設計思維在高中地理實驗教學中的應用研究

曾舒影

（福建省福安市第一中學，福建福安 355000）

引 言

地理學是研究自然和人文現象，以及它們之間相互關系的學科。地理實驗是地理教學的重要組成部分，有很強的操作性與直觀性。地理實驗教學能極大程度地激發學生的科學興趣、培養嚴謹的學科作風，切合素質教育要求。基于此，本文將對地理實驗教學的實施進行探析。

一、地理實驗教學的現狀

近幾十年，美、英、日等發達國家注重實驗教學在地理課堂中的實踐運用，出臺了專門針對實驗教學的政策，出版了較為權威的專用實驗教材，借此保證實驗教學的有效實施。在我國，因實驗教學起步較晚，尚未形成完整的配套實驗教材，多數學校缺少開展地理實驗的器具與環境，部分教師的實操能力有限，造成目前地理教學不能切實開展各種實驗活動。僅有的少數地理實驗活動，不僅內容淺化、活動單一、目標含糊，而且基本上是教師主宰著整個實驗過程，學生被動完成教師指定的觀察任務，缺少思考與創造。

二、設計思維下的地理實驗教學思路

1987年，彼得·羅伊在Design Thinking一書中描述了建筑師和城市規劃者在做設計時用到的設計方法論，“設計思維”概念由此確定。設計思維是一種新的理念，旨在培養學生像設計師一樣解決現實生活中的復雜問題，契合了我國創新人才培養的需求[1]。

根據《普通高中地理學科課程標準（2017年版）》倡導的“教學過程重實踐”基本理念,筆者結合以往的教學經驗，以“模擬洋流運動”為例，嘗試在高中地理教學實驗中改進EDIPT設計思維過程,從確定主題、明確認知、實驗設計、實踐操作、總結評價五個環節研究地理實驗教學。

三、設計思維下地理實驗教學的應用探討

（一）確定主題

此環節一般由教師把控，教師需要認真研讀課程標準與教材，選定實驗方向，明確實驗原理,確定教學目標與素養要求。例如，“大規模的海水運動”這一節的教學目標是：運用地圖，歸納世界洋流分布規律，說明洋流對地理環境的影響。因此明確實驗方向——通過人為手段模擬洋流運動，據此分析其形成原因，實驗的原理應盡可能與事實相吻合。實驗主題的確定可由學生自主選擇，擺脫傳統地理實驗，即采用“教師出示主題—步驟指導—學生操作—結論反饋”的流程，能更大程度地激發學生自主學習的主動性與科學興趣。

（二）明確認知

地理實驗活動主要關注學生學習過程中的難點，通過實驗解決學生的認知問題，加深學生對所學知識的印象。所以，了解學生已有認知，分析學生學習特征，是開展地理實驗前的必要舉措[2]。這個過程的落實便于教師對整個實驗課堂進行掌控，以保證地理實驗的有效進行。

例如，“大規模的海水運動”一課中，洋流形成的主要動力、與風向的關系以及上升補償流形成原因都是學習難點，所以整個實驗圍繞“洋流成因”設計知識鏈：洋流的主要動力→盛行風帶→風向與洋流運動方向的關系→陸地輪廓的影響→拓展延伸（上升補償流的形成）。其中，盛行風帶與地轉偏向力是學生所熟悉的知識，可在實驗前加深鞏固，強化印象，讓學生明確認知，做好實驗前的知識儲備。

（三）實驗設計

實驗教學中，教師應當注重以下以學生為主體的設計環節。

（1）列出問題涉及的變量，厘清變量關系（有數據要求的地理實驗如河流的含沙量、流量等），如果問題難度值偏大，那這個變量關系就必須由教師提供。

（2）引導學生做出合理假設。但要注意，這些假設通常是實驗所依據的科學原理或者是其反例，單純的觀測類實驗并不需要假設。

（3）生生或師生互動交流，建議六人為一組交流闡述假設理由，可以求同存異。

（4）學生撰寫實驗操作步驟，教師輔助。如果實驗難度稍大，可以先由教師提供一些熟知的實驗方法或教學視頻，學生在此基礎上進行器具或方法的改動創新，列出實驗步驟。

模擬洋流運動實驗中，筆者先給出碎紙模擬表層洋流運動實驗（如圖1上），這只能體現赤道附近盛行風對洋流形成的影響與實際的風帶有區別，提示學生可以進一步完善風帶（如圖1下）。在撰寫過程中，學生對器具的使用、環流的形成個數都進行了改進，使實驗與課本中的洋流模式圖、現實世界的表層洋流運動更為接近。

圖1 模擬洋流運動

最后，學生通過小組合作撰寫出實驗操作步驟。

（1）準備實驗器材：橢圓形水槽、碎紙片（或魚食等易漂浮于水面的小物品）、吸管。

（2）明確實驗目的：了解世界表層洋流運動的原因。

（3）實施實驗步驟：①橢圓形水槽底部標注赤道、兩極，水槽注滿水，撒上碎紙屑（魚食等易浮物品）；②通過吸管向代表赤道和北半球中緯度的水面吹風（類似于低緯信風和中緯西風）；③在表格中記錄現象，并分析其原因。

（四）實踐操作

依據實驗步驟流程操作，教師可以根據學生現有能力和實驗安全要求，選擇合適的儀器，指導學生小組操作，觀察產生現象，記錄實驗數據、分析實驗結果、思考產生的原因，整理最終結論。一般情況下，中學地理驗證性實驗的結論與實驗的假設是相吻合的。但要注意，因為一些地理現象是自然界大范圍的，所以在進行實驗室小范圍模擬時會出現偏差，如地轉偏向力在洋流形成過程中的作用就無法在小尺度的水槽中體現。學生在記錄實驗結論時往往容易忽略，因此，教師要起指引作用，引導學生發現問題，比較實驗與實際的區別。

（五）總結評價

總結評價是地理實驗教學實施的重要環節，可以反映師生的教與學狀況，使教師更好地了解學生的學習程度[3]。在模擬洋流運動的實驗中，筆者初擬了簡潔的實驗過程性評價單，以百分制從實驗學習目標、實驗問題假設、對假設進行論證、注意事項、撰寫實驗步驟、規范操作實驗、分析處理數據或現象、總結正確結論、理論知識掌握、參與小組合作這十個方面進行評價，對整個學習過程起到導向、管理、診斷、激勵的作用。

結 語

綜上所述，設計思維下的五個教學環節重新構建了地理實驗教學中教與學模式的靈活框架形式，與地理學科其他教學方式相輔相成，對培養學生的學科技能起到了重要作用。五個環節要以教師本身的學科素養為基石，所以筆者將繼續學習、深入探究，以期提出更適合目前地理教學的實驗教學方法。