“水循環”地理實驗教學探索

唐塘穎

（浙江省余姚中學, 浙江 寧波 315400）

一、實驗前置——在實驗原理驗證和方案優化中激發主動學習動機

考慮到實驗操作比較耗時，且實驗結果存在眾多不確定性，筆者在提出本節課實驗主題后，引導學生利用課余時間設計具體的實驗內容，完成實驗操作，并做好拍攝記錄和視頻制作工作，這樣學生有較為充分的時間通過生生溝通、師生溝通對初步實驗進行改進。

由于水循環的內容在初中已有所涉及，且各環節也較易理解，這就為實驗前置提供了可能。實驗1“模擬水循環主要環節”和實驗2“不同質地土壤下滲量比較”全部由學生自主尋找實驗器材并完成方案設計，教師主要參與實驗問題背后原因的分析討論。具體操作過程如下。

1.實驗1

實驗1源自湘教版教材“水循環”這一課中的活動案例（見圖1）。學生一開始完全按教材中的提示進行操作，酒精燈加熱燒瓶幾分鐘后，有水汽從玻璃管中大量釋放出來，但發現在玻璃板上的水汽凝結效果并不明顯。思考后，學生結合數學和化學知識，選擇了接觸面小得多的燒瓶（見圖2），發現水汽在遇到裝有冰塊的燒瓶底部后凝結的效果更明顯。

2.實驗2（見表1）

表1 “不同質地土壤下滲量比較”實驗方案和過程

（續上表）

實驗2中第一次實驗操作后，學生發現：淤泥下滲速度最快。這一實驗現象與他們已有認知不相符。師生間線上展開了激烈討論：（1）三份土樣分別采自哪里？（2）在加水前，土壤有攪拌均勻嗎？從圖5看，瓶內顆粒大小不一，還有較多空隙。（3）三份土樣的濕潤程度一樣嗎？學生反思總結：要重視實驗的細節和科學性，實驗中變量很多，盡量控制變量，減小其他因素的干擾。在完成改進后，第二次實驗效果明顯（見表2）。學生還受到啟發——應該將實驗主題修正為“相同濕度條件下不同質地土壤下滲量比較”。

表2 相同濕度條件下不同質地土壤下滲情況比較

二、教別人學習——在實驗過程和結果表達中體現主動學習思想

總結提煉、發展解釋是支持學生知識理解與整合的策略，“教中學”就是一套有效的發展解釋的策略。[1]學習新知的最好方法之一就是把它教給別人。從學生學習動機維度看，這也能幫助學生認同和接受學習活動的價值。

學生在課余時間進行的實驗設計、操作步驟、實驗反思等一系列心路歷程如何呈現給其他學生？如何借助實驗達成設計的教學目標？如何測量非該組學生對這一學習內容的掌握情況？筆者認為，可以鼓勵實驗組學生思考“我可以教別人嗎”“我怎樣才能教會別人”，將實驗現象拍攝成視頻，制作成“微課”，并將其與課堂教學進行整合，成為教學素材之一。此時，每個學生都有機會成為彼此的老師，每個學生都感到自己被賦予了一種權利和職責。[2]

1.實驗導入新課，建立水循環概念

將課前完成的“模擬水循環主要環節”實驗做成微課導入，實驗組的學生對實驗進行講解，同時設計兩處錯誤，要求非實驗組學生在觀看微課視頻的過程中找出錯誤并修正。用學生自己完成的實驗導入本身就可以激發學生的興趣，同時，“看視頻糾錯”環節需要學生高度集中注意力，并且是基于其初中已有的水循環舊知這一學習起點。糾錯環節，既可以檢測學生對初中水循環知識的掌握程度，又能幫助其建立新舊知識間的聯系。

微課解說詞：同學們，我們今天將通過實驗模擬水循環的主要環節。我們準備了酒精燈、石棉網、鐵架臺、一塊亞克力板、兩個燒瓶、一根彎玻璃導管。兩個燒瓶分別用來裝自來水和冰水，一根彎玻璃導管用來模擬蒸發環節。當燒瓶中的水加熱沸騰后，我們看到玻璃管中有充足的水汽釋放出來，當水汽遇到溫度較低的裝有冰水的燒瓶底部后，馬上冷卻凝結成小水滴。等待了大概1分鐘后，有小水滴相繼滴落到亞克力板上，小水滴不大，我們覺得效果不是很明顯。小組同學提議，可以延長玻璃導管，換成更長的玻璃導管，以增加底盤上的水量。

解說詞中畫橫線的就是設計的兩處錯誤，基礎好的學生在第一遍觀看時就能很快找出問題。當然，筆者在與學生課前交流中已提醒實驗組學生做好預設——若同學們未實現有效觀察、思維受阻時，可以提出以下問題供思考：（1）玻璃導管模擬的是水循環中哪個環節？（2）如何增加實驗中底盤的水量？相當于是給學生一個學習支架。這個糾錯環節，學生思維發散性強，區分度明顯。

2.深度解析實驗，體悟水循環環節

在講解“下滲”環節時，播放學生制作的實驗2“不同質地土壤下滲量比較”的微課視頻。筆者提出問題：（1）第一次實驗觀察到淤泥下滲的速度最快，請思考實驗中出現了什么問題？（2）如何改進？請未參與本實驗的學生和實驗組的學生都說說第一次實驗中存在的具體操作問題并提出改進措施。師生對話后繼續播放改進后的第二次實驗視頻。

實驗組的學生在第一次實驗效果不明顯后能主動分析原因，對實驗進行改進，再次實驗，再改進，再實驗，不斷完善。教師對實驗組學生在實驗中的表現即歷程進行評價，高度贊揚了他們尊重事實的科學品質和敢于嘗試的強大執行力。此外，讓未參與本實驗的學生指出同伴的操作問題并提出改進措施，可以激發他們投入學習的意愿，同時可以觀察此部分學生的學習情況。學生在真實情境中接觸非線性、非結構化的知識，發現學術概念的微妙和深刻之意，從而真正理解概念。

三、延伸時空——在基于問題的挑戰性學習中產生主動學習意愿

從學生的認知思維發展角度而言，學生在學習或者探究某主題時，其思維是連續且不斷向精致化發展的。[3]因此，評價學生掌握與否，除了紙筆測驗，筆者進一步延伸教學時空，要求學生圍繞“水循環的地理意義”這一難度更大、創造性更強的實驗主題，選取其中一個地理意義，設計和實施地理模擬實驗。鼓勵學生參與到具有挑戰性的學習活動中，用基于問題的學習代替一味“刷題”，產生主動學習的意愿。

以下是其中一組學生設計的“模擬‘江心洲’的形成”的實驗方案和過程（見表3）。

表3 “模擬‘江心洲’的形成”實驗方案和過程