设计性实验在自然地理学实验教学中的探讨——以文山学院为例

游春梅，庄立会，王玉萍

（文山学院 环境与资源学院，云南 文山 663099）

设计性实验在自然地理学实验教学中的探讨
——以文山学院为例

游春梅，庄立会，王玉萍

（文山学院 环境与资源学院，云南 文山 663099）

针对现阶段自然地理学实验教学中存在的一些问题，提出在自然地理学实验教学中进行设计性实验的教学改革，简要分析了改革的必要性、改革的过程，并举例说明了设计性实验在自然地理学实验教学中实施带来的好处和存在的问题。

自然地理实验；设计性实验；教学改革

在经济快速发展的今天，社会不仅需要创新人才，更需要专门人才，有技术有技能的应用型人才已经成为当今社会经济发展中的非常关键的因素。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010 －2020 年） 》中明确指出：“重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模。”为适应这一需要，高等教育在人才培养、教学、管理等各个方面正在进行改革。以培养本科层次的应用型人才为目标，以服务于当地经济建设为目的的一批地方本科院校正在蓬勃发展，是培养应用型人才的主要力量[1]。 因此，解放思想，转变观念，以学生为主体，以教师为主导，使“学生学”成为学校教学过程中的主要活动。给学生多一些自由发展空间，提高学生的学习兴趣和主动性。这样既符合学科发展的要求，又有利于创新人才的培养。改革传统的地理科学基础实验教学体系与教学计划，构建科学与合理的实验教学新体系，提高学生的实践能力和综合应用与创新能力，是高等教育专业教学改革中的重点。综合性、设计性实验在教育部本科教学工作水平评估中作为一个主要评估指标，目的要求各高校重视实验环节以及综合性、设计性实验的建设[2]。高校实验教学改革应该“面向21世纪教学内容和课程改革计划，保留少量必开的经典验证性实验，增开综合性、设计性实验”[3]。很多从事实验教学的学者和专家在多年的教学实践中对设计性实验能培养学生的竞争能力、综合能力，以及培养创新性人才等方面都有相关的研究和论证[4-6]。

自然地理学作为地理科学的重要基础课程之一，是一门实践性很强的科学，自然地理实验是地理科学赖以建立和发展的基础。如何在自然地理学实验中进行设计性实验教学，其他学校的一些教师通过研究也提出了一些方法和结论[7-8]。现在我们要根据目前实际情况进行探索研究，以期找到适合地理专业自然地理实验中进行设计性实验教学的方法。

1　设计性实验在自然地理学实验中的探索

1.1自然地理学实验现状分析

为培养学生的实践能力与创新能力，满足社会对创新型人才不断增长的需求，20世纪90年代国内高校普遍开展了以增加基础课课时、压缩专业课课时，重视实践教学为主要内容的课程教学改革[8]。

文山学院从2002年开始招收地理专业，通过十几年的教学实践，已经形成了完善的实验、实习教学体系，设计了与理论课程教学内容密切联系的、系统的实验与野外实习教学内容[9]。经过多次调整，目前地理科学专业自然地理学系列课程共开设了4门实验，见表1。

表1　自然地理系列课程开设的验证性实验

由表1可知，目前开设的自然地理实验全部为验证性实验。在这些年实验教学的过程中，自然地理学系列课程的实验教学存在着这样的问题：实验内容大多偏重于验证性和演示性实验，对每个实验的目的、仪器原理、实验内容、数据表格、数据处理都写得非常具体，教学方式一般也都是学生在实验前预习实验讲义，在实验过程中按操作步骤逐步进行，留给学生分析思考的余地很少，学生基本上都将实验程序化，将实验当作一种任务来完成，即测量、记录所需的数据就算完成实验。从某种意义上讲，传统实验只是对前人知识的验证、重复和再现，虽然这种实验对锻炼学生的动手能力和掌握基本仪器的使用方面，以及加深对实验原理的理解方面有一定的作用，但对于培养学生综合分析问题和解决实际问题的能力方面是远远不够的[10]。为解决这些问题，需要进行改革，加入一些设计性与综合性的实验教学，这样才能提高实验教学的效率。

1.2在自然地理学实验教学中引入设计性实验

在自然地理学实验中进行设计性实验的实施过程中提出几个基本要求：1）实验目的，能培养学生独立运用所学的知识和技能分析和解决问题的能力。2）实验方法，指导教师只给实验目的和要求，或者由学生根据学习过程中发现的问题，形成以解决该问题为目的的实验，教师不给出实验原理、方法、步骤及所用的仪器设备等，但是可以给予理论指导。3）实验过程，由学生自主设计实验方案、方法和步骤，自己选择实验原理，再自行选用需要的实验仪器设备及其他必备条件。实验过程中，教师可对学生的实验方案设计与实施给予启发引导，提供实验条件；学生必须自己完成实验并解决实验中出现的问题，最后进行数据分析和处理。4）实验结果，对实验方案的设计论证和实验方案实施中出现问题的分析，对设计方案在实施的过程中不断的进行修正的情况的阐述；对实验结果进行分析，总结收获和体会。

2　设计性实验在自然地理实验教学中的实施实例示范

2.1实验项目选取

从自然地理学涉及的实验中选取部分实验来进行设计性实验在教学中的实施改革示范研究，选取原则主要遵循以下几点：1）实验原理简单易懂。2）实验方法简便直接。3）实验器材容易获取。4）实验结果容易检验。下面以蒸发量的观测实验为例，讲解示范实验改革研究过程。

2.2设计实验方案

在实验进行前期，先对学生讲解经典的蒸发量观测的方法和仪器，在讲解和实验的过程中，根据学生提出的问题进行引导，然后完成实验设计方案。蒸发量的测定选用实验方法是杨士弘主编的《自然地理学实验与实习》中的方法，该方法使用的观测仪器主要是小型蒸发器，在讲解和实验的过程中，就有学生提出问题：为什么蒸发皿的材料用的是金属？于是就根据该疑问对学生进行引导：如果采用其他材料做成蒸发器，测出来的蒸发量会不会不同？为什么？就这样有了一个设计性实验的项目，就要求学生按照该目标设计实验方案，设计的方案如下：

1）寻找生活中容易获取并能够做成小型蒸发器的材料，初步选定的材料有：塑料，玻璃，陶瓷。

2）设计实验方法和实验步骤。

实验方法：以杨士弘主编的《自然地理学实验与实习》中的方法为准，只是改变了实验器材。

实验步骤：①制作统一规格（口径20 cm，高10 cm）的蒸发皿。②为了减小实验误差，设置平行实验。③为了检验实验结果，布置一组平行实验。④实验结果的记录分析。

2.3进行实验

按照事先设计好的实验步骤进行实验，在实验过程中发现问题之后要及时与指导教师和同组成员一起沟通解决。

2.4实验结果分析总结

通过实验，学生获取了表2中的实验结果。实验数据均由学生自己完成实验后获得的数据，由于观测条件太多的差异，只给出了其中两组。

表2　不同材质小型蒸发器测定蒸发量（单位：mm）

实验结果出来以后，该实验小组的成员就对实验结果进行分析，得出的结论是：由于不同材质制作的蒸发皿，导热率、对辐射的反射、吸收的效率等不一样，因此它们测定出来的蒸发量是不一样的。而为什么现在统一使用金属制作的蒸发皿，原因应该有以下两个：金属材质的比较耐用，耐摔打；金属材质的比较能抗老化。

学生在实验记录中还记录了实验过程中出现的一些问题以及他们解决的方法，比如说：一开始进行室内蒸发量观测的时候，他们发现不同材质的蒸发皿之间测出的蒸发量几乎是一样的，为了解决这个问题，他们就把观测时间由开始的1 d分别延长至3 d、5 d、7 d……随着时间的增加，不同材质的蒸发皿测得的蒸发量开始有比较明显的一些差异。这个问题的出现和解决，说明他们已经能够利用学过的影响蒸发的因素中的时间因素了。后来同学们又发现，如果是进行室外蒸发量的观测的时候，一开始也有类似的问题，就是时间较短的时候蒸发量差异不大，他们也同样用增加时间来解决这个问题，同时他们也发现了，进行室外观测的时候，延长的时间同样是3 d，但是蒸发量的差异室外比室内的要明显的多，也正因为如此，他们后来得出的结论里才有了不同材质的蒸发皿对辐射的吸收率、反射率不同，会影响到蒸发量这样的结论。

在实验中也是存在一些问题的，比如说：首先，学生没有太注意到实验过程中应该要把实验设计中的一些条件（比如观测时间、地点等）进行统一，以免实验误差的增加；其次，他们进行实验时，通常只进行一次观测，就得出结论，因此需要教师进行指导进行多次观测求平均值，以减小误差；最后，是实验数据的分析，由于参与实验的主要是一年级的同学，对实验数据的分析方法还没有接触过，因此他们就未做实验数据的显著性分析，这也是实验中存在的一个硬伤，所以在今后的实验改革中，应该吸引二、三年级的学生参与。

先不管他们得出的实验结果有多正确，光是在实验过程中对出现问题的解决这方面，就已经比传统实验的效果要好很多，因为他们能够发现问题之后积极主动的去想解决的方法，能把理论的东西运用到实践中，已经是一个进步了，不同与以往，什么都等着老师讲，然后照着做。这就是设计性实验比验证性实验在培养学生的主动性、创新性方面要有优势的地方。

3　结语

通过在自然地理学实验进行设计性实验教学的改革示范探索，知道设计性实验确实在培养学生的创新能力、科学素养、动手能力等方面都有很明显的效果。学生在通过实验，确定了探索的目的，能够很好的锻炼他们的独立思维、才智，也使每个学生的个性得到尊重，这是以人为本的教育思想的具体体现，是我们实现素质教育的良好途径。

通过设计性实验的教学，也使得教师的教学能力得到提高。以往的实验的模式就是教师讲，学生听，然后照着做，实验中出现的问题相对固定，教师指导的方式固定。对于教师来说，上了几年之后，形成了固定的教学模式和思维方法，教学思路单一，知识更新缓慢。设计性实验教学是则在教师与学生之间形成了一个多次反馈的教学结构体系。教师面对众多学生提出的五花八门的设计理念、多种多样的实现方法、实验过程中出现的应接不暇的问题，就必须要求自己要增长知识面、拓宽自己的教学思路、加强自己对问题的分析总结的能力。而通过以上的改变，教师的教学能力能不断的提高。设计性实验教学能够很好的是实现教学相长的目的。

在进行教学改革示范的时候也有一些问题存在，最主要的是在改革中学生的主动参与的积极性不高，都是通过老师半强制性的参与进来的，为了解决这个问题，我们需要进行正确的引导与鼓励，如何引导鼓励呢？这是今后实验教学中要研究的一个课题。

[1] 刘雪梅.设计性实验教学的尝试[J]. 重庆文理学院学报，2013（3）：136-139.

[2] 区奕甫. 地理综合性设计性实验教学探讨[J].科技资讯，2008，18：146.

[3] 张小林，周美华，李茂康，等.论化学实验中的“设计性”实验[J].实验科学与技术，2007（1）：74-76.

[4] 何深知，崔纯莹，段薇，等. 在设计性实验中培养学生的综合能力[J]. 实验技术与管理，2009（6）：134-136.

[5] 杜冠魁，胡爱华，肖曼，等. 设计性实验培养学生竞争力[J].中国校外教育，2013（上旬刊）：98.

[6] 黄品梅，黄道平，梁锦. 开发综合设计性实验 促进创新人才之培养[J]. 实验室研究与探索，2010（6）：93-95.

[7] 黄德全. 地理学科实验教学改革的探讨[J]. 实验室研究与探索，2004（12）：167-169.

[8] 张绪良. 优化自然地理学系列课程实验教学的对策[J].实验室研究与探索，2010（1）：104-107.

[9] 庄立会， 胡国贤，王玉萍，等.文山师专地理专业综合野外实习的优化研究[J].文山师范高等专科学校学报，2009（1）：106-110.

[10]丁红胜，董军军，吴平.综合性设计性实验的教学思路探讨[J].大学物理，2007（5）：44-47．

A Study on Designing Experiment in Physical Geography Experimental Teaching: A Case Study of Wenshan University

YOU Chunmei, ZHUANG Lihui, WANG Yuping
(School of Environment and Resources, Wenshan University, Wenshan Yunnan 663099, China)

In order to solve some problems in Physical Geography experiment teaching at present, the paper puts forward the reform on how to conduct the designing experiment in Physical Geography experiment teaching, briefl y analyzes the need for reform and reform process and illustrates the benefi ts and problems in designing experiment.

Physical Geography experiment; designing experiment; teaching reform

P90-4

A

1674 - 9200（2016）03 - 0086 - 04

（责任编辑查明华）

2015 - 06 - 30

文山学院科研基金项目“自然地理学实验中实施设计性实验改革的研究”（14WSY04）。

游春梅，女，云南砚山人，文山学院环境与资源学院讲师，硕士，主要从事自然地理学、土壤与环境研究。