我國中學地理實驗設計研究綜述

周旸

摘要：本文概括梳理了我國中學地理實驗設計研究取得的主要成果，并指出地理實驗設計存在的基本問題，提出強化地理實驗設計意識、優化實驗項目設計等建議。

關鍵詞：實驗設計;研究綜述;中學地理

地理實驗設計是指在一定的地理實驗設計理念指導下，遵循一定設計原則，為達到一定的教學目標，對地理原理、規律通過實物演示、模擬、繪制以及計算機模擬等手段而設計和實施的具體操作方案。本文的實驗設計包含幾層意思：同一器材或模型經過簡單改進可設計多項實驗;利用地理實驗套裝操作實驗（目前較為成熟的是專業地理實驗儀器）;利用數字星球系統做實驗;地理實驗數字化等。

本研究所收集的文獻分為四類：第一類是學術論文，主要來源于2010—2015年的碩博論文共計31篇;第二類是來自2010—2015年5月的 《 地理教學 》、《 地理教育 》、《中學地理教學參考 》三大地理教育期刊刊登的 36篇有關地理實驗（內含地理實驗項目）、地理實驗設計的文章;第三類是《中學地理實驗教學研究》、《國外中學實驗—地理》等10本涉及地理實驗的學術著作。

一、地理實驗設計研究主要成果

1.地理課程改革重視實驗教學

1904年我國第一次將地理列入中小學課程，1956年在《中學地理教學大綱（草案）》中首次提出地理實驗，而在其后相當長一段時間內的教學大綱幾乎沒有提出有關地理實驗的要求。直到2003年新課程標準的頒布，才對地理實驗提出明確的要求。如“利用身邊可以找到的材料（如透明塑料袋、塑料薄膜、玻璃瓶等）和溫度計，做一次模擬大氣溫室效應的小實驗”;“用計算機設計氣壓帶、風帶的移動，水循環或洋流運動的動畫”等。由此看來，國家十分重視地理實驗教學活動。

最新修訂的地理必修教材中也設計了相關地理實驗項目。如湖南教育出版社2012年出版的普通高中地理課程標準實驗教科書《地理Ⅰ》，第17頁活動，要求學生“動手演示晝夜更替”現象;第31頁活動，實驗一：用觀察顏色和對磁鐵的反應方法，區分磁鐵礦與赤鐵礦;實驗二：有滑石、石膏、方解石、螢石和石英等幾種常見礦物，你如何將它們快速地區別開來。人民教育出版社2013年出版的普通高中地理課程標準實驗教科書《地理 1》，第15頁活動，要求學生自選學具演示地球的自轉和公轉運動;第32頁活動，要求學生采用小組合作的方式做一個熱力環流的實驗。山東教育出版社2004年出版的普通高中地理課程標準實驗教科書《地理 1》，第23頁活動，要求學生利用手表辨別方向。由此可見，高中地理新教材中設計了不同程度的實驗項目。

近幾年來部分省市在高考命題中也不同程度地滲透了有關地理實驗的內容。如2005年廣東高考題要求學生設計一個簡便易行的小實驗，以證明地轉偏向力的存在，并寫出實驗用材、實驗步驟和所得結論。2009年上海高考題第14題：在兩個相同的長方形塑料盒的一端用潮濕的土壤分別搭起一座相同坡度的“小山”，從盒子的另一端導入等量的水，形成“湖泊”，不同的是在其中的一個盒子內，將一塊微濕的海綿壓入小山底端的土壤里。分別用兩個噴水壺，往“小山”上灑等量的水，模擬降水，并觀察、比較判斷兩個盒子內水面發生什么樣的變化。

1996年，由首都師范大學林培英和曾紅鷹共同編譯了《國外中學實驗：地理》，該書是在1973年版的《聯合國教科文組織新編理科教學參考書》的基礎上經編譯、修訂和補充而成，該書介紹了大量地理實驗項目。2010年，內蒙古師范大學徐寶芳和張衛青共同編著的《中學地理實驗教學研究》，是我國自新課程改革以來有關中學地理實驗教學研究的重要著作之一，書中共收錄初高中實驗107項。

2.地理實驗設計原則探析

目前對地理實驗設計原則問題的探討具有代表性的觀點有以下幾種。

三原則：雷鳴在“實驗法在高中地理教學中的應用 ”一文中提出地理實驗設計的基本要求：①實驗應具有典型性、②實驗應具有簡易性、③實驗應具有啟發性。 顧娟在 “地理實驗教學設計初探”一文中提出地理實驗設計的原則有：可操作性、典型性和開放性。

四原則：王海軍的“將實驗課融入地理教學中”文中認為實驗設計的原則有：①學科性原則;②簡潔性原則;③趣味性原則;④實用性原則。朱雪梅、吳敏的“從新課程標準談地理實驗教學”文中認為地理實驗教學的原則有：科學性原則;可操作性原則;啟發性原則;針對性原則。 夏志芳的“地理實驗與學生智力發展”文中認為地理實驗的設計與指導有以下原則：①科學性;②知識鞏固性;③智力培養;④可接受性原則。

五原則：董錦春在“地理實驗教學原則芻議”中認為地理實驗教學的原則需符合：①必要性原則;②針對性原則;③科學性原則;④可行性原則;⑤完整性原則。

六原則：徐寶芳、張衛青《中學地理實驗類型與內容設計》 書中地理實驗設計的基本理念有：①科學性;②目的性;③表現性;④多樣性;⑤探究性;⑥可行性 。潘紅星在“高中地理實驗教學的幾個問題”中提出地理實驗設計六大原則：趣味性;就近性;科學性;安全性;主體性;體驗性。

由此看出，不同學者已關注到地理實驗設計原則，但因大家對地理實驗設計應遵循的原則主張有所不同，因此對原則提出依據、 理論分析、 貫徹要求等均有待進一步深入探討。

3.對具體地理實驗操作提出反思

隨著地理課程改革不斷推進，地理實驗越來越受到一線地理教師的重視，但由于地理規律、原理的發生、發展具有一定的時空特性，地理教師在操作地理實驗時不一定能達到預期生成的效果。對此，不同教師根據具體實驗操作情況提出反思性意見，使得地理實驗在“失敗”中反思原因，在探尋原因中學會科學探究方法，逐步培養學生的科學素養和求實精神。如陳利清在“‘失敗的地理實驗也是教學成功之母”一文中提到：為驗證熱力環流形成過程，作者和學生共同在實驗室一個密閉容器的底部一側加入冰塊，一側用100瓦的燈泡加熱，一段時間后在冰塊上方插入香煙，觀察煙的運動方向。很可惜，沒有出現預設中十分清晰的環流現象。經過師生不斷深入探討，反思失敗原因，最終有學生提出容器太小這種可能。教師更換一個較大的容器，再實驗，結果獲得成功。教師應充分利用現有資源，耐心引導學生求證，讓學生體會到發現、探究的樂趣。學生在討論和實踐中得到解決問題的快樂，培養在實驗意外中探究失敗的原因，改進實驗的能力。

4.地理實驗教學有效方法總結梳理

隨著高中地理新課程改革的實施和深入推進，地理教師依據高中地理課程標準，利用地理實驗進行地理教學越加受到關注。但是，地理實驗耗時長、效率低等現象，一直困擾著地理教師，不少教師有“為實驗而做實驗”的心態。基于此，不同學者結合教學實際提出提高地理實驗教學的有效性方法。雷鳴在“新課程下提高地理實驗教學有效性的探討”一文中總結了五條基本策略：精選實驗內容，彰顯實驗教學價值;精心設計實驗方案，提高實驗教學效益;重視實驗動態生成，實現精彩與創新共舞;強化實驗結論遷移，提升學生解決地理問題能力;完善實驗過程評價，促進實驗教學增值。孫尚樓在“淺談地理實驗教學的有效性”中提出三項做法：實時、適量、適度;省時、省錢、省事;聯系生活、聯系實際、聯系相關學科。

二、 地理實驗設計研究存在問題

1.一線教師對地理實驗設計重視不夠

根據收集的文獻資料發現，國家地理課程標準、地理教材、地理高考試題中已設計了一些地理實驗項目，但是部分中學地理教師對地理實驗并不十分了解，地理實驗理論薄弱，地理實驗教學觀念不強，為達到預設而講實驗，地理實驗設計能力有待提高。 因此，轉變地理教學觀念，樹立地理實驗教學思想，積極設計地理實驗項目，努力開展地理實驗教學，是目前地理教育工作者亟待解決的問題。許多文章中的案例設計思路幾乎相似，而設計理念獨特、設計方案新穎的地理實驗項目很少。

2.單一地理實驗和定性地理實驗偏多

在查閱的文獻資料中，多是關于單一的地理實驗案例設計，而實驗項目之間或在同一器材、儀器下經過簡單地加工和處理后可以再做出相關實驗的項目，能夠兼顧實驗器材共享的組合實驗研究卻很少。地理實驗材料多是生活中的日常用品，由于在過于簡易的實驗中，實驗器材、實驗環境與真實情況可能存在較大差異，因此某些實驗項目不能真正、清晰地反映地理事物和現象的發生、發展過程及變化規律，甚至由于器材之間的不合理分配與組合造成實驗失敗，未能達到理想實驗效果等。

3.數字化地理實驗設計研究不足

在收集到的31篇博碩論文和36篇文章中，只有兩篇涉及到數字化地理實驗設計。一篇是“基于WEB的地理實驗教學繪圖工具的設計與使用”，另一篇是博士論文“中學數字化地理實驗設計研究”，而運用其它簡單易行的動畫編輯軟件設計和制作數字化地理實驗幾乎未有相關研究。

三、地理實驗設計研究建議

1.強化地理實驗設計意識

新課程中有大量地理活動學習，其中許多實踐活動屬于地理實驗。地理實驗是地理課程改革的重要內容，也是全面提高學生地理學科素養的途徑之一。使用身邊隨手可得的物品進行各種地理實驗，可拉近地理學與生活的距離，讓學生深切地感受到地理科學的真實性，感受到地理科學與社會、地理科學與日常生活的關系。因此，地理教師應樹立地理實驗設計新理念，提高地理實驗設計意識，積極開發適合教學的地理實驗方案。

2.優化地理實驗項目設計

由于我國中學地理實驗教學起步時間較晚，較為成熟的地理實驗項目和儀器較少。因此，既需要科學、創新地設計出新的實驗項目，又要在現有實驗項目基礎上不斷優化，設計出有利于培養學生綜合思維能力和創新實踐能力及實驗可靈活展開的地理組合實驗。當前地理實驗尚處在定性研究與應用階段，為了使實驗結果更具有表現性和準確性，要在實驗過程中適當地對實驗器材和實驗用品做定量規定，并采取定性與定量相結合原則，使實驗操作方案不因操作者和環境的差異而導致實驗失敗。

3.注重數字化地理實驗設計與研究

教師應利用相關動畫編輯軟件，通過技術手段，將枯燥、抽象、復雜的地理現象、地理變化規律展現在學生面前。數字化地理實驗呈現的內容真實、生動、極具表現力，能突破紙質媒介限制，通過多維的感官刺激，全方位激起學生地理學習興趣和注意力。

綜上所述，通過對近五年內三大類文獻的分析研究，反映出地理實驗已在我國得到了蓬勃發展，而且對地理實驗教學產生了一定效果。在今后的研究中，地理實驗設計會更加完善，真正實現地理教學的優化。▲

參考文獻：

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[3] 朱忠良.淺談基于校園周邊環境開展高中地理實踐教學[J].地理教育，2013，9：49-50.等31篇文章資料.