指向綜合思維培養的地理實驗觀察視角

摘? ?要 實驗觀察的效率決定從實驗現象中獲取數據與結果的效率，從而決定實驗教學目標的達成效率。選取“海綿城市——城市內澇的影響因素實驗”為例，進行地理實驗觀察的視角挖掘研究，并對實驗觀察促進綜合思維培養的機制進行初步探究。結果表明，要素視角、空間視角、時間視角與實踐視角的綜合視角是地理實驗觀察的有效方式。此外，理論與實踐均表明，綜合的實驗觀察視角能夠促進綜合思維的培養。

關鍵詞 中學地理? 地理實驗? 綜合思維? 實驗觀察? 城市內澇

地理實驗觀察指師生在地理實驗過程中通過現象觀察獲取實驗數據與結果的過程，其觀察結果用以分析與討論。實驗觀察是基于個體認知結構的抽象認知過程，因而實驗操作可以“多人”共同完成，而實驗觀察則僅能以“單一個體”為單位進行;實驗操作為“動”態過程，而實驗觀察為“靜”態過程。因而，師生實驗觀察的效率決定從實驗現象中獲取數據與結果的效率，從而決定實驗教學目標的達成效率。本文選取“海綿城市——城市內澇的影響因素實驗”為例，進行地理實驗觀察的視角挖掘研究，并對實驗觀察促進綜合思維培養的機制進行初步探究，以期為地理實驗的理論研究和實踐應用、綜合思維的培養提供些許借鑒。

一、實驗設計

實驗目的：城市內澇的影響因素

實驗器材：透明塑料杯（直徑20cm，高約12cm），粉末狀水泥，新挖土壤，彩色夾子（代表房屋），自來水若干升。

實驗準備：用水泥和土壤分別制作2組模型，分別為水泥組和土壤組（見圖1）。在圖示位置放上夾子，表示房屋。

實驗步驟：向兩個試驗組中分別倒入等體積的水，觀察實驗組和對照組差異。

二、地理實驗的觀察視角挖掘分析

1.指向“觀什么”的要素視角

【視角】地理實驗的本質是地理現象的模擬，地理現象具有綜合性。地理實驗學習的要素觀察視角包含兩個方向，即涉及哪些因素和其中的“首要要素”。本實驗中，指向自變量的一級地理要素涉及土壤、硬化水泥路面、地形、模擬降水、模擬房屋，指向因變量的二級地理要素涉及下滲時間、下滲速度、“洪澇”面積、“洪澇”深度、“洪澇”顏色與含沙量、下墊面吸水聲音等（見圖2）。土壤和硬化水泥路面的差異決定了下滲速度和內澇風險的差異;地形和降水通常是人為難以改變的因素，而對于高成本的海綿城市來說其理念應是“改變易改變的”，因而該實驗的首要因素應是指向實驗目標的，即土壤和硬化水泥路面。因此，下墊面差異是該實驗的首要因素。

【策略】要素間錯綜的綜合關系決定了實驗現象的復雜性，而控制變量法能夠化繁為簡，促進實驗觀察有效進行。本實驗中，兩組實驗裝置巧妙地設計了多維實驗，通過控制變量，可將實驗分解為“下墊面差異對下滲和內澇的影響”“地形對下滲和內澇的影響”“降水強度對下滲和內澇的影響”等維度。探究“下墊面差異對下滲和內澇的影響”時，保證水泥組和土壤組降水強度相同，并忽略地形的差異，觀察水泥和土壤下墊面的下滲和積水差異。探究“地形對下滲和內澇的影響”時，水泥組中降水強度相同，下墊面相同，觀察低洼地區和較高地區的下滲和積水差異。因此，控制變量的觀察思維能夠化繁為簡，化無序為有序，促進實驗觀察的有效進行。

2.指向“觀何處”的空間視角

【視角】三視圖多維觀察是從認識地理現象轉變為認清地理現象的重要途徑[1]。而不同觀察視角下，觀察焦點與指向有所差異。側俯視視角下的觀察要素更具綜合性;但指向性、直觀性欠缺;側視與俯視視角下的觀察要素指向性更明確，但綜合性欠佳。三個視角相輔相成、互為補充，綜合三視圖多維的實驗觀察能夠更好地認清地理現象與地理實驗。本實驗中，俯視視角指向地形差異與洪澇面積;側視視角指向洪澇深度;而側俯視視角下，以上要素均可觀察到，但指向性不明確，直觀性不強。類似地，侵蝕河岸實驗中，俯視視角指向河岸侵蝕方向，側視視角指向侵蝕程度。山區修公路“之”字形設計模擬實驗中，俯視視角指向平行等高線的設計原則，側視視角指向通過增加路程降低坡度的原理。因此，俯視與側視、水平與垂直的空間綜合的觀察視角能夠促進認清實驗現象。值得注意的是，地理實驗空間視角需要多維綜合觀察，不表示是無側重的觀察。這一側重的觀察視角應當基于實驗目的和首要觀察的地理要素。

【策略】地理實驗教學應重視預設，靈活把握生成[2]。巧設地理實驗“著眼點”，提升實驗的具身體驗，如同優秀攝影作品需要“著眼點”。“著眼點”一詞源于攝影術語，如一葉扁舟更能襯托湖面之廣闊，使觀眾從船客視角觀察全湖，增強身臨其境之感。地理實驗中同樣需要著眼點。本實驗中，實驗組增設了模擬房屋的彩色夾子。當大雨降至，夾子底部被水淹沒。夾子這一著眼點，能夠讓實驗觀眾置身于“房子”處，從實驗中“房子與家園”的淹沒程度感受該區域的受災程度;通過與地勢較高“房子”淹沒程度的比較，感受地形差異對內澇影響的差異，進而不自覺地在頭腦中形成逃生路線。家園被淹沒，腿腳被打濕，因此，巧設地理實驗“著眼點”能夠提升學生的具身體驗，從而提升學習深度。

3.指向“何時觀”的時間視角

【視角】課堂上開展實驗往往是相當費時的教學過程，因而有必要提高實驗觀察的效率，更好、更快、更準地獲取有效信息。從時間視角看，提高實驗觀察效率須厘清三個問題，即何時觀？觀頻率？觀多久？本實驗中，“降水”在土壤組的下滲吸收過程持續時間僅為幾秒，因而該實驗觀察應當從模擬降水開始，最佳觀察區間為“降水開始至降水結束后5秒左右”。另外，除觀察水之外，適當提醒學生算一算時間，聽一聽土壤吸水的咕嚕聲，能夠有效提升具身學習深度，理解土壤的“海綿”吸納作用。不同的是，水泥實驗組的下滲少，實驗需要從降水開始觀察，應當持續更長時間觀察，直至實驗現象基本穩定不變一段時間，從而得出水泥路面下滲慢、下滲少的推論。類似地，石灰巖的鹽酸鑒定實驗中，最佳實驗觀察區間應為鹽酸滴加后的多氣泡的實驗前期，持續時間較短。用玻璃箱內有無土壤模擬近地面大氣的直接熱源實驗中，觀測頻率和觀測區間尤為重要，該實驗持續時間長，實驗現象最佳觀察點為最后時段溫度計溫度的差異。因此，有必要解決好何時觀、觀頻率、觀多久等時間問題，促進實驗信息的有效和高效獲取。

【策略】第40分鐘的實驗再觀察本身便是一個很好的課堂總結。臨近下課時組織學生再觀察兩個實驗組，水泥組依然多積水，土壤組基本無積水。課堂實踐表明，第40分鐘的實驗觀察，能夠有效深化實驗主題，首尾呼應，精彩收尾。另外，該課的導入設計是一個水流在透水磚上消失的魔術，在第40分鐘的實驗再觀察之后，揭曉魔術原理，自然引出城市內澇的“透水”理念與對策，效果甚佳。

4.指向“怎樣用”的實踐視角

【視角】地理實踐力是在考察、調查和實驗等地理實踐活動中所具備的意志品質和行動能力[3]。實驗盡可能模擬現實，但畢竟不等同于現實。地理實驗的目標不能僅停留在理論層面，最終應落實在實踐應用中。因此，實驗觀察須理論聯系實際，綜合理論和實踐兩個視角實施觀察，引導學生從實踐的視角觀察實驗。

【策略】本實驗中，從要素視角看，首要要素指向解決內澇問題的最佳針對對策（圖3）;從空間視角看，三視的空間綜合視角指向最佳逃生或救援路線;從時間視角看，最佳觀測區間指向最佳逃生或救援時間。課堂實踐中，學生觀察實驗時聯想到諸多生活中的內澇問題，如“宿舍路上”“垃圾堆放處”“放學路上涵洞”等。從地形因素對內澇的影響聯想到暴雨時避開涵洞等低洼危險處;從下墊面差異對內澇的影響聯想到通過使用透水磚或下沉式綠地應對內澇問題。因此，綜合理論和實踐視角觀察實驗，能夠培養學生地理實踐力，培養綜合思維。

三、實驗觀察促進綜合思維培養的機制分析

自然地理現象具有整體性與綜合性，地理實驗亦具有整體性與綜合性，該特征決定了綜合的觀察視角在地理實驗觀察中的必要性。要素視角旨在“觀什么”，觀察者通過涉及要素和首要要素等視角進行實驗觀察，多要素的綜合觀察能夠促進綜合思維中要素綜合思維的培養。空間視角旨在“觀哪里”，觀察者通過側視、俯視、側俯視、遠觀與近觀等不同空間視角進行實驗觀察。時間視角旨在“何時觀”，觀察者通過何時觀、觀多久、觀頻率、最佳觀測區間等時間視角進行實驗觀察。多尺度的空間觀察視角與時間觀察視角能夠促進綜合思維中時空綜合思維的培養。此外，實踐視角旨在“怎樣用”，觀察者基于自身理論，以理論視角聯系實踐視角進行實驗觀察，從而促進綜合思維的培養。要素綜合視角、空間綜合視角、時間綜合視角、實踐綜合視角等綜合的觀察視角能夠有效促進地理實驗信息的有效獲取，從而提升地理實驗的廣度與深度，提高地理實驗效果與效率。

參考文獻

[1] 張超偉.借助跨學科思維解決中學天文學基礎中的方位難題研究[J].地理教學，2019（06）.

[2] 陳炳飛.地理實驗教學的生成策略[J].教學與管理，2016（28）.

[3] 王民，黃勁松，蔚東英.“地理實踐力”水平劃分標準與案例研究[J].中學地理教學參考，2017（17）.

【責任編輯? 王? 穎】

該文為蘇州市規劃課題“十三五”（2019年）規劃課題“適合教育視域下鄉土地理實驗校本課程開發研究”（192003170）的階段性成果