中小學地理實驗教學設計一體化策略探索

摘" "要：中小學不同學段間地理實驗教學必須“承前啟后”，追求一體化的教學設計。基于教學實踐，文章梳理了實現“一體化”的策略，主要包括實驗教學主題學段化、目標銜接化、問題遞進化、拓展多樣化、設計規范化、手段數字化、評價層次化等。

關鍵詞：中小學地理；實驗教學設計；一體化策略

中小學地理實驗包含了小學科學、初中地理、高中地理教學中涉及到的地理實驗。在實驗教學過程中，基于與“問題”相關的知識體系，在不同學段持續地查找、解析問題，推進地理實驗順利開展，獲取科學實驗生成，達成實驗教學的目標[ 1 ]。根據中小學生不同發展階段的特點，圍繞實驗教學的主題、目標、問題、拓展、技術手段和評價等進階式設計，促進不同學段間實驗教學一體化，從外在到內在，從習慣到能力到素養，促進學生梯次逐級發展。文章以小學科學、初中地理和高中地理中涉及到的土壤地理實驗為例，探究中小學地理實驗教學設計一體化的策略。

1" 梳理課標和教材，促進地理實驗教學主題學段化

從小學科學、初中地理到高中地理，學科知識體系在完善與深化，應注意不同學段之間地理知識的銜接和進階，并與之相匹配。在準備地理實驗教學時，教師要梳理小學科學、初中地理、高中地理課標、教材和教學拓展中涉及到的地理實驗，進行分類匯總，使實驗能夠幫助學生達成課堂教學目標，強調實驗內容與不同學段課堂教學內容相符合，能夠幫助學生更好地理解和應用不同學段課堂上學到的知識，實現實驗教學主題學段化[ 2 ]。關于“土壤”實驗教學主題學段化的具體內容，詳見表1。

此間，必須關注以下三點：一是高一級學段較低一級學段實驗主題在增加，譬如初中地理較小學科學新增了土壤通透性實驗、土壤酸堿性測定實驗（跨地理、化學學科）等，高中地理較初中地理新增了土壤養分含量測試實驗、土壤酶活性實驗（跨地理、生物學科）等；二是同一種類主題實驗設計的要求須加深，譬如在水土流失模擬實驗過程中，小學科學實驗教學中只要觀察發生水土流失后土壤的樣子，感知到水土流失即可。初、高中地理實驗教學則還要進一步探究水土流失的程度、影響因素及其變化；三是同一知識實驗主題在深化，譬如從小學科學的土壤成分觀察到初中地理的土壤顆粒組成實驗，再到高中地理的土壤質地分析，對土壤物質構成進行深入地實驗探究。總之，實驗教學主題的確定要依據課標和學情而定。對同一知識點，高學段不要簡單重復選取低學段實驗主題或教學設計，要在低學段的基礎上增加實驗目標和方向的新主題或加深實驗設計要求。

2" 依據課標和學情，促進地理實驗教學目標銜接化

實驗設計應當結合課程標準和學生的實際情況，實驗內容要與課堂教學目標相銜接，使實驗能夠幫助學生達成素養目標。在實驗教學過程中，鑒于同一地理實驗主題知識在不同學段具有銜接性、遞進性，在設計高學段同一主題實驗教學中，可先將低學段同一主題實驗教學目標（已驗證）復習鞏固后，教師確定進一步要達成更高的實驗教學目標；同時教師與學生進行密切地互動，及時將學生進行中的實驗結果運用到課堂知識的理解上。關于“水土流失模擬實驗”教學目標銜接化的具體內容，詳見表2。

通過上述對比可知，在水土流失模擬實驗中，初中生可以先回顧小學科學該實驗教學目標（已驗證），即模擬的雨水會把地表的沙泥沖走，因侵蝕作用形成了不同的地形；然后在后續的實驗設計和操作中側重定性驗證水土流失的因素及具體影響。通過以上實驗教學設計，促進不同學段同一主題地理實驗教學目標的銜接。

3" 強調預設與生成，促進地理實驗教學問題遞進化

在同一實驗主題中的小學地理實驗教學設計中，教師探索整合問題教學與地理實驗教學，在真實的地理實驗情境中，教師針對不同知識基礎的學生設計不同層次、遞進化的教學問題，以問題激發實驗興趣，以問題指引實驗方向，引導實驗操作，從而組織實施實驗教學，精準達成各學段地理實驗教學目標。

譬如水土流失模擬實驗教學設計中，小學科學教師結合小學生認知的感性特點，設計的引導問題要盡量淺顯化、直白化。在師生共同設計水土流失模擬實驗中，可引導學生思考：為了便于觀察現象，即模擬的降雨給土地帶來哪些變化？對用于實驗的表層沙土是否要撒上帶有顏色的沙子？在實驗中，教師要重點引導學生仔細觀察雨水造成水土流失的直觀效果，可問一問，土壤挾帶顏色的沙子怎樣隨著不同的水流移動？或用文字描述模擬降雨前后的土壤是什么樣子[ 3 ]？初中地理教師結合初中學生認知的感性、理性兼具特點，設計的引導問題要有一定的指向性和變化性。在師生共同設計水土流失模擬實驗中，可引導學生思考：如何改變條件，可較明顯觀察、驗證模擬降雨會形成水土流失？通過設問討論，教師讓學生從有無草皮覆蓋、坡度大小、土壤性質、降水強度等方面探究水土流失的程度，引導得出科學性的實驗結論。

4" 放眼全程和類型，促進地理實驗教學設計規范化

在地理實驗教學中，從實驗教學主題和目的、實驗教學課前準備（實驗材料準備、實驗輔助器材準備、地理現象及原理規律準備（學習任務清單））、實驗方法、實驗要求、實驗教學實施、實驗過程、實驗結論、實驗教學分析等方面，進行實驗教學設計。演示類實驗要注重演示展現環節，制作類實驗要注重制作、展示環節，實踐類實驗要注重調查、觀測等環節，教師系統地探討多個學段地理實驗教學設計如何實現有效銜接，力求設計規范化[ 4 ]。

譬如在水土流失模擬實驗教學設計中，各學段從綜合思維的培養（學生簡述地理過程、推測地理原因的能力）、地理實踐力的培養（學生觀察地理現象的能力）等方面確定目的；在實驗器材準備上，根據實驗任務的提升，通常高級學段準備的實驗器材品種和數量上更豐富。在材料準備中，相比小學學段，除了有顏色的沙子、泥土、報紙、小桶、自制噴壺、塑料盒、多臺智能手機（用于實時拍照）、方桌、紙筆若干等，初中學段還需準備草皮、黏土和沙土、木板（用于模擬坡面）、木塊（用于模擬坡度）、工具箱（用來收集流失的水土）、多個燒杯、量角器（用來調節坡度的大小）等，以便對植被覆蓋率、坡度、土壤性質、降水強度等方面進行定性實驗；實驗過程中，相比小學學段，除了實驗操作、錄像拍照、觀察表格記錄、分析匯報，初中學段還需從實驗條件（坡度等）調整、實驗項目對比（分組比較坡度大小等）、實驗觀察、實驗結論上列表記錄，從而深入分析影響水土流失的因素及具體影響，即有蓋草皮或地表坡度越小、黏土比沙土或降水強度越小的，模擬降水侵蝕作用更弱，地表水土流失較輕。

5" 把握關聯與延伸，促進地理實驗教學拓展多樣化

中小學教材對應的地理實驗具有較強的嚴謹性，學科多樣性、趣味性、生活化等偏弱，學生參與地理實驗的熱情較差，所以有必要把地理實驗向跨學科整合、生活化等方向拓展。其中，跨學科拓展能讓多個學科知識在實驗中相互碰撞融合，并在實驗教學中呈現特有的協作共生效果。教師對同一主題的實驗教學，要理清跨學科知識與實驗的關聯性，深化對跨學科知識的理解，注重不同學段跨學科知識的收集和應用，使學生順利開展實驗。

譬如在小學二年級土壤上的動植物觀察實驗中，教師教會學生認識常見的生物和動物后，選擇校內或周邊的一塊土壤，引導觀察后，單獨或小組描述土壤上生長的動物或植物，在實驗方法上跨界使用生物知識，驗證了土壤是地球家園的重要資源；在初中八年級水土流失模擬實驗中，設計了在斜坡上有無覆蓋草皮（植被）造成地表水土流失輕重狀況，把生物當作實驗器材，定性研究水土流失的影響因素；在高一年級，地理教師可主動聯合生物教師，利用人教版高中生物學教材必修1中的生物酶活性知識，利用相關的生物實驗器材，開展跨地理、生物學科的土壤酶活性實驗，通過實驗深入了解土壤的生物性質，并判斷土壤性質對環境的影響。

6" 緊跟科技的步伐，促進地理實驗教學手段數字化

在時空有限或地理實驗環境條件受限時，以虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術為支撐，開展數字化地理實驗，提高實驗教學的互動性和真實感；利用數字化的實驗教學系統，實現地理實驗手段個性化、數字化，滿足學生個體的地理實驗需求，進一步提高學生的學習效能[ 5 ]；隨著學生學段進階，學習任務加重，戶外進行地理實驗的時間減少等原因，可以抓住教育理念的不斷更新和科技的不斷進步時機，在不同學段開展數字化地理實驗。在實驗過程中，教師通過展示數字化地理實驗素材，可以讓小學生感受到實驗過程形象可見、可以重復、有沉浸感；教師把真實的學生分組地理實驗和數字化地理實驗相結合，讓初中生進一步體會到數字化實驗可自由調節、交互性強；教師引導學生通過參與數字化地理實驗設計，還能讓高中生用開放和綜合的方式參與實驗。通過滲透相關人工智能技術設計模擬地理實驗場景，便于學生足不出戶就可感知相關地理實驗呈現的結果，加強對相關教學重難點知識的理解和應用[ 6 ]。

譬如，在小學降雨給土地帶來的變化模擬實驗中，教師可在學生進行實驗觀察后，播放一段暴雨后家鄉某荒坡水土流失的視頻，讓學生進一步體驗雨水造成水土流失的樣子；在初中水土流失模擬實驗中，學生在分組實驗中較易驗證坡度變化是雨水造成水土流失的因素之一，但對坡長、坡型等因素就要通過數字化水土流失實驗素材加以驗證；在高中水土流失模擬實驗（定量）中，學校可購買有關水土流失野外模擬測試系統，通過虛擬數字化實驗，讓學生確定條件模塊，依次確定水土流失模擬實驗條件（如土壤初始含水量，坡長等下墊面或降雨區域、雨水強度等）的變量信息，有利于人為控制因素的變化，有利于學生定性定量分析影響土壤的因素。

7" 兼顧共性與側重，促進地理實驗教學評價層次化

為了確保中小學地理實驗教學設計一體化的有效性和持續改進，評價是必不可少的環節。不同學段實驗評價的共性內容有教師觀察和實驗成果分析等形式。教師可觀察學生在實驗過程中對流程、實驗器材使用、實驗記錄結果項目等熟悉程度和實驗小組探究的合作意識等，以進一步改進實驗教學方向。教師可加強對學生實驗成果分析引導，讓學生重視實驗數據收集，認真評估分析實驗結果，并撰寫實驗報告，進行班級實驗報告以展示解決實際問題能力，促進實驗目標達成；差異點是教師觀察或實驗成果分析的內容由低年段向高年段具有遞進性、層次性。

譬如對不同學段水土流失模擬實驗評價層次化的教學設計中，小學科學教師要觀察學生在實驗過程中的合作意識等，引導并收集學生的觀察記錄；初中地理教師要觀察并評價學生按影響條件進行項目實驗的動手能力和定性分析并獲得實驗結果的能力；高中地理教師要觀察并評價學生按影響條件設計定量實驗能力、定量分析并獲得實驗結果的能力及撰寫實驗報告的能力，具體詳見表3。

表 3" 小學·初中·高中“水土流失模擬實驗”評價內容和方式比較一覽表

總之，根據中小學不同學段學生的年齡特點和知識層次，教師多方面進行地理實驗教學的一體化設計，力爭實現低學段為高學段打好基礎，通過銜接遞進式開展實驗教學，促進學生素養螺旋式上升。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 教育部.關于加強和改進中小學實驗教學的意見[Z].教基[2019]16號.

［3］ 格力畢干.小學《科學》教科書中地理內容及其對應實驗案例設計與開發[D].呼和浩特：內蒙古師范大學地理科學學院，2021：32-43.

［4］ 向罕.中學地理實驗教學體系設計與教學實踐：以人教版水循環的過程和類型為例[J].中學地理教學參考，2023（24）：56-58.

［5］ 孫月雁. 地理實驗在高中新課程教學中的應用[J]. 地理教育，2006（4）：24-25.

［6］ 顧紹琴.中學數字化地理實驗設計研究[D].上海：華東師范大學，2014：61-79.