例談高中自然地理實驗方案的設計

江蘇省江陰長涇中學（214411） 張 蕾 陳 曉

一、演示類實驗方案設計案例

在高中自然地理實驗教學時，根據演示主體的不同可以將其分為教師演示實驗和學生演示實驗。根據演示手段的不同，教師演示實驗又可分為教師實物演示和計算機模擬演示兩類。

（1）教師實物演示實驗

教師實物演示實驗是指在上課時，配合講授和談話，把實物、教具展示給學生，或者由教師向學生作示范性動作，向學生提供感性經驗或用來說明、印證所傳授的知識。通過實物演示可以較好地激發學生的學習興趣，集中學生的注意力，使學生獲得生動而直觀的感性認識，把書本上的理論知識和實際事物聯系起來，以幫助學生形成正確、深刻的概念。

案例1 季風的形成實驗

實驗名稱：演示季風的形成

實驗類型：教師演示實驗

實驗目標：

（1）通過實驗理解冬夏季風形成的原因。

（2）培養學生的觀察技能和思維能力。

（3）培養學生的學習興趣和熱愛科學的情感。

實驗器材：衛生香兩根、一只 1000 瓦的電爐、一面盆冰塊

實驗步驟：

（1）關閉門窗，點燃兩根衛生香，使衛生香的煙垂直向上，不受室外氣流的影響。

（2）在衛生香的等距離左右兩側分別放一只 1000瓦的電爐、一面盆冰塊。

（3）將電爐通電 5 分鐘后，讓學生觀察衛生香煙的飄動方向。

（4）將電爐和冰塊交換位置，觀察煙的飄移方向。

實驗思考：說出你兩次看到的煙飄動的方向有什么不同，并分析產生的原因。

在設計演示類實驗方案時，教師要充分考慮實驗設備的大小、教室的光線、學生的觀察視角等，以保證實驗的順利進行。在演示時教師還要注意引導學生觀察的目的性和思考問題的針對性，以保證實驗的有效性。

（2）教師計算機模擬演示實驗

對于一些大尺度的地理現象和過程，如太陽直射點的移動、大氣運動、水循環、洋流、地殼運動等，由于所跨時間和空間遠遠超過學生的感知范圍，所以學生理解起來就非常困難。對于這些難點可采用計算機多媒體技術，運用flash動畫將地理現象或地理過程模擬出來，實現虛實、遠近、快慢的轉換，給學生立體、直觀的視圖信息，引導學生進行多元化的觀察，從而化難為簡，突破難點。

案例2 太陽直射點的移動

實驗名稱：太陽直射點的周年移動

實驗類型：計算機模擬實驗

實驗目標：

（1）觀察太陽直射點的移動范圍。

（2）觀察太陽直射點北移時，北半球晝夜變化狀況。

（3）觀察當太陽直射點在北半球時，北半球的晝夜長短狀況。

圖1 演示太陽直射點的移動

計算機模擬演示實驗教學，需要地理教師具備實驗資源的搜集、處理能力，有一定的計算機軟件處理技能，能設計出科學、直觀的演示實驗。在進行計算機模擬實驗前，教師要讓學生明白模擬實驗的原理、模擬動畫簡介以及觀察要點，讓學生帶著問題、帶著目的去觀察。

（3）學生演示實驗

學生演示實驗是指在教師的指導下，學生按照一定的要求和步驟進行的實驗。在學生演示實驗時，教師可根據實驗器具的數量進行分組演示，組內人員明確分工。

案例3 地轉偏向力實驗

實驗名稱：地轉偏向力實驗

實驗類型：學生演示實驗

實驗器材：雨傘一把、黑墨水一瓶、“尖叫”飲料瓶一個

實驗目標：

（1）了解地轉偏向力產生的原因，掌握地轉偏向力使地表水平運動物體的方向發生偏轉的規律。

（2）培養學生的演示技能和觀察能力。

（3）激發學生的興趣，培養合作意識。

實驗步驟：

（1）把黑墨水倒進“尖叫”飲料瓶。

（2）一個同學撐開雨傘，蹲下來，逆時針轉動雨傘，模擬北半球的地球自轉。

（3）另外一位同學把飲料瓶里的黑墨水從傘頂往下倒。

實驗思考：觀察黑墨水的流動軌跡，思考有什么規律？如果順時針轉動雨傘，黑墨水的流動軌跡會發生什么變化？

圖2 演示地轉偏向力的實驗

在學生演示實驗前，教師要對演示者進行明確的分工，并提出演示要求，學生在教師的指導下，按照實驗步驟盡可能地獨立操作，當實驗出現偏差時，教師要鼓勵學生找出原因， 必要時教師可做示范。

二、制作類實驗方案設計

地理制作類實驗一般是學生在學習了相關的地理概念、地理原理后開展的。要保證制作成果的科學性，學生在實驗開展前必須掌握準確科學的地理知識，明確實驗的基本原理，腦中有宏觀的地理模型，這樣才能選取恰當的實驗器材，設計出合理的實驗步驟，從而順利地將靜態、抽象的地理知識經過動手制作轉變成直觀、形象的地理模型。學生動手制作的過程是一個手腦并用相互促進的過程，這個過程中不僅學生的思維能力和動手操作能力得到有效鍛煉，同時也培養了學生的想象能力和創造能力。

案例4 制作三圈環流模型

實驗名稱：制作三圈環流模型

實驗類型：制作類實驗

實驗器材：一個地球儀、透明膠帶、硬紙條、黑水筆

制作要求：

（1）制作北半球的三個環流圈，每個環流圈各用3～4個紙條做成環流圈模式。

（2）在紙條上用箭頭畫出上升氣流、下沉氣流、高空氣流、近地面氣流。

實驗思考：

（1）觀察制作的三圈環流模型，描述赤道低氣壓帶、極地高氣壓帶與副熱帶高氣壓帶、副極地低氣壓帶分別是怎樣形成的？

（2）用自己的語言描述東北信風帶、西風帶、極地東風帶的形成原因。

圖3 制作三圈環流實驗

三、實踐類實驗方案設計

地理實踐類實驗與演示類實驗和制作類實驗相比，更能體現地理學科的學科特點，包括地理觀察、地理觀測、地理調查等。我校為促進地理新課程改革，于2006年建設了地理園和天文臺。地理園包括世界地形模型圖和中國地形模型圖、河流堆積地貌模型、喀斯特地貌模型、冰川地貌模型、火山、斷塊山及褶皺山模型、地殼內部圈層模型等，教師可利用課后時間帶領學生觀察這些模型，以獲得感性、直觀的地理知識。

由于目前高中地理教學任務重、課時緊，因此在開展地理觀測和調查前，教師要精選觀測主題，以一學期為單位，地理觀測或調查安排2—3次，也可根據學校情況適當增加。在地理觀測前，要做好充足的觀測準備，設計好合理的觀測步驟，并且教師要對學生進行明確的分組和分工。

案例5 “立竿見影”法觀測當地的正午太陽高度

實驗名稱：測量當地的正午太陽高度

實驗類型：實踐類地理實驗

實驗目的：

（1）掌握太陽高度、區時、地方時的含義。

（2）培養學生的地理儀器使用、地理統計、地理計算、地理觀察的技能。

（3）學會地理實驗的方法。

（4）培養熱愛科學的精神，激發學生學習地理的興趣，培養合作意識。

觀測器材：

長度為1至2米的直桿一根、卷尺一把、石英表或電子表一塊、三角函數表一本和量角器一個、羅盤一個、白粉筆一盒。

觀測步驟：

（1）在睛天，用羅盤儀在某一開闊的水平地面，測出正北方向。并用白石灰標出在石灰線上選一測點，在定點處豎起一根長度為1米的桿，并與地面垂直。

（2）12月22日北京時間12點開始觀測桿影的方位，等到桿影與石灰線重合時，測量影長1.4米，記下北京時間12點04分。

（3）根據桿長和影長組成的三角形，由反三角函數算出：即H=arctg（a/b）=arctg（1/1.4）=35°34′，計算出冬至日本地的正午太陽高度。

四、實驗方案設計時應注意的問題

1. 實驗方案的設計要立足校情、學情

“學習對生活有用的地理”是新課程改革中最強調的理念之一。地理實驗是學習生活中地理的最有效的方式之一，是學生聯系生活與社會實際的橋梁。在高中自然地理實驗方案設計時，要充分考慮學校所在地的自然地理環境，例如模擬流水侵蝕作用的實驗：在模擬土坡上堆放5～10厘米粗細不均的砂土，再在坡面上方澆注水流，寫出觀察到的現象。對平原地區、干旱地區和城市學生而言，可以做此實驗；但對西南山區、黃土高原等地區學生而言，則沒有做的必要。另外在實驗方案的設計時，還要充分考慮學校開展地理實驗教學的硬件條件、學生已有的知識經驗等，設計適合本校實情和學生情況的地理實驗方案。

2. 實驗器材的選擇要簡易、合理，鼓勵自制器具

進行實驗教學必須有一定的實驗器具，但是目前大部分學校實驗器具缺乏。在這種情況下，教師要考慮自制實驗器具，從生活中取材、就地取材、變廢為寶，這樣不僅易于獲得、成本低廉，可以在很大程度上解決農村中學實驗器具缺少的現狀。對于自制實驗器具，可以是教師自制器具，也可以是教師引導學生發揮想象力制作實驗器具，在“小制作”中體驗實驗教學的“大收獲”。例如，在“太陽直射點的回歸運動”教學時，教師通過兩個杯子、四個紙片做的箭頭和一個地球儀，通過自制實驗器具的演示，形象、直觀的向同學們模擬了兩分兩至日地球的位置。

圖4 太陽直射點的移動實驗

3. 重視實驗的動態生成，讓預設與生成共舞

“動態生成”是新課程改革的核心理念之一，它要求我們從生命的高度重新審視我們的教學：要從教師為中心走向師生互動的“學習共同體”。所謂課堂動態生成是相對于“預設”而言的，是指在教師與學生、學生與學生合作、探究、對話、碰撞的課堂中，即時生成的超出教師預設方案之外的新問題、新情況。地理實驗是一個復雜的動態過程，在這個過程中學生會產生很多狀況，因此在實驗方案的設計時，教師要充分預設學生的生成，預設學生有價值的生成，從而對實驗方案的微調做好準備。例如：學生在演示地轉偏向力實驗時，有學生提出如果把雨傘翻過來，逆時針或順時針轉動雨傘，水流在雨傘內側流動會怎樣？赤道處的地轉偏向力實驗該怎么演示等問題。對于這些生成，教師在設計方案時要進行充分的預設，讓地理實驗教學預設與生成共精彩。