基于學生操作實驗開發的地理實踐力培養

楊帆　楊杰

［摘 要］地理學科育人價值集中體現在學科核心素養的培養上，是學生通過地理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，主要包括人地協調觀、綜合思維、區域認知和地理實踐力四個維度。學生地理實踐力培養的三種主要方式中，地理實驗受時間限制較小，可操作性最強。同時，操作實驗可訓練學生的設計能力、動手能力和合作能力，有利于學生地理實踐力的形成。文章以“太陽直射點回歸運動”實驗為例，探索基于學生操作實驗開發的地理實踐力培養。

［關鍵詞］操作實驗；地理實踐力；太陽直射點回歸運動

［中圖分類號］? ? G633.55? ? ? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）01-0088-03

普通高中地理課程作為一門基礎教育課程，須為立德樹人做出學科貢獻。地理學科育人價值集中體現在學科核心素養的培養上 ，是學生通過地理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，主要包括人地協調觀、綜合思維、區域認知和地理實踐力四個維度。

一、地理實踐力的內涵

地理實踐力指人們在考察、實驗和調查等地理實踐活動中所具備的意志品質和行動能力。其培養目標是：學生能夠運用所學知識和地理工具，在室內、野外和社會的真實環境下，通過考察、實驗、調查等方式獲取地理信息，探索和嘗試解決實際問題，具備活動策劃、實施等行動能力［1］。歸根結底，地理實踐力是一種行動意識和能力，是一種應對復雜世界的獨立生存本領，是學生在實踐活動中表現出來的科學精神、意志品質。現在比較流行的地理實踐力的培養主要依托于以地理研學為代表的戶外考察方式，它可以讓學生通過戶外考察觀察地貌的形態、認識植被的生長、感知土壤的性狀等。地理研學可以給學生以直觀的感受，讓學生很好地將課本知識與實際聯系起來。但地理研學需要耗費的時間比較長，涉及安全問題，且組織難度較大，在實際教學過程中開展的頻次較低。調查主要借助走訪、問卷等形式讓學生深入到社會各個角落，接觸不同的人群，這種方式可以提高學生與他人交流的能力，但同樣需要學生脫離課堂、走入社會，往往只能在周末或假期等空余時間開展，不便與日常學習同步進行。而能夠在課堂上開展的地理實驗對時空的要求較小，操作性更強。

二、地理實驗的功能

地理實驗是指通過觀察、觀測、演示、制作、繪制、調查等地理活動方式，認識、探究地理事物、現象和過程等的地理實踐教學活動［2］。這樣的地理實驗可以根據教學的目的，通過合理的實驗設計在課堂中開展。它可以是對一些地理現象的觀察，比如太陽方位、太陽高度角的變化，也可以是地圖、表格的繪制。地理實驗教學是培養地理實踐力的重要途徑。地理實踐力中的實驗，特指某種自然現象的模擬實驗，可以在校園建立的地理實驗室進行仿真模擬實驗，也可以在居住區附近或校外實習基地進行模擬實驗。這種實驗可以利用課堂或者選修課等時間來開展，具有空間的自主性和時間的靈活性。相較于傳統課堂教學，實驗教學耗費的教學時間較多，實驗設計的難度較高，對教師和學生能力的要求也較高。

三、學生操作實驗與地理實踐力培養

地理實驗按操作者分，可分為教師演示類實驗和學生操作類實驗；按實驗地點的不同，可分為課內地理實驗和課外地理實驗；按照使用的儀器和材料的不同，可分為真實實驗和模擬實驗……針對不同的教學目標，可以選擇的實驗方式也不同。教師演示實驗經過教師的精心設計，比學生操作實驗的課堂效率更高，但學生的參與程度較差。學生操作實驗是由學生在確立實驗目標后，自主設計并撰寫實驗步驟、分工合作開展的實驗。試驗結束后，學生要對實驗進行評價，如果實驗失敗，學生可以對實驗步驟進行校正。整個實驗過程學生積極參與并自主設計，這更能培養學生的地理實踐力。

本文以人教版高中地理選擇性必修一第一章第一節中“太陽直射點回歸運動”實驗為例，進行學生操作演示實驗開發，將教材的靜態圖片轉換為動態演示，進而提高學生的設計能力、觀察能力和動手能力。

（一）實驗的產生

地球的自轉和公轉是同時進行的，由此形成黃赤交角，黃赤交角引發了很多地理現象。在本章第一節中，學生主要掌握太陽直射點回歸運動。教材第5頁僅展示了二分二至日地球的位置，靜態展現不同日期的太陽直射點。而太陽直射點回歸運動是本節課的重點和難點。教材第6頁設置活動，要求學生繪制太陽直射點回歸運動示意圖。根據靜態的四個節氣的位置圖，要繪制動態的運動示意圖，學生要進行靜動之間的轉換，這對學生的空間想象能力、抽象思維能力要求較高。教師可設計學生動手操作實驗，將抽象的知識轉化為觀察實驗，鍛煉學生的動手能力、觀察能力和小組合作能力。

相較于動畫播放、教師演示，學生動手操作實驗更直觀，學生的參與感更強。而對于直接用三球儀演示，用地球儀自主設計演示更能幫助學生深刻理解回歸運動。

（二）操作實驗的設計實施

1.確定實驗主題

操作實驗要有確定的主題，指向特定的探究問題。本次實驗探究的是“太陽直射點回歸運動”。實驗需要學生準確模擬地球的自轉、公轉，表達太陽直射點的移動狀態，通過觀察得出太陽直射點的移動規律，并用圖的形式準確繪制出來。

實驗主題：太陽直射點回歸運動

實驗目標：（1）能夠正確模擬地球運動、太陽直射點的回歸運動；（2）能夠描述太陽直射點的移動規律；（3）繪制太陽直射點的回歸運動示意圖。

2.列出實驗器材

探究太陽直射點回歸運動，需要以地球儀模擬地球，以籃球或者別的物品模擬太陽，以便于觀察。此外，還需要以高亮度、聚光好的手電筒或者長桿模擬太陽平行光線。

實驗器材：地球儀、籃球、手電筒（或長桿）、一定數量的書籍。

3.編寫實驗步驟

實驗步驟是達成實驗目標的路徑，需要準確闡釋實驗的流程，即實驗先做什么、后做什么、怎么做，步驟越詳細，實驗操作成功的可能性就越大。實驗步驟可以由教師撰寫，也可以由教師提供一個主題，學生自主編寫。學生在編寫過程中發現問題、校正問題，最終取得理想的實驗效果。這樣學生能夠更深刻地理解實驗操作的基本方法。對于一些定量分析實驗，需要填寫實驗數據記錄表，而模擬觀察性實驗，注重還原真實情境，培養學生的觀察能力。

“太陽直射點回歸運動”屬于模擬觀察性實驗，實驗需要盡量還原真實場景，抓住主要因素，借助器材將抽象的內容具象化，這樣有利于學生自主觀察和得出實驗結論。通過手電筒或長桿模擬太陽平行光線，便于學生觀察太陽直射點的位置。學生在開始設計實驗步驟時，雖然知道地球在自西向東自轉的同時圍繞模擬太陽（籃球）自西向東公轉，但公轉的軌道平面難以準確確定，這導致模擬實驗不具備科學性，觀察結果出現誤差。在這種情況下，確定公轉軌道平面，即太陽光線（手電筒）高度成為突破實驗操作步驟設計難點的一個關鍵。

學生通過觀察教材第5頁圖1.5黃赤交角與二分二至日地球的位置（北半球）發現，夏至日太陽直射北緯23°26'，此時將地球儀正確置于籃球左側（如圖1所示），用手電筒水平照射至北緯23°26'，確定黃道平面位置。為保證黃道平面的位置穩定，可用書籍在手電筒下方架設適當高度的底座，保證手電筒轉動過程中的位置相對固定。為驗證底座高度的準確性，如圖2所示，交換地球儀、書籍和手電筒的位置，確保手電筒水平照射南緯23°26'。

實驗步驟：每四人一個小組，一位同學負責擺放籃球和手電筒，一位同學負責移動地球儀，一位同學負責記錄，一位同學負責指揮。

（1）如圖1、圖2所示，確定手電筒（或長桿）高度和位置。

（2）模擬地球的自轉和公轉，同時移動書籍和手電筒的位置。

（3）依次將地球儀擺放在四個節氣位置，分別用手電筒照射，觀察太陽直射點的位置，繪制太陽光照圖，記錄相關數據并將數據填到表1中。

（4）將模擬的地球儀從一個節氣位置運動到下一個節氣，手電筒隨之轉動，觀察從一個節氣到下一個節氣，太陽直射點的移動方向和軌跡，記錄相關數據并將數據填到表2中。

4.分析實驗數據

實驗結束后應及時處理記錄的數據，并將其制成表格或者繪成示意圖。同時，教師可以引導學生深入思考這些現象背后的原理，思考造成這種現象的影響因素有哪些，甚至可以相應地改變一些參數，讓學生將得出的新數據與原有的數據進行對比，加深學生對知識的理解。

實驗分析：（1）太陽直射點能夠到達的最北端和最南端的緯度分別是什么？（2）這和黃赤交角的大小有什么關系？（3）如果黃赤交角變為零，太陽直射點的位置會如何移動？如果變為30度呢？

5.整理實驗結論，形成實驗報告

操作實驗是為了驗證地理規律，模擬地理現象，培養學生的動手操作能力、觀察能力。自主設計的過程可以培養學生的創新思維，促使學生自主合作探究。最后，學生通過觀察與分析得出一定的實驗結論，形成實驗報告。

實驗報告中應體現學生的自我評價和教師評價。教師評價可以從學生的實驗設計實施能力、小組合作能力、實驗分析能力等方面進行。在演示過程中，評價重點在實驗過程的實施。教師可以從三方面評價學生，具體評分量表見表3。一是做——正確確定手電筒的高度，演示地球的自轉和公轉、太陽直射點的回歸運動；二是說——用語言描述太陽直射點回歸運動，看學生能否正確表述太陽直射點的空間變化，有無知識性錯誤；三是小組內部合作情況，是否每個人各司其職，積極參與。教師要在學生實驗過程中及時觀察各小組的實際表現，根據量表做出判斷和評價。評價結果要在學生填寫實驗報告前反饋給各小組，以便小組在反思自我評價時能有參照。學生自我評價主要是思考實驗有待改進之處。

綜上所述，學生通過自主設計操作實驗，能達到自主建構知識體系的目的。操作實驗的設計過程包括確定主題、準備器材、編寫步驟、分析數據、整理結果等環節。我們應注重操作實驗設計，從教師的實驗演示轉化為學生的動手操作參與。在這個過程中，學生可能會遇到設計的瓶頸，需要在教師的幫助下進行突破。這個過程既鍛煉了學生的實踐意志品質，提高了學生的小組合作能力，又能培養學生的地理實踐力。

［? ?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］? 徐寶芳，張衛青.中學地理實驗教學研究［M］.西安：陜西師范大學出版社，2023.

（責任編輯 陳 明）