“冰川地貌”模擬實驗的迭代升級與實證探究

摘 要：實驗是地理學的重要研究方法，也是地理課程的重要學習方式之一?？茖W而全面的實驗教學，應讓學生參與實驗過程的始終。筆者以湘教版必修一“冰川地貌”為例，在研讀課標與教材的基礎上，開展實驗教學，引導學生在實踐反思中自主優化設計迭代實驗。此過程促成了學生對冰川作用原理與相關概念的進階性認知，提升和培育了其地理實踐力與嚴謹的科學態度。也幫助教師意識到“理論—實踐—再理論—再實踐”等實驗開發模式的科學性與高效性。

關鍵詞：冰川地貌；迭代升級；實證探究；地理實踐力

中圖分類號：G633.55" " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-5207（2025）09-0072-04

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）指出實驗是地理學的重要研究方法，也是地理課程的重要學習方式之一［1］。但傳統的實驗教學只讓個別學生參與實驗教學的部分環節或是教師演示實驗過程，學生整體的參與度與具身體驗感較低?？茖W而全面的實驗教學，應讓學生參與實驗過程的各個環節：實驗設計、實驗操作、實驗分析與改進、實驗記錄、實驗反思等。這不僅有利于培養學生求真務實的科學態度，還有利于提升其地理實踐力。冰川地貌對于絕大多數學生來說，是遙遠而陌生的，為加深學生對冰川地貌形象化的理解、把抽象的冰川作用原理具體化、讓模糊的冰川“衍生詞”——冰磧物等清晰化，筆者和學生一起精讀課標和教材后，決定通過模擬實驗認識冰川地貌。通過對控制變量的設定，學生自主參與設計了兩次迭代實驗。通過記錄、觀察、分析、再設計、再分析，較為深刻地體驗了一次分層、仿真的實驗過程。這一過程使其對外力作用、冰川作用、冰磧物、沉積地貌、侵蝕地貌等概念有了更為清晰與深刻的理解，也培育了學生的地理實踐力與科學家精神。

一、實驗設計

1.設置實驗情境

新課標對“外力作用與地表形態”的單元目標要求是“通過野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，描述其景觀的主要特點”。其中，野外觀察、視頻、圖像是具體教學的手段，辨識地貌并能描述其主要特征是教學目的。新課標在地理實驗教學案例中，呈現了“流水作用室內模擬實驗”，在加強地理實踐教學建議中呈現了“認識地表徑流的地理模擬實驗”設計方案?；诖?，在師生共同研讀這部分內容后，筆者指導學生開發設計了“探識冰川地貌”的實驗，并在熟讀課本之后，制定了“冰川地貌”拓展實驗課前任務清單（表1）。

2.明確實驗變量

經過多次討論分析，最終擬定以模擬冰川對地表形態的塑造為研究主題，通過認識冰川作用與常見的冰川地貌為學習目標，結合理論學習梳理出影響冰川侵蝕和沉積的主要因素，從而明確實驗變量。

（1）實驗材料

塑料瓶、水、砂礫、肥皂、剪刀、紙巾、冰箱等。

（2）分析變量

通過前期的理論學習，集中討論分析得出影響冰川侵蝕和冰川沉積的主要因素（表2）。

（3）控制變量

結合實驗的可操作性和教材對冰川地貌的認知要求，將實驗中冰體的厚度和重量、冰體摩擦肥皂體的速度、底巖的性質和巖層傾斜方向等保持不變。最終確定有砂礫的純冰、沒有砂礫的純冰和有傾斜角度、沒有傾斜角度等實驗變量。

3.實驗迭代設計

地理教材為地理實驗的開發和設計提供了豐富的素材，是地理教師以及學生進行實驗開發和設計最直接和便捷的資源庫［2］，湘教版必修一在“外力作用與地表形態”的單元教學中呈現了“流水侵蝕與流水堆積地貌的模擬實驗”，為筆者引領學生開發“冰川地貌的實驗教學”提供了迭代設計的思維線索。

由此設計了3次模擬實驗，分別由3組學生完成（每組設1～2位記錄員、觀察員、操作員、計時員），每2組實驗形成對比（表3）。

冰川地貌實驗的2次迭代［3］，引導學生從發展變化的角度出發，通過優化部分變量，設計了3組遞進的實驗。在實驗方案的優化設計中，學生逐漸明晰冰川作用的原理，認識了部分常見的冰川地貌。整個過程要求學生能夠形成從綜合的、動態的、區域的視角認識地理事物與現象的意識，能夠在一定程度上解釋地理事物和現象發生、發展的過程，提升了學生的綜合思維能力。

二、實驗實施過程

在本次模擬實驗過程中［4］，筆者為了讓學生能夠更加全面地了解冰川作用的原理，更好地認識典型的冰川地貌，同時為培育其科學家精神與地理實踐力，筆者和學生討論交流后，開發了第一次實驗，具體如下。

第一次實驗：用純冰去摩擦肥皂體，由學生自主完成操作與分析。最后發現肥皂體表面基本無變化，也沒有產生明顯的“冰磧物”（表4）。

實驗反思：學生對實驗結果進行了深度反思，為什么在此次實驗中冰塊的侵蝕力度微乎其微？為什么沒有產生所謂的“冰磧物”？需要優化哪個變量才能接近真相？學生再次對課前發放的冰川地貌素材包進行整理，有人關注到冰川作用的圖片，同時捕捉到“冰川侵蝕作用”概念中的關鍵詞“凍結在冰川底部或邊部的巖塊”，以及“冰川沉積作用”概念中的關鍵詞“其攜帶的各種巖石碎屑會沉積下來”，提出可以通過優化“純冰塊”來改良實驗——在冰塊中加入沙礫。

實驗改進：筆者在與學生溝通之后發現，學生一開始沒有對實驗一提出質疑，主要是因為對冰川作用的原理及過程認識不夠，以及對相關的基礎概念理解得不夠透徹?；诖?，筆者指導學生開發設計了學習任務單（表5），并呈現了冰川作用的動態圖。學生在充分認知了冰川作用的具體形式之后，對實驗一進行了優化并開發設計了實驗二：在冰體中加入了砂礫，充當自然界中的碎屑物，相對真實地還原冰川作用的形式。

第二次實驗：學生在純冰中加入砂礫后，發現在實驗操作過程中肥皂體出現了明顯的變化。首先，肥皂體表面出現了凹凸不平的刮痕，隨著實驗時間的推進，這些刮痕越來越清晰突出；其次，在肥皂體的前后兩端產生了非常明顯的“冰磧物”，并且隨著實驗時間的推進，這些“冰磧物”越來越多（表6）。

實驗反思：雖然與實驗一相比，實驗二的結果已經取得較大改善，但通過對被侵蝕的肥皂體進行觀察后，發現并未產生較為典型的冰川地貌。對此，學生再次對課前發放的素材包進行學習與探討，有學生關注到“冰川作用”概念描述中的關鍵詞“冰川在向下運動過程中”，以及“終磧壟”概念描述中的關鍵詞“在冰川末端”，同時結合現代冰川主要分布在“高海拔”地區，推導出冰川運動的整體方向——從高處往低處運動，并推斷“冰磧物”只會存在于冰川的前端。據此，學生對實驗二做了進一步優化——改變肥皂體傾斜的角度。

實驗改進：通過對實驗二的自我反思與對素材包的再學習，學生發現了新的影響冰川侵蝕力強弱的因素。結合實驗一的發現，學生自主開發設計了新的學習任務單（表7），在此過程中筆者呈現了冰川作用的動態圖，以幫助學生更好地理解冰川作用的原理。

第三次實驗：學生在實驗二的基礎上將肥皂體傾斜45度，在此基礎上，有了更為科學的發現：①肥皂體表面出現了凹陷，產生了較為典型的“U”型谷；②“冰磧物”主要集中在肥皂體的前端；③產生了較為典型的終磧壟地貌（表8、表9）。

通過對實驗進行優化調整，逐步讓實驗現象接近實際場景中冰川作用所產生的地貌類型，這不僅讓學生有了更深刻的課堂體驗，極大激發了學生的學習熱情，且通過自我反思與探究，培養其嚴謹的科學求真態度，從而更好地落實地理實踐力培育。

三、教學反思

本實驗設計旨在幫助學生運用地理學科思維和方法，解決真實情境問題。嘗試從陌生的實驗出發，讓學生通過理論學習、動手實踐、對比分析、改進創新實驗環節和過程，在實踐中拓展思維。在此次模擬實驗的教學中，學生的主體性地位得到充分發揮，特別是通過對理論的自主學習，學生實現了對相關知識點與概念的進階性認知，找到了實驗改進的突破口，促進了地理實踐力的進階。

1.實驗教學有助于地理實踐力的培育提升

實驗是地理學的重要研究方法，學生在實驗中所展現出來的意志品質與行動能力有助于學生處理真實而復雜的人地關系，增強其社會責任感。新課標對地理實踐力進行了4個層次的劃分，水平1至水平4都要求學生能夠從體驗與反思中學習，有克服困難的勇氣與方法。在地理實踐活動中，學生從水平1借助他人幫助設計簡單實踐活動，到水平2與他人合作設計較復雜的實踐活動，進階為水平3與他人合作設計并實施較復雜的實踐活動與水平4獨立設計與實施地理實踐活動。同時，水平1要求學生能夠理解與接受不同的想法，水平2與水平3指出學生要有自己的想法，水平4進階為學生能夠提出創造性的想法。

地理實踐力的培育是一個進階性的過程，本次模擬實驗的教學，通過實驗的迭代升級實現了學生從被動地接受實驗到主動地開發并實施實驗，在體驗與反思中不斷加深對科學實驗的實踐認知，形成自己獨特的想法。此過程不僅培育了學生的意志品質與行動力，還讓筆者意識到實驗教學對地理實踐力培育的重要性。特別是學生自主參與設計的實驗，對高階地理實踐力的培育影響更大。而充分發揮學生主體性的實驗課程，可以多層次地培育學生的地理實踐力，最終實現地理學科立德樹人的根本目的。

2.實驗教學有助于地理學科概念的深度理解

針對實驗一的實驗結果——純冰塊對肥皂體的侵蝕力度微乎其微，學生進行了較為全面的反思，并依托自我提問再次去學習“冰川地貌”的相關理論知識。通過回顧與整理相關概念，學生深度了解了“冰川侵蝕作用”與“冰川沉積作用”的概念，意識到實驗一的不足——“純冰塊”，而通過改變“純冰塊”這一變量，使用“有沙礫的冰塊”再次實施實驗，結果明顯不同。雖然實驗二取得了進步，但學生在對比與反思中發現其并未形成較為典型的冰川地貌，意識到還有變量需要優化。因此，學生又主動去研究理論知識，對“冰川作用”的概念與“終磧壟”的概念進行了深度挖掘，從而明確了冰川運動的方向，發現實驗二有待優化的變量——肥皂體的傾斜角度，并再次實施實驗，最終得到相對滿意的結果。通過“理論—實踐—再理論—再實踐—再理論—再實踐”的迭代升華，學生實現了對冰川地貌相關基礎概念的深度理解。

3.實驗教學有助于地理知識點的進階認識

“理論—實踐—再理論—再實踐—再理論—再實踐”的實驗操作模式看似復雜繁瑣，但更高效科學。學生可在理論學習中發現實踐中的不足，也可在實踐操作中驗證理論知識。這個過程既培養了學生的科學家精神，又加深了其對理論知識的深度認知。在此次模擬實驗操作過程中，學生先是被動地進行理論的淺層學習與實驗開展，然后通過較深層次的自主理論學習進行實驗的迭代升級，隨后又通過理論的深層次學習促進實驗的進一步優化。與傳統的課堂教學相比，該教學模式把理論與實踐相結合，讓學生通過實驗明確冰川這一外力是如何塑造地表形態的，加深了對相關知識點的進階認知。

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）［M］ .北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 蔣黎敏.地理實驗在高中地理教材中的應用［J］.地理教學，2019（7）：46-49.

［3］ 邱麗云，蘇小兵.單課時地理PBL教學設計與實施研究——課例研究的方法［J］.地理教學，2021（23）：42-47.

［4］ 吳曉月.一款適用于中學地理實驗教學的降雨器設計與應用［J］.地理教育，2020（11）：7-10.