提升高中地理實驗教學有效度的策略研究

陸陛華 葉柚鈾

（浙江省桐鄉第一中學, 浙江 桐鄉 314500）

提升高中地理實驗教學有效度的策略研究

陸陛華 葉柚鈾

（浙江省桐鄉第一中學, 浙江 桐鄉 314500）

在倡導素質教育、重視培養學生能力的教育形式下，高中地理實驗教學以顯著的優勢日益受到廣大教師的重視和學生的歡迎。但是，實驗教學在實施的過程中還是存在不少不足之處，本文針對這些不足之處提出了相應的提高策略。

地理；實驗教學；效率

高中地理教學要體現課程理念、落實課程目標、達到課程標準，需要地理教師在設計教學時充分考慮高中學生的心理發展規律和不同的學習需要，積極探索和運用自主學習、合作學習、探究學習等學習方式，提高學生的地理學習、合作交流、批判性思考以及分析解決地理問題的能力。《普通高中課程方案》將地理學科分為“人文與社會”和“科學”兩個學習領域，地理學科作為自然科學的一部分，在揭示地理事物的分布、發展、變化規律時，實驗教學法是一種不錯的途徑。雖然高中地理實驗教學正逐漸得到廣大教育工作者的重視，并開始廣泛運用在地理教學過程中，但因實驗教學實施過程中還是存在許多不足和誤區，要求我們在地理教學過程中不斷的探索和改進。

一、實驗教學對提高地理教學效率的作用

實驗教學是自然科學教育不可缺少的重要組成部分，它對學生有效地掌握科學知識，培養科學實驗興趣和能力，形成科學態度和科學的行為方式，都有不可替代的作用。地理科學以其兼具人文科學和自然科學的特點，在自然地理的教學中不可或缺地會使用實驗教學，而實驗教學在自然地理的教學過程中也有著其他任何教學方法無法取代的優勢，對提高學生的學習效率有很大的幫助。

1.形成參與意識，激發學習興趣

興趣是學習的強化劑，在學生學習活動中起著巨大的推動作用。很多學生剛學習地理的時候對地理知識充滿好奇，這就為學生學習地理提供了源動力，但這樣的動力是很短暫的，會隨著地理學習難度的不斷提高而消失。地理新課程改變了學生傳統的被動接受式學習模式，倡導學生積極主動參與各類實踐活動。

例如對“背斜儲油、向斜儲水”知識點的教學，可以設計如下實驗：課前給學生分組配置透明的塑料軟管，在管道里裝滿水和油，體積比在1∶1左右（為了實驗現象明顯，可在水中滴入少許紅墨水）。在分析“背斜儲油、向斜儲水”現象時，可先由學生彎曲塑料管子，觀察實驗現象，就會出現如圖1所示結果，然后由學生分析這一現象產生的原因。

圖1 背斜儲油、向斜儲水

這樣的實驗雖然操作簡單，學生還是很有興趣進行一番“實戰演習”，從中掌握和鞏固知識，也獲得了學習的樂趣。通過主動參與，學生的操作興趣得到滿足，探究興趣、創造興趣也被激發，學生的興趣水平不斷的從低層次向高層次逐步轉化，為學生學習地理提供了持久而強大的動力。

2.培養觀察能力，形成合作意識

教育學家蘇赫曼說過：實驗能夠提供探索的途徑，實驗可以訓練學生根據實驗結果推到理論的能力。地理實驗教學強調演示與參與，它能夠改變傳統被動接受式的學習方式，讓學生在實驗設計、實驗操作、實驗觀察記錄、實驗分析研究的過程中主動獲取知識、得出結論，從而培養了學生的觀察能力、感知能力和動手能力。

例如在學習“海陸熱力性質差異”的知識點的時候，學生在教師的指導下集體設計并進行了以下實驗：取兩個燒杯，一杯放水，一杯放等量的細砂，在兩個燒杯中均插入一支溫度計。把兩個燒杯同時放在太陽底下曬一定時間后，讀出溫度計的示數。再把兩個燒杯移入室內，過一定時間后，再觀察溫度計示數的變化。經過數據的收集和整理發現：在陽光下曬30分鐘后，細砂的溫度為37℃，水的溫度為29℃，移到室內10分鐘后，細砂的溫度為25℃，而水的溫度為27℃。水溫變化幅度是2℃，而細砂的溫度變化幅度是 12℃。在實驗中學生經探究發現水的溫度變化比細砂要小，從而說明海洋升溫慢降溫也慢，進而也能很好的理解海陸熱力性質的差異及其成因。這個實驗從設計到每一步的操作都可以在教師的指導下由學生組隊、討論、合作探究完成，這樣學生學習就不僅僅停留在聽、看、記的層面，學生的實際動手能力也得到不斷的提高。在實驗的過程中，學生要密切、仔細的觀察并記錄溫度計上溫度的變化，并分析這些變化產生的原因，從而提高了學生的觀察能力、科研能力。

在地理實驗教學系統中，學生個體有其自身的目標、取向，能夠在與環境的交流和互動作用中，有目的、有方向地改變自己的行為方式和結構，達到適應環境的合理狀態。在實驗過程中，特別是學生操作實驗，教師對實驗的原理、預期的結果不給予過多的說明，可以給學生預留開闊的思維空間。學生可以帶著問題，組成小組，互相配合進行實驗，并對實驗產生的現象和得出的結果進行分析、探討。

3.驗證地理知識，提高科研精神

地理實驗教學將抽象的地理現象和過程變得形象、具體。一些學生較難理解的知識點，通常可以通過設計簡單的實驗加以證明其科學性。因此地理實驗不僅能直觀的詮釋地理知識，激發學生學習興趣，優化學習方式，更能培養學生的科學素養和科研精神。

例如在講解“太陽高度角大小與太陽輻射強弱關系”時，教師可以準備以下實驗（圖2）：學生借助兩只手電筒，在相同的高度上，一只直射黑板，另一只斜射黑板，學生經過觀察就會發現直射的黑板光斑面小，亮度大，斜射的黑板光斑面大，亮度小，從而得出太陽高度角大，受熱面小，太陽輻射強度大；太陽高度角小，受熱面大，太陽輻射強度小的實驗結論。

圖2 不同高度角的光照圖

這樣的地理實驗，能讓學生接受科學探究過程的熏陶、體驗科學思維的方法，引導學生形成濃厚的科學興趣、客觀的研究方法、理性的思維方式和實事求是的科研精神。

二、高中地理教學中影響實驗教學有效度的因素

1.實驗缺少統籌規劃，影響正常教學進程

新課程不僅重視知識與技能目標的達成，也重視地理教學的過程和方法，而實驗則是自然地理教學過程中必不可少的環節，實驗教學有著其他教學方式無法匹敵的優勢，所以實驗教學越來越受到更多教師的重視。[1]但是，在現實的地理教學過程中，教師對實驗的作用認識并不客觀、準確，往往存在兩類極端的誤區：

第一類是忽視實驗的作用。部分習慣應試教育的教師認為，在教學過程中和學生一起做實驗就是浪費時間，因此就以“實驗器材不足”、“上課時間緊張”等理由將地理實驗一概舍去。省去做實驗的時間，一學期的新課就能迅速結束，原本應該用來做實驗的時間則用于講題目、做試卷，最終學生試卷上的成績也許提高了，但學生的實際操作能力很難得到提高。

第二類是夸大實驗的作用。有些教師在教學中過分迷信實驗，將實驗當成無所不能的教學高招，在地理教學中盡可能多的使用“實驗”，以為這樣就能達到事半功倍的效果。其實過度的使用實驗教學，非但達不到較好的效果，反而因為過多的實驗浪費了不少學生寶貴的學習時間，從而影響教學效果。例如在高中地理課上做“沉積物分選”實驗就顯得不是很有必要，因為流水沉積過程中出現的“大顆粒在下，小顆粒在上”的現象，已經是高中生已知的常識。經常進行這種為了追求形式而忽視學生已有知識水平的實驗，會讓課堂時間顯得捉襟見肘，長此以往會影響正常的教學進度。

2.實驗設計不夠緊湊，浪費課堂教學時間

地理實驗教學的目的之一是為了提高地理課堂的教學效率，將復雜的地理現象、地理原理通過實驗直觀地展示給學生，幫助學生理解難點知識，減輕學習負擔。但是，部分教師在實驗教學總是照搬照抄現成的實驗，不結合學生的學習要求和學校的現有條件，對實驗場所、實驗器材、實驗步驟進行必要的調整和完善，也不事先經過親手嘗試，導致有些實驗難以操作，甚至出現一些科學性問題。

例如湘教版《地理Ⅰ》第三章“地理環境的整體性”這節內容出現的“植被對水土保持作用”的實驗，選擇什么土壤、用多少水量沖刷土壤、在多少高度倒水等細節，在實驗之前如果沒有詳細考證，就可能導致實驗效果不佳，對課堂教學幫助不大，而要改進實驗又得重新準備實驗材料，浪費時間，降低效率。

3.實驗方法墨守成規，缺乏科學創新精神

隨著教學的不斷改革，教學目標在改變、教學課本在改變、教學對象也在改變，而教師采用的實驗方法卻很少改變：某個實驗一旦被精心設計好了每一個步驟，在往后的地理實驗教學過程中，教師總是在循規蹈矩、年復一年的使用。

例如“熱力環流的形成”這一實驗，對學生理解熱力環流、海陸風、三圈環流等知識點有很大幫助，是一個很重要的實驗。這一實驗可以在教師指導下由學生設計完成。有的班級學生設計了如下實驗：先把酒精燈和冰塊放進玻璃缸的兩側，迅速蓋上塑料薄膜，在冰塊上方的薄膜處開個小孔。接著點燃幾支香，讓煙通過玻璃管慢慢流進玻璃缸內，通過觀察發現煙會在冰塊一方下沉，然后流向酒精燈一方，再上升，在玻璃缸上空再流回冰塊一側，形成熱力環流。

圖3 熱力環流的形成

這個實驗一般就是按照這一系列步驟來完成的。但在實驗中，有愛動腦筋的學生提出如果將箱子背面刷上較深的顏色，實驗的現象會更明顯。這樣簡單的創新，有時由于教師的固步自封而沒有被發現。

4.實驗結果事先預設，忽視客觀生成現象

實驗操作過程中會產生各種各樣的變化，學生的操作偏差、外部環境的影響、學生偶發的質疑等等，都可能導致實驗過程與預設的方向不盡相同。有些教師可能急于落實課堂教學的知識點，不愿被實驗教學中出現的不符合事先預設的“另類”現象所牽絆，所以對異常現象視而不見，一味強調理應出現的現象。這樣的實驗一點都不能起到“激發興趣、論證科學”的作用，對課堂教學不僅毫無意義，甚至會使學生覺得地理學科未必真正“科學”，對地理學科的科學性產生懷疑。

三、提升高中地理實驗教學有效度的策略

1.嚴格按照課標要求，建構實驗教學體系

在教學過程中，究竟使用多少實驗才能達到較為理想的教學效果？這就要求教師在地理教學開始之前，嚴格參照課標要求，結合當地的教學實際情況對實驗教學進行統籌規劃。筆者以湘教版《地理Ⅰ》為例，結合課標要求、課時安排、生源素質、實驗條件等因素將實驗進行分類匯總，如表1。

表1 湘教版《地理Ⅰ》實驗教學匯總

當然，不同學校、不同師生在實際的教學過程中可根據自身情況進行增減或者改變實驗方法。

在地理實驗的實施過程中，遇到器材不足這種狀況時，教師可以從日常生活中選擇可用材料和工具，巧妙設計實驗，盡量不要因為硬件的欠缺導致教學質量的下降。

2.科學設計實驗過程，靈活調整實驗程序

實驗教學和其他教學方法一樣，準備工作是非常重要的。高中地理教學時數少，地理實驗宜精不宜多，實驗步驟要嚴謹，實驗時間要適當。教師在選擇實驗時要善于根據學科知識特點精選典型實驗，舍棄無實際教學價值、形式化的實驗，在具備實驗特質的重點、難點以及學生思維疑點處設置實驗。

在確定所需實驗之后,教師還應根據學生的人數、知識水平、理解能力、實際操作能力等因素來科學、系統地設計實驗，力求實驗過程簡潔、緊湊，效果清晰、明朗。特別是教學過程中較難理解的知識難點，鑒于學生有限的知識水平，教師更要反復推敲每一個實驗步驟，爭取在有限的時間里讓學生理解各個現象產生的原因、相關的原理。

例如湘教版《地理I》中的“太陽日與恒星日的區別”是高中地理教學的難點之一，尤其是對剛接觸地理不久的高一學生而言更是難以理解。在遇到這部分既需要空間想象能力又需要邏輯推理能力才能解決問題的知識難點時，教師不妨這樣設計一個化抽象為直觀的實驗：教師扮演地球，最前排一位學生甲扮演太陽，最后排一位學生乙扮演一顆遙遠的恒星。

第一步：恒星乙、太陽甲和地球都在同一直線上，且教師（地球）面向太陽和恒星。

第二步：教師（地球）一邊繞學生甲（太陽）公轉一邊同向自轉。

第三步：當教師（地球）自轉一周（360°）時，所花時間是23時56分4秒，也就是一個恒星日，教師第二次面向學生乙（遙遠的恒星），因為教師（地球）和學生乙（遙遠的恒星）相距非常遙遠，相對位置恒定（可理解為在公轉軌道上的運行距離可忽略不計）。但是，此時教師還沒有第二次面對學生甲（太陽）。

第四步：教師接著再自轉59'，此時教師（地球）第二次面對學生甲（太陽），地球自轉360°59'，所花時間是24小時，即一個太陽日。

這個實驗將原本連貫的地球自轉與公轉運動進行了分割，通過一步步的模擬演示，將復雜抽象的天文現象形象生動的展示給學生，也將一個知識難點深入淺出的傳授給學生。師生在這樣輕松、活潑的氛圍中完成了知識的交接。這一實驗，既鍛煉了學生的觀察、思維能力，又避免了知識難點教學的枯燥乏味、艱澀難懂。

如果面對的學生素質較高，教師還可以將此實驗進行延伸：當地球只自轉不公轉、地球只公轉不自轉、地球自轉和公轉方向相反時，太陽日和恒星日的時間各是多長？這一系列問題可以留給學生課外探究。

3.改善學校實驗條件，與時俱進創編實驗

隨著學校教學條件的改善和新課程對地理實驗教學的日益重視，學校應逐漸完善地理實驗所需的實驗器材、實驗場所等硬件設施，為開展地理實驗提供必要硬件支持；同時也應重視健全地理實驗制度，規范教師的實驗行為，調動教師開展實驗教學的積極性，使地理實驗成為常規教學的重要組成部分。

在地理教學的過程中，憑借不斷改善的實驗條件，教師可以在已有的基礎上對地理實驗加以改良，甚至通過計算機、多媒體等教學設備研發實驗模型，將現實中難以完成的實驗用多媒體加以模擬演示。例如晝夜長短的變化、正午太陽高度角的變化、流域洪澇災害的形成等模擬實驗。特別像“流域洪澇災害的形成”這樣的實驗，用一般的器材、設備很難完成，即使做成也要耗費大量的時間。如果使用多媒體模型，不僅能清晰的演示洪澇災害的形成過程、分析下游洪澇災害嚴重的原因，而且不需大量的設備、工具和時間，簡單、清晰、高效。這一實驗的模擬過程大致如圖4。

圖4 洪澇災害形成過程模擬圖

4.重視實驗客觀生成，靈活分析實驗結果

地理實驗結果是特定條件和過程的產物，任何細小的變動都有可能導致結果的差異，一個具體的實驗并不必然出現預期的結果。[2]教師在面對現象不明顯或者與預設結果差異較大的實驗時，不能一味的強調應該出現的結果，而是要勇敢面對客觀生成的結果，分析產生這一結果的原因，可以引導學生從側面理解地理知識。

再以“熱力環流的形成”這一實驗為例。也有班級的學生設計的實驗出了一定的問題，比如有學生將通入煙氣的孔開在酒精燈上方，結果煙氣無法進入實驗的箱子，無法形成明顯的熱力環流。這時，教師就不能僅僅苛責學生的錯誤設計和操作，而應該和學生一起探討實驗失敗的原因，將實驗中不科學的步驟加以改正，從失敗中吸取經驗教訓。

高中地理開展正確的實驗教學，能有效的落實地理教學中的重點和難點，高效落實新課標的教學目標。在日常的地理教學過程中，地理教師為了提高教學效率，已經設計并開展了不少的實驗教學，取得了不錯的成果。但是，實驗教學的探究之路還很長，以后還得繼續努力，不斷提高實驗教學的水平。

[1] 北京大學現代科學與哲學研究中心.復雜性新探[M].人民出版社.2007∶148-149.

[2] 陳炳飛.地理實驗重在培養學生的科學素養[J].地理教學.2011,(20)∶21-22.