地理創(chuàng)新型教具開發(fā)與使用的實踐策略

摘要：地理教具是地理課程資源的重要組成部分。中學(xué)地理教學(xué)內(nèi)容具有區(qū)域性、綜合性、宏觀性和復(fù)雜性等特點，這就要求地理教學(xué)要具有直觀性。地理教具是實現(xiàn)教學(xué)直觀性的有效工具，運用地理教具進(jìn)行教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生地理實踐力等核心素養(yǎng)的有效途徑之一。以湘教版高中地理教材必修一第二章《熱力環(huán)流》一課教學(xué)設(shè)計為依托，展示了Y中學(xué)地理教具開發(fā)與利用的全過程，呈現(xiàn)了《熱力環(huán)流》一課兩次的教學(xué)過程，為如何利用地理教具培養(yǎng)地理實踐力提供范例。

關(guān)鍵詞：高中地理；地理思維；創(chuàng)新型教具

地理核心素養(yǎng)包括人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知、地理實踐力[1]。其中，地理實踐力是指人們在地理戶外考察、社會調(diào)查、模擬實驗等地理實踐活動中所具備的行動能力和品質(zhì)。地理課程具有很強的實踐性，通過實踐活動，學(xué)生能夠活學(xué)活用地理知識和技能，提高學(xué)以致用的能力。地理實踐力是高中學(xué)段地理學(xué)科最特殊的核心素養(yǎng)，地理實踐力培養(yǎng)有三種主要方式———戶外考察、社會調(diào)查和模擬實驗，而利用模擬實驗方式培養(yǎng)學(xué)生地理實踐力是目前高中階段使用較多的方式。因此，地理教具的運用對學(xué)生地理實踐力的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。地理教具是地理課程資源的重要組成部分，包括地圖、模型、標(biāo)本、教學(xué)軟件、電教器材和教學(xué)實踐場所等[2]。

Y中學(xué)是一所省屬示范高中，該校地理組一直研究思維可視化教學(xué)的方法和工具，探索如何開發(fā)和利用地理教具。該中學(xué)開發(fā)了很多地理教具，其中熱力環(huán)流教具就是較早開發(fā)的教具之一。因為熱力環(huán)流這節(jié)課本身就是學(xué)習(xí)第二章第三節(jié)大氣環(huán)境最基礎(chǔ)的一節(jié)課，熱力環(huán)流是看不見摸不著的，需要學(xué)生有較強的空間想象力，因此就更加需要在教學(xué)過程中與可視化教具相配合。這節(jié)課教具使用的目的就是想要無形的地理原理可見，從而提高學(xué)生對知識的理解和動手實踐能力[3]。

一、開發(fā)教具，課堂初體驗

（一）教具創(chuàng)意的由來

《熱力環(huán)流》屬于湘教版必修一第二章大氣環(huán)境的內(nèi)容，是高中自然地理的重點，與學(xué)生的生活實際聯(lián)系緊密，在高考中的比重也很大，而且熱力環(huán)流作為大氣環(huán)流中最簡單的形式，是學(xué)習(xí)三圈環(huán)流和氣候的基礎(chǔ)，這部分知識理解掌握了，才能為進(jìn)一步研究三圈環(huán)流和季風(fēng)環(huán)流鋪平道路。但是熱力環(huán)流對于文科生來說比較晦澀難懂，需要學(xué)生有非常強的空間想象力，教師們每次講到這節(jié)課，總是覺得舉了很多例子，可是學(xué)生仍然一頭霧水。經(jīng)過地理組的教師們潛心研究，最終發(fā)現(xiàn)：如果能夠通過一種非常直觀的教具展示出看不到的動態(tài)的熱力環(huán)流，就能把一個虛無縹緲的熱力環(huán)流變成可視化的熱力環(huán)流了，而且通過地理教具的展示，學(xué)生在合作探究的時候特別有動力和興趣，能從被動地接受變成主動地探究，也能很好地落實地理教學(xué)中的核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求[4]。

（二）教具設(shè)計過程

教具的設(shè)計一定為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)服務(wù)。Y中學(xué)教師根據(jù)《熱力環(huán)流》這節(jié)課非常抽象、邏輯性又非常強的特點，確定了教具制作需要達(dá)到如下幾個目標(biāo)：

1.*教具能夠演示整個熱力環(huán)流的過程，能夠讓學(xué)生清晰地看到熱力環(huán)流的整個過程；

2.*學(xué)生能夠自主參與實驗的過程。將學(xué)生分組，根據(jù)熱力環(huán)流的實驗過程，自己總結(jié)規(guī)律；

3.*用教具能夠演示熱力環(huán)流的應(yīng)用———海陸風(fēng)，根據(jù)學(xué)案的要求，粘貼熱力環(huán)流的箭頭。

地理教具的開發(fā)一定要依據(jù)教材，要具有實用性[5]。熱力環(huán)流是大氣運動中最簡單的一種形式，但是空氣是看不見摸不著的，無論怎樣栩栩如生的描述也收效甚微，學(xué)生也只能停留在想象中，所以Y中學(xué)制作了熱力環(huán)流的教具，在操作實驗中突破知識的盲區(qū)。

教具1：液體對流演示器

材料挑選：可以觀察液體運動的透明玻璃器皿；藍(lán)色和紅色墨水。

選擇原因：因為大氣肉眼看不到，所以用另一種物質(zhì)代替，將水加入玻璃管中，再加入墨水就能清晰的看到液體的運動了，藍(lán)色墨水代表受冷，紅色墨水代表受熱。

制作過程：工廠定制。

教具2：海陸等壓面教具

材料挑選：苯板、膠粘紙。

選擇原因：苯板———好塑形，輕巧便于攜帶；膠粘紙———美觀，顏色鮮艷可以明顯地看出等壓面的彎曲情況，可以明顯地區(qū)分等壓面。

制作過程：將苯板切割成如圖所示的等壓面，下面底座藍(lán)色是海洋，黃色是陸地，貼紙在外側(cè)包粘好。

注意事項：苯板外側(cè)用粘貼紙包裹，增加外觀美感的同時，注意因為苯板已經(jīng)被打造成曲面，因此膠紙容易起邊，所以要在里面涂上高粘度的膠水防止起邊，再用織毛衣的針串起來，固定在相應(yīng)的陸地和海洋上。

在初次設(shè)計的時候地理組想了很多方法，比如直接做成課件或者讓空氣去運動，可是空氣是看不到的很難操控，后來地理組想到讓學(xué)生用液體的熱力環(huán)流去替代空氣。于是想到了用水去代替，這時候又出現(xiàn)了一個問題，就是水應(yīng)該用什么容器展示出來呢？最后物理組教師提議，用玻璃做的回形管，于是地理組去物理儀器廠定制了這樣一個回形管，但是水也是沒有顏色的，于是決定讓學(xué)生在試管中滴入墨水，學(xué)生就可以清晰地看到液體流動的方向了，這樣就實現(xiàn)了用液體的熱力環(huán)流模擬氣體的熱力環(huán)流。

（三）教學(xué)設(shè)計

如何將設(shè)計并制作出來的教具應(yīng)用到真正的教學(xué)中，是Y中學(xué)地理組面臨的新任務(wù)，因此地理組教師經(jīng)過集體研究形成了如下教學(xué)設(shè)計：

導(dǎo)入：視頻導(dǎo)入

探究活動一：演示液體環(huán)流實驗

1.在圖1、圖2、圖3上分別用箭頭標(biāo)出液體流動的方向，并分析原因。

2.分析說明圖2試管底部液體水平運動的原因。

教師小結(jié)：液體的熱力環(huán)流形成原理。

將液體熱力環(huán)流轉(zhuǎn)換為空氣熱力環(huán)流（見圖4）。

探究活動二：熱力環(huán)流的形成

1.#在地面若A地較熱，B地較冷，在圖中畫出空氣環(huán)流示意圖，并標(biāo)出A、B、A’、B’的氣壓高低狀況。

2.比較A、A’氣壓高低。

3.將A、A’、B、B’氣壓從高到低排序。

規(guī)律總結(jié)：1.氣壓從近地面到高空垂直遞減。2.同一地點，近地面氣壓與高空情況相反。我們把氣壓相同的點連成的面叫做等壓面，如果地面的冷熱均一，等壓面就是平直的，否則就會發(fā)生彎曲。下面研究熱力環(huán)流中的等壓面的彎曲。

探究活動三：熱力環(huán)流形成過程中等壓面的彎曲

思考：1.如果A、B冷熱狀況一致，則A’、B’的氣壓數(shù)值是多少？2.如果冷熱不均，A、A’、B、B’氣壓可能會如何變化？3.畫出冷熱不均的情況下，910hpa、990hpa等壓面的彎曲狀況？

學(xué)以致用：城市風(fēng)、海陸風(fēng)模型展示（見圖5、圖6），學(xué)生現(xiàn)場匯報活動結(jié)果。

小結(jié)：課堂小結(jié)，回顧重難點，構(gòu)建知識體系。

（四）教學(xué)反思

授課之后，Y中學(xué)地理組對整個教學(xué)過程進(jìn)行了反思，并收集了學(xué)生反饋的問題。

學(xué)生A：這個教具很好，教師在操作這個實驗，我們也是第一次在地理課堂做實驗，很有趣。

學(xué)生B：對于熱力環(huán)流中氣壓的高低情況，我們還是有些疑惑。

學(xué)生C：把熱力環(huán)流的原理應(yīng)用到城市風(fēng)、海陸風(fēng)時感覺還有點茫然，而且苯板的教具不小心就讓我們給折斷了。

根據(jù)學(xué)生提供的問題，Y中學(xué)地理組也對教具的問題進(jìn)行了總結(jié)：第一，教師自己操作這個實驗雖然能讓課堂進(jìn)展很順利，但是學(xué)生看完了實驗之后，沒有親自參與，很難真正理解這個熱力環(huán)流的過程，那也就無法明白氣壓的狀況。第二，苯板因為被塑造成了有弧度的造型，就很容易折斷，上完一節(jié)課后破損嚴(yán)重，無法反復(fù)利用。第三，學(xué)生只是在學(xué)案上，畫出熱力環(huán)流的箭頭，沒有真正的在教具中體現(xiàn)高低氣壓和氣體的流動方向。

二、改進(jìn)教具，教學(xué)再設(shè)計

（一）教具的改進(jìn)

為了解決上面教具（以下稱為教具一號）和上課中的一些問題，Y中學(xué)地理組又研發(fā)了教具二號，Y中學(xué)教具一號問題及解決對策如下表（見表1）：

教具二號有了更大的優(yōu)勢。第一，教具一號是讓學(xué)生看完實驗之后，讓學(xué)生在學(xué)案上畫出箭頭，而教具二號則是讓學(xué)生在亞克力透明的背景板上貼上箭頭，小組可以共同研究如何貼箭頭，而且可以將高低氣壓的分布也直接貼到亞克力背景板上，前面的等壓面也是透明的，也不影響學(xué)生查看箭頭，又直觀又具有參與性。第二，等壓面也由以前的簡陋易損的苯板變成了亞克力做的等壓面，等壓面很薄也不容易折損，最關(guān)鍵的是能讓學(xué)生很好地區(qū)分等壓面和等壓線，我們側(cè)視教具的時候是類似于線狀，所以學(xué)生總認(rèn)為這是等壓線，而實際上通過教具能夠觀察到這是等壓面。第三，在教學(xué)方式上也進(jìn)行了修改，從原來由教師自己做液體對流實驗，變成將學(xué)生分成六組，由小組分別實驗，能夠讓學(xué)生在實踐中觀察到熱力環(huán)流的形成過程。第四，增加學(xué)以致用環(huán)節(jié)：全球性熱力環(huán)流的研究，生活中的地理———冬季打開門的熱力環(huán)流情況的探究。

（二）改進(jìn)后的教學(xué)設(shè)計

改進(jìn)教具之后的教學(xué)活動設(shè)計：

導(dǎo)入：視頻導(dǎo)入

探究活動一：學(xué)生分組進(jìn)行熱力環(huán)流實驗

液體環(huán)流實驗

實驗器材：回形管、酒精燈、火柴、藍(lán)墨水、紅墨水、鐵架臺、滴管

實驗步驟：1.利用量杯向回形管內(nèi)加水至管頸處。2.用滴管向回形管口滴入3-4滴紅墨水，觀察液體流動方向。3.10秒鐘后用酒精燈加熱回形管的右側(cè)，4.15秒鐘后用滴管向回形管口滴入3-4滴藍(lán)墨水，10秒后移動酒精燈至左側(cè)加熱，觀察液體流動狀況。

1.在圖7、圖8、圖9上分別用箭頭標(biāo)出液體流動的方向，并分析原因。

2.分析說明圖8試管底部液體水平運動的原因。

教師小結(jié)：液體的熱力環(huán)流形成原理，將液體熱力環(huán)流轉(zhuǎn)換為空氣熱力環(huán)流。

探究活動二：熱力環(huán)流形成過程

模具：1.箱體代表大氣空間。2.長方體代表冷熱源。3.箭頭代表空氣運動方向。4.圓片代表高低氣壓。

步驟：1.在箱底固定冷熱源。2.用箭頭粘貼垂直方向上空氣運動方向。3.在空氣運動的垂直方向上粘貼圓片，標(biāo)明氣壓狀況。4.在高低壓間用箭頭粘貼水平方向上的空氣運動。

結(jié)論：熱力環(huán)流的形成過程

規(guī)律總結(jié)：1.氣壓從近地面到高空垂直遞減。2.同一地點，近地面氣壓與高空情況相反。我們把氣壓相同的點連成的面叫做等壓面，如果地面的冷熱均一，等壓面就是平直的，否則就會發(fā)生彎曲。下面研究熱力環(huán)流中的等壓面的彎曲。

探究活動三：學(xué)以致用

1.全球性熱力環(huán)流的研究

研究對象：假設(shè)均一的地球表面，地球不自轉(zhuǎn)也不公轉(zhuǎn)。

研究條件：太陽輻射在地表分布的差異，造成不同地區(qū)的氣溫差異。

問題：在赤道至兩極間畫出全球性熱力環(huán)流。

研究結(jié)論：

2.大棚是保障我國北方冬春季節(jié)進(jìn)行蔬菜種植的重要技術(shù)設(shè)施，一般棚頂用塑料薄膜密封，背面是擋風(fēng)墻，側(cè)面是唯一進(jìn)出大棚的工作門。

問題：冬季時打開門，會有什么樣的感覺？畫出工作門處的熱力環(huán)流狀況。

學(xué)生現(xiàn)場匯報活動結(jié)果。

小結(jié)：通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會了共同合作、學(xué)會了觀察生活，而且發(fā)現(xiàn)原來熱力環(huán)流就在身邊。

在改進(jìn)教具之后的教學(xué)過程中，將學(xué)生分成六組，學(xué)生對于分組用全新教具做熱力環(huán)流實驗表現(xiàn)出極高的興趣，他們都會有自己的見解，共同探討實驗的結(jié)果，按學(xué)案的要求去完成實驗，每組展示成果也都很成功。改進(jìn)教具后的教學(xué)加深了學(xué)生對熱力環(huán)流原理的理解，也能使學(xué)生更好地去理解等壓面的相關(guān)知識，以及提高理論聯(lián)系實際的能力，同時學(xué)生的地理實踐力也得到了提升。經(jīng)過改進(jìn)的教具及教學(xué)過程，很好地實現(xiàn)了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生對重難點知識的理解。

地理教具的開發(fā)需要教師的工匠精神和團(tuán)隊合作精神，希望本案例能夠為如何制作地理教具以及如何利用地理教具培養(yǎng)學(xué)生地理實踐力提供范例。

參考文獻(xiàn)：

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編輯/陸鶴鳴