設計性實驗在自然地理學實驗教學中的探討
——以文山學院為例

游春梅，莊立會，王玉萍

（文山學院 環境與資源學院，云南 文山 663099）

設計性實驗在自然地理學實驗教學中的探討
——以文山學院為例

游春梅，莊立會，王玉萍

（文山學院 環境與資源學院，云南 文山 663099）

針對現階段自然地理學實驗教學中存在的一些問題，提出在自然地理學實驗教學中進行設計性實驗的教學改革，簡要分析了改革的必要性、改革的過程，并舉例說明了設計性實驗在自然地理學實驗教學中實施帶來的好處和存在的問題。

自然地理實驗；設計性實驗；教學改革

在經濟快速發展的今天，社會不僅需要創新人才，更需要專門人才，有技術有技能的應用型人才已經成為當今社會經濟發展中的非常關鍵的因素。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010 －2020 年） 》中明確指出：“重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模?！睘檫m應這一需要，高等教育在人才培養、教學、管理等各個方面正在進行改革。以培養本科層次的應用型人才為目標，以服務于當地經濟建設為目的的一批地方本科院校正在蓬勃發展，是培養應用型人才的主要力量[1]。 因此，解放思想，轉變觀念，以學生為主體，以教師為主導，使“學生學”成為學校教學過程中的主要活動。給學生多一些自由發展空間，提高學生的學習興趣和主動性。這樣既符合學科發展的要求，又有利于創新人才的培養。改革傳統的地理科學基礎實驗教學體系與教學計劃，構建科學與合理的實驗教學新體系，提高學生的實踐能力和綜合應用與創新能力，是高等教育專業教學改革中的重點。綜合性、設計性實驗在教育部本科教學工作水平評估中作為一個主要評估指標，目的要求各高校重視實驗環節以及綜合性、設計性實驗的建設[2]。高校實驗教學改革應該“面向21世紀教學內容和課程改革計劃，保留少量必開的經典驗證性實驗，增開綜合性、設計性實驗”[3]。很多從事實驗教學的學者和專家在多年的教學實踐中對設計性實驗能培養學生的競爭能力、綜合能力，以及培養創新性人才等方面都有相關的研究和論證[4-6]。

自然地理學作為地理科學的重要基礎課程之一，是一門實踐性很強的科學，自然地理實驗是地理科學賴以建立和發展的基礎。如何在自然地理學實驗中進行設計性實驗教學，其他學校的一些教師通過研究也提出了一些方法和結論[7-8]?，F在我們要根據目前實際情況進行探索研究，以期找到適合地理專業自然地理實驗中進行設計性實驗教學的方法。

1　設計性實驗在自然地理學實驗中的探索

1.1自然地理學實驗現狀分析

為培養學生的實踐能力與創新能力，滿足社會對創新型人才不斷增長的需求，20世紀90年代國內高校普遍開展了以增加基礎課課時、壓縮專業課課時，重視實踐教學為主要內容的課程教學改革[8]。

文山學院從2002年開始招收地理專業，通過十幾年的教學實踐，已經形成了完善的實驗、實習教學體系，設計了與理論課程教學內容密切聯系的、系統的實驗與野外實習教學內容[9]。經過多次調整，目前地理科學專業自然地理學系列課程共開設了4門實驗，見表1。

表1　自然地理系列課程開設的驗證性實驗

由表1可知，目前開設的自然地理實驗全部為驗證性實驗。在這些年實驗教學的過程中，自然地理學系列課程的實驗教學存在著這樣的問題：實驗內容大多偏重于驗證性和演示性實驗，對每個實驗的目的、儀器原理、實驗內容、數據表格、數據處理都寫得非常具體，教學方式一般也都是學生在實驗前預習實驗講義，在實驗過程中按操作步驟逐步進行，留給學生分析思考的余地很少，學生基本上都將實驗程序化，將實驗當作一種任務來完成，即測量、記錄所需的數據就算完成實驗。從某種意義上講，傳統實驗只是對前人知識的驗證、重復和再現，雖然這種實驗對鍛煉學生的動手能力和掌握基本儀器的使用方面，以及加深對實驗原理的理解方面有一定的作用，但對于培養學生綜合分析問題和解決實際問題的能力方面是遠遠不夠的[10]。為解決這些問題，需要進行改革，加入一些設計性與綜合性的實驗教學，這樣才能提高實驗教學的效率。

1.2在自然地理學實驗教學中引入設計性實驗

在自然地理學實驗中進行設計性實驗的實施過程中提出幾個基本要求：1）實驗目的，能培養學生獨立運用所學的知識和技能分析和解決問題的能力。2）實驗方法，指導教師只給實驗目的和要求，或者由學生根據學習過程中發現的問題，形成以解決該問題為目的的實驗，教師不給出實驗原理、方法、步驟及所用的儀器設備等，但是可以給予理論指導。3）實驗過程，由學生自主設計實驗方案、方法和步驟，自己選擇實驗原理，再自行選用需要的實驗儀器設備及其他必備條件。實驗過程中，教師可對學生的實驗方案設計與實施給予啟發引導，提供實驗條件；學生必須自己完成實驗并解決實驗中出現的問題，最后進行數據分析和處理。4）實驗結果，對實驗方案的設計論證和實驗方案實施中出現問題的分析，對設計方案在實施的過程中不斷的進行修正的情況的闡述；對實驗結果進行分析，總結收獲和體會。

2　設計性實驗在自然地理實驗教學中的實施實例示范

2.1實驗項目選取

從自然地理學涉及的實驗中選取部分實驗來進行設計性實驗在教學中的實施改革示范研究，選取原則主要遵循以下幾點：1）實驗原理簡單易懂。2）實驗方法簡便直接。3）實驗器材容易獲取。4）實驗結果容易檢驗。下面以蒸發量的觀測實驗為例，講解示范實驗改革研究過程。

2.2設計實驗方案

在實驗進行前期，先對學生講解經典的蒸發量觀測的方法和儀器，在講解和實驗的過程中，根據學生提出的問題進行引導，然后完成實驗設計方案。蒸發量的測定選用實驗方法是楊士弘主編的《自然地理學實驗與實習》中的方法，該方法使用的觀測儀器主要是小型蒸發器，在講解和實驗的過程中，就有學生提出問題：為什么蒸發皿的材料用的是金屬？于是就根據該疑問對學生進行引導：如果采用其他材料做成蒸發器，測出來的蒸發量會不會不同？為什么？就這樣有了一個設計性實驗的項目，就要求學生按照該目標設計實驗方案，設計的方案如下：

1）尋找生活中容易獲取并能夠做成小型蒸發器的材料，初步選定的材料有：塑料，玻璃，陶瓷。

2）設計實驗方法和實驗步驟。

實驗方法：以楊士弘主編的《自然地理學實驗與實習》中的方法為準，只是改變了實驗器材。

實驗步驟：①制作統一規格（口徑20 cm，高10 cm）的蒸發皿。②為了減小實驗誤差，設置平行實驗。③為了檢驗實驗結果，布置一組平行實驗。④實驗結果的記錄分析。

2.3進行實驗

按照事先設計好的實驗步驟進行實驗，在實驗過程中發現問題之后要及時與指導教師和同組成員一起溝通解決。

2.4實驗結果分析總結

通過實驗，學生獲取了表2中的實驗結果。實驗數據均由學生自己完成實驗后獲得的數據，由于觀測條件太多的差異，只給出了其中兩組。

表2　不同材質小型蒸發器測定蒸發量（單位：mm）

實驗結果出來以后，該實驗小組的成員就對實驗結果進行分析，得出的結論是：由于不同材質制作的蒸發皿，導熱率、對輻射的反射、吸收的效率等不一樣，因此它們測定出來的蒸發量是不一樣的。而為什么現在統一使用金屬制作的蒸發皿，原因應該有以下兩個：金屬材質的比較耐用，耐摔打；金屬材質的比較能抗老化。

學生在實驗記錄中還記錄了實驗過程中出現的一些問題以及他們解決的方法，比如說：一開始進行室內蒸發量觀測的時候，他們發現不同材質的蒸發皿之間測出的蒸發量幾乎是一樣的，為了解決這個問題，他們就把觀測時間由開始的1 d分別延長至3 d、5 d、7 d……隨著時間的增加，不同材質的蒸發皿測得的蒸發量開始有比較明顯的一些差異。這個問題的出現和解決，說明他們已經能夠利用學過的影響蒸發的因素中的時間因素了。后來同學們又發現，如果是進行室外蒸發量的觀測的時候，一開始也有類似的問題，就是時間較短的時候蒸發量差異不大，他們也同樣用增加時間來解決這個問題，同時他們也發現了，進行室外觀測的時候，延長的時間同樣是3 d，但是蒸發量的差異室外比室內的要明顯的多，也正因為如此，他們后來得出的結論里才有了不同材質的蒸發皿對輻射的吸收率、反射率不同，會影響到蒸發量這樣的結論。

在實驗中也是存在一些問題的，比如說：首先，學生沒有太注意到實驗過程中應該要把實驗設計中的一些條件（比如觀測時間、地點等）進行統一，以免實驗誤差的增加；其次，他們進行實驗時，通常只進行一次觀測，就得出結論，因此需要教師進行指導進行多次觀測求平均值，以減小誤差；最后，是實驗數據的分析，由于參與實驗的主要是一年級的同學，對實驗數據的分析方法還沒有接觸過，因此他們就未做實驗數據的顯著性分析，這也是實驗中存在的一個硬傷，所以在今后的實驗改革中，應該吸引二、三年級的學生參與。

先不管他們得出的實驗結果有多正確，光是在實驗過程中對出現問題的解決這方面，就已經比傳統實驗的效果要好很多，因為他們能夠發現問題之后積極主動的去想解決的方法，能把理論的東西運用到實踐中，已經是一個進步了，不同與以往，什么都等著老師講，然后照著做。這就是設計性實驗比驗證性實驗在培養學生的主動性、創新性方面要有優勢的地方。

3　結語

通過在自然地理學實驗進行設計性實驗教學的改革示范探索，知道設計性實驗確實在培養學生的創新能力、科學素養、動手能力等方面都有很明顯的效果。學生在通過實驗，確定了探索的目的，能夠很好的鍛煉他們的獨立思維、才智，也使每個學生的個性得到尊重，這是以人為本的教育思想的具體體現，是我們實現素質教育的良好途徑。

通過設計性實驗的教學，也使得教師的教學能力得到提高。以往的實驗的模式就是教師講，學生聽，然后照著做，實驗中出現的問題相對固定，教師指導的方式固定。對于教師來說，上了幾年之后，形成了固定的教學模式和思維方法，教學思路單一，知識更新緩慢。設計性實驗教學是則在教師與學生之間形成了一個多次反饋的教學結構體系。教師面對眾多學生提出的五花八門的設計理念、多種多樣的實現方法、實驗過程中出現的應接不暇的問題，就必須要求自己要增長知識面、拓寬自己的教學思路、加強自己對問題的分析總結的能力。而通過以上的改變，教師的教學能力能不斷的提高。設計性實驗教學能夠很好的是實現教學相長的目的。

在進行教學改革示范的時候也有一些問題存在，最主要的是在改革中學生的主動參與的積極性不高，都是通過老師半強制性的參與進來的，為了解決這個問題，我們需要進行正確的引導與鼓勵，如何引導鼓勵呢？這是今后實驗教學中要研究的一個課題。

[1] 劉雪梅.設計性實驗教學的嘗試[J]. 重慶文理學院學報，2013（3）：136-139.

[2] 區奕甫. 地理綜合性設計性實驗教學探討[J].科技資訊，2008，18：146.

[3] 張小林，周美華，李茂康，等.論化學實驗中的“設計性”實驗[J].實驗科學與技術，2007（1）：74-76.

[4] 何深知，崔純瑩，段薇，等. 在設計性實驗中培養學生的綜合能力[J]. 實驗技術與管理，2009（6）：134-136.

[5] 杜冠魁，胡愛華，肖曼，等. 設計性實驗培養學生競爭力[J].中國校外教育，2013（上旬刊）：98.

[6] 黃品梅，黃道平，梁錦. 開發綜合設計性實驗 促進創新人才之培養[J]. 實驗室研究與探索，2010（6）：93-95.

[7] 黃德全. 地理學科實驗教學改革的探討[J]. 實驗室研究與探索，2004（12）：167-169.

[8] 張緒良. 優化自然地理學系列課程實驗教學的對策[J].實驗室研究與探索，2010（1）：104-107.

[9] 莊立會， 胡國賢，王玉萍，等.文山師專地理專業綜合野外實習的優化研究[J].文山師范高等專科學校學報，2009（1）：106-110.

[10]丁紅勝，董軍軍，吳平.綜合性設計性實驗的教學思路探討[J].大學物理，2007（5）：44-47．

A Study on Designing Experiment in Physical Geography Experimental Teaching: A Case Study of Wenshan University

YOU Chunmei, ZHUANG Lihui, WANG Yuping
(School of Environment and Resources, Wenshan University, Wenshan Yunnan 663099, China)

In order to solve some problems in Physical Geography experiment teaching at present, the paper puts forward the reform on how to conduct the designing experiment in Physical Geography experiment teaching, briefl y analyzes the need for reform and reform process and illustrates the benefi ts and problems in designing experiment.

Physical Geography experiment; designing experiment; teaching reform

P90-4

A

1674 - 9200（2016）03 - 0086 - 04

（責任編輯查明華）

2015 - 06 - 30

文山學院科研基金項目“自然地理學實驗中實施設計性實驗改革的研究”（14WSY04）。

游春梅，女，云南硯山人，文山學院環境與資源學院講師，碩士，主要從事自然地理學、土壤與環境研究。