例談基于實踐力核心素養培養的地理實驗教學

曹劍鋒　蔣婷

摘要：高中地理學科核心素養要求培養學生地理實踐力，利用“地理實驗”進行教學越發受到重視和追捧，但如何開發實驗、運用實驗、改進實驗，在地理教育界尚未形成固定的模式。本文以自然地理教學為例，探討高中地理實驗教學。

關鍵詞：高中自然地理；實驗教學；地理實踐力

隨著高中地理核心素養的深入推進，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來越受到重視[1]。自然地理學主要研究各自然地理成分的特征、結構、成因、動態和發展規律，與物理、化學、生物等自然學科交叉融合。因此，自然地理的教學，應與其它自然學科一樣，采用實驗教學法，即通過一定的設備和器材，以獲得和驗證所學地理知識。

一、地理實驗選取的基本理念

地理實驗教學是將語言的教學內容放入能直觀感受的教育環境中，通過模擬或真實的教學場景幫助學生掌握相關知識和技能。地理實驗設計的首要原則是真實、客觀。地理在高中作為選修或必修課程，課時少、內容多，要在有限時間內完成規定的教學任務，必須選取一些重點、難點作為實驗內容，從而更直觀、更有效地理解和掌握地理知識。實驗設計的目的是鍛煉學生思維，培養學生分析和解決問題的能力。因此，實驗過程中應讓學生多動腦設計，避免教師過多參與，既然以學生動手為主，實驗設計可簡易、好操作。根據地理實驗選取理念，必修一內容可選取一些典型可操作的實驗（如表1）。

二、地理實驗的運用模式

1.操作實驗

課內操作實驗即學生利用學具、教具或其它地理實驗器材，在教師指導下，通過合作、探究和動手操作獲得實驗結果或數據等直接經驗的教學方式。學生參與實驗一般以小組為單位，選取需要“立體式”觀察、“過程式”探究的知識為實驗內容，是地理實驗教學最理想的狀況，也是對學生能力培養的有效途徑。學生操作實驗需要有實驗室或地理專用教室，我國大部分學校尚不具備該條件，但可以借用物理、化學實驗室進行實驗，或者將一些只需簡單設備的實驗放在普通教室中進行。通過地理實驗操作，學生可以獲得寶貴的直接經驗，也能體驗到合作和探究學習的樂趣。

案例1：沿地球水平運動物體的偏移

器材：雨傘、墨水和清水等。

原理：地球自轉產生地轉偏向力，導致沿地表水平運動的物體方向發生偏轉。

步驟：①將雨傘撐開，傘尖代表北極點朝上，在傘尖處滴適量的墨水；②模擬地球自轉方向（以北極點為中心逆時針旋轉）；③觀察并描述墨水滴流痕的偏轉方向；④將雨傘傘尖代表南極點，重復2、3步驟，但自轉方向與2步驟相反。

結論：地表物體做水平運動時，運動方向會發生偏轉，在北半球向右偏、南半球向左偏。

2.演示實驗

課內演示實驗即充分利用教具、器材，采用演示手段，配合導講導問，使學生間接獲得地理事物感性知識的一種方式。在我國地理教學還不能全面開展實驗的情況下，由教師在課堂上演示或與學生合作實驗，成為時代背景下的主流。該方式可以激發學生地理學習興趣，獲得生動而直觀的感性認識，還可以加深學習印象，形成正確地理概念。演示實驗是以教師導講導問的形式展開，它既適用于單一抽象知識的快捷展示，也適用于復雜地理運動規律的層層揭示，具有應用范圍廣，靈活性高、綜合性強等特點。

案例2：鋒面系統形成過程

目的：冷空氣（藍色的冷水）主動向暖空氣（紅色的熱水）移動，暖空氣頂蓋上出現“云雨”現象。

器材：中間有凹槽的長方形透明容器（在水槽兩端各增加一種動力）、隔板、藍色冷水、紅色熱水、冰塊、實驗報告。

步驟：在容器里一側放溫度較低、比重較大的藍色液體，其頂蓋上面放冰塊；另一側放溫度較高、比重較小的紅色液體，中間用一隔板把兩種液體隔開；迅速抽去隔板，打開藍色（或紅色）冷水一側的動力觀察、記錄實驗現象。

現象：在短時間內，藍色液體滲入到紅色液體之下，并形成一個傾斜的分界面，且頂蓋上出現“云雨”現象。

結論：冷暖氣團相遇時，會形成一個傾斜（形態）的交界面，即鋒面。由于冷空氣密度大，暖空氣密度小，當冷暖氣團相遇時，一般是冷氣團位于鋒面的下方，暖氣團位于鋒面的上方，并沿鋒面爬升。由于鋒面兩側的溫度、濕度、氣壓、風等都有明顯差異，所以在鋒面附近常伴有云、雨、風等天氣。

3.計算機模擬實驗

計算機模擬實驗即用計算機技術模擬演示地理現象、地理過程、地理規律，使學生直觀獲得地理知識的一種方法。在中學地理教材中有很多地理現象、過程、規律遠超出學生的感知范圍，成為地理學習的難點，特別是“地球運動”、“大氣運動”、“洋流”等部分內容。利用計算機多媒體制作三維立體模擬動畫，可以實現事物虛實、遠近、快慢的變換，也可以展示事物真實、立體、動態的形成過程，借此，學生能清晰直觀地理解事物及其形成過程或規律，從而輕松快速地掌握這一知識點[2]。借助計算機進行模擬實驗，在物理、化學等理科中已廣泛應用，但在地理學中的應用研究尚淺。目前，多配合Flash、ArcGIS等軟件，在計算機領域融入地理元素，使計算機模擬地理實驗更具學科專業性。

案例3：氣壓帶和風帶（單圈環流和三圈環流）

圖1、圖2是利用計算機模擬全球性大氣運動的模擬圖。全球性大氣運動宏觀又抽象，在其形成過程中復雜多變，依據學生現階段的認知水平，僅利用常規教學工具和手段無法取得良好效果，利用計算機模擬實驗則可以立體有步驟地再現大氣運動的全過程，在演示氣流的冷暖變化及空氣柱、風帶和氣壓帶的移動變化上效果尤為明顯。

4.課外實踐性實驗

課外實踐性實驗即利用現實中存在的地理事物或地理過程，在地理教師指導下，應用相關的儀器或工具設備，利用課外時間，通過實地操作，獲得對地理事物親身感受掌握地理知識的過程。地理課外實踐性實驗的開展，既可以增強地理對學生的吸引力，還能幫助學生形成主動探究地理問題的意識及自覺運用知識進行實際操作的能力，使學生得到某些“發現”真理、驗證規律的訓練。endprint

案例4：觀察測量當地的經緯度

和正午太陽高度角

器材：①取長1m左右的木桿或竹竿（做圭桿）；②長2m左右的繩子和釘子（在地面上畫圓弧用）、時鐘、刻度尺、量角器等。

步驟：①在春分日前一天，選一塊平坦開闊的空地，將圭桿垂直插入地上。見圖3O點處（圖3為其平面圖）；②以O點為圓心，以上午某時刻桿影OA為半徑畫弧AD，并畫出OA線；③當下午某時刻的桿影末端落到AD與B點時，畫OB線；④作∠AOB的角平分線OC；⑤第二天當桿影OE落到OC線上時，就是當地地方時正午12點，同時∠OEP就是當日的正午太陽高度角，并記錄此時的桿影長L，北京時間T。

結論：通過圭測法可得出正午太陽高度最大時刻的某地所在的經線時刻即為正午12點，說明當地正午12點；根據時差的原理，可知當地的經度δ=116°E +（T-12）；用反三角函數求出∠OEP即為正午太陽高度角θ，根據正午太陽高角的計算公式，計算該地的緯度φ=90°-θ。

三、實驗教學選用問題及解決措施

1.教師“實驗教學”專業素養不高

素質教育要求教師以學生為工作中心，培養學生在學習中的動手、動腦能力，但實際完全背離了素質觀的要求。在傳統的教育觀念和現實教育情形雙重影響下，各師范院校對“地理實驗教學”的課程設置留白，造成新生代教師在實驗教學方面的專業素養較低，無法熟練地進行相關實驗操作。對于老教師而言，傳統教育思想已經根深蒂固，又缺乏專業的地理實驗知識。因此，要合理高效地進行實驗教學是一項巨大的挑戰，加強對地理教師專業素養的培養是必經之路，特別要走出常見誤區，如只要吸引學生，實驗是否科學并不重要；只要有利于教學目標實現，不必強求實驗規范等。

2.學校“實驗教育”環境條件不佳

由于高中地理課時少，教學內容多，成績至高無上。為保證升學率，學校注重考試內容的教學，忽視地理實驗的探究教學。另外，受到教育經費限制，大多數學校特別是農村中學無力購買實驗設備和器材，制約了實驗教育方法在實際教學中的應用。要解決上述問題，首先應調整教育評價機制，其次要加強對地理實驗設備的投入。當然，教師也要善于從周邊環境入手，著眼于生活，將一些本土的、廢棄但安全的資源作為實驗材料。同時，設計實驗時，應從單一目的向多角度發散，讓同一實驗多層次多角度地反映出不同的實驗結果。實驗過程還應合理儲存，做到重復可視化。還可以借鑒微課，形成視頻資料，成為學校的教育資源，從而提高資源的利用率。

3.社會實踐基地機制不完善

在高中地理實驗教學中，還需要借助校外的實踐基地，如天文臺、氣象站、地質博物館等，但目前學校很少與這些校外單位建立聯系，更沒有建立完善的社會實踐基地機制。學生無法了解社會實際情況，更無法依據現實設備和數據展開實驗，達到探索知識、求證規律的目的。為了規范地理實驗教學，培養學生實驗的意識和能力，地理教師應積極與校外相關單位形成合作關系，建立專業地理實踐基地，完善社會基地建設機制，定期展開地理實驗活動，形成校本教育資源，提高地理教育教學效果。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書.地理[M].北京：教育科學出版社，2015.

[2]米清元.高中地理實驗教學設計研究[D].西北師范大學，2014.endprint