“五位一體”的高中地理實驗教學探析

袁方 洪成旗

摘 要：地理實驗教學是落實“地理實踐力”核心素養的基本途徑。文章構建了融科學性、實用性、實踐性、創新性、生成性“五位一體”的高中地理實驗教學模式，以此規范和引導地理實驗教學活動，有效提升學生的地理實踐力，并落實地理學科的育人功能。

關鍵詞：高中地理;實驗教學模式;“五位一體”

《普通高中地理課程標準（2017年版）》明確指出，地理課程旨在使學生具備人地協調觀、綜合思維、區域認知、地理實踐力等地理學科核心素養。強調關注三個方向上的地理實踐，即考察、調查和實驗[1]。限于現有的辦學環境和教學條件，考察、調查難以常態化進行，因此，實驗教學成為落實“地理實踐力”的主渠道和關鍵方式。地理教師需要著力研究、精心設計地理實驗，大力開展地理實驗教學，提高地理實驗教學能力。本文以“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學為例，從科學性、實用性、實踐性、創新性、生成性等構建“五位一體”的高中地理實驗教學模式，以期對高中地理實驗教學設計、實施和評價有所啟示。

一、科學性是前提

科學性是地理實驗教學的前提，沒有科學性的地理實驗就沒有存在的價值，科學性錯誤的地理實驗則對教學有百害而無一利。

地理實驗教學的科學性是指地理實驗要能正確反映地理事象發生、變化特點和規律，嚴格遵從地理學科原理。實驗應該源于實際，最大限度地接近真實情境，確保實驗步驟的嚴謹性和實驗數據的準確性。

地理實驗有定量測算、定性模擬兩種形式。按照科學性的要求，定量測算實驗要保留真實、原始的數據，一次實驗不成功，要反復改進，多次實驗，并對多次實驗數據進行對比;定性模擬實驗要盡可能地還原真實情境，不能假設和虛構情境。

高中地理實驗教學起步較晚，對于科學性的關注不夠，部分地理實驗高度理想化，為了得到預設結果，存在著人為修改實驗條件、虛構實驗數據等現象，違背了實驗的科學性要求。如筆者觀摩的有關海陸熱力性質差異的實驗，大多選擇在分別裝有沙土和水的燒杯底部加熱，與大氣的受熱過程不相符，違背了海陸熱力性質差異的真實原理[2]。真實的自然地理過程時間漫長、空間廣闊、要素復雜，很難觀察到，學生往往難以理解。如果創造實驗條件，在某些地理過程中設計“定性+定量”的模擬實驗，學生就很容易理解其中的科學道理[3]。

筆者開展的“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學遵從科學性要求。主要表現在該實驗采用了觀察法、控制變量法兩種方法，分別進行了室外觀察實驗和室內模擬實驗。兩種方法都是通過控制變量法比較差異，學生親身參與和體驗科學嚴謹的科研過程（設計、操作、觀察、描述、記錄等），在確?？茖W性的前提下提升學生的科學素養。

室外觀察實驗選取的是真實的情境。1升的水模擬雨水灑在校園附近的水泥路、磚塊路和草地地面上，學生觀察徑流和下滲情況，還原了真實的地理過程（圖1）。

室內模擬實驗所用器材是師生共同制作的三種類型的城市下墊面，模擬實驗中只有下墊面一個變量，其他影響因素（坡度、降水量）完全一致（圖2）。

實驗數據是科學性最真實的體現，學生室內模擬實驗得出的數據（表1）和室外觀察實驗現象一致，符合自然界的真實情況。

二、實用性是基礎

地理實驗教學的實用性是指實驗要為教學目標服務，實驗只是手段，實現教學目標才是目的。實用性是地理實驗教學的基礎，具有實用性的地理實驗才能真正服務于教學目標。地理實驗教學的實用性要求課題的選取要有針對性，不能為了實驗而實驗，只有當常規教學手段無法完成課程標準的要求，而利用地理實驗可以有效地突破教學重難點時，才開展地理實驗教學，這是地理實驗實用性的本質要求。另外，地理實驗課題的選取應嚴格依據新課程標準，與教材緊密結合，突出地理學科特色，這也是地理實驗實用性的基本要求。有些地理實驗需要用物理、化學等其他學科的科學原理來呈現地理現象并揭示地理原因，但不能將地理實驗做成物理、化學實驗，否則無法實現地理教學的目標。

我國某些城市一到雨季就內澇連片，滿城“看?！?，但學生對下墊面如何影響徑流和下滲等水循環過程缺乏直觀科學的認識，對于植被地面“增加下滲、減少地表徑流”的認識也很膚淺?！疤骄砍鞘兄饕聣|面對徑流的影響”實驗教學的課題選自人教版高中地理必修二第二章第三節“城市化”，對應本課的課程標準要求是“運用資料，解釋城市化對地理環境的影響”。該實驗緊扣“城市化對水循環的影響”這一主題進行設計，輔助教學的實用性強。依據課程標準和教學重難點，設計了實驗教學的三個目標：通過實驗認識城市化對地表徑流、地下徑流及下滲的影響;根據實驗結論提出緩解城市內澇問題的辦法;通過動手、觀察、討論等實踐，體驗科學探究的過程，提升地理實踐力。

學生通過室外觀察實驗，直觀地觀察到城市不同下墊面對徑流和下滲的影響，通過室內模擬實驗，定量地驗證了這種影響，并根據實驗結論，結合所學知識提出了緩解城市內澇的辦法，實現了學以致用、知行合一的目的。

三、實踐性是根本

地理實驗教學貴在實踐，實踐性是地理實驗教學的根本，也是地理實驗教學培養學生地理實踐力的根本途徑，沒有學生參與實踐的地理實驗教學是假實驗、假教學。

地理實驗教學的實踐性要求學生“走出去”“動手”“行動”，在“真刀真槍”的實踐中獲得直接經驗，獲得對真實生活的真感覺、真認知，獲得解決問題的真實能力，最終獲得獨立認知世界、獨立生存的本領[1]。

地理實驗教學不能讓學生在紙上“做實驗”試題、播放實驗視頻或用多媒體手段演示實驗給學生看，而是要讓學生真正動手參與其中，進行真實的實驗操作，在實踐中發現問題、解決問題?！疤骄砍鞘邢聣|面對徑流的影響”的實驗教學，從實驗器材的制作和改進，到室外觀察實驗、室內模擬實驗、室外實地考察以及實驗報告的撰寫，學生全程參與其中，自己動腦、動手、動口，遇到問題自己想辦法解決。以實驗器材的制作為例，實驗初期，學生發現的問題很多，得出的實驗結論和實驗假設偏差很大，如水泥路面組的實驗器材因收納盒邊緣縫隙過大導致下滲水量過多，與真實情況不符，學生通過訪問施工隊，經過討論，想出了好辦法——用工業用凡士林填充邊緣防水，彌補了實驗器材簡陋造成的誤差。在發現問題、解決問題的過程中，學生的行動意識、實踐能力、團隊協作和創新精神得到了有效提升，也切身體驗了成功的喜悅。

四、創新性是靈魂

創新性是地理實驗教學的靈魂，沒有創新的地理實驗教學充其量只是換了一個教學的形式，對學生思維的成長、能力的提升作用有限。

地理實驗教學的創新性是指要勇于打破慣有的思維模式，推陳出新，避免重復簡單的、前人已經解決的問題，創造性地開發挖掘新的實驗課題，或者對已有地理實驗進行改進，從不同領域、不同角度、不同手段等層面，引導學生開展創新性實驗，在創新性實驗教學中培養創新性人才。

地理實驗教學的創新性要求教師要深入解讀課程標準，鉆研教材，分析學情，依據課程標準和教材選擇適當的實驗課題或者對已有實驗進行改進。許多地理實驗是單個孤立的，如果延伸空間尺度，或者圍繞一個課題開展系列實驗，從簡單到復雜，從室內到戶外，從模擬情境到真實生活，把戶外考察、模擬實驗和社會調查兩個或者三個維度結合起來，可以使地理實驗教學增加廣度，在培養地理實踐力的同時，可以提升綜合思維、區域認知和人地協調觀。

過去的地理實驗教學往往局限于自然地理，側重于探索自然地理原理。首先，本實驗教學在選題方面有所創新，探究城市主要下墊面對徑流的影響，將自然地理原理和解決城市內澇的人文地理問題相結合，在自然地理教學中增添人文訴求，關注人地關系，培養學生的人文素養，有利于落實“立德樹人”的根本任務。其次，本次實驗教學在教學方法和途徑上也有創新之處，即在實驗教學之后，強化課外拓展——實地考察合肥市海綿道路和海綿小區（圖3）。學生進行室外觀察實驗、室內模擬實驗后，帶著實驗成果走進現實情境，考察所在城市緩解城市內澇問題的具體措施，利用水循環原理分析海綿道路、海綿小區的合理性，更引發對城市地域結構、城市化等方面的深層次探討：如何優化城市空間用地結構？如何進行市政建設？如何科學應對城市化問題？……這種理論聯系實際的教學方法，有利于學生內化學科知識，關注現實生活，提升思維品質，增強解決問題的能力。

五、生成性是關鍵

生成性是地理實驗教學是否成功的關鍵，問題即教學，把教學過程中生成的問題放在注意中心，而不是圍繞預設問題固步自封，地理實驗教學才有更廣闊的發展空間，而不至于錯失教育的良機。

地理實驗教學的生成性是指在實驗教學的過程中，學生不斷發現新的探究視點，提出新的探究問題，獲取新的探究成果。

生成性要求地理實驗教學要從封閉的“教實驗”走向開放的“用實驗”，從教師的外部輸入走向學生的自我建構，切實促進學生的自由、自主、個性化發展[4]。實驗教學是開放的活動，教師不能僅圍繞著預設問題、預設結論教學，不敢越雷池半步，不能對學生的質疑“一棍子打死”。當實驗教學中出現不符合預設的“另類”現象，甚至出現的結果與預設結論相背離時，應鼓勵學生大膽探究、反復實踐、勇于創新，讓生成的火花點燃智慧的燈塔。

“探究城市下墊面對徑流的影響”實驗教學，學生制作實驗器材后進行第一次實驗，實驗數據誤差很大，學生對結果提出質疑，教師沒有強行植入預設的結論，而是引導學生討論原因，并對實驗器材進行改進（表2）。實驗器材改進后，實驗得出來的數據基本和生活實際一致?！皢柸牡们迦缭S，為有源頭活水來”，知識的學習是一個自我建構的過程，思維的發展和素養的提升更是一個不斷探索、不斷生成、不斷完善的過程。有生成的教學不是死水一潭，充滿生機和活力，更有針對性，也更有創造力。

隨著地理學科核心素養培養的深入推進，地理實驗教學以其獨特的魅力和作用越來越受高中地理教師的重視。一節優秀的地理實驗教學課例，應該做到科學性、實用性、實踐性、創新性和生成性，其中科學性是前提，實用性是基礎，實踐性是根本，創新性是靈魂，生成性是關鍵，這五個方面是相互聯系、相互促進、相輔相成的有機統一體，共同統整地理實驗教學選題、設計、實施、評價全過程?？茖W性、實用性、實踐性、創新性、生成性“五位一體”的高中地理實驗教學模式，可以有效促進地理學科核心素養特別是地理實踐力素養的提升。

參考文獻：

[1] 韋志榕.《普通高中地理課程標準（2017年版）》解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2] 王智嶸，張衛青.我國中學地理實驗科學性問題研究綜述[J].內蒙古師范大學學報 （ 教育科學版），2018，31（09）：114-115.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[4] 陳炳飛.地理實驗教學的生成策略[J].教學與管理，2016（10）：64.