地理室外課的探究與反思
——以“植物生長分布的影響因素”為例

龔正權 陶 穎

（襄陽市第五中學, 湖北 襄陽 441057）

2020年，教育部發布了《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）。新課標要求高中地理教學要引導學生關注全球問題以及我國現代化建設中的重大地理問題，弘揚科學精神和人文精神，培養學生創新意識和實踐能力，增強社會責任感，強化人口、資源、環境、社會相互協調的可持續發展觀念，落實立德樹人的根本任務。

如何培養學生創新意識和實踐能力？如何在新課標的學習中落實地理實踐力這一地理核心素養？圍繞這些問題，近些年來，中學地理老師紛紛開展了一些教學活動，但多圍繞大氣、水等便于開展地理實驗的章節。其他教學活動受場地、資金、安全、教學評價等因素的影響，可操作性不強。如何以學生為主導，通過學生自主探究、自我總結和分享來增強學生的創新意識，或為地理室外教學活動設計的難點。為此，筆者結合學校條件和學生學情，以光照對植物分布的影響為探究主題，進行地理室外課程的設計與反思。

一、課程設計

現階段大多數地理室外課多半采用教師引導講解、學生自主觀察記錄的模式。但是可能存在班級人數過多，聽不清楚老師講解，學生的主觀能動性不強，對老師講解的知識不感興趣等問題。這使得地理室外課沒有收到很好的效果，也未能充分鍛煉學生的地理實踐力。筆者在室外課課程設計中，采取小組合作學習的方式。

實行組長負責制。各小組抽簽選取題目后，小組長負責協調安排組員的任務，并在室外課開始前將本小組的課題規劃構想、具體操作、任務安排等細節與老師溝通交流。在室外課結束后，小組學生需要將本組的研究成果以PPT的形式進行匯總，并推舉匯報人，向全班學生做匯報。同一節課可以設置多個不同主題的問題，每個小組只負責一個問題，但是通過匯報的形式，全班學生都可以了解其他小組的研究過程和研究成果，以達到鼓勵學生相互學習、共同進步的目的。本文以探究光照對植物分布的影響這個問題為例，對本次課進行反思總結。

二、實驗設計

襄陽五中教學樓和實驗樓均為回字形連廊結構（見圖1），四棟樓的中間均為天井草坪。靠近教學樓南樓一樓的草坪均自然演化生長出了帶狀分布、寬度不一的蕨類植物。為何天井草坪的南側為何會長出蕨類植物？這些植物有哪些生長習性？蕨類生長區域的寬度與太陽高度有關系嗎？帶著這樣的疑問，在地理室外課中，設置如下任務：探討光照對植物分布的影響；觀察測量實驗樓知行樓天井草坪蕨類植物分布特點，結合該植物生長習性，推論分布成因。

圖1 襄陽五中校園平面圖

設計意圖：通過探究校園自然生長的蕨類植物的具體名稱、生長習性、分布位置、分布特點，分析實驗樓對太陽光線的遮擋時長、強度、方位產生的差異及其原因，將其與襄陽本地的正午太陽高度相聯系，引導學生測量估算實驗樓高度，計算正午太陽高度，推論兩者關系。

三、實驗工具準備

實驗工具如下：皮尺（測量蕨類植物的生長寬度）、相機（拍照記錄樣本和實驗過程）、標本夾（采集蕨類植物葉片，制作標本）、園藝小鏟（采集土樣）、采集袋（分裝土壤樣本）、標簽紙（區分不同位置樣本，便于后期編號整理）、記錄本（記錄觀測的數據）、植物識別軟件（識別不熟悉的植物種類，便于了解植物習性）。

四、實驗過程記錄

將學生分成若干組，分別完成實驗的不同環節。在實驗中引導學生進行實驗記錄，完成實驗報告。實驗報告的內容包含：班級、姓名、組號、實驗日期、實驗內容、實驗目的、實驗儀器、實驗步驟、實驗記錄、實驗結果。結合學生實驗操作，梳理主要實驗環節如下：

1.利用皮尺，測量蕨類植物生長邊界的寬度，計算面積。采樣點分布如下所示（見圖2）。

圖2 實驗樓天井草坪采樣地點分布圖

2.利用小鏟對標號點進行土樣采集，記錄土樣的顏色、濕度、土壤、生物等特征。具體土壤采樣樣本如下（見圖3）。

圖3 實驗樓天井草坪采樣點土壤樣本圖

3.利用植物識別軟件，對草坪內的蕨類植物品種進行鑒定，歸納總結植物習性。采集天井草坪不同位置的蕨類植物樣本，對比分析植株高度，制作植物標本。識圖軟件操作如下（見圖4），不同位置的蕨類植物樣本對比如下（見圖5）。

圖4 實驗樓天井草坪蕨類植物手機軟件識別截圖

圖5 實驗樓天井草坪不同位置蕨類植物高度對比

五、實驗結果記錄

結合實驗樓蕨類植物寬度測量和采樣點位置，繪制簡圖（見圖6），以便進行實驗結果記錄。

圖6 實驗樓天井草坪采樣點示意圖

1.實驗環節1結果記錄

俯視整個天井草坪，蕨類植物緊靠實驗樓南樓一側分布，且分布寬度不均，呈現出西側略寬、東部略窄的特點。西部最寬處大約為10米，東部最窄處大約為3米，蕨類植物與其他草本植物邊界清晰可見。

2.實驗環節2結果記錄

6個土壤采樣點的土壤特點梳理如下（見表1）。

表1 實驗樓天井草坪采樣土壤特征分析

通過采樣觀察記錄得出：六個采樣點中，土壤水分含量最高的為②，土壤顏色最深；土壤水分含量最低的為③，土壤顏色最淺；土壤含水量由高到低大致排序為②＞⑤＞④＞①＞⑥＞③。

3.實驗環節3結果記錄

利用植物識別軟件，對草坪內的植被品種進行鑒定，得出該蕨類植物名稱為漸尖毛蕨。金星蕨科，毛蕨屬，分布于長江流域以南各地，東至臺灣，北至山西，西達秦嶺南部等地。多年生草本，高80～150厘米。根莖長而橫走，頂部密生棕色披針形鱗片。葉片倒披針形，亞革質，具尖，全緣或有微鋸齒。選取4個地點進行植株采樣，采樣點的蕨類植物特征梳理如下（見表2）。

表2 實驗樓天井草坪采樣蕨類植物特征分析

六、實驗結果討論

1.討論一：光照如何影響蕨類植物的分布，蕨類生長區域的寬度與太陽高度有何關系

由于蕨類植物喜陰的特性，其生長最佳環境為全年都無陽光直接照射。由此推論，蕨類植物生長區域的寬度可能與實驗樓全年最短日影有關。結合正午太陽高度的相關知識，可以進行相關分析和計算。根據測量蕨類植物寬度和實驗樓樓高，計算樓高與寬度的比值，與夏至日正午太陽高度角的正切值對比分析（見圖7）。

圖7 實驗樓天井草坪夏至日光照示意圖

利用手機軟件測量實驗樓的高度，大約為20米，測量蕨類植物平均分布寬度為3米，兩者的比值約為6.67。

夏至日襄陽正午太陽高度計算，H＝90°–︱32°–23°26′︱＝81°26′，估算正切值約為Tan81°=6.31。

利用手機軟件測量樓高可能存在一定的誤差，因此，計算出的正切值可能也存在一定誤差。

為了驗證計算的準確性，觀測夏至日正午樓影的長度是否剛好到達蕨類植物的北側邊緣。在實驗之后的夏至日前后、地方時12點在實驗樓拍攝照片（見圖8），通過測量得出蕨類植物分布寬度大約3米，說明以漸尖毛蕨為代表的蕨類植物，其最佳生長環境為全年都無陽光直接照射。通過分析總結得出，光照對以漸尖毛蕨毛蕨為代表的喜陰植物生長分布會產生顯著影響。

圖8 實驗樓天井草坪夏至日前后光照景觀圖

2.討論二：為何天井草坪西側蕨類植物的分布寬度明顯寬于影長，蕨類植物的生長高度和寬度有何關系

太陽高度周日變化呈現出由低到高再到低的規律，影長的變化則是由長到短再到長。實驗樓是回字形連廊結構，實驗樓南側和西側樓房都會遮擋陽光，當午后太陽位于西南天空時，實驗樓西側樓房會遮擋陽光在天井草坪西側形成大片陰影，正午時刻蕨類植物被陽光直接照射時長較短。使得方形的天井草坪南側形成西寬東窄的弱光區。

東側樓房的遮擋作用不明顯，草坪東部蕨類植物分布寬度大致與夏至日最短樓高影長相當。西側樓房的遮擋作用明顯，西側草坪漸尖毛蕨分布寬度超過夏至日最短樓高影長，整個草坪漸尖毛蕨分布呈現出西寬東窄的特點（見圖9）。

圖9 實驗樓天井草坪漸尖毛蕨分布圖

實驗樓遮擋陽光，在天井草坪上形成大片陰影，導致靠近實驗樓南側的草坪全年沒有陽光照射，形成本影區。越靠近本影區，弱光條件越好，越有利于漸尖毛蕨的生長。本影區的蕨類植物生長茂盛，植株高度最高。天井草坪中部一年中部分時間能接受到陽光照射，形成半影區，弱光條件差一些，蕨類植物匍匐地面生長，植株高度普遍低于本影區。整個草坪蕨類植物高度大致由中部半影區向南側本影區逐漸增加，與光照條件變化大體一致。

3.討論三：華南毛蕨性喜溫暖潮濕，其生長除了受到光照影響，土壤含水量是否影響蕨類植物的生長

通過對采樣土壤水分比較，得出實驗樓天井草坪的含水量分布呈現②＞⑤＞④＞①＞⑥＞③。靠近南樓同一水平位置上的土壤樣本，水分存在差異，并非位置越接近實驗樓陰影，土壤含水量越高。為何會出現這樣的情況？

通過仔細觀察實驗樓的結構（見圖10），發現在天井草坪的四個角落，大樓設計有通風連廊，利于實驗樓天井內的通風。而①③⑥三個采樣點剛好位于通風連廊處，其通風效果比其他采樣點更好，土壤中的水分蒸發也就更加旺盛，因此土壤含水量存在差異。因此同樣位于背陰位置①和⑥的漸尖毛蕨的長勢不如②，也不如天井草坪南側中部。通過分析總結得出，同樣滿足弱光條件下，土壤的含水量高低也會影響蕨類植物的生長和分布。

圖10 實驗樓天井草坪通風連廊示意圖

天井草坪西側的通風連廊寬度小于東側通風連廊（見圖11），西側土壤中的水分蒸發更弱，使得土壤水分含量較多，西側草坪的漸尖毛蕨長勢好于東側。

圖11 實驗樓天井草坪通風連廊景觀圖

通過采樣對比分析發現，光照和水分是影響植物生長的主要因素。以漸尖毛蕨為代表的喜陰植物，在襄陽五中校園實驗樓的生長同時受到光照和土壤水分的影響。

七、反思

探討植物分布的影響因素的地理室外課使學生收獲很大，達到了課程設計的預期目的。筆者對本節課的反思如下。

本次地理室外課包括提出問題、設計實驗、觀察記錄、討論分析。整體來看是一個較為完善的科學實踐過程，學生在這一過程中運用所學的地理知識，解決了實際生活中的地理問題，達到了學習對生活有用的地理的目的。

由于實驗條件有限，本課程設計中的實驗精度不高，但基本能夠達到中學階段的學習要求和實驗條件。在日常教學中，教師要勇于創設條件鼓勵學生，使得學生真正參與到實驗設計和改進中。培養地理實踐力并非只是做實驗，更要去反思實驗，在實驗中發現問題。教師面對與預設結果不一致的地方，鼓勵學生敢于大膽質疑，敢于提出自己的想法，這樣才能達到培養創新型人才的目的。