高中地理实验教学程式探析

叶柚铀 陆陛华

摘要：随着新课标、新课程的实施，加强地理实验教学已经得到广大地理教师的认可和重视，并已频繁出现在日常地理课堂之中。因此，如何有效开展地理实验教学，是广大地理教师需要深入研究的重要课题，本文以湘教版《地理Ⅰ》为例，通过教学案例探讨五种类型地理实验的教学程式。

关键词：地理实验；实验类型；教学程式

一、地理实验教学的内涵及类型

1.地理实验教学的内涵

地理实验教学是指师生使用一定的设备和材料，创设特定的“实验环境”，采用演示手段，将跨越一定时空的地理过程（地理现象）变得可以接触与感知，从而获得和验证地理知识的一种教学方法。其特点是强调学生的亲身经历，要求学生积极参与到实验活动中，在“做”、“观察”、“思考”、“归纳”、“推理”、“探究”、“体验”和“创作”等一系列活动中发现问题、解决问题，体验和感受生活中的地理，增强实验动手能力和创新能力。地理实验教学能使学生在较短的时间内获取知识、巩固知识、培养实际操作能力，并为掌握其他知识打下基础，因此其在地理知识教育、技能教育、能力教育、情感态度和价值观教育等方面都发挥着重要作用[1]。

2.地理实验教学的基本类型

中学地理教育界对地理实验的分类方法有多种，笔者根据地理实验操作的主体和地点不同，将地理实验分为五种类型：教师课内演示实验、学生课内操作实验、学生课外验证实验、学生课外实践实验和多媒体模拟实验。不同类型的实验其功能和特点不同，教师要根据具体的教学内容和学生的认知能力选择恰当的实验类型开展实验教学[2]。

二、教师课内演示实验的教学程式

教师课内演示实验是指教师利用教具、地理器材构建所需的实验环境，采用演示手段并配合导讲导问，使学生间接获得地理感性知识，进而转化为理性认识，并最终获得相关结论的过程。此类实验的最大优点是能使宏观漫长的地理过程或现象变得可以接触和感知，有助于学生理解和掌握一些宏观的地理原理和规律。

湘教版《地理I》中的一些教学重点和难点如地转偏向力，大气环流、洋流等都可以借助此类实验进行教学。运用此类实验教学时教师必须注意以下几点：①所设计的实验必须与地理原理和规律相符合，以免出现科学性的错误；②课前，教师必须反复操作，确保在课堂中能呈现出想要达到的实验效果，以免弄巧成拙；③实验完成后必须及时引导学生回归到教材、回归到客观的地理原理和规律中来，以免学生只是看个热闹，不能达到实验目的。

案例1：“季风”的成因

虽然我校学生生活在世界上最典型的季风区，但是“季风成因”这块内容抽象难懂，是他们学习的难点之一。在学习此块内容时，教师可以运用课内演示实验让学生观察探究，使他们获得对地理现象的感性认识，有助于其理解难点提高课堂效率。此实验的教学过程设计如下。

（1）实验导入。教师可以通过设疑引入，激发学生的兴趣，为实验教学作好准备。比如，“同学们都知道嘉兴市冬季主要盛行寒冷的西北风，而夏季盛行温暖的东南风，那么请大家思考一下为什么一年中风向会发生如此大的转变呢？变化莫测的大气运动有规律可循吗？”

（2）猜想假设。学生对以上教师提出的问题进行思考猜测。

（3）实验操作。该实验的操作以教师演示为主。实验演示之前，教师对学生提出该实验的观察任务：观察烟雾在冰块和电炉之间是如何飘动的。

实验器材：卫生香两根，1 200W的电炉一只，冰块一盆，火柴一盒。

实验步骤：①关闭门窗，使实验少受室外气流的影响；②点燃两根卫生香，使卫生香的烟垂直向上（不受室外气流的影响），在卫生香的等距离左右两侧分别放一只电炉、一盆冰块，将电炉通电5分钟后，让学生观察卫生香烟的飘动方向；③将电炉和冰块交换位置，观察烟的飘移方向。

（4）分析讨论。在教师的引导下，学生根据观察到的现象以小组的形式开展讨论。然后教师再引出问题让同学深入探究：你们发现了什么规律？

通过观察，学生可以发现无论如何变换电炉和冰块的位置，卫生香的烟总是飘向电炉一侧（如图1）。然后在教师的引导下结合已有的知识（热力环流和海陆热力性质差异）探究得出季风形成的主要原因。这样就形成了季风成因的感性认识，进而能直观理解季风形成的原因。

（5）班级交流。在教师的指导下，把小组探究而得的实验结论进行相互交流。

（6）得出结论。对小组探究而得的实验结论先组织学生互评，再由教师总结性的归纳点评，以鼓励为主，但也需要指出不足，并且及时引导解决有争议的问题，最终使学生达成共识，明确季风形成的原因。

（7）还原应用。教师引导学生将模拟环境中的实验结论还原为现实地理原理，并进一步引导学生探究出季风的影响范围、不同季节不同地区季风的风向以及对具体气候的影响。

（8）总结评价。对学生在实验观察、分析讨论、班级交流等学习过程中的表现进行多元化评价，有助于更好地落实三维教学目标。

小结：笔者认为此类地理实验的教学程式设计如图2所示。

三、学生课内操作实验的教学程式

学生课内操作实验是指学生利用学具、教具或其他地理实验器材，在教师事先所准备好的“地理环境”中，通过合作、探究、动手操作来获取信息和数据，并通过归纳、演绎等方法得出实验结论的过程。此类实验的最大优点是教师所设计的“地理环境”与真实的地理环境基本保持一致，增加了地理实验的实效性和客观性，同时通过学生对实验的操作来反映真实的地理过程，使学生产生身临其境的感受，从而加深其对客观地理现象的理解。

湘教版《地理I》中如“探究外力作用对地表形态的塑造”、“探究自然地理环境各要素与水土流失的关系”等可以借助此类实验进行教学。运用此类实验教学时教师必須注意以下几点：①设计的“地理环境”要尽量与客观现实的地理环境相吻合；②要从学生的认知出发合理设计实验变量的数量和呈现的顺序；③积极引导学生从定量的实验现象中去归纳定性的实验结论；④引导学生将微观的实验结论转化成宏观的客观现实的地理规律。

案例2：“水土流失”的影响因素

该部分内容需要从自然地理环境整体性的角度考虑，且属于长时间、大尺度的地理过程，教师可以通过设计地理实验来突破这一教学难点，此实验的教学过程设计如下。

（1）实验准备。准备实验器材：透明的整理箱两只，土壤若干千克，清水若干升，250毫升和500毫升的烧杯各一个，草皮一层。

（2）实验导入。教师播放黄土高原水土流失的影视资料片段，引导学生思考黄土高原水土流失的原因。

（3）猜想假设。学生在教师的引导下猜想引起水土流失的原因有哪些？

（4）实验操作。该实验操作由一个学习小组来完成，其他同学在观察的基础上进行合作探究。实验操作过程如下：①将6千克的土壤等分成两份，分别置于两个透明的整理箱中，堆成形状大体相同的两个圆锥体，在其中一个土堆上覆盖一层草皮（如图3A），分别用烧杯将250毫升水在距土堆顶部20厘米的高度上慢慢淋至两箱体内，然后观测比较并做好记录（出水时间的快慢、出水的清浊、沉积在土堆边缘泥土的多少）；②将6千克的土壤等分成两份，分别置于两个透明的整理箱中，堆成形状不同的两个圆锥体（如图3B），分别用烧杯将250毫升水在距土堆顶部20厘米的高度上慢慢淋至两箱体内，然后观测比较并做好记录（出水时间的快慢、出水的清浊、沉积在土堆边缘泥土的多少）；③将6千克的土壤等分成两份，分别置于两个透明的整理箱中，堆成形状大体相同的两个圆锥体（如图3C），在一箱体内用烧杯将250毫升水在距土堆顶部20厘米的高度上慢慢淋入，在另一箱体内用烧杯将500毫升水在距土堆顶部20厘米的高度上快速淋入，然后观测比较并做好记录（出水时间的快慢、出水的清浊、沉积在土堆边缘泥土的多少）。

（5）分析归纳。在教师的指导下，各小组开展合作探究，根据记录的情况分析歸纳造成水土流失的原因有哪些。教师做好协调和管理工作，及时解决有争议的问题。

（6）得出结论。各小组报告实验结论，并进行交流，教师及时点评，逐步达成共识。

（7）知识拓展。在教师的引导点拨下学生深入探究水土流失的危害及如何防止水土流失等问题，加深学生对此问题的认识。

（8）总结评价。对学生在实验操作、现象记录、分析归纳等学习过程中的表现进行多元化的评价，有助于更好地落实三维教学目标。

小结：笔者认为此类地理实验的教学程式设计如图4所示。

四、学生课外验证实验的教学程式

地理课外验证实验是指学生在学习完某地理内容之后，在教师的指导下，利用课外时间，运用一定的学具、教具或地理器材，通过合作探究自行设计实验来验证地理原理，并加深对所学知识理解的过程。此类实验的最大优点是通过对地理实验的设计和操作，在巩固和加强相关知识内容的同时也培养学生自主探究、合作学习的精神以及实践操作能力。

湘教版《地理I》中如地转偏向力、热力环流的形成原理等内容可以借助此类实验来完成教学。在运用此类实验时教师必须注意以下几点：精选内容，确保学生能够设计相关验证实验；细讲知识，使学生能初步理解地理过程和原理；注重分析，特别需要重视分析设计错误的实验过程和分析发生错误的原因，因为这往往是学生理解知识过程中的难点和易错点。

案例3：“热力环流”的形成原理

“热力环流”形成的原理是高中地理的重点也是学习整个大气环流知识的基础，且内容抽象是教与学的难点。为了加深学生对这部分知识的理解及运用，在完成本内容的教学后，要求学生自行设计一个实验来验证此原理，并要求在下节课口述实验过程。此实验的教学过程设计如下。

（1）实验准备。教师认真讲解知识点，使学生对热力环流的过程和原理有初步的认识。并且准备以下实验器具：一个长约100cm、高40cm、宽30cm的玻璃缸，一张塑料薄膜，一小盆热水，一小盆冰块，一根弯曲的玻璃管，几支香，一盒火柴。

（2）方案设计。成立学习小组，根据所学原理小组合作探究实验方案，教师参与其中并作适当指导。

（3）实验操作。根据设计方案，学习小组分批次进行实验操作，教师注意观察，对成功的小组加以表扬鼓励，对失败的小组加以引导点拨，并对典型问题做好记录，以便下节课进行交流。

（4）班级交流。各小组派代表陈述所设计的实验方案和实验过程，大多数小组都能很好地设计完成验证实验，并能描述整个实验过程：先把热水和冰块放进玻璃缸的两侧然后迅速盖上塑料薄膜，在冰块上方的薄膜处开个小孔。接着点燃几支香，让烟通过玻璃管慢慢流进玻璃缸内，如图5A，通过观察发现烟会在冰块一方下沉，然后流向热水一方，再上升，在玻璃缸上空再流回冰块一侧，形成热力环流。在交流过程中惊奇地发现有些小组不但能够完成验证实验，而且还能在此基础上对此实验进行改进：如为了更加清楚地观察到烟雾的运动方向，有的小组用一块黑布遮住玻璃缸的一侧，有的小组用有颜色的烟来代替白烟，更有一组同学在玻璃缸里面粘贴薄纸，利用薄纸的飘动来指示烟雾运动方向，如图5B。当然也有一些小组设计的实验出了一定的问题，如有一组同学不是选择在冰块上方的薄膜处开孔，而是选择在热水的上方开孔，如图5C，显然不能完成验证实验。

（5）分析讨论。在教师的引导下，学生对各小组所设计的实验进行分析讨论，特别要求重视分析设计错误的实验过程和发生错误的原因。

（6）得出结论。在教师的点拨下，促成学生就实验设计的要点达成共识，并引导学生进一步理解热力环流形成的过程和原理。

（7）应用迁移。在教师的点拨引导下，举实例让学生运用该原理进行解释，如山谷风、海陆风和城郊之间的环流等。

（8）总结评价。对学生在实验设计、实验操作、分析讨论、知识点的落实和迁移应用等学习过程中的表现进行多元化的评价，以助于更好地落实三维教学目标。

小结：笔者认为此类地理实验的教学程式设计应如图6所示。

五、学生课外实践实验的教学程式

学生课外实践实验是指学生利用现实中存在的客观地理事物或地理过程，在教师的指导下，利用课外时间，运用一定的仪器或工具，通过实地观测、考察和调查，获得对地理事物的亲身感受从而掌握地理原理和规律的过程。此类实验最大的优点是能激发学生学习地理的兴趣，提高观察、实践能力，培养自主探究、合作学习的精神以及理论联系实际的能力。

湘教版《地理I》中如正午太阳高度角的简易测量、观测某天气系统一周内的天气特征等都可以借助此类实验来完成。此类实验在具体操作过程中必须注意以下方面：确保实验过程安全无意外；和学生一起制定合理的实验过程；指导学生及时准确做好实验记录；及时分析实验结果并回归课本知识。

案例4：“锋面系统”的特点及天气状况

此部分内容需要学生能够做简单的表述、解释以及比较，这对于理性思维、空间想象能力以及表述能力尚有欠缺的高一学生而言无疑属于学习的难点。因此，教师可以采用学生课外实践“冷锋的特点及对天气的影响”（选择冷锋的原因是按教学计划执教此内容时已是11月，冷锋较为常见）来突破这一教与学的难点。此实验的教学过程设计如下。

（1）实验准备。进行此实验前引导学生经常关注当地的天气预报，教师根据具体的天气情况来确定该实验进行的具体时间。

（2）方案设计。学生根据教师的要求合作设计出实验的草案，然后在教师的指导下修改草案并最终确定实验的具体方案，包括实验的目标、器材的准备、数据的记录（实验期间每天的降水量、气温、气压）以及数据统计图表的设计等。

（3）实验操作。学生按时准确地记录每天的降水量、气温、气压等数据，并在设计好的统计图表中（如图7）画出相关统计图，教师适时参与到实验中指导和修正以保证实验能正常进行。

（4）分析讨论。首先教师在课堂上讲授与锋面有关的基础知识，然后在教师的指导下，学生以小组的形式开展合作探究，對降水量、气温、气压的统计图进行研究，先定量再定性，进而得出冷锋的特点及其过境前、时、后对天气的影响。

（5）班级交流。在教师的指导下，以小组为单位相互交流探究而得的实验结论。

（6）得出结论。对小组探究而得的实验结论先组织学生进行互评，再由教师总结性的归纳点评，以鼓励为主，但也需要指出不足，并且及时引导解决有争议的问题，最终使学生达成共识，明确冷锋的特点及其对天气的影响。

（7）应用迁移。在教师的引导下，学生能结合生活经验举例说明在冷锋影响下我国的一些灾害性天气，如冬季的寒潮、冬春季节华北的沙尘暴等。然后进一步引导学生深入探究暖锋的特点及其对天气的影响。

（8）总结评价。对学生在课外实验过程中以及课内探究、交流等学习过程中的表现进行多元化评价，以便于更好地落实三维教学目标。

小结：笔者认为此类地理实验的教学程式设计应如图8所示。

六、多媒体模拟实验的教学程式

多媒体模拟实验是指以计算机为媒介，应用计算机软件模拟演示地理现象、地理过程、地理规律，并把得到的结论反馈到客观现实的地理环境中，使学生直观获得地理知识的过程。此类实验最大的优点是可以利用计算机软件所创设的模拟动画将抽象难以理解的地理现象、地理过程、地理规律形象化，使学生获得直观而生动的感性认识，并理解实验所揭示的地理现象和规律，从而使学生能轻松突破一些教学难点。因此，一些时空尺度较大且难以观察的地理现象和过程，如湘教版《地理Ⅰ》三圈环流、水循环、洋流、地质循环等都可以用计算机软件立体直观地模拟出来。在运用此类实验进行教学时教师必须注意以下几点：不断提高自己的计算机水平，设计出高水平的模拟动画；如若自己不能设计，在挑选他人所设计的实验时要注意鉴别，注重实验的仿真效果。

案例5：“洋流”

课前教师参照教材“全球洋流分布图”做成动态演示大洋环流的多媒体模拟动画。此实验的教学过程设计如下。

（1）模拟演示。在教师的引导下学生观察动态的大洋环流模拟动画，使学生有身临其境之感，能充分感知模拟实验环境。教师适时设疑提问，引导学生自主探究。如归纳南北半球大洋环流的基本模式；判断洋流的性质及成因。

（2）分析讨论。组织学生进行小组探究讨论，教师做好管理和调控工作，并积极参与到学生的讨论中，及时解决小组讨论中有争议的问题。

（3）班级交流。在教师的指导下，把小组探究而得的结论进行相互交流。

（4）得出结论。对小组探究而得的实验结论先组织同学进行互评，再由教师总结性的归纳点评，以鼓励为主，但也需要指出不足，并且及时引导解决有争议的问题，最终使学生达成共识。实验的结论可以采用示意图的形式呈现出来。

（5）还原应用。在教师的点拨下，学生从多媒体虚拟实验环境回归到客观现实的地理环境中，并引导学生深入探究洋流对地理环境的影响。

（6）总结评价。对学生在分析讨论、班级交流等学习过程中的表现进行多元化评价，以便于更好地落实三维教学目标。

小结：笔者认为此类地理实验的教学程式设计应如图9所示。

实践证明，只要有效地开展地理实验教学，不但能够成功解决教与学中的难点，而且还能更有效落实三维教学目标。与此同时，也能促进生生合作，沟通师生交流，活跃课堂气氛。作为地理教育工作者，笔者期待地理实验作为地理教学方法的新生力量、一种行之有效的教学方法，能早日全面走进中学的地理课堂。

参考文献：

[1]李家清.新理念地理教学论[M].北京：北京大学出版社，2015.

[2]叶柚铀，陆陛华.浅谈中学实验教学[J].地理教学，2011（14）：29-31.