基于新課標(biāo)的高中地理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)

摘要：在新課標(biāo)背景下，為了落實(shí)地理核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力，教師需結(jié)合地理知識(shí)特點(diǎn)，開(kāi)展多樣化的地理實(shí)驗(yàn)。本文以“大氣熱力環(huán)流”為例，將實(shí)驗(yàn)引入地理課堂輔助教學(xué)。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣的三組實(shí)驗(yàn)，將抽象的地理知識(shí)形象、直觀地展示，并開(kāi)展探究活動(dòng)，讓學(xué)生掌握大氣熱力環(huán)流原理，構(gòu)建知識(shí)體系，提升地理實(shí)踐力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)大氣熱力環(huán)流地理實(shí)踐力

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》突出強(qiáng)調(diào)地理實(shí)驗(yàn)對(duì)于落實(shí)地理核心素養(yǎng)，解決地理教學(xué)中的重要問(wèn)題，提高地理教學(xué)育人效果的重要性。因此，教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中應(yīng)不斷加入實(shí)驗(yàn)，為地理課堂教學(xué)注入新鮮“血液”，促進(jìn)知識(shí)落實(shí)和學(xué)生地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，讓學(xué)生參與其中，不僅有利于豐富課堂教學(xué)方式，提升學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣，更有助于在新課標(biāo)下培養(yǎng)地理實(shí)踐力這一地理學(xué)科核心素養(yǎng)。在新課標(biāo)的背景下，中學(xué)地理教師圍繞天體運(yùn)動(dòng)、大氣運(yùn)動(dòng)、地表形態(tài)的塑造等開(kāi)展一系列地理實(shí)驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力和創(chuàng)新意識(shí)可以起到很好的促進(jìn)作用。為此，筆者結(jié)合課程目標(biāo)和學(xué)生的實(shí)際情況，以大氣熱力環(huán)流的形成為探究主題，設(shè)計(jì)了“大氣熱力環(huán)流模擬實(shí)驗(yàn)”教學(xué)。

一、實(shí)驗(yàn)背景分析與教學(xué)目標(biāo)

（一）教材分析

本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)選自人民教育出版社《地理必修第一冊(cè)》第二章第二節(jié)“大氣受熱過(guò)程和大氣運(yùn)動(dòng)”，這一節(jié)內(nèi)容與前后知識(shí)關(guān)聯(lián)性很大，其中“大氣熱力環(huán)流”是學(xué)習(xí)“大氣的水平運(yùn)動(dòng)——風(fēng)”的基礎(chǔ)。因?yàn)椤按髿鉄崃Νh(huán)流”是大氣運(yùn)動(dòng)最基本、最簡(jiǎn)單的形式，而且后面的“氣壓帶和風(fēng)帶的形成”“常見(jiàn)的天氣系統(tǒng)”等也都是“大氣熱力環(huán)流”知識(shí)延伸和理論拓展?？梢?jiàn)，學(xué)好“大氣熱力環(huán)流”是掌握大氣運(yùn)動(dòng)知識(shí)的關(guān)鍵，具有承上啟下的作用。

（二）學(xué)情分析

在眾多的地理知識(shí)體系中，大氣相關(guān)知識(shí)在初中地理中就有涉及，學(xué)生對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)已有初步了解。但是大氣熱力環(huán)流知識(shí)理論性強(qiáng)，形成過(guò)程比較抽象，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)還是比較難以掌握的。這種難主要體現(xiàn)在：第一，立體幾何在高中階段才開(kāi)始學(xué)習(xí)，學(xué)生的空間概念初步建立，空間想象力略顯不足；第二，受應(yīng)試教育與初中升學(xué)壓力影響，學(xué)生對(duì)初中有關(guān)大氣知識(shí)掌握并不牢靠，短時(shí)間內(nèi)不能將大氣知識(shí)與大氣現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，大氣現(xiàn)象關(guān)聯(lián)性不大，很難把握大氣知識(shí)的思維線，缺乏對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程的推理能力。因此，教師需結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)演示大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程，并輔以現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，讓大氣熱力環(huán)流知識(shí)直觀化、形象化，使抽象的知識(shí)變得具體。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)生能夠理解大氣熱力環(huán)流原理，會(huì)繪制大氣熱力環(huán)流過(guò)程示意圖，掌握大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程。

2.讓學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，模擬大氣熱力環(huán)流的形成過(guò)程，認(rèn)識(shí)大氣熱力環(huán)流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立空間概念；通過(guò)探究活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，獲得理性認(rèn)識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生探索自然、熱愛(ài)科學(xué)的精神，提升地理實(shí)踐力；動(dòng)手繪制大氣熱力環(huán)流過(guò)程示意圖，并動(dòng)畫(huà)演示過(guò)程，增強(qiáng)認(rèn)知，提升地理綜合思維能力。

3.學(xué)生能夠利用大氣熱力環(huán)流原理，解釋身邊熱力環(huán)流現(xiàn)象，形成區(qū)域認(rèn)知；學(xué)會(huì)分析大氣熱力環(huán)流對(duì)生產(chǎn)、生活的影響，形成人地協(xié)調(diào)觀。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

高中地理新課程提出注重理論與實(shí)際相結(jié)合，要求學(xué)生在分析地理事物的基礎(chǔ)上，逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用基本原理來(lái)探究地理過(guò)程、規(guī)律以及成因等。因此，筆者結(jié)合大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程，進(jìn)行有效分解，以此設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)一，探究空氣垂直運(yùn)動(dòng)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)二，探究空氣水平運(yùn)動(dòng)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)三，對(duì)前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，探究大氣熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，形成知識(shí)的閉環(huán)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的模式進(jìn)行教學(xué)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

創(chuàng)新點(diǎn)一，相對(duì)以往教學(xué)中用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬整個(gè)大氣熱力環(huán)流過(guò)程，學(xué)生觀察后，教師進(jìn)行知識(shí)的分析講解，筆者用環(huán)環(huán)相扣的三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬演示大氣熱力環(huán)流的各環(huán)節(jié)，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)置問(wèn)題，這樣有利于對(duì)大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程的探究，也更符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，利于學(xué)生過(guò)程思維的養(yǎng)成。創(chuàng)新點(diǎn)二，實(shí)驗(yàn)三用水的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬大氣熱力環(huán)流，能更形象、直觀地演示大氣熱力環(huán)流的規(guī)律，有利于學(xué)生空間概念的建立，提升對(duì)大氣熱力環(huán)流的感性認(rèn)識(shí)。創(chuàng)新點(diǎn)三，實(shí)驗(yàn)中筆者利用智慧課堂的實(shí)物展臺(tái)功能，輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，邀請(qǐng)一位同學(xué)進(jìn)行攝錄并在班級(jí)投影，進(jìn)行實(shí)時(shí)展現(xiàn)，讓班級(jí)每位學(xué)生都能清楚地觀察到、感受到實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和現(xiàn)代教學(xué)手段相融合的初次嘗試。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)原理

熱力環(huán)流是由于地面的冷熱不均而形成的空氣環(huán)流，是大氣運(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的形式。其形成過(guò)程為受熱地區(qū)空氣膨脹上升，近地面形成低氣壓，而高空形成高氣壓，受冷地區(qū)相反；在近地面和高空的水平面方向上形成了氣壓差異，從而形成空氣由高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū)做水平運(yùn)動(dòng)；空氣垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成高低空的空氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)，形成熱力環(huán)流。

（二）實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)一：長(zhǎng)方形帶蓋容器（蓋兩端自制可開(kāi)合氣孔），裝有砂石的鐵制容器，冰袋，打火器，酒精爐，煙餅及容器。

實(shí)驗(yàn)二：打火器，酒精爐，煙餅及容器。

實(shí)驗(yàn)三：裝有水的長(zhǎng)方形透明容器，紅藍(lán)墨水各一瓶，滴管三只，兩碗冰水，一碗熱水。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程

1.激發(fā)興趣，新課引入

多媒體投影圖片，學(xué)生觀察思考：圖中制冷空調(diào)和暖氣安裝的位置有何不同，試分析這樣安裝的原因。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生的生活常識(shí)出發(fā)，富有親和力，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，問(wèn)題設(shè)置能引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲。同時(shí)對(duì)空氣垂直運(yùn)動(dòng)有初步了解，為后續(xù)學(xué)習(xí)搭建橋梁。

2.實(shí)驗(yàn)互動(dòng)，新課教學(xué)

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)一：空氣的垂直運(yùn)動(dòng)

教師：在太陽(yáng)輻射的影響下，以及在地表出現(xiàn)冷熱不均的情況下，空氣會(huì)如何流動(dòng)呢？下面我們通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題。

邀請(qǐng)兩位同學(xué)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步，利用酒精爐加熱砂石；第二步，在容器內(nèi)兩端分別放入準(zhǔn)備好的冰袋和加熱好的砂石，分別模擬受冷地區(qū)和受熱地區(qū)；第三步，在容器內(nèi)放入煙餅，點(diǎn)燃煙餅，蓋上容器蓋，防止煙霧溢出。

（暫停實(shí)驗(yàn)）教師：請(qǐng)同學(xué)根據(jù)已有知識(shí)推測(cè)，若打開(kāi)容器蓋兩端氣孔，容器內(nèi)煙霧會(huì)從哪個(gè)氣孔冒出？

學(xué)生回答，教師請(qǐng)同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)。

第四步，打開(kāi)容器蓋兩端的氣孔。（見(jiàn)圖1）

學(xué)生觀察描述：裝有熱砂石一側(cè)的上端氣孔有煙霧冒出，冰袋一側(cè)的上端氣孔無(wú)煙霧冒出。

教師請(qǐng)學(xué)生結(jié)合課本內(nèi)容思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)如下：熱砂石加熱了氣體，氣體膨脹會(huì)從上端氣孔冒出，而冰袋一側(cè)氣體受冷收縮下沉，氣體不會(huì)從氣孔冒出。

教師要求學(xué)生根據(jù)此繪制該現(xiàn)象示意圖，教師利用多媒體動(dòng)畫(huà)演示該現(xiàn)象形成過(guò)程，并對(duì)空氣垂直運(yùn)動(dòng)的形成進(jìn)行講解。

本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：利用實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀感受到空氣的垂直運(yùn)動(dòng)與空氣受熱的關(guān)系。通過(guò)探究活動(dòng)，理解空氣受熱不均導(dǎo)致空氣的垂直運(yùn)動(dòng)。再輔以學(xué)生繪制示意圖，教師動(dòng)畫(huà)講解，讓抽象的地理知識(shí)變得具體，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

教師：空氣的垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)不會(huì)引起其他一系列的運(yùn)動(dòng)呢？我們繼續(xù)以下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)二：空氣的水平運(yùn)動(dòng)

邀請(qǐng)兩位同學(xué)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步，將酒精爐和裝有煙餅的容器放置在操作臺(tái)上，并保持一定距離；第二步，先點(diǎn)燃酒精爐，燃燒片刻；第三步，點(diǎn)燃煙餅，并用蓋罩住。（見(jiàn)圖2）

請(qǐng)同學(xué)們觀察煙霧水平運(yùn)動(dòng)情況，并結(jié)合課本內(nèi)容探究為何出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

學(xué)生觀察描述：煙餅處煙霧水平流向酒精爐。

教師要求學(xué)生根據(jù)此現(xiàn)象進(jìn)一步完善示意圖，教師利用多媒體動(dòng)畫(huà)演示該現(xiàn)象形成過(guò)程，并進(jìn)行講解。空氣的垂直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致同一水平高度的氣壓差異，從而引起空氣水平運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)在近地面高度，空氣由受冷區(qū)域流向受熱區(qū)域，即煙霧從煙餅處水平流向酒精爐。

本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)與動(dòng)畫(huà)相結(jié)合有助于加深對(duì)知識(shí)的記憶和理解，讓學(xué)生理解空氣水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因。為了學(xué)生更好地理解大氣熱力環(huán)流，建立空間概念，形成邏輯推理能力，深化認(rèn)知，筆者設(shè)計(jì)了第三個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)三：大氣熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)

邀請(qǐng)兩位同學(xué)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步，將準(zhǔn)備的兩碗冰水、一碗熱水，依冰水、熱水、冰水順序依次放置操作臺(tái)上；第二步，將裝有水的長(zhǎng)方形透明容器放置于水碗上；第三步，靜置片刻后，在容器中間位置滴入紅色墨水，在容器兩端水中滴入藍(lán)色墨水。（見(jiàn)圖3）

請(qǐng)同學(xué)們觀察染色后水體運(yùn)動(dòng)情況，并繪制大氣熱力環(huán)流示意圖。

學(xué)生觀察描述：中間紅色水體做上升運(yùn)動(dòng)，到達(dá)水面附近后向兩側(cè)擴(kuò)散，并在兩側(cè)作下沉運(yùn)動(dòng)；藍(lán)色水體作下沉運(yùn)動(dòng)，到達(dá)容器底部后向中間匯集，并隨紅色水體一起做上升運(yùn)動(dòng)；最終紅色水體和藍(lán)色水體在容器內(nèi)做環(huán)形運(yùn)動(dòng)。

教師利用動(dòng)畫(huà)演示大氣熱力環(huán)流（見(jiàn)圖4），并將學(xué)生繪制的大氣熱力環(huán)流示意圖進(jìn)行展示。據(jù)此教師歸納總結(jié)大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程，完善并板書(shū)大氣熱力環(huán)流思維導(dǎo)圖（見(jiàn)圖5）。

本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)三有利于整合前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓熱力環(huán)流現(xiàn)象呈現(xiàn)完整的閉環(huán)。利用水體的運(yùn)動(dòng)模擬大氣熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)，更形象、具體，有利于學(xué)生空間模型的建立。讓學(xué)生直觀感受熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有利于學(xué)生總結(jié)熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及成因。動(dòng)畫(huà)演示與學(xué)生繪制示意圖相結(jié)合，讓學(xué)生自主建立大氣熱力環(huán)流形成過(guò)程中各環(huán)節(jié)的關(guān)系。再板書(shū)大氣熱力環(huán)流思維導(dǎo)圖對(duì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，幫助學(xué)生建立知識(shí)體系，讓學(xué)生把所學(xué)知識(shí)聯(lián)系到一起，通過(guò)層級(jí)方式明確各知識(shí)點(diǎn)之間存在的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生邏輯推理能力養(yǎng)成，增強(qiáng)知識(shí)的認(rèn)知與記憶，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力。

3.學(xué)以致用，活動(dòng)探究

首先解答導(dǎo)入新課的設(shè)問(wèn)：制冷空調(diào)和暖氣安裝的位置有何不同，試分析這樣安裝的原因。其次完成課本關(guān)于海陸風(fēng)的活動(dòng)探究，繪制海陸間熱力環(huán)流圖。

本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生能夠運(yùn)用理論知識(shí)解釋身邊的地理現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和運(yùn)用，并促進(jìn)學(xué)生人地協(xié)調(diào)觀的養(yǎng)成，同時(shí)也是教學(xué)環(huán)節(jié)的首尾呼應(yīng)。

4.拓展提升，作業(yè)布置

為了讓學(xué)生更好地掌握熱力環(huán)流的知識(shí)，掌握熱力環(huán)流的具體表現(xiàn)形式，讓學(xué)生收集身邊的熱力環(huán)流現(xiàn)象，以便下節(jié)課進(jìn)行討論。

本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：有助于學(xué)生鞏固本節(jié)課所學(xué)習(xí)的知識(shí)，有利于學(xué)生形成區(qū)域認(rèn)知，提升地理實(shí)踐力。

四、效果評(píng)價(jià)與反思總結(jié)

將實(shí)驗(yàn)引入課堂，利用身邊容易得到的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，過(guò)程安全，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與度，同時(shí)利用智慧課堂進(jìn)行輔助教學(xué)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。教學(xué)中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)都較為成功地模擬演示熱力環(huán)流過(guò)程，將抽象的理論知識(shí)以具體化的實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)，用煙霧的運(yùn)動(dòng)與墨水的流動(dòng)，讓學(xué)生直觀、形象地感受到熱力環(huán)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，獲得感性認(rèn)識(shí)，有利于探究活動(dòng)的展開(kāi)，使學(xué)生獲得理性認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)中探究地理問(wèn)題，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生地理實(shí)踐力這一地理學(xué)科核心素養(yǎng)。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)需進(jìn)一步改進(jìn)。改進(jìn)一：實(shí)驗(yàn)中煙霧餅燃燒產(chǎn)生大量煙霧，對(duì)學(xué)生身體有一定危害，所以實(shí)驗(yàn)中煙霧餅取量要控制，實(shí)驗(yàn)后教室要及時(shí)開(kāi)窗通風(fēng)。改進(jìn)二：在空氣的水平運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，由于煙餅燃燒本身也產(chǎn)生熱量，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧作上升運(yùn)動(dòng)，影響了實(shí)驗(yàn)效果。是否有更好的材料或更好的實(shí)驗(yàn)演示空氣水平運(yùn)動(dòng)，是筆者后期實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要思考的。改進(jìn)三：實(shí)驗(yàn)?zāi)M大氣熱力環(huán)流中，盡量用較薄的裝水容器，增強(qiáng)導(dǎo)熱性，增大水體溫度差異，讓實(shí)驗(yàn)效果更明顯。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國(guó)教育部.普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）.北京：人民教育出版社，2018.

梅柏軍，肖明，黃雷.“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.地理教學(xué)，2023（2）：47.