立足地理實踐力的高中地理實驗教學
——以“地表徑流、下滲及其影響因素實驗教學”為例

尹行錦

(合肥市第九中學 安徽合肥 230001)

自《普通高中地理課程標準(2017年版)》發布以來，地理學科核心素養成為高中地理教學的核心。地理實踐力作為一種必備核心素養，也受到越來越多的關注。相比傳統教學，地理實驗教學突出了學生主體，更能有效培養學生的地理實踐力。按照實驗操作者不同，將地理實驗分為演示實驗和學生操作實驗兩種。演示實驗是常規教學的輔助手段，由教師在課堂上操作、演示，學生觀察其中的地理過程和現象，增強對知識的理解；學生操作實驗的主體是學生，由學生設計、準備、操作、分析實驗，通過學生的全程參與，有效培養地理實踐力。本文所述“實驗教學”為學生操作實驗。

一、開展高中地理實驗教學的意義

(一)培養地理實踐力，適應新課標要求

地理實驗教學是指在地理教學中為完成教學目標、培養學生的科學態度和各項地理能力而以地理實驗為手段開展的師生共同參與的教學活動。

自2017年版課程標準發布以來，地理學科核心素養的培養就成為高中地理一切教學活動的核心。其中，肩負“行動意識”“行動能力”培養的地理實踐力就是一種非常重要的素養，這符合提高“自主思維”和“創新能力”的新型人才要求。新版課程標準強調地理實踐力的培養，相比傳統教學，地理實驗教學突出了學生主體，更能有效培養學生的地理實踐力。

(二)直觀演示現象，激發學生的學習興趣

地理學科中某些知識難度較大，且與當前學生生活有較遠的距離，學生普遍理解困難。例如，土壤的透氣性、保水性等方面知識對城市學生來說就尤其陌生，因為城市環境中，學生很難直接接觸到土壤。通過做相關地理實驗，不僅能夠將地理現象及其形成過程直觀地展現出來，便于學生理解，而且易于激發他們的學習興趣。

(三)揭示地理原理，啟發學生思考

受已有知識儲備或知識難度限制，許多知識點并不能讓學生理解得很透徹，如地表徑流、下滲及其影響因素。通過引導學生設計實驗，不僅增強了學生對水循環過程的理解，還能啟發學生逐步思考影響各主要環節的因素。

(四)培養分析能力，提升地理思維

杜威認為，學習是知行統一的規律，強調學習中學生的主體地位和經驗的基礎地位，并強調真實經驗存在的意義。這與地理實驗教學的模式異曲同工，地理實驗教學即是建立在真實情境下，促進學生在實驗活動中發現問題，通過設計實驗方案，配合實驗操作進行問題分析，從而解決地理問題。

二、高中地理實驗教學設計的原則

(一)科學性原則

地理學，尤其是自然地理學，是一門科學，其知識是建立在科學的過程和原理之上的。地理實驗設計的目的是還原地理過程或探究地理原理，為了準確地呈現地理過程或原理，實驗本身的科學性就尤為重要。

(二)典型性原則

現實教學中，地理實驗對地理課堂來說是“奢侈”的，因為課時本身就很緊張。這就要求地理實驗必須認真篩選，集中精力做一些典型的、有代表性的、能培養地理實踐力的實驗。

(三)適切性原則

中學生有自身獨特的身心特征，教師在教學時應根據學生的知識儲備和能力基礎，結合預期培養目標，選擇合適的內容、合適的工具、合適的分組，進行實驗設計，滿足學生知識和技能提升的需求。站在學生的角度思考“什么樣的實驗我會感興趣”，站在教師的角度思考“什么樣的實驗對學生能力的提升有幫助”。總之，實驗的選擇應當以滿足學生需求為原則。

(四)可行性原則

現實教學中，許多地理原理或過程是無法通過簡單實驗實現的，如三圈環流的形成過程；也有許多實驗對實驗裝置有很高要求，如證明地球自轉的實驗。這就要求高中地理實驗設計時充分考慮實驗的可行性。實驗現象應該明顯、易觀察，通過認真觀察、記錄實驗現象和數據即可分析實驗結論；實驗裝置應該取材方便，制作容易，通過材料的簡單處理和組裝即可使用。

三、高中地理實驗教學設計策略

(一)把握實驗設計原則，選擇實驗內容

設計實驗前，首先應該確定實驗內容。在內容選擇時需要對實驗進行初步估計，大致了解實驗的原理、過程和可能結果，并初步判斷實驗實施的科學性、典型性、適切性和可行性問題，只有滿足這些條件，后續的實驗設計和實施才能順利有效進行。

(二)分析課標、教材，明確實驗目標

實驗教學是地理課堂教學的一部分，實驗實施的最終目標也是實現教學目標。因此，實驗教學設計時應認真分析課標要求和教材內容，明確實驗應該達成的目標。課標為總體目標，總體目標實現的知識載體是教材，實驗目標是總體目標的分解，是達成課標的階段性保證。

教師需要研讀課程標準和教材，明確實驗原理(特定的地理事實、過程或規律)，分析學生的學習特征，確定這個實驗要達到哪些教學目標，然后清晰地陳述這些目標與問題。

(三)立足現實，分析學情，引導設計實驗方案

在充分分析學生學情的基礎上，引導學生依據實驗教學目標，分析實驗原理，并設計實驗方案。實驗教學相比常規教學最大的優勢，就是有助于培養動手能力，提高地理實踐力。教學中應充分發揮這一優勢，教師引導學生通過小組合作分析實驗原理，設計實驗方案。

(四)引導學生準備材料，搭建裝置，做好實驗準備

在實驗方案設計完成后，教師應引導學生根據方案準備實驗材料，搭建實驗裝置。這個過程依然是以學生為主體，以教師為引導。學生根據實驗需要，尋找易于獲得的材料，通過動手處理，改裝成能滿足實驗需要的裝置。學生全程自主動手，真正提高地理實踐力。

(五)針對性指導，科學操作，記錄實驗數據

學生缺乏實踐經驗，實驗操作上難以保證絕對正確，因此在實驗環節，教師需要有針對性地做好指導，及時記錄出現的錯誤，必要時予以糾正。指導學生真實、詳細地記錄實驗數據，啟發學生關注實驗中出現的“偶發性問題”。

(六)科學分析，理性反思，形成報告，評價結果

最后，需要對記錄的實驗數據進行詳細、科學的分析。通過定性分析和定量分析，找到數據中的內在聯系，將實驗結論與實驗原理結合，進行邏輯分析和理性反思，評價實驗結果是否科學、準確，找到新的問題，并啟發進一步的思考和實驗，促進深度學習。

四、高中地理課堂實驗教學案例——“地表徑流、下滲及其影響因素實驗教學”

(一)課標要求及理解

1.課標內容要求：本實驗研究的問題主要涉及必修課程地理一的水循環和選擇性必修一自然地理基礎中的自然地理環境整體性，其課標內容要求分別為必修一:1.7運用示意圖說明水循環的過程和意義；選擇性必修一:1.9運用圖表并結合實例分析自然地理環境的整體性和地域分異規律。

2.對課標的理解：水循環過程比較簡單，但理解水循環各環節受哪些因素影響，難度較大。水作為自然地理環境的重要組成部分，其循環過程也是自然地理環境整體性中的一個重要方面，因此水循環中的許多細節知識明顯地影響著我們對地理環境整體性的理解。因而，從課標要求及知識的邏輯性、體系性角度來講，此內容很重要。

(二)實驗教學目標

1.分析影響下滲、地表徑流的因素(綜合思維)。

2.分析降水、地表徑流、下滲、地下徑流的關系(綜合思維)。

3.初步培養實驗意識、設計實驗的方法以及動手做實驗的能力(地理實踐力)。

4.通過對影響地表徑流、下滲等因素的探究，思考人類活動對水循環的影響(人地協調觀)。

(三)實驗方法設計

模擬實驗法、控制變量法、定性+定量分析法。

(四)實驗教學內容設計

本節實驗課并非給定方案，讓學生完成實驗，而是引導學生從分析期望解決的問題開始，逐步自主設置實驗目標、探究原理，自主設計實驗方案并分析數據，最終得到實驗報告。本實驗所要給學生的也不只是一些簡單的結論，而是將重點放在培養實驗探究的意識、設計實驗的方法和親手完成實驗的能力。當然，教師必須事先準備一個實驗方案，在學生需要時提供參考。

1.明確實驗目標。

2.分析實驗原理

降水到達地面形成地表徑流，流動中部分下滲，轉化為地下徑流，下滲過程受到降水量、降水強度、土質、坡度、植被覆蓋率等因素的影響，地表徑流也因此而受到影響。

3.設計實驗方案

(1)根據待檢驗的五個變量，設計六組實驗。

(2)分析實驗程序：

設置一個對照組實驗①，變量控制為坡度較小，降水500 mL，降水強度較小，無植被覆蓋，疏松沙子；

設置實驗組實驗：保持其他條件不變，依次改變降水量(變為1000 mL)、降水強度(變大)、坡度(變大)、植被覆蓋率(增加草皮覆蓋)、土質(土質變緊密，使用泥沙混合并壓實)并依次編號為實驗組②、③、④、⑤、⑥。

4.實驗準備

(1)實驗材料見表1。

表1 實驗材料

(2)制作簡易實驗器材：①1.5 L塑料牛奶盒的處理(制作設備主體并作為地下徑流收集器)；②純凈水瓶的處理(制作高支架a和低支架b模擬不同坡度，另外兩只純凈水瓶分別用大頭針和錐子在瓶底鉆孔制作降水模擬器a、b，模擬小強度降水和大強度降水)；③紙質牛奶盒的處理(制作盛土容器模擬坡面)；④搭建實驗器材。

(3)制作實驗記錄表

根據需要，引導學生自行設計完成。

(4)設計實驗操作(見表2)

表2 實驗操作步驟

(5)明確組內成員分工：如確定模擬操作員、徑流測量員、泥沙測量員、記錄員、質量監督員等。

(6)分析實驗注意事項：如安全性、科學性等。

(7)引導學生進行實驗結果分析

實驗結論是要引導學生解決實驗目標中需要解決的問題；參考問題是教師提出來的，供學生進一步思考的問題。

實驗結論：①影響下滲的因素有哪些？為什么會對下滲產生影響？②降水量、地表徑流、下滲、地下徑流間有怎樣的關系？

參考問題：①真實的自然環境中以上結論是否依然成立？為什么？②哪些因素會影響實驗的準確性？可如何改進？③實驗設計和操作中有哪些不足？④地表徑流收集器中為何會有沙子？真實的自然環境中代表什么環境問題？沙子的多少受哪些因素的影響？可采取什么措施減少流失的泥沙量？驗證你的結論。

5.引導學生改進實驗或進一步實驗。

6.布置學生寫一篇實驗反思

通過反思，學生可回顧整個實驗過程，重溫重要結論，總結經驗教訓，為今后的實驗打下更堅實的基礎。

(五)教學過程設計

略。

五、教學反思與自我評價

(一)自我評價

本節實驗課達成了預期目標，實現了較好的教學效果。

(二)教學反思

本節實驗課的成功之處主要有以下幾點。

1.實驗材料的獲取簡單易行，同時實現了一個實驗解決多個問題(如同時分析了水、土流失問題)。

2.圓滿完成了教學任務，學生對相關知識點的掌握牢固，直觀且印象深刻。

3.培養了學生實驗意識、設計實驗的方法以及動手做實驗的能力(地理實踐力)。

4.通過對影響地表徑流、下滲等因素的主動探究，啟發了學生統籌思考的能力，培養了綜合思維。

5.通過將實驗結論聯系實際問題，增強了學生對人與自然相互關系的認識，培養了人地協調觀。

本節實驗課的不足之處主要有以下幾點。

1.實驗設備多為廢棄物再利用，雖然方便獲取，但也限制了實驗效果，后期應考慮選擇更好的實驗材料。

2.學生實驗中規范性不夠，許多不規范的操作實際上引起了實驗變量的改變，如筆者在觀察中發現學生對降水位置控制得不夠好，可能導致實驗結果不準確。

3.做不同植被覆蓋條件下的對比實驗中，采用在沙土上覆蓋草皮的方法，實際上不僅改變了植被覆蓋，也改變了下層土質，這一點有待將來改進。

(三)總結

1.實驗教學不是單純地帶著學生做實驗，更重要的是帶著學生一起設計實驗，設計過程對學生思維的培養可能比實驗結論更重要。

2.實驗教學是一種重要的教學方法，在培養學生科學思維與科學能力的過程中有不可替代的重要性，它應該越來越多地走進地理課堂。

3.實驗教學的能力需要在未來的工作中不斷磨煉，需要不斷努力。