例谈高中自然地理实验方案的设计

江苏省江阴长泾中学 214411  张蕾  陈晓

摘  要：  地理实验教学是提高学生综合地理素养的有效途径之一。实施实验教学的关键是实验方案的设计。本文结合平时的实验教学实践，举例探讨在高中自然地理实验教学时如何设计实验方案，以提高实验教学的实效性。

关键词： 自然地理；实验教学；实验方案；设计

 

在我国全面推进素质教育的背景之下，地理新课程标准提出培养未来公民必备的综合地理素养，重视学生的合作学习和探究学习，重视培养学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。在地理教学中开展实验教学是培养学生综合地理素养的有效方法之一。

地理实验教学是一种形象、直观的教学方法，在指在地理教学活动中通过实验手段，根据教学目的、学生的认知水平以及教学条件，有目的地安排、设计一些类似科学实验的模式、程序，高度浓缩地展示人们认识和发现某一知识、原理的过程，让学生在较短的时间内获取知识、巩固知识或培养实际操作能力，并为掌握其它知识打下基础。在高中自然地理实验教学实施的过程中，一份科学、合理的实验方案是实验教学是否有效的关键。

一、实验方案设计的原则

地理实验方案是对地理实验的总体设计，一般来讲一个地理实验方案应该符合以下几个基本原则：

1．目标性原则

实验目标是实验设计的源头和归宿。在设计高中自然地理实验的目标时，教师应在高中地理课程新标准的指导下，围绕教学的重难点和知识的生长点，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度进行设计。实验目标设计前应充分了解学生已有的知识经验，设计的目标应接近学生的“最近发展区”，让学生跳一跳能摘到果子。另外目标的设计应有针对性、具体性、可行性，切忌空而泛。

2．科学性原则

科学性是实验设计的最基本原则。所谓科学性，是指实验目标要明确，实验材料的选择要简易恰当，实验步骤要明确可行，实验的设计要能正确反映某一自然地理过程的内在规律，实验结果要能使学生得出正确的结论。

3．可操作性原则

    自然地理实验设计要从学校和学生的实际出发，实验过程的设计要考虑学生的学情，难度不易过大。地理实验器材的选择要注意与生活结合，立足学校现有器材和场地的基础上，选择经济、简单、实用、安全、环保的器材，也可以鼓励学生自制实验器具以及借用理化生等学科的实验器材。设计实验时教师还要充分预设实验过程中的注意事项，以保证实验的顺利操作。

4．探究性原则

实验是人们认识世界、发现世界的一种重要方式，是为地理教学提供感性资料的一种手段，是培养学生想象力和创造力的一种有效途径。因此教师在设计实验时要考虑实验的探究性和启发性，引导学生在实验中去发现问题、分析问题、解决问题，在探究的过程中获取基本知识和技能、培养地理科学素养和提升综合能力。

设计实验方案，好比解数学题目一样，同一个实验主题，不同的人有不同的设计思路、步骤和器材，但是实验原理都是一样的。教师要鼓励指导实验小组成员发挥想象力和创造力自己设计实验方案，最后小组集思广益、合作探究，从中选择最为恰当的方案。在本文中笔者选取有代表性的演示类实验、制作类实验和实践类实验进行方案的设计。

二、实验方案设计的思路

地理实验教学能否达到预期的效果，很大程度上取决于实验方案设计的优劣。地理实验方案的设计是一个复杂的思维过程，是综合考虑相关地理知识、实验目的、实验类型、实验器材，对地理实验活动各环节进行的整体安排和规划。高中自然地理实验教学方案设计思路如下图：

 

 

 

三、实验方案设计案例

1．演示类实验方案设计案例

   在高中自然地理实验教学时，根据演示主体的不同可以将其分为教师演示实验和学生演示实验。根据演示手段的不同，教师演示实验又可分为教师实物演示和计算机模拟演示两类。

（1）教师实物演示实验

教师实物演示实验是指在上课时，配合讲授和谈话，把实物、教具演示给学生，或者由教师向学生作示范性动作，向学生提供感性经验或用来说明，印证所传授的知识。[8]通过实物演示可以较好的激发学生的学习兴趣，集中学生的注意力，使学生获得生动而直观的感性认识，把书本上的理论知识和实际事物联系起来，以帮助学生形成正确、深刻的概念。

                    案例1 季风的形成实验

实验名称：演示季风的形成

实验类型：教师演示实验

实验目标：（1）通过实验理解冬夏季风形成的原因。

（2）培养学生的观察技能和思维能力。

（3）培养学生的学习兴趣和热爱科学的情感。

实验器材：卫生香两根、一只 1000 瓦的电炉、一面盆冰块

实验步骤：（1）关闭门窗，点燃两根卫生香，使卫生香的烟垂直向上（不受室外气流

的影响）。

（2）在卫生香的等距离左右两侧分别放一只 1000 瓦的电炉、一面盆冰块。

（3）将电炉通电 5 分钟后，让学生观察卫生香烟的飘动方向。

（4）将电炉和冰块交换位置，观察烟的飘移方向。

实验思考：说出你两次看到的烟飘动的方向有什么不同，并分析产生的原因。

   在设计演示类实验方案时，教师要充分考虑实验设备的大小、教室的光线、学生的观察视角等，以保证实验的顺利进行。在演示时教师还要注意引导学生观察的目的性和思考问题的针对性，以保证实验的有效性

（2）教师计算机模拟演示实验

    对于一些大尺度的地理现象和过程，如太阳直射点的移动、大气运动、水循环、洋流、地壳运动等，由于所跨时间和空间远远超过学生的感知范围，所以学生理解起来就非常困难。对于这些难点可采用计算机多媒体技术，运用flash动画将地理现象或地理过程模拟出来，实现虚实、远近、快慢的转换，给学生立体、直观的视图信息，引导学生进行多元化的观察，从而化难为简，突破难点。

案例2   太阳直射点的移动

实验名称：太阳直射点的周年移动

实验类型：计算机模拟实验

实验目标：（1）观察太阳直射点的移动范围

         （2）观察太阳直射点北移时，北半球昼夜变化状况

         （3）观察当太阳直射点在北半球时，北半球的昼夜长短状况

 

                            图1  演示太阳直射点的移动

 

     计算机模拟演示实验教学，需要地理教师具备实验资源的搜集、处理能力，有一定的计算机软件处理技能，能设计出科学、直观的演示实验。在进行计算机模拟实验前，教师要让学生明白模拟实验的原理、模拟动画简介以及观察要点，让学生带着问题、带着目的去观察才会有的放矢，才能体现实验的价值。

（3）学生演示实验

   学生演示实验是指在教师的指导下，学生按照一定的要求和步骤进行的实验。在学生演示实验时，教师可根据实验器具的数量进行分组演示，组内人员明确分工。

                        案例3  地转偏向力实验

实验名称：地转偏向力实验

实验类型：学生演示实验

实验器材：雨伞一把、黑墨水一瓶、“尖叫”饮料瓶一个

实验目标：

（1） 了解地转偏向力产生的原因，掌握地转偏向力使地表水平运动物体的方向发生偏转的规律。

（2） 培养学生的演示技能和观察能力。

（3） 激发学生的兴趣，培养合作意识。

实验步骤：

（1）把黑墨水倒进“尖叫”饮料瓶。

（2）一个同学撑开雨伞，蹲下来，逆时针转动雨伞，模拟北半球的地球自转。

（3）另外一位同学把饮料瓶里的黑墨水从伞顶往下倒。

实验思考：观察黑墨水的流动轨迹，思考有什么规律？如果顺时针转动雨伞，黑墨水的流动轨迹会发生什么变化？  

 

            图2  演示地转偏向力的实验

                             

在学生演示实验前，教师要对演示者进行明确的分工，并提出演示要求，学生在教师的指导下，按照实验步骤尽可能地独立操作，当实验出现偏差时，教师要鼓励学生找出原因，   必要时教师可做示范。

2．制作类实验方案设计

地理制作类实验一般是学生在学习了相关的地理概念、地理原理后，依据其开展的，要保证制作成果的科学性，学生在实验开展前必须掌握准确科学的地理知识、明确实验的基本原理，脑中有宏观的地理模型，这样才能选取恰当的实验器材，设计出合理的实验步骤，从而顺利的将静态、抽象的地理知识经过动手制作转变成直观、形象的地理模型。学生动手制作的过程是一个手脑并用相互促进的过程，这个过程中不仅学生的思维能力和动手操作能力得到有效锻炼，同时也培养了学生的想象能力和创造能力。

案例4   制作三圈环流模型

实验名称：制作三圈环流

实验类型：制作类实验

实验器材：一个地球仪、透明胶带、硬纸条、黑水笔

制作要求：

（1）制作北半球的三个环流圈，每个环流圈歌咏3—4个纸条做成环流圈模式

(2)在纸条上用箭头画出上升气流、下沉气流、高空气流、近地面气流

实验思考：

（1）观察制作的三圈环流模型，描述赤道低气压带、极地高气压带与副热带高气压带、副极地低气压带分别是怎样形成的？

（2）用自己的语言描述东北信风带、西风带、极地东风带的形成原因。

 

                图3   制作三圈环流实验

 

3．实践类实验方案设计

地理实践类实验与演示类实验和制作类实验相比，更能体现地理学科的学科特点，地理实践类实验包括地理观察、地理观测、地理调查等。我校为促进地理新课程改革，于2006年建设了地理园和天文台。地理园包括世界地形模型图和中国地形模型图、河流堆积地貌模型、喀斯特地貌模型、冰川地貌模型、火山、断块山及褶皱山模型、地壳内部圈层模型等，教师可利用课后时间带领学生观察这些模型，以获得感性、直观的地理知识。

由于目前高中地理教学任务重，课时紧，因此在开展地理观测和调查前，教师要精选观测主题，以一学期为单位，地理观测或调查安排2—3次，也可根据学校情况适当增加。在地理观测前，要做好充足的观测准备，设计好合理的观测步骤，并且教师要对学生进行明确的分组和分工。

             案例5 “立竿见影”法观测当地的正午太阳高度

实验名称：测量当地的正午太阳高度

实验类型：实践类地理实验

实验目的：         

（1）掌握太阳高度、区时、地方时的含义。

（2）培养学生的地理仪器使用技能、地理统计、计算技能、地理观察的技能。

（3）学会地理实验的方法。

（4）培养热爱科学的精神，激发学生学习地理的兴趣，培养合作意识。

观测器材：

长度为 1 至 2 米的直杆一根、卷尺一把、石英表或电子表一块、三角函

数表一本或量角器一个、罗盘一个、白粉笔一盒。

观测步骤：

（1） 在睛天，用罗盘仪在某一开阔的水平地面，测出正北方向。并用白石灰标出，在石灰线上选一测点，在定点处竖起一根长度为 1米的杆，并与地面垂直；

（2） 12月22日北京时间12点开始观测杆影的方位，等到杆影与石灰线重合时，测量影长1.4米，记下北京时间12点04分。

（3） 根据杆长和影长组成的三角形，由反三角函数算出:即 H=arctg（a/b）=arctg（1/1.4）=35°34′，计算出冬至日本地的正午太阳高度。

三、实验方案设计时应注意的问题

1．实验方案的设计要立足校情、学情

  “学习对生活有用的地理”是新课程改革中最强调的理念之一。地理实验是学习生活中地理的最有效的方式之一，是学生联系生活与社会实际的桥梁。在高中自然地理实验方案设计时，要充分考虑学校所在地的自然地理环境，例如：模拟流水侵蚀作用的实验：在模拟土坡上，堆放 5—10 厘米粗细不均的砂土，再在坡面上方浇注水流，写出观察到的现象。对平原地区、干旱地区和城市学生而言，可以做此实验；但对西南山区、黄土高原等地区学生而言，则没有做的必要。另外在实验方案的设计时，还要充分考虑学校开展地理实验教学的硬件条件、学生已有的知识经验等，设计适合本校实情和学生情况的地理实验方案。

2．实验器材的选择要简易、合理，鼓励自制器具

进行实验教学必须有一定的实验器具，但是目前大部分学校实验器具缺乏。在这种情况下，教师要考虑自制实验器具，从生活中取材、就地取材、变废为宝，这样不仅易于获得、成本低廉、可以在很大程度上解决农村中学实验器具缺少的现状。对于自制实验器具，可以是教师自制器具，也可以是教师引导学生发挥想象力制作实验器具，在“小制作”中体验实验教学的“大收获”。例如：。例如，在“太阳直射点的回归运动”教学时，教师通过两个杯子，四个纸片做的箭头，和一个地球仪，通过自制实验器具的演示，形象、直观的向同学们模拟了两分两至日地球的位置。

           图4  太阳直射点的移动实验

 

3．重视实验的动态生成，让预设与生成共舞

“动态生成”是新课程改革的核心理念之一，它要求我们从生命的高度重新审视我们的教学：要从教师为中心走向师生互动的“学习共同体”。所谓课堂动态生成是相对于“预设”而言的，是指在教师与学生、学生与学生合作、探究、对话、碰撞的课堂中，即时生成的超出教师预设方案之外的新问题、新情况。地理实验是一个复杂的动态过程，在这个过程中学生会产生很多状况，因此在实验方案的设计时，教师要充分预设学生的生成，预设学生有价值的生成，从而对实验方案的微调做好准备。例如：学生在演示地转偏向力实验时，有学生提出如果把雨伞翻过来，逆时针或顺时针转动雨伞，水流在雨伞内侧流动会怎样？赤道处的地转偏向力实验该怎么演示等问题。对于这些生成，教师在设计方案时要进行充分的预设，让地理实验教学预设与生成共精彩。

参考文献：

[1]杨士军.高中地理活动创新设计[M] .上海:复旦大学出版社,2008.

[2]雷鸣.新课程下提高地理实验教学有效性的探讨[J].地理教学，2010（2）.

[3]张瑞英.高中地理实验内容及其教学设计[D]. 呼和浩特:内蒙古师范大学，2007.

[4]李春燕.中学地理实验教学研究[D].长春:东北师范大学，2006.

[5]多虹.高中地理新课程的地理实验项目开发研究[D].呼和浩特:东北师范大学，2007.

[6]（美）Barbara Brooks Simons等著.科学探索者（天气与气候）[M].杭州：浙江教育出版社，2003年2月第1版

发表于《地理教学》2013年14期