美國地理教材實驗設計與編制及對我國的啟示

信陽師范學院城市與環(huán)境科學學院（464000） 李文田 蘇 華

美國地理教材實驗設計與編制及對我國的啟示

信陽師范學院城市與環(huán)境科學學院（464000） 李文田 蘇 華

地理實驗是促進學生地理知識學習、強化學生地理技能訓練、培養(yǎng)學生地理科學素養(yǎng)的重要途徑與載體，在現(xiàn)代地理課程與教學中具有重要的地位和作用，也正日漸成為地理教材的重要組成部分。鑒于多種原因，在我國的地理課程與教學當中，地理實驗還是較為薄弱的環(huán)節(jié)，在地理教材的內(nèi)容構成當中還沒有顯示出應有的位置和價值。為此，研究國外地理教材中有關地理實驗的內(nèi)容構成與設計特色，借鑒其設計理念及編制成果，將對我國的地理教材編制起到有益的促進作用。

美國地理教材《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》(Earth Science: Geology, the Environment and the Universe)由美國麥格勞-希爾（McGraw-Hill）出版公司出版，供9-12年級學生使用，是美國當前高中階段的主流地理教材。全書由8個單元、31個章節(jié)組成，內(nèi)容豐富，條理清晰。教材設計與編制突出“學生中心論”和“社會中心論”，弱化“學科中心論”，內(nèi)容選取和闡述與傳統(tǒng)地理教材區(qū)別顯著。尤其在地理實驗的設計與編制上，自始至終貫穿了知識、能力、方法并重，動手動腦趣味無窮的思想與策略，非常符合學生的身心發(fā)展和現(xiàn)代社會的實際需求，很好地體現(xiàn)了現(xiàn)代課程理論的思想特色。全書倡導要使學生像科學家那樣思考，像科學家那樣探索，像科學家那樣發(fā)現(xiàn)，使學生在輕松、愉悅的實驗中成為探索自然奧秘，做出科學創(chuàng)造的科學發(fā)現(xiàn)者。

一、教材中地理實驗設計與編制的特點

1．地理實驗內(nèi)容與類型豐富多樣

全書地理實驗內(nèi)容豐富，由于本教材主要供美國理科高中生使用，所以教材中地理實驗的內(nèi)容主要從自然科學角度出發(fā)，內(nèi)容涵蓋天文學、地質(zhì)學、地貌學、氣象學、海洋學、水文學、資源學與環(huán)境學等學科內(nèi)容，以體現(xiàn)較為系統(tǒng)和完整的自然地理學內(nèi)容為其目的。在實驗的內(nèi)容構成上，按照地球的物質(zhì)構成、地球的表層系統(tǒng)、地球的內(nèi)部結構及地球之外的順序進行編排，范圍從地球內(nèi)部到地表，由大氣到太空，涉及地球各個組成部分有關的作用和過程，內(nèi)容豐富，通過不同類型地理實驗的理論描述和實踐操作，為學生提供了解地理科學的廣泛渠道。就實驗場景而言，既有以室內(nèi)內(nèi)容為主的實驗，如“用國際單位制測量”、“制作地震烈度圖”、“巨大的胃口”、“解釋塑造歷史的事件”等；又有以室外內(nèi)容為主的實驗，如“模擬地震”、“識別沿岸地貌”、“研究大氣壓力-溫度的關系”、“觀測太陽”等。就實驗主體而言，既有以獨立完成為主要內(nèi)容的實驗，如“如何確定地物在地球上的位置”、“來自前寒武紀的收益：計算采礦成本”、“危險火山排序”、“露的形成”等；又有以合作探究為主要內(nèi)容的實驗，如“制作礦物圖鑒”、“制作和使用地圖”、“多種多樣的資源”、“太陽系的比例模型”等。就實驗性質(zhì)而言，既有以動腦為主要內(nèi)容的實驗，如“如何確定相對年齡”、“計算坡度：分析海拔高程變化”、“設計一個太陽能海水淡化器”、“危險火山排序”等；又有以操作為主要內(nèi)容的實驗，如“制作晶系模型”、“繪制滑坡圖”、“測量地球的陸地和水體”、“模擬水的運動”等。

全書共設置地理實驗124個，根據(jù)其功能與作用的不同，分為四種基本類型：即探索試驗、迷你實驗、技能實驗與地學實驗。在實驗數(shù)量的分配上，四種基本類型的實驗均為31個，為保證地理課堂教學的相對均衡，每章分別設置4個地理實驗，分別為1個探索試驗、1個迷你實驗、1個技能實驗和1個地學實驗。根據(jù)各章節(jié)具體內(nèi)容與要求的差異，地學實驗在不同的章節(jié)中又分別以四種亞類型出現(xiàn)，即地學實驗、網(wǎng)絡實驗、地學制圖實驗與設計實驗等。不同類型的地理實驗在教材中出現(xiàn)的位置與時機各不相同，具有不同的地位和作用。每章起始設置“探索實驗”，幫助學生了解本章的主要內(nèi)容及引起學生的學習興趣；章節(jié)之中設置“迷你試驗”與“技能實驗”，幫助學生鞏固所學地理原理、內(nèi)容與技能，注重操作能力的訓練；每章結束安排“地學實驗”，使學生全面了解基本的實驗過程，熟練實驗研究方法的應用。這樣的全方位組合，便于學生建立有關地理實驗的完整結構。

2．地理實驗設計與編制講究邏輯，突出層次性

教材中地理實驗的設置順序，依照教育規(guī)律，突出邏輯性，圍繞教材內(nèi)容主題、重要概念及核心問題展開。每章開始前設置一個探索實驗，主要用來介紹該章的內(nèi)容并引起學生對本章學習內(nèi)容的關注和了解，起到開篇導入的作用。實驗內(nèi)容的設計與編制貼近生活，趣味性強，操作簡便，便于學生輕松入門，實現(xiàn)快樂學習。如“觀察礦物的形狀”、“模擬沉積巖分層”、“露的形成”、“測量地球的陸地與水體”、“在哪里可以發(fā)現(xiàn)石油”、“觀測太陽”等。

章節(jié)內(nèi)容之中，分別穿插設計迷你實驗和技能實驗，目的是分別從不同的角度對所學內(nèi)容進行實驗演示，以增進學生對所學地理知識與技能的理解與掌握。迷你實驗的實驗過程一般比較簡短，所用儀器、材料易于獲取，操作簡單，可以在家或在老師的幫助下完成，有助于學生對所學地理知識的認識與鞏固，并引發(fā)學生對具體學習內(nèi)容的興趣和積極性。如“如何確定地物在地球上的位置”、“影響云和降水形成的因素”、“研究海水的化學組成”、“硬水”等。技能實驗比迷你實驗相對復雜和有一定的難度，實驗內(nèi)容主要為以數(shù)學為基礎的地理練習，通常需要解釋地理數(shù)據(jù)并制作地理圖形。目的在于通過實驗操作與學習，訓練學生的地理基本技能，如解讀、繪制地理圖表的技能，整理、計算地理數(shù)據(jù)的技能，分析、應用地理資料的技能等。技能實驗的實驗數(shù)據(jù)、實驗材料、問題提出多出自現(xiàn)實生活，內(nèi)容來源與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密，注重對學生解決生活實際問題技能的培養(yǎng)。如“計算坡度：分析海拔高程的變化”、“分析科學圖表：估算礦物的成分”、“制作并使用圖表：探索地震波的傳播時間”、“解釋科學圖表：預測日食外觀”等。

每章內(nèi)容結束設置一個地學實驗，內(nèi)容較為豐富和充實，約為2頁左右。相比與其它三類實驗，地學實驗目標更為明確，步驟更為完整，內(nèi)容更為具體，是從地理科學角度出發(fā)安排的綜合性地理實驗。根據(jù)各章節(jié)具體內(nèi)容與要求的差異，地學實驗在不同的章節(jié)中又分為四種亞類型：地學實驗、網(wǎng)絡實驗、地學制圖實驗與設計實驗。地學實驗一般包括實驗準備（如問題、器材、目標等）、實驗步驟或實驗設計、實驗分析、結論與應用等四個部分，比較完整具體，目的在于使學生明確完整地理實驗所需的準備、材料及步驟，從而訓練學生掌握系統(tǒng)完整的地理實驗方法。如地學實驗“探索巖石的變化”、“震中的定位”；網(wǎng)絡實驗“追蹤颶風”、“星系的分類”；地學制圖實驗“繪制滑坡圖”、“制作古地磁圖”；設計實驗“設計一個太陽能海水淡化器”、“設計一個能量高效利用的建筑”等。

3．地理實驗設計與編制注重發(fā)展，強調(diào)探究性

探究是進行科學實驗的基礎，任何實驗都離不開探究；發(fā)展是學生素質(zhì)的進一步完善，任何實驗都以促進學生的素質(zhì)完善為目標。地理實驗的探究性就在于通過讓學生參與實驗，進行探究，發(fā)展學生的各項技能和能力，培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新精神，促進學生的身心發(fā)展，完善學生的自身素質(zhì)。美國地理教材《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》中地理實驗的設計與編寫，非常注重通過實驗探究達到促進學生成長與發(fā)展的作用。教材不僅在知識呈現(xiàn)時，注重科學家發(fā)現(xiàn)這些知識的探索與發(fā)現(xiàn)過程，而且通過多種多樣的地理實驗設計與編寫，進一步加深學生的體會和感受。首先通過實驗的情景創(chuàng)設，激發(fā)學生對實驗的探究興趣和欲望，提高學生參與實驗探索的積極性和主動性。其次通過實驗的過程設計，給學生自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的機會，始終堅持培養(yǎng)學生動手動腦、開展科學探究的方法和能力，促進學生自身能力的發(fā)展。最后通過實驗結果的分析與應用，讓學生體會和感受實驗的成功與喜悅，使學生產(chǎn)生對進一步實驗的期待。同時，在問題探究的處理上，講究邏輯性和層次性，課文開始之初安排操作較為簡單的探索實驗，激發(fā)學生的實驗熱情；章節(jié)之中穿插技能實驗和迷你試驗，培養(yǎng)學生的實驗技能和加深學生對所學知識的理解；章節(jié)結束安排結構完整的地學實驗，訓練學生掌握系統(tǒng)、完整的地理實驗方法，利于學生技能和能力的持續(xù)、全面發(fā)展。如第5單元“動態(tài)的地球”第19章“地震”中的技能實驗“制作并使用圖表：探索地震波的傳播時間”。

【技能實驗】制作并使用圖表

探索地震波的傳播時間，可以將地震波比作賽跑者。假設帕姆和薩姆比賽100米短跑，帕姆跑完100米用了12s，薩姆用了14.5s。

步驟

（1）復制右圖（略）。在圖中畫兩點代表帕姆和薩姆跑完100米所用的時間。從這兩點分別畫一條直線到原點。這兩條線就是帕姆和薩姆的時間曲線。

（2）測量50米處這兩條線之間的時間間隔。是大于1s還是小于1s？

（3）將尺子平行于縱坐標軸的方向移動，直到找到兩條曲線的時間間隔為1s的位置。這時的距離是多少？

分析

（1）在其它的距離上有沒有相同的時間間隔？

（2）兩個賽跑者的平均速度分別是每秒多少米？

理性思維

（1）檢查你的計算結果，用步驟3所得的距離分別除以兩個人的速度，得到每個人到達那點所用的時間，兩者相差是否為1s？

（2）帕姆和薩姆分別代表哪種地震波？討論一下你的曲線與地震波的時距曲線有什么不同。

4．地理實驗設計與編制聯(lián)系實際，倡導生活性

美國心理學家布魯納說:“學習的最好刺激乃是對學習材料的興趣”。這句話同樣適用于地理實驗的設計與編寫，富有情趣和吸引力的地理實驗，會刺激學生了解實驗、參與實驗的興趣和欲望，有助于學生對地理實驗的探索和學習。地理知識的學習非常強調(diào)由近及遠，結合身邊的事物進行，而許多富有趣味的地理學習材料都是來源于現(xiàn)實生活的。地理實驗從實驗情景的創(chuàng)設到實驗內(nèi)容的編寫，如果結合身邊事物及日常生活進行，不僅有利于激發(fā)學生的學習興趣，而且有助于使學生對地理事物產(chǎn)生身臨其境的感覺，避免空泛而論，還有助于學生對“學習對生活有用的地理”的認識，激發(fā)學生學習地理的積極性和創(chuàng)造性。美國地理教材《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》倡導教給學生具有趣味性的活生生的地理學，在地理實驗的設計與編寫上，注重從現(xiàn)實生產(chǎn)與生活中挖掘素材，強調(diào)生活知識與科學知識之間的切換。為了更好地實現(xiàn)學生各種直覺感觀對信息的捕捉及思維和實踐的創(chuàng)新過程，教材在充分體現(xiàn)生活知識和科學知識切換的基礎上，精心設計與編寫地理實驗，注重突出地理實驗的趣味性和生活性。如：“土壤和水怎樣吸收和釋放熱量？”、“紅層為什么是紅色的？”、“識別沿岸地貌”、“模擬地下水的儲存”、“推斷自流水含水層的水位”、“了解大氣污染物的變化”等等。通過生活場景中的現(xiàn)象探究地理科學知識，把抽象的地理知識融入生活情節(jié)之中，增強其趣味性與生活化。如第1單元“地球科學”第2章“繪制我們的世界”中的探索實驗“制作和使用地圖”。

【探索實驗】制作和使用地圖

有沒有人向你問過路？如果有，你一定知道必須盡可能詳細地告訴問路人各種信息，以便他們找到要去的地點。你可能還意識到畫一幅詳細的地圖能更清楚地說明要走的路線。

（1）假設你的同班同學不知道你家住在哪里，請你向他口頭描述從學校到你家的路線，越詳細越好。

（2）先用繪圖紙和彩色鉛筆畫一幅從學校到你家的地圖，包括主要地物和一些細節(jié)，再將你畫好的地圖展示給班上同學看。

（3）請你的同學向你口頭描述從學校到他/她家的路線，然后也請他/她畫一幅地圖讓你來檢查。

觀察：你發(fā)現(xiàn)哪一種方式更有效，口頭描述還是地圖表示？請說明理由。你的地圖中包括了哪些信息？與同學探討怎樣改進你的地圖，還要加上哪些細節(jié)？

二、對我國地理教材設計與編制的啟示

1．增設地理實驗專欄，優(yōu)化地理教材欄目

專欄是教材的重要組成部分，起著提綱挈領的作用。同時，教材專欄的內(nèi)容、形式等也分別體現(xiàn)著不同類型和層次的教育理念，多樣化的教材欄目不僅對于教師的教，而且對于學生的學能夠起到不同的作用與效果。教材的設計與編制應注重對欄目的設計與優(yōu)化，按專欄要求組織好教材中的內(nèi)容與活動，充分體現(xiàn)和挖掘其豐富的教育性因素。就地理實驗專欄而言，與美國地理教材《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》相比，我國現(xiàn)行的高中地理教材，無論是《全日制普通高級中學教材：地理》或者是《普通高中課程標準實驗教材：地理》均缺少這一欄目的設置。地理學雖說不像物理學、化學、生物學等學科一樣是以實驗為基礎的學科，但地理實驗在地理學科的學習過程中，同樣具有形成、發(fā)展和驗證地理知識、地理原理、地理過程的重要作用。

同時，地理實驗在現(xiàn)代地理教學中的作用也在發(fā)生明顯的變化，地理實驗正從原先作為地理教學的一個輔助手段向貫穿于整個地理教學過程中創(chuàng)造地理情境，探索地理規(guī)律的主要手段轉變。在具體的地理教學過程中，地理實驗可以為學生的地理學習創(chuàng)設適于探究的地理情境，促進學生在自主探究中，獲取地理知識，訓練地理技能，提高地理能力，體驗地理科研方法，培養(yǎng)學生科學的態(tài)度和價值觀。地理實驗正有機地在地理教材中和地理知識融為一體，地理實驗的探索過程就是地理知識的學習過程，這在美國《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》教材中可以得到明顯的體現(xiàn)。在我國的高中地理教材欄目與內(nèi)容中，有一些欄目和內(nèi)容是可以設計和改編為地理實驗的，如一些“活動”、“案例”、“問題研究”、“讀圖思考”等，具有增設這一欄目的條件。所以，我國地理教材的設計與編制可以考慮增設“地理實驗”專欄，這樣不僅可以優(yōu)化我國地理教材的欄目，對地理學科的教學起到良好的促進作用，而且還可以和世界其它國家的地理教材欄目接軌，便于不同國家之間教材的合作與交流。

2．注重學生全面發(fā)展，強化地理實驗探究

當代課程觀的一個顯著特征就是以學生為本，注重學生的全面發(fā)展。主張既要重視對學生進行智力訓練，促進學生的智力發(fā)展，更要重視對學生技能和能力的培養(yǎng)以及情感態(tài)度價值觀的養(yǎng)成，培養(yǎng)學生健康、完美、和諧的個人品格，致力于學生知識、技能、能力、情感等的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。地理實驗中的探究是指學生積極主動地獲取地理知識與技能、認識和解決地理問題的重要實踐活動。美國地理教材中實驗設計與編寫的一個顯著特點就是注重探究，通過學生對地理實驗的探究，培養(yǎng)學生的各項技能和能力，促進學生的身心發(fā)展。這一思想與做法在我國地理教材的設計與編制中，同樣應該得到重視和實行。通過強化地理實驗設計與編寫的探究性，促進學生的全面發(fā)展。

地理實驗設計與編寫探究性的強化，可以從多方面來進行。如在地理實驗的探究形式上可以多樣化，而不拘泥于一種或幾種固定的形式。如聯(lián)系實際生活的探究、角色扮演的探究、創(chuàng)設情境的探究、設置疑問的探究、解決問題的探究等。在地理實驗的問題提出上，可以借助于照片、表格、地圖、人物等多種形式來進行直觀、形象、生動的表達，以增強地理實驗探究問題的趣味性與表達效果。在地理實驗的材料選擇上，可以與社會、生活實際相聯(lián)系，選取世人所普遍關注的人口、資源、環(huán)境、發(fā)展等問題，使學生在學習地理知識的同時，科學地認識地理在人類社會及生活中的作用。在地理實驗的內(nèi)容組織上，可以打破地理知識間的界限或制約，而不追求學科體系的完整和系統(tǒng)性，注意與其它學科知識間協(xié)調(diào)與融合，側重于有利于學生探究能力發(fā)展的角度加以組織內(nèi)容。在地理實驗的結果上，可以突破實驗結果以知識性、結論性表述為主的局限，增加對學生實驗活動的指導與要求，把實驗的發(fā)現(xiàn)權交給學生，加強學生獨立獲取知識與實驗能力的培養(yǎng)，讓學生充分體驗通過實驗而獲得的喜悅和成就感，從而激發(fā)其進一步探究的欲望。總之，地理實驗設計與編寫的探究性既要注意符合學生年齡特征，注重啟發(fā)性、思考性和便于操作，又要重視智力、能力、情感等隱性結構的特點，以利于學生的全面發(fā)展。

3．聯(lián)系社會生活實際，活化地理實驗內(nèi)容

目前，地理教育關注的焦點，正由注重改善學生的地理知識結構、培養(yǎng)學生的地理技能向強調(diào)學生的地理生活能力、培養(yǎng)學生的地理科學觀念方向轉變，以適應現(xiàn)代社會對提高公民科學素質(zhì)的要求。國內(nèi)外大多數(shù)國家中學地理教材的發(fā)展趨勢也多從培養(yǎng)合格的公民出發(fā)，強調(diào)學習對生活有用的地理，學習對終身發(fā)展有用的地理，注重地理知識與生活實際的聯(lián)系，注意對學生生活能力的培養(yǎng)，倡導在地理教材內(nèi)容中融進與現(xiàn)實生活緊密相關的內(nèi)容及要求。美國《地理：地質(zhì)學、環(huán)境與宇宙》教材的地理實驗當中，許多地理實驗的設計與編寫都緊密聯(lián)系社會生活實際進行選材，實驗情景的創(chuàng)設、實驗過程的探究、實驗問題的提出等都與現(xiàn)實生活有關。通過對現(xiàn)實生活中的問題進行靈活設計與處理，使之融入到具體地理實驗當中，從而使學生進行地理實驗的過程，不僅是學生地理學習的過程，更是學生認識生活、發(fā)現(xiàn)生活、學習生活的過程。聯(lián)系生活實際設計與編寫地理實驗，會增強學生學習地理的親近感，提高學生學習地理的自主性。

聯(lián)系社會生活實際，活化地理實驗內(nèi)容的關鍵是要有效結合與社會生活聯(lián)系緊密的地理內(nèi)容，提高地理實驗的設計與編寫質(zhì)量，在保證地理實驗科學性的基礎上，重視實驗內(nèi)容與社會生活實際的聯(lián)系，從學生身邊的問題和感興趣的事物出發(fā)設計實驗，激發(fā)學生對地理現(xiàn)象進行探究的興趣和愿望。使學生通過地理實驗的學習，達到增加參與生活、了解社會的目的。使學生通過實驗體驗探究的樂趣，認識地理知識在社會生活中的應用。生活中可以與地理實驗產(chǎn)生聯(lián)系的內(nèi)容眾多，可以根據(jù)實際需要相應選取。如可以從日常的衣食住行入手；可以從不同區(qū)域的生活方式入手；可以從地理知識的使用價值入手；可以從地理環(huán)境的發(fā)展變化入手等等。在地理實驗題材的選擇上盡可能廣泛，內(nèi)容新穎，同時地理實驗的設計與編寫要注意情境的趣味性，把枯燥呆板的實驗變得生動靈活，充分體現(xiàn)“寓教于樂”、“寓學習于生活”的思想。把現(xiàn)實生活中的情境與問題引入地理實驗，生活化地展現(xiàn)地理知識，拓寬學生地理思維的廣度。