淺談中學地理實驗教學

浙江省桐鄉第一中學（314500） 葉柚鈾 陸陛華

淺談中學地理實驗教學

浙江省桐鄉第一中學（314500） 葉柚鈾 陸陛華

一、地理實驗的分類

中學地理實驗主要是在于演示地理過程、探究規律，培養學生的綜合觀察能力和操作能力，促進學生素質的提高。但又受到教學進度的限制，因此，可以采用多種方式進行。

1．演示實驗與探究實驗

①演示實驗

演示實驗是指利用地理實驗器材，采用演示手段，使學生獲得地理事物感性認識的一種方法。例如在學習“為什么對流層天氣現象復雜多變”時，筆者設計了以下實驗：首先將盛有半杯自來水的燒杯放在石棉網上用酒精燈加熱，待水沸以后蒸氣噴涌而出時，把一片溫度較低的玻璃片放到燒杯上方的不遠處，經觀察發現在玻璃片底部立即就有水滴凝結（如圖1）。通過實驗的演示證明了隨著氣流的上升，溫度降低，水汽凝結，成云致雨，很好地解釋了對流層天氣現象復雜多變的原因。

圖1

②探究實驗

探究實驗是指教師或學生提出問題、學生設計實驗方案、自己動手進行的實驗，同時教師給予指導。學生探究性實驗是地理實驗教學最理想的狀況，它可以激發學生的學習興趣，從而獲得生動而直觀的感性認識，加深學習印象，形成正確的概念，對學生能力的培養更是多元的。例如在學習“海陸熱力性質差異”的知識點的時候，學生自己動手設計了以下實驗：取兩個燒杯，一杯放水，一杯放等量的細砂，在兩個燒杯中均插入一支溫度計。把兩個燒杯同時放在太陽底下曬一定時間后，讀出溫度計的示數。再把兩個燒杯移入室內，過一定時間后，再觀察溫度計示數的變化。經過數據的收集和整理發現：在陽光下曬 30分后，當時細砂的溫度為 45℃，水的溫度為 37℃ ，移到室內 10分鐘后，細砂的溫度為 31℃ ，而水的溫度為 35℃ 。水溫度變化是 2℃ ，而細砂的溫度變化是 14℃ 。在實驗中學生經探究發現水的溫度變化比細紗要小，從而說明海洋升溫慢降溫也慢，進而也能很好地理解海洋性氣候和大陸性氣候的差異。

2．課內實驗與課外實驗

①課內實驗

課內實驗是指在教室內就能夠完成的實驗，所需要的時間一般比較短。例如，在教學 “季風的成因時”筆者就設計了以下實驗：關閉門窗，點燃兩根衛生香，使衛生香的煙垂直向上（不受室外氣流的影響）。在衛生香的等距離左右兩側分別放一只1000W的電爐和一盆冰塊。將電爐通電5分鐘后，讓學生觀察衛生香煙的飄動方向。將電爐和冰塊交換位置，觀察煙的飄移方向。在這個實驗中，電爐上方空氣加熱，氣壓降低；冰塊上方空氣冷卻，氣壓升高。衛生香的煙總是飄向電爐上方，說明高低氣壓的“季節”轉換，產生了季風。

②課外實驗

課外實驗指利用現實中存在的地理事物或地理過程，在教師的指導下，應用一定的儀器或工具設備，利用課外時間，通過學生獨立作業或實地操作，引起要觀察認識的現象發生變化，以獲得對地理事物親身感受從而來掌握地理知識的一種方法。 這類實驗一般時間比較長，多安排在課外進行。例如在“學習水體的富營養化”的知識中我為學生設計了以下實驗：將重量完全相等的水葫蘆放入三個小盆中，分別倒入1000毫升的有磷洗衣粉、無磷洗衣粉及清水溶液，使水葫蘆的根部完全浸入溶液中，同時在三盆水葫蘆的上面分別放上薄紗，以防止水分的過快蒸發，然后將泡制好的三盆溶液并排放在窗臺前（室溫約 15～25℃），保證每天的光照時間，并讓同學每天觀察水葫蘆的長勢，并進行記錄。最后經過一段時期的觀察發現有磷洗衣粉溶液的水葫蘆長勢明顯好于其他兩種溶液，并且水體的渾濁度也高，從而認識到含磷生活洗滌用品的排放會導致水體富營養化。

3．真實實驗和模擬實驗

①真實實驗

真實實驗是使用與自然界實際發生的過程基本相同的材料和順序進行的實驗，它能給學生帶來親身的體驗和感受，只是在規模或細節上有所不同。例如在學習“沉積作用時”筆者設計了以下實驗：將同樣比例的碎石、粗砂和黏土完全混合，放入一只玻璃瓶中（不超過容量的一半）。將玻璃瓶用水注滿，蓋上瓶蓋，劇烈振蕩，然后讓瓶子平放，使瓶中物質自然沉淀。讓學生觀察沉淀成分的排列順序，是否是大顆粒在下部，黏土細粒在上部。在這個實驗中，所用材料以及沉積過程與自然過程基本一樣，只是縮小了規模，放在玻璃瓶里進行的。

②模擬實驗

模擬實驗是指使用一些替代材料，設置一些類似的條件或環境，模擬地理演變過程。例如在學習“鋒面系統”的時候筆者設計了如下實驗：在準備好的長方形水缸中用塑料片把其分割成等大的兩部分，分別倒入等量的紅色暖水（代表暖空氣）與藍色冷鹽水（代表冷空氣），待其靜止后抽出塑料片，通過觀察發現冷暖水之間出現傾斜的交界面，紅色暖水在藍色冷鹽水的上方(如圖2)。通過這個模擬實驗成功地演示了冷氣團在鋒面下方、暖氣團在鋒面上方這一鋒面的重要特征，并通過引導學生探究該模擬實驗存在的主要不足之處（如沒能模擬出主導氣流的運動方向、沒能模擬出成云致雨的天氣現象、沒能模擬出冷鋒與暖鋒）從而掌握鋒面的相關知識。

圖2

二、地理實驗的實踐和效果

1．在地理實驗實踐中提升學生學習地理的興趣

我們都知道興趣是最好的老師，但在現實中并不是每個學生都有學習地理的興趣，所以如何激發學生的地理學習興趣是擺在我們所有地理教師面前的一道難題。經過實踐，筆者發現地理實驗是實現這一目標的很好途徑，教師可以借助地理實驗，創設問題情景，使學生在“發現問題、克服困難、解決問題、獲得成功”的過程中逐步激發地理學習的興趣。

例如在學習地球自轉的時候，我讓學生在課前做了這樣一個模擬實驗：老鷹抓小雞。讓每一個學生都有機會在母雞后第一個位置和最后位置體驗避免被老鷹抓到的不同速度。游戲結束后再要求學生思考這和地球自轉有什么聯系。

通過這簡單的實驗，引發了學生的好奇與期待，有的去看課本，有的去查資料，有的相互交流討論。在上課時，學生個個興趣盎然，課中引入這個實驗講解地球的自轉與自轉線速度，幾乎沒有學生在知識的理解上存在障礙。在課后的作業中關于線速度大小分布規律的內容幾乎沒有一個人不理解的。

2．在地理實驗演示中培養學生的地理觀察能力

觀察能力是學生必備的能力之一，也是科學探究最基本的方法。引導學生有目的、有意識地觀察實驗操作的過程，既有利于學生觀察能力的提高，又促進了學生思維活動的展開，還能很好地落實教學的重點和難點。

例如，筆者在教學 “地球自轉的地理意義：物體水平運動產生地轉偏向力”這部分內容時，設計以下演示實驗，并引導學生觀察、分析實驗現象，從而得出實驗結論。用一個地球儀使地軸垂直地面，當地球儀靜止時，在北半球高緯度地區、南半球從低緯度地區各滴一滴紅墨水，觀察紅墨水的軌跡，發現其沿經線向低緯度流動并留下墨跡。然后自西向東轉動地球儀，在同樣地點滴一滴藍墨水，觀察藍墨水的軌跡。可以看出紅墨水和藍墨水的軌跡不同，并且，北半球上的藍墨水軌跡在紅墨水軌跡的右側(沿墨水流向看)，南半球上的藍墨水軌跡在紅墨水軌跡的左側。這樣，通過老師的演示實驗讓學生自己觀察發現地球上水平運動的物體會產生偏向(赤道上除外)，在北半球向右偏，在南半球向左偏。

3．在地理實驗操作中促使學生感知地理知識

感知是進行思維活動、理解知識的基礎，是一切知識的來源。任何復雜的認識都離不開對材料的感知。實驗操作能使學生獲得鮮明的知覺形象，加深理解和掌握有關的自然知識。

例如在講解“太陽高度角大小與太陽輻射強弱關系”時，筆者準備了以下實驗：讓學生借助兩只手電筒，一只直照黑板，另一只斜照黑板，學生經觀察就會發現直照黑板受照面小，亮度大，斜照黑板，受照面大，亮度小，從而得出太陽高度角大，受熱面小，太陽輻射強度大；太陽高度角小，受熱面大，太陽輻射強度小的實驗結論。又如在講解“背斜成谷向斜成山”這一知識點時，筆者又準備了如下實驗：讓每位學生事先準備好兩塊竹片， 按次序分別讓一片向上弓，另一片向下凹(如圖3)，引導學生根據生活常識判斷A、B哪個面先折斷，學生的回答有兩種觀點。隨后折斷竹片，讓學生再觀察斷點，并分析原因是什么。有了這個實驗的鋪墊，學生在理解“背斜成谷，向斜成山”的成因時就顯得水到渠成了。

圖3

4．在地理實驗參與中解決學生學習的重點難點

高中地理教學中，突破難點往往靠理解地理概念、地理現象的成因和地理原理等。同時這些內容往往也是教學中的重點，有必要幫助學生理解好掌握牢。這些知識有的具有高度抽象性的特點，對學生空間想象能力和空間聯系能力的要求高，導致學生理解困難；有的是說明地理現象的成因和地理原理的教材內容過于概略，缺少事實材料的鋪墊，導致學生理解困難。

例如湘教版《地理I》中的“太陽日與恒星日的區別”是高中地理教學中的難點，尤其是對剛接觸地理不久的高一學生而言更是很難理解。因此在這一塊內容的教學中，我設計了一個簡單而有趣的實驗：我扮演地球，最前排一位學生甲扮演太陽，最后排一位學生乙扮演遙遠的一顆恒星。恒星乙、太陽甲和地球都在同一直線上，我（地球）一邊繞學生甲（太陽）公轉一邊自轉。我和學生乙（遙遠的恒星）由于相距非常遙遠，相對位置恒定（可理解為在公轉軌道上的運行距離可忽略不計），當我自轉一周（360°）時，我第二次面向學生乙（遙遠的恒星），所花時間是23時56分4秒，也就是一個恒星日。但是，此時我還沒有第二次面對學生甲（太陽）。我接著再自轉59′，此時我正第二次面對著學生甲。但是我自轉了360°59′，所花的時間是24小時。接著我又做了三種假設情況：地球只自轉不公轉、地球只公轉不自轉、地球公轉方向是自東向西時。在整個實驗中，學生熱情高漲，積極性很高，通過實驗即把直觀性極強，靜態的內容，轉化成為連續運動的地理事物，也溝通了師生交流，活躍了課堂氣氛。通過實驗，把學生觀察、思維、技能、記憶的認知過程一氣呵成，對重點難點知識的教學起到了事半功倍的效果。

5．在地理實驗探究中培養學生地理創新思維

要完成或者設計一個實驗，須經過深思熟慮的探究過程。在這個過程中，既可以培養學生良好的實驗習慣，又能夠讓學生在實驗的探究過程中更好地理解地理原理和規律，同時實驗方法的多樣性，也培養了學生的創造性思維。

例如“熱力環流形成的原理”是高中地理的重點，也是學習整個大氣環流知識的基礎，為了加深學生對于這塊知識的理解及運用，在完成本塊內容的教學后，我要求學生自行設計一個實驗來驗證此原理。并要求在下堂課中口述實驗過程。

當然我事先提出如下完成實驗所需道具：一個長約100cm、高40cm、寬30cm的玻璃缸，一張塑料薄膜，一小盆熱水，一小盆冰塊，一根彎曲的玻璃管，幾支香，一合火柴。

在第二天的課堂交流中發現絕大多數同學都能很好地完成驗證實驗，并能描述整個實驗過程：先把熱水和冰塊放進玻璃缸的兩側，然后迅速蓋上塑料薄膜，在冰塊上方的薄膜處開個小孔。接著點燃幾支香，讓煙通過玻璃管慢慢流進玻璃缸內（如圖4A），通過觀察發現煙會在冰塊一方下沉，然后流向熱水一方，再上升，在玻璃缸上空再流回冰塊一側，形成熱力環流。

在交流過程中我還驚奇地發現有些學生不但能夠完成驗證實驗，而且還能在此基礎上對此實驗進行改進：如為了更加清楚地觀察到煙氣的運動方向，有的同學想到了用一塊黑布遮住玻璃缸的一側，也有的同學想到了用有顏色的煙來代替白煙，更有一位同學想到了在玻璃缸里面粘貼薄紙，利用薄紙的飄動來指示煙氣運動方向的好辦法(如圖4B)。 當然也有一些同學設計的實驗出了一定的問題，比如說有一位同學不是選擇在冰塊上方的薄膜處開孔，而是選擇在熱水的上方開孔(如圖4C)，這樣的話顯然就不能完成驗證實驗。

圖4

但無論實驗設計是否成功，我都發現通過探究實驗的過程，既幫助了學生扎實地掌握了熱力環流這個重要的地理原理，同時也培養了學生的探究意識和創新思維。

三、地理實驗實施過程中需注意的問題

經過一段時間的實驗教學，我深刻的意識到一個好的地理實驗不但能夠事半功倍地完成教學任務，而且還能提高學生的學習興趣，使學生在輕松學習地理的過程中，牢固地掌握好地理知識。當然，一個不成功的地理實驗，所起的效果必然是適得其反的。

筆者在實踐過程中認識到，要完成一個好的地理實驗應該做好以下幾點：

1．科學地設計實驗過程

一個好的實驗科學性是最基本的要求。地理實驗的科學性不在于其精確的實驗數據，而在與其能否科學的正確的反映出地理學科知識和地理學科原理。因此在地理實驗的設計的過程中要做到模擬情景要逼真、實驗步驟要嚴謹、啟發設問要科學。同時，鑒于課堂時間限制，實驗過程應簡單、直觀。除此之外還要考慮學校和學生的實際，科學地設計出符合學校自身條件和學生知識儲備的實驗。

2．適時地調整實驗程序

如同其他的教學環節一樣，在地理實驗教學中，教師一般都會細致的設計好每一個實驗的程序和步驟。而學生只是在教師的層層“誘導”下，不斷沿著老師所設計的實驗思路去尋找老師所需的實驗結論，而學生主動的探究、發現、創新的意識得不到應有的塑造和升華。長此以往，學生主動發現問題，主動提出問題的意識和能力就得不到訓練，難以達到實驗教學的真正目的。因此在實驗操作過程中教師要根據學生的知識程度、操作偏差、外部環境的影響、學生主動的質疑等等，適時地調整實驗的程序和步驟。

3．靈活地分析實驗結果

面對成功的實驗，教師要及時給予激勵性評價，以調動學生的積極性，但如同理化實驗一樣，并不是所有的地理實驗都能成功完成。教師在面對現象不明顯，或者與應有結果差異很大的實驗時，我們不能一味去指責學生，而是要充分利用“失敗”的教學資源，啟發學生從側面理解地理知識。因此這就要求教師對實驗結果的分析既要嚴謹，又要靈活，以引導學生從宏觀上分析地理原理和地理規律。

四、結束語

實踐證明，只要我們能正確地開展地理實驗，就能有效地落實地理教學中的重點和難點，就能高效地落實新課標“過程和方法”的教學目標，同時還能溝通師生交流，活躍課堂氣氛。除此之外地理實驗還能為我們按時完成教學進度起到了保障作用。作為一個地理教育工作者，筆者期待著，地理實驗作為地理教學方法的新生力量，一種行之有效的教學方法，能早日全面走進中學的地理課堂。