“水循環(huán)”地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

唐塘穎

（浙江省余姚中學(xué), 浙江 寧波 315400）

一、實(shí)驗(yàn)前置——在實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn)證和方案優(yōu)化中激發(fā)主動學(xué)習(xí)動機(jī)

考慮到實(shí)驗(yàn)操作比較耗時(shí)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在眾多不確定性，筆者在提出本節(jié)課實(shí)驗(yàn)主題后，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成實(shí)驗(yàn)操作，并做好拍攝記錄和視頻制作工作，這樣學(xué)生有較為充分的時(shí)間通過生生溝通、師生溝通對初步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

由于水循環(huán)的內(nèi)容在初中已有所涉及，且各環(huán)節(jié)也較易理解，這就為實(shí)驗(yàn)前置提供了可能。實(shí)驗(yàn)1“模擬水循環(huán)主要環(huán)節(jié)”和實(shí)驗(yàn)2“不同質(zhì)地土壤下滲量比較”全部由學(xué)生自主尋找實(shí)驗(yàn)器材并完成方案設(shè)計(jì)，教師主要參與實(shí)驗(yàn)問題背后原因的分析討論。具體操作過程如下。

1.實(shí)驗(yàn)1

實(shí)驗(yàn)1源自湘教版教材“水循環(huán)”這一課中的活動案例（見圖1）。學(xué)生一開始完全按教材中的提示進(jìn)行操作，酒精燈加熱燒瓶幾分鐘后，有水汽從玻璃管中大量釋放出來，但發(fā)現(xiàn)在玻璃板上的水汽凝結(jié)效果并不明顯。思考后，學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)和化學(xué)知識，選擇了接觸面小得多的燒瓶（見圖2），發(fā)現(xiàn)水汽在遇到裝有冰塊的燒瓶底部后凝結(jié)的效果更明顯。

2.實(shí)驗(yàn)2（見表1）

表1 “不同質(zhì)地土壤下滲量比較”實(shí)驗(yàn)方案和過程

（續(xù)上表）

實(shí)驗(yàn)2中第一次實(shí)驗(yàn)操作后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：淤泥下滲速度最快。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與他們已有認(rèn)知不相符。師生間線上展開了激烈討論：（1）三份土樣分別采自哪里？（2）在加水前，土壤有攪拌均勻嗎？從圖5看，瓶內(nèi)顆粒大小不一，還有較多空隙。（3）三份土樣的濕潤程度一樣嗎？學(xué)生反思總結(jié)：要重視實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)和科學(xué)性，實(shí)驗(yàn)中變量很多，盡量控制變量，減小其他因素的干擾。在完成改進(jìn)后，第二次實(shí)驗(yàn)效果明顯（見表2）。學(xué)生還受到啟發(fā)——應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)主題修正為“相同濕度條件下不同質(zhì)地土壤下滲量比較”。

表2 相同濕度條件下不同質(zhì)地土壤下滲情況比較

二、教別人學(xué)習(xí)——在實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果表達(dá)中體現(xiàn)主動學(xué)習(xí)思想

總結(jié)提煉、發(fā)展解釋是支持學(xué)生知識理解與整合的策略，“教中學(xué)”就是一套有效的發(fā)展解釋的策略。[1]學(xué)習(xí)新知的最好方法之一就是把它教給別人。從學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)維度看，這也能幫助學(xué)生認(rèn)同和接受學(xué)習(xí)活動的價(jià)值。

學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作步驟、實(shí)驗(yàn)反思等一系列心路歷程如何呈現(xiàn)給其他學(xué)生？如何借助實(shí)驗(yàn)達(dá)成設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)？如何測量非該組學(xué)生對這一學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況？筆者認(rèn)為，可以鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生思考“我可以教別人嗎”“我怎樣才能教會別人”，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象拍攝成視頻，制作成“微課”，并將其與課堂教學(xué)進(jìn)行整合，成為教學(xué)素材之一。此時(shí)，每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會成為彼此的老師，每個(gè)學(xué)生都感到自己被賦予了一種權(quán)利和職責(zé)。[2]

1.實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課，建立水循環(huán)概念

將課前完成的“模擬水循環(huán)主要環(huán)節(jié)”實(shí)驗(yàn)做成微課導(dǎo)入，實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，同時(shí)設(shè)計(jì)兩處錯(cuò)誤，要求非實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在觀看微課視頻的過程中找出錯(cuò)誤并修正。用學(xué)生自己完成的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入本身就可以激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)，“看視頻糾錯(cuò)”環(huán)節(jié)需要學(xué)生高度集中注意力，并且是基于其初中已有的水循環(huán)舊知這一學(xué)習(xí)起點(diǎn)。糾錯(cuò)環(huán)節(jié)，既可以檢測學(xué)生對初中水循環(huán)知識的掌握程度，又能幫助其建立新舊知識間的聯(lián)系。

微課解說詞：同學(xué)們，我們今天將通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)。我們準(zhǔn)備了酒精燈、石棉網(wǎng)、鐵架臺、一塊亞克力板、兩個(gè)燒瓶、一根彎玻璃導(dǎo)管。兩個(gè)燒瓶分別用來裝自來水和冰水，一根彎玻璃導(dǎo)管用來模擬蒸發(fā)環(huán)節(jié)。當(dāng)燒瓶中的水加熱沸騰后，我們看到玻璃管中有充足的水汽釋放出來，當(dāng)水汽遇到溫度較低的裝有冰水的燒瓶底部后，馬上冷卻凝結(jié)成小水滴。等待了大概1分鐘后，有小水滴相繼滴落到亞克力板上，小水滴不大，我們覺得效果不是很明顯。小組同學(xué)提議，可以延長玻璃導(dǎo)管，換成更長的玻璃導(dǎo)管，以增加底盤上的水量。

解說詞中畫橫線的就是設(shè)計(jì)的兩處錯(cuò)誤，基礎(chǔ)好的學(xué)生在第一遍觀看時(shí)就能很快找出問題。當(dāng)然，筆者在與學(xué)生課前交流中已提醒實(shí)驗(yàn)組學(xué)生做好預(yù)設(shè)——若同學(xué)們未實(shí)現(xiàn)有效觀察、思維受阻時(shí)，可以提出以下問題供思考：（1）玻璃導(dǎo)管模擬的是水循環(huán)中哪個(gè)環(huán)節(jié)？（2）如何增加實(shí)驗(yàn)中底盤的水量？相當(dāng)于是給學(xué)生一個(gè)學(xué)習(xí)支架。這個(gè)糾錯(cuò)環(huán)節(jié)，學(xué)生思維發(fā)散性強(qiáng)，區(qū)分度明顯。

2.深度解析實(shí)驗(yàn)，體悟水循環(huán)環(huán)節(jié)

在講解“下滲”環(huán)節(jié)時(shí)，播放學(xué)生制作的實(shí)驗(yàn)2“不同質(zhì)地土壤下滲量比較”的微課視頻。筆者提出問題：（1）第一次實(shí)驗(yàn)觀察到淤泥下滲的速度最快，請思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了什么問題？（2）如何改進(jìn)？請未參與本實(shí)驗(yàn)的學(xué)生和實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生都說說第一次實(shí)驗(yàn)中存在的具體操作問題并提出改進(jìn)措施。師生對話后繼續(xù)播放改進(jìn)后的第二次實(shí)驗(yàn)視頻。

實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生在第一次實(shí)驗(yàn)效果不明顯后能主動分析原因，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，再次實(shí)驗(yàn)，再改進(jìn)，再實(shí)驗(yàn)，不斷完善。教師對實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)即歷程進(jìn)行評價(jià)，高度贊揚(yáng)了他們尊重事實(shí)的科學(xué)品質(zhì)和敢于嘗試的強(qiáng)大執(zhí)行力。此外，讓未參與本實(shí)驗(yàn)的學(xué)生指出同伴的操作問題并提出改進(jìn)措施，可以激發(fā)他們投入學(xué)習(xí)的意愿，同時(shí)可以觀察此部分學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生在真實(shí)情境中接觸非線性、非結(jié)構(gòu)化的知識，發(fā)現(xiàn)學(xué)術(shù)概念的微妙和深刻之意，從而真正理解概念。

三、延伸時(shí)空——在基于問題的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)中產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)意愿

從學(xué)生的認(rèn)知思維發(fā)展角度而言，學(xué)生在學(xué)習(xí)或者探究某主題時(shí)，其思維是連續(xù)且不斷向精致化發(fā)展的。[3]因此，評價(jià)學(xué)生掌握與否，除了紙筆測驗(yàn)，筆者進(jìn)一步延伸教學(xué)時(shí)空，要求學(xué)生圍繞“水循環(huán)的地理意義”這一難度更大、創(chuàng)造性更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)主題，選取其中一個(gè)地理意義，設(shè)計(jì)和實(shí)施地理模擬實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生參與到具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)活動中，用基于問題的學(xué)習(xí)代替一味“刷題”，產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)的意愿。

以下是其中一組學(xué)生設(shè)計(jì)的“模擬‘江心洲’的形成”的實(shí)驗(yàn)方案和過程（見表3）。

表3 “模擬‘江心洲’的形成”實(shí)驗(yàn)方案和過程