活動(dòng)，但多圍繞大氣、水等便于開(kāi)展地理實(shí)驗(yàn)的章節(jié)。其他教學(xué)活動(dòng)受場(chǎng)地、資金、安全、教學(xué)評(píng)價(jià)等因素的影響，可操作性不強(qiáng)。如何以學(xué)生為主導(dǎo)，通過(guò)學(xué)生自主探究、自我總結(jié)和分享來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，或?yàn)榈乩硎彝饨虒W(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。為此，筆者結(jié)合學(xué)校條件和學(xué)生學(xué)情，以光照對(duì)植物分布的影響為探究主題，進(jìn)行地理室外課程的設(shè)計(jì)與反思。

一、課程設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段大多數(shù)地理室外課多半采用教師引導(dǎo)講解、學(xué)生自主觀察記錄的模式。但是可能存在班級(jí)人數(shù)過(guò)多，聽(tīng)不清楚老師講解，學(xué)生的主觀能動(dòng)性不強(qiáng)，對(duì)老師講解的知識(shí)不感興趣等問(wèn)題。這使得地理室外課沒(méi)有收到很好的效果，也未能充分鍛煉學(xué)生的地理實(shí)踐力。筆者在室外課課程設(shè)計(jì)中，采取小組合作學(xué)習(xí)的方式。

實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。各小組抽簽選取題目后，小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)安排組員的任務(wù)，并在室外課開(kāi)始前將本小組的課題規(guī)劃構(gòu)想、具體操作、任務(wù)安排等細(xì)節(jié)與老師溝通交流。在室外課結(jié)束后，小組學(xué)生需要將本組的研究成果以PPT的形式進(jìn)行匯總，并推舉匯報(bào)人，向全班學(xué)生做匯報(bào)。同一節(jié)課可以設(shè)置多個(gè)不同主題的問(wèn)題，每個(gè)小組只負(fù)責(zé)一個(gè)問(wèn)題，但是通過(guò)匯報(bào)的形式，全班學(xué)生都可以了解其他小組的研究過(guò)程和研究成果，以達(dá)到鼓勵(lì)學(xué)生相互學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步的目的。本文以探究光照對(duì)植物分布的影響這個(gè)問(wèn)題為例，對(duì)本次課進(jìn)行反思總結(jié)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

襄陽(yáng)五中教學(xué)樓和實(shí)驗(yàn)樓均為回字形連廊結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），四棟樓的中間均為天井草坪?？拷虒W(xué)樓南樓一樓的草坪均自然演化生長(zhǎng)出了帶狀分布、寬度不一的蕨類植物。為何天井草坪的南側(cè)為何會(huì)長(zhǎng)出蕨類植物？這些植物有哪些生長(zhǎng)習(xí)性？蕨類生長(zhǎng)區(qū)域的寬度與太陽(yáng)高度有關(guān)系嗎？帶著這樣的疑問(wèn)，在地理室外課中，設(shè)置如下任務(wù)：探討光照對(duì)植物分布的影響；觀察測(cè)量實(shí)驗(yàn)樓知行樓天井草坪蕨類植物分布特點(diǎn)，結(jié)合該植物生長(zhǎng)習(xí)性，推論分布成因。

圖1 襄陽(yáng)五中校園平面圖

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)探究校園自然生長(zhǎng)的蕨類植物的具體名稱、生長(zhǎng)習(xí)性、分布位置、分布特點(diǎn)，分析實(shí)驗(yàn)樓對(duì)太陽(yáng)光線的遮擋時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度、方位產(chǎn)生的差異及其原因，將其與襄陽(yáng)本地的正午太陽(yáng)高度相聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量估算實(shí)驗(yàn)樓高度，計(jì)算正午太陽(yáng)高度，推論兩者關(guān)系。

三、實(shí)驗(yàn)工具準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)工具如下：皮尺（測(cè)量蕨類植物的生長(zhǎng)寬度）、相機(jī)（拍照記錄樣本和實(shí)驗(yàn)過(guò)程）、標(biāo)本夾（采集蕨類植物葉片，制作標(biāo)本）、園藝小鏟（采集土樣）、采集袋（分裝土壤樣本）、標(biāo)簽紙（區(qū)分不同位置樣本，便于后期編號(hào)整理）、記錄本（記錄觀測(cè)的數(shù)據(jù)）、植物識(shí)別軟件（識(shí)別不熟悉的植物種類，便于了解植物習(xí)性）。

四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄

將學(xué)生分成若干組，分別完成實(shí)驗(yàn)的不同環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容包含：班級(jí)、姓名、組號(hào)、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，梳理主要實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)如下：

1.利用皮尺，測(cè)量蕨類植物生長(zhǎng)邊界的寬度，計(jì)算面積。采樣點(diǎn)分布如下所示（見(jiàn)圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪采樣地點(diǎn)分布圖

2.利用小鏟對(duì)標(biāo)號(hào)點(diǎn)進(jìn)行土樣采集，記錄土樣的顏色、濕度、土壤、生物等特征。具體土壤采樣樣本如下（見(jiàn)圖3）。

圖3 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪采樣點(diǎn)土壤樣本圖

3.利用植物識(shí)別軟件，對(duì)草坪內(nèi)的蕨類植物品種進(jìn)行鑒定，歸納總結(jié)植物習(xí)性。采集天井草坪不同位置的蕨類植物樣本，對(duì)比分析植株高度，制作植物標(biāo)本。識(shí)圖軟件操作如下（見(jiàn)圖4），不同位置的蕨類植物樣本對(duì)比如下（見(jiàn)圖5）。

圖4 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪蕨類植物手機(jī)軟件識(shí)別截圖

圖5 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪不同位置蕨類植物高度對(duì)比

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

結(jié)合實(shí)驗(yàn)樓蕨類植物寬度測(cè)量和采樣點(diǎn)位置，繪制簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖6），以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄。

圖6 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪采樣點(diǎn)示意圖

1.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1結(jié)果記錄

俯視整個(gè)天井草坪，蕨類植物緊靠實(shí)驗(yàn)樓南樓一側(cè)分布，且分布寬度不均，呈現(xiàn)出西側(cè)略寬、東部略窄的特點(diǎn)。西部最寬處大約為10米，東部最窄處大約為3米，蕨類植物與其他草本植物邊界清晰可見(jiàn)。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)2結(jié)果記錄

6個(gè)土壤采樣點(diǎn)的土壤特點(diǎn)梳理如下（見(jiàn)表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪采樣土壤特征分析

通過(guò)采樣觀察記錄得出：六個(gè)采樣點(diǎn)中，土壤水分含量最高的為②，土壤顏色最深；土壤水分含量最低的為③，土壤顏色最淺；土壤含水量由高到低大致排序?yàn)棰冢劲荩劲埽劲伲劲蓿劲邸?/p>

3.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)3結(jié)果記錄

利用植物識(shí)別軟件，對(duì)草坪內(nèi)的植被品種進(jìn)行鑒定，得出該蕨類植物名稱為漸尖毛蕨。金星蕨科，毛蕨屬，分布于長(zhǎng)江流域以南各地，東至臺(tái)灣，北至山西，西達(dá)秦嶺南部等地。多年生草本，高80～150厘米。根莖長(zhǎng)而橫走，頂部密生棕色披針形鱗片。葉片倒披針形，亞革質(zhì)，具尖，全緣或有微鋸齒。選取4個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行植株采樣，采樣點(diǎn)的蕨類植物特征梳理如下（見(jiàn)表2）。

表2 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪采樣蕨類植物特征分析

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

1.討論一：光照如何影響蕨類植物的分布，蕨類生長(zhǎng)區(qū)域的寬度與太陽(yáng)高度有何關(guān)系

由于蕨類植物喜陰的特性，其生長(zhǎng)最佳環(huán)境為全年都無(wú)陽(yáng)光直接照射。由此推論，蕨類植物生長(zhǎng)區(qū)域的寬度可能與實(shí)驗(yàn)樓全年最短日影有關(guān)。結(jié)合正午太陽(yáng)高度的相關(guān)知識(shí)，可以進(jìn)行相關(guān)分析和計(jì)算。根據(jù)測(cè)量蕨類植物寬度和實(shí)驗(yàn)樓樓高，計(jì)算樓高與寬度的比值，與夏至日正午太陽(yáng)高度角的正切值對(duì)比分析（見(jiàn)圖7）。

圖7 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪夏至日光照示意圖

利用手機(jī)軟件測(cè)量實(shí)驗(yàn)樓的高度，大約為20米，測(cè)量蕨類植物平均分布寬度為3米，兩者的比值約為6.67。

夏至日襄陽(yáng)正午太陽(yáng)高度計(jì)算，H＝90°–︱32°–23°26′︱＝81°26′，估算正切值約為Tan81°=6.31。

利用手機(jī)軟件測(cè)量樓高可能存在一定的誤差，因此，計(jì)算出的正切值可能也存在一定誤差。

為了驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性，觀測(cè)夏至日正午樓影的長(zhǎng)度是否剛好到達(dá)蕨類植物的北側(cè)邊緣。在實(shí)驗(yàn)之后的夏至日前后、地方時(shí)12點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)樓拍攝照片（見(jiàn)圖8），通過(guò)測(cè)量得出蕨類植物分布寬度大約3米，說(shuō)明以漸尖毛蕨為代表的蕨類植物，其最佳生長(zhǎng)環(huán)境為全年都無(wú)陽(yáng)光直接照射。通過(guò)分析總結(jié)得出，光照對(duì)以漸尖毛蕨毛蕨為代表的喜陰植物生長(zhǎng)分布會(huì)產(chǎn)生顯著影響。

圖8 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪夏至日前后光照景觀圖

2.討論二：為何天井草坪西側(cè)蕨類植物的分布寬度明顯寬于影長(zhǎng)，蕨類植物的生長(zhǎng)高度和寬度有何關(guān)系

太陽(yáng)高度周日變化呈現(xiàn)出由低到高再到低的規(guī)律，影長(zhǎng)的變化則是由長(zhǎng)到短再到長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)樓是回字形連廊結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)樓南側(cè)和西側(cè)樓房都會(huì)遮擋陽(yáng)光，當(dāng)午后太陽(yáng)位于西南天空時(shí)，實(shí)驗(yàn)樓西側(cè)樓房會(huì)遮擋陽(yáng)光在天井草坪西側(cè)形成大片陰影，正午時(shí)刻蕨類植物被陽(yáng)光直接照射時(shí)長(zhǎng)較短。使得方形的天井草坪南側(cè)形成西寬東窄的弱光區(qū)。

東側(cè)樓房的遮擋作用不明顯，草坪東部蕨類植物分布寬度大致與夏至日最短樓高影長(zhǎng)相當(dāng)。西側(cè)樓房的遮擋作用明顯，西側(cè)草坪漸尖毛蕨分布寬度超過(guò)夏至日最短樓高影長(zhǎng)，整個(gè)草坪漸尖毛蕨分布呈現(xiàn)出西寬東窄的特點(diǎn)（見(jiàn)圖9）。

圖9 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪漸尖毛蕨分布圖

實(shí)驗(yàn)樓遮擋陽(yáng)光，在天井草坪上形成大片陰影，導(dǎo)致靠近實(shí)驗(yàn)樓南側(cè)的草坪全年沒(méi)有陽(yáng)光照射，形成本影區(qū)。越靠近本影區(qū)，弱光條件越好，越有利于漸尖毛蕨的生長(zhǎng)。本影區(qū)的蕨類植物生長(zhǎng)茂盛，植株高度最高。天井草坪中部一年中部分時(shí)間能接受到陽(yáng)光照射，形成半影區(qū)，弱光條件差一些，蕨類植物匍匐地面生長(zhǎng)，植株高度普遍低于本影區(qū)。整個(gè)草坪蕨類植物高度大致由中部半影區(qū)向南側(cè)本影區(qū)逐漸增加，與光照條件變化大體一致。

3.討論三：華南毛蕨性喜溫暖潮濕，其生長(zhǎng)除了受到光照影響，土壤含水量是否影響蕨類植物的生長(zhǎng)

通過(guò)對(duì)采樣土壤水分比較，得出實(shí)驗(yàn)樓天井草坪的含水量分布呈現(xiàn)②＞⑤＞④＞①＞⑥＞③?？拷蠘峭凰轿恢蒙系耐寥罉颖荆执嬖诓町?，并非位置越接近實(shí)驗(yàn)樓陰影，土壤含水量越高。為何會(huì)出現(xiàn)這樣的情況？

通過(guò)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)樓的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖10），發(fā)現(xiàn)在天井草坪的四個(gè)角落，大樓設(shè)計(jì)有通風(fēng)連廊，利于實(shí)驗(yàn)樓天井內(nèi)的通風(fēng)。而①③⑥三個(gè)采樣點(diǎn)剛好位于通風(fēng)連廊處，其通風(fēng)效果比其他采樣點(diǎn)更好，土壤中的水分蒸發(fā)也就更加旺盛，因此土壤含水量存在差異。因此同樣位于背陰位置①和⑥的漸尖毛蕨的長(zhǎng)勢(shì)不如②，也不如天井草坪南側(cè)中部。通過(guò)分析總結(jié)得出，同樣滿足弱光條件下，土壤的含水量高低也會(huì)影響蕨類植物的生長(zhǎng)和分布。

圖10 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪通風(fēng)連廊示意圖

天井草坪西側(cè)的通風(fēng)連廊寬度小于東側(cè)通風(fēng)連廊（見(jiàn)圖11），西側(cè)土壤中的水分蒸發(fā)更弱，使得土壤水分含量較多，西側(cè)草坪的漸尖毛蕨長(zhǎng)勢(shì)好于東側(cè)。

圖11 實(shí)驗(yàn)樓天井草坪通風(fēng)連廊景觀圖

通過(guò)采樣對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，光照和水分是影響植物生長(zhǎng)的主要因素。以漸尖毛蕨為代表的喜陰植物，在襄陽(yáng)五中校園實(shí)驗(yàn)樓的生長(zhǎng)同時(shí)受到光照和土壤水分的影響。

七、反思

探討植物分布的影響因素的地理室外課使學(xué)生收獲很大，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。筆者對(duì)本節(jié)課的反思如下。

本次地理室外課包括提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察記錄、討論分析。整體來(lái)看是一個(gè)較為完善的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生在這一過(guò)程中運(yùn)用所學(xué)的地理知識(shí)，解決了實(shí)際生活中的地理問(wèn)題，達(dá)到了學(xué)習(xí)對(duì)生活有用的地理的目的。

由于實(shí)驗(yàn)條件有限，本課程設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)精度不高，但基本能夠達(dá)到中學(xué)階段的學(xué)習(xí)要求和實(shí)驗(yàn)條件。在日常教學(xué)中，教師要勇于創(chuàng)設(shè)條件鼓勵(lì)學(xué)生，使得學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)中。培養(yǎng)地理實(shí)踐力并非只是做實(shí)驗(yàn)，更要去反思實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。教師面對(duì)與預(yù)設(shè)結(jié)果不一致的地方，鼓勵(lì)學(xué)生敢于大膽質(zhì)疑，敢于提出自己的想法，這樣才能達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。