高中地理實驗探究活動的設計策略

【摘要】實驗探究活動設計是高中地理教學設計的重要環節。實驗探究活動作為實際操作環節，能促使學生遷移應用課本中知識，讓學生深入學習和理解相關的地理現象，提高理解能力，培養地理核心素養。

【關鍵詞】高中地理；實驗探究；活動設計

作者簡介：何炎炎（1983—），女，江蘇省如東縣掘港高級中學。

實驗探究活動作為高中地理教學中重要的一環，可以將課堂中的“教”與“學”轉變為“做”，讓學生通過直觀的實驗探究加深對地理現象的理解；可以有效發揮學生實驗操作的能力，激發學生對地理現象和地理學習的興趣；可以提升學生學習的深度和廣度，拓展學生的地理思維。

一、觀察實驗，了解現象過程

高中地理探究的是生活中的地理現象及其原理。在教學過程中，教師可以通過實驗將不易觀察的現象清晰地展現出來。學生通過觀察實驗，將日常生活中的地理現象放大、細化，探究其中的原理，感受地理的奇妙之處。

例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一節“流水地貌”時，教師可以用沙土堆成一個小山，用水壺灑水模擬河流沖刷，進行模擬河流上游的流水侵蝕實驗并讓學生仔細觀察。在這個過程中，學生可以觀察到下蝕、側蝕和溯源侵蝕等現象，了解到河流在流動的過程中，對地表有侵蝕和搬運的作用。學生觀察到河床加深，河流向縱深方向發展，理解了下蝕現象；觀察到河谷變寬，河流向橫向發展，理解了側蝕現象；觀察到插在原本河流源頭前方的小旗倒下了，流水向源頭方向侵蝕，理解了溯源侵蝕現象；觀察到由于河流落差大、流速快，因此流水以下蝕和溯源侵蝕為主，從而形成“V”型河谷。而后，教師可以引導學生觀察小山前的沙土和流水，了解流水堆積現象。在山區，河流挾帶大量礫石和泥沙。當河流流出山區進入較平坦的地面時，河流變得開闊，水流速度減慢，河流搬運的物質逐漸在山前沉積下來，形成扇狀堆積地貌，即沖積扇。學生可以觀察到，顆粒大、比重大的沙粒先沉積，顆粒小、比重小的沙粒后沉積；可以觀察到，在同一河段，侵蝕、搬運和堆積是同時進行的，在彎曲河段兩側河水流速不同，一側發生侵蝕，同時另一側發生堆積，并了解到，相對原來平直的河岸而言，凹進的一側河岸稱為凹岸，凸出一側稱為凸岸；可以觀察到，凹岸一側小旗倒下，說明凹岸以侵蝕為主，凸岸以堆積為主。教師通過實際演示將課本中的文字描述展現出來供學生觀察，幫助學生了解侵蝕和堆積地貌形成過程。

地理實驗可以幫助學生直觀地了解地理現象。在演示實驗的過程中，教師要引導學生注意實驗中的細節，讓學生在觀察實驗中關聯知識點。這樣，可以有效激發學習地理的興趣，有利于學生理解地理現象，培養學生觀察實驗的能力。

二、模擬實驗，深入理解原理

教師要改變一味傳授知識的方式，讓學生通過實驗不斷感受地理現象，激發學生學習地理的興

趣［1］。教師可以引導學生進行模擬實驗，讓學生在實際操作中感受地理現象變化過程，鍛煉學生的地理實驗能力。

例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三節“大氣熱力環流”時，教師可以根據熱力環流的原理提供實驗方案，讓學生根據步驟完成實驗，積累實驗經驗。具體而言，學生可以兩兩組合，準備兩個裝水容器，一個裝滿100℃的熱水，另一個裝滿冰水。在這兩個容器上面，放一個裝滿常溫水的大容器。學生在熱水容器上方，向大容器滴入黑色墨水；在冷水容器上方，向大容器滴入紅色墨水。隨后，學生記錄實驗現象：熱水上方的黑色墨水在大容器中總是向上漂浮，而冷水上方的紅色墨水在大容器中總是向下沉。于是，教師引導學生進行總結：熱水上方的墨水向上漂浮，是由于大容器中的水受熱膨脹，不斷上升；而冷水上方的墨水向下沉，是由于大容器中的水受冷收縮，不斷下沉。這個過程正是熱力環流的體現—近地面的大氣在受熱時會不斷膨脹上升，使近地面形成低氣壓；而大氣在受冷時會不斷收縮下沉，使近地面形成高氣壓。氣流會從高氣壓流向低氣壓，由此形成熱力環流。教師讓學生體會實驗過程、動手操作實驗，幫助學生深入理解熱力環流的現象和成因。

在教學過程中，教師要改變單獨演示、理論灌輸的方式，讓學生在實驗中體會、操作，從而提高地理實驗活動的教學質量。學生通過模擬實驗，實現地理實驗活動和知識點的融合，逐漸提高地理實踐能力、創新能力和觀察能力。

三、虛擬實驗，強化知識印象

高中地理教師可以充分利用現代信息技術，將以往難度系數大、難以展示的實驗以虛擬實驗的方式呈現出來。學生可以通過虛擬實驗了解地理現象過程，拓寬實驗思維，同時激發學習興趣［2］。

例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第四章的第二節“海水的性質和運動”時，教師可以利用多媒體來幫助學生對洋流的運動進行更加深入和直觀的理解。例如，Earth Nullschool 網頁是一個基于實時氣象和地球科學數據的互動地球模擬器。教師可以結合網站中的全球實時地圖來帶領學生學習洋流的相關知識。如，在觀察太平洋地區時，教師可以展示太平洋地區溫度圖。學生觀察到赤道附近溫度較高，由此推斷太陽輻射是海水最主要的熱源；通過對比可以看出受太陽輻射的影響，海洋表層水溫的高低會隨時間和空間變化而變化。而后，針對洋流的形成，教師可以在網站中展示洋流圖，并向學生解釋洋流的相關知識。如，日本暖流的相關知識：夏季，亞洲大陸上的季風帶來了大量的暖濕空氣，這些空氣在菲律賓海地區升溫并導致海水溫度上升；地轉偏向使日本暖流流向東北方向；日本暖流帶來了溫暖的海水，有助于維持日本相對溫暖的氣候……同時，教師也可以結合日本暖流的形成原因，讓學生推測其他洋流的形成過程。此外，教師還可以利用太陽運動軌跡模擬工具，向學生展現地球自轉與公轉、黃赤交角、晨昏線和晝夜交替等現象；利用Ventusky模擬海水溫度、大氣污染等地理現象。教師通過虛擬實驗，讓學生以虛擬的方式觀察地理現象，幫助學生構建地理現象的知識框架，拓寬學生的思維。

教師利用新媒體進行虛擬實驗，為學生提供了更安全、互動性更強的學習機會，有助于學生進一步理解地理現象和過程。同時，學生可以根據自己的興趣進行探索和實驗，增強學習的參與性。教師也可以根據虛擬實驗提供的結果和反饋，引導學生進行數據分析，幫助學生深入理解實驗過程。

四、測算實驗，精確過程數據

通過準確的數據收集和分析來深入研究地理問題，能讓學生深刻理解知識點。利用數據來反映地理現象，可以使實驗更具說服力，加深學生對地理現象的印象［3］。

例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三節“大氣熱力環流”有關海陸風形成的相關知識時，教師可以帶領學生通過測算數據來完成實驗，讓學生通過直觀的數據來理解知識點。實驗過程中，首先將兩個小容器分別填充水，一個表示海洋，一個表示陸地。學生用溫度計測量和記錄兩個容器內水的初始溫度。而后，讓學生打開暖風機，將溫暖的空氣吹向陸地模擬容器，升高陸地模擬區域的溫度，第二次用溫度計測量并記錄陸地模擬容器內水的溫度。同時，讓學生觀察并記錄空氣濕度和風速風向。接著，讓學生打開冷卻裝置，將冷卻風吹向海洋模擬容器，降低海洋模擬區域的溫度，第三次用溫度計測量并記錄海洋模擬容器內水的溫度。同時，讓學生觀察并記錄空氣濕度和風速風向。如此，每隔一段時間記錄一次溫度、濕度和風速風向數據，直到觀察到明顯的海陸風現象。通過實驗數據可以得到，當陸地模擬區域升溫時，空氣上升，形成低壓區，這導致了海洋模擬區域的空氣流向陸地，形成海陸風。通過實驗數據推測得出，本次海陸風的形成導致了陸地模擬區域的溫度下降，濕度上升。同時，海洋模擬區域的溫度上升，濕度下降。風速風向的測量顯示，在海陸風形成過程中，風從海洋吹向陸地，產生了明顯的風向變化。實驗結果表明，海陸風是由于陸地和海洋溫度差異引起的大氣環流現象，對氣溫、濕度和風向產生顯著影響。通過測算實驗，學生可以根據數據逐漸把握海陸風形成的規律。

通過實際測算、收集和分析數據來親身體驗地理現象，學生的實驗操作能力及推理能力得到有效提升。教師可以在這個過程中鼓勵學生積極思考，培養學生實驗技能和自主學習的能力。

五、對比實驗，探究現象結果

教師可以引導學生進行對比實驗，讓學生對比數據并分析差異和相似之處，讓學生更加全面和深入地理解地理知識。

例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一節“流水地貌”時，為了探究“土壤如何更好地保護植被”的問題，教師可以進行“不同下墊面狀況對下滲環節的影響”的對比實驗，幫助學生更好理解知識點。首先，教師要收集不同類型的土壤樣本：砂土、壤土和黏土，并將這三種土分別均勻填充到容器中。接下來，在每個容器上方模擬降雨，保持一定的降雨強度和時間。學生使用滲透儀測量從土壤中滲透到容器底部的水量，并記錄下滲時間。重復上述步驟，并在不同下墊面條件下進行多次實驗。學生在實驗過程中記錄每個下墊面條件下的下滲速率數據，并進行比較和分析。實驗結果得到：砂土下墊面條件下，下滲速率較快，水分迅速滲透到地下；壤土下墊面條件下，下滲速率適中，土壤能夠保持一定的水分；黏土下墊面條件下，下滲速率較慢，水分滯留在土壤表層較長時間。通過對比實驗，能夠得出壤土在面對自然的降雨時，能有效保護植被。為了進一步探究，教師還可以帶領學生進行坡度實驗，即用同一種土壤作為下墊面，鋪設在不同坡度的斜板上，以上述方式記錄實驗的數據等，由此來證明坡度對植被的影響。完成了一系列的實驗后，可以得出結論：過度耕種會破壞土壤結構，增加侵蝕和土壤流失的風險；采用可持續農業實踐，如減少耕種頻率、使用覆蓋作物，有助于保護土壤；在斜坡地區，采取適當的坡地管理措施，如修建梯田、植樹阻風、建設保護性結構，以減緩水流速度和土壤侵蝕。在完成實驗后，教師可以提出問題：如果想要更好地保護植被，還有哪些辦法呢？學生回答：防止土壤污染，避免廢棄物和化學品的非法丟棄；定期監測土壤質量，確保土壤健康；對于受到嚴重破壞的土壤和植被區域，進行生態恢復工作，如重新植樹造林、引入適應性植物、修復濕地等，幫助恢復土壤和生態系統；提高公眾對土壤和植被保護的意識，通過教育和宣傳活動，鼓勵人們采取可持續的土壤管理和植被保護行動。

通過對比實驗，學生能夠清晰地了解同一現象在不同變量的情況下的地理現象，聯系知識點，將理論知識與實際觀察相結合。學生將生活中接觸不到的抽象的地理概念轉化為實際經驗和知識，可以激發學習興趣，同時可以增強保護環境的意識，提高地理素養。

結語

為了讓學生將課本中的地理現象理解透徹，教師需要引導學生進行相關實驗，讓學生在實驗探究活動中感受和理解地理現象。高中地理教師應結合不同地理現象展開不同的實驗探究活動，將實驗的各環節和過程完整展現出來，讓學生在實踐中感受地理的魅力，激發學生的學習興趣，拓展學生地理思維。

【參考文獻】

［1］吳紅俠.高中地理實驗教學的現狀及改進路徑［J］.文理導航（上旬），2023（6）：85-87.

［2］張健.基于地理核心素養培養的高中地理實驗設計與實踐：以“海水的性質與運動”為例［J］.地理教學，2022（4）：50-52，49.

［3］梁紅穎.基于地理實踐力的高中地理實驗設計及思考［J］.中學地理教學參考，2020（20）：71-73.