“五位一体”的高中地理实验教学探析

袁方 洪成旗

摘 要：地理实验教学是落实“地理实践力”核心素养的基本途径。文章构建了融科学性、实用性、实践性、创新性、生成性“五位一体”的高中地理实验教学模式，以此规范和引导地理实验教学活动，有效提升学生的地理实践力，并落实地理学科的育人功能。

关键词：高中地理;实验教学模式;“五位一体”

《普通高中地理课程标准（2017年版）》明确指出，地理课程旨在使学生具备人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践力等地理学科核心素养。强调关注三个方向上的地理实践，即考察、调查和实验[1]。限于现有的办学环境和教学条件，考察、调查难以常态化进行，因此，实验教学成为落实“地理实践力”的主渠道和关键方式。地理教师需要着力研究、精心设计地理实验，大力开展地理实验教学，提高地理实验教学能力。本文以“探究城市下垫面对径流的影响”实验教学为例，从科学性、实用性、实践性、创新性、生成性等構建“五位一体”的高中地理实验教学模式，以期对高中地理实验教学设计、实施和评价有所启示。

一、科学性是前提

科学性是地理实验教学的前提，没有科学性的地理实验就没有存在的价值，科学性错误的地理实验则对教学有百害而无一利。

地理实验教学的科学性是指地理实验要能正确反映地理事象发生、变化特点和规律，严格遵从地理学科原理。实验应该源于实际，最大限度地接近真实情境，确保实验步骤的严谨性和实验数据的准确性。

地理实验有定量测算、定性模拟两种形式。按照科学性的要求，定量测算实验要保留真实、原始的数据，一次实验不成功，要反复改进，多次实验，并对多次实验数据进行对比;定性模拟实验要尽可能地还原真实情境，不能假设和虚构情境。

高中地理实验教学起步较晚，对于科学性的关注不够，部分地理实验高度理想化，为了得到预设结果，存在着人为修改实验条件、虚构实验数据等现象，违背了实验的科学性要求。如笔者观摩的有关海陆热力性质差异的实验，大多选择在分别装有沙土和水的烧杯底部加热，与大气的受热过程不相符，违背了海陆热力性质差异的真实原理[2]。真实的自然地理过程时间漫长、空间广阔、要素复杂，很难观察到，学生往往难以理解。如果创造实验条件，在某些地理过程中设计“定性+定量”的模拟实验，学生就很容易理解其中的科学道理[3]。

笔者开展的“探究城市下垫面对径流的影响”实验教学遵从科学性要求。主要表现在该实验采用了观察法、控制变量法两种方法，分别进行了室外观察实验和室内模拟实验。两种方法都是通过控制变量法比较差异，学生亲身参与和体验科学严谨的科研过程（设计、操作、观察、描述、记录等），在确保科学性的前提下提升学生的科学素养。

室外观察实验选取的是真实的情境。1升的水模拟雨水洒在校园附近的水泥路、砖块路和草地地面上，学生观察径流和下渗情况，还原了真实的地理过程（图1）。

室内模拟实验所用器材是师生共同制作的三种类型的城市下垫面，模拟实验中只有下垫面一个变量，其他影响因素（坡度、降水量）完全一致（图2）。

实验数据是科学性最真实的体现，学生室内模拟实验得出的数据（表1）和室外观察实验现象一致，符合自然界的真实情况。

二、实用性是基础

地理实验教学的实用性是指实验要为教学目标服务，实验只是手段，实现教学目标才是目的。实用性是地理实验教学的基础，具有实用性的地理实验才能真正服务于教学目标。地理实验教学的实用性要求课题的选取要有针对性，不能为了实验而实验，只有当常规教学手段无法完成课程标准的要求，而利用地理实验可以有效地突破教学重难点时，才开展地理实验教学，这是地理实验实用性的本质要求。另外，地理实验课题的选取应严格依据新课程标准，与教材紧密结合，突出地理学科特色，这也是地理实验实用性的基本要求。有些地理实验需要用物理、化学等其他学科的科学原理来呈现地理现象并揭示地理原因，但不能将地理实验做成物理、化学实验，否则无法实现地理教学的目标。

我国某些城市一到雨季就内涝连片，满城“看海”，但学生对下垫面如何影响径流和下渗等水循环过程缺乏直观科学的认识，对于植被地面“增加下渗、减少地表径流”的认识也很肤浅。“探究城市主要下垫面对径流的影响”实验教学的课题选自人教版高中地理必修二第二章第三节“城市化”，对应本课的课程标准要求是“运用资料，解释城市化对地理环境的影响”。该实验紧扣“城市化对水循环的影响”这一主题进行设计，辅助教学的实用性强。依据课程标准和教学重难点，设计了实验教学的三个目标：通过实验认识城市化对地表径流、地下径流及下渗的影响;根据实验结论提出缓解城市内涝问题的办法;通过动手、观察、讨论等实践，体验科学探究的过程，提升地理实践力。

学生通过室外观察实验，直观地观察到城市不同下垫面对径流和下渗的影响，通过室内模拟实验，定量地验证了这种影响，并根据实验结论，结合所学知识提出了缓解城市内涝的办法，实现了学以致用、知行合一的目的。

三、实践性是根本

地理实验教学贵在实践，实践性是地理实验教学的根本，也是地理实验教学培养学生地理实践力的根本途径，没有学生参与实践的地理实验教学是假实验、假教学。

地理实验教学的实践性要求学生“走出去”“动手”“行动”，在“真刀真枪”的实践中获得直接经验，获得对真实生活的真感觉、真认知，获得解决问题的真实能力，最终获得独立认知世界、独立生存的本领[1]。

地理实验教学不能让学生在纸上“做实验”试题、播放实验视频或用多媒体手段演示实验给学生看，而是要让学生真正动手参与其中，进行真实的实验操作，在实践中发现问题、解决问题。“探究城市下垫面对径流的影响”的实验教学，从实验器材的制作和改进，到室外观察实验、室内模拟实验、室外实地考察以及实验报告的撰写，学生全程参与其中，自己动脑、动手、动口，遇到问题自己想办法解决。以实验器材的制作为例，实验初期，学生发现的问题很多，得出的实验结论和实验假设偏差很大，如水泥路面组的实验器材因收纳盒边缘缝隙过大导致下渗水量过多，与真实情况不符，学生通过访问施工队，经过讨论，想出了好办法——用工业用凡士林填充边缘防水，弥补了实验器材简陋造成的误差。在发现问题、解决问题的过程中，学生的行动意识、实践能力、团队协作和创新精神得到了有效提升，也切身体验了成功的喜悦。

四、创新性是灵魂

创新性是地理实验教学的灵魂，没有创新的地理实验教学充其量只是换了一个教学的形式，对学生思维的成长、能力的提升作用有限。

地理实验教学的创新性是指要勇于打破惯有的思维模式，推陈出新，避免重复简单的、前人已经解决的问题，创造性地开发挖掘新的实验课题，或者对已有地理实验进行改进，从不同领域、不同角度、不同手段等层面，引导学生开展创新性实验，在创新性实验教学中培养创新性人才。

地理实验教学的创新性要求教师要深入解读课程标准，钻研教材，分析学情，依据课程标准和教材选择适当的实验课题或者对已有实验进行改进。许多地理实验是单个孤立的，如果延伸空间尺度，或者围绕一个课题开展系列实验，从简单到复杂，从室内到户外，从模拟情境到真实生活，把户外考察、模拟实验和社会调查两个或者三个维度结合起来，可以使地理实验教学增加广度，在培养地理实践力的同时，可以提升综合思维、区域认知和人地协调观。

过去的地理实验教学往往局限于自然地理，侧重于探索自然地理原理。首先，本实验教学在选题方面有所创新，探究城市主要下垫面对径流的影响，将自然地理原理和解决城市内涝的人文地理问题相结合，在自然地理教学中增添人文诉求，关注人地关系，培养学生的人文素养，有利于落实“立德树人”的根本任务。其次，本次实验教学在教学方法和途径上也有创新之处，即在实验教学之后，强化课外拓展——实地考察合肥市海绵道路和海绵小区（图3）。学生进行室外观察实验、室内模拟实验后，带着实验成果走进现实情境，考察所在城市缓解城市内涝问题的具体措施，利用水循环原理分析海绵道路、海绵小区的合理性，更引发对城市地域结构、城市化等方面的深层次探讨：如何优化城市空间用地结构？如何进行市政建设？如何科学应对城市化问题？……这种理论联系实际的教学方法，有利于学生内化学科知识，关注现实生活，提升思维品质，增强解决问题的能力。

五、生成性是关键

生成性是地理实验教学是否成功的关键，问题即教学，把教学过程中生成的问题放在注意中心，而不是围绕预设问题固步自封，地理实验教学才有更广阔的发展空间，而不至于错失教育的良机。

地理实验教学的生成性是指在实验教学的过程中，学生不断发现新的探究视点，提出新的探究问题，获取新的探究成果。

生成性要求地理實验教学要从封闭的“教实验”走向开放的“用实验”，从教师的外部输入走向学生的自我建构，切实促进学生的自由、自主、个性化发展[4]。实验教学是开放的活动，教师不能仅围绕着预设问题、预设结论教学，不敢越雷池半步，不能对学生的质疑“一棍子打死”。当实验教学中出现不符合预设的“另类”现象，甚至出现的结果与预设结论相背离时，应鼓励学生大胆探究、反复实践、勇于创新，让生成的火花点燃智慧的灯塔。

“探究城市下垫面对径流的影响”实验教学，学生制作实验器材后进行第一次实验，实验数据误差很大，学生对结果提出质疑，教师没有强行植入预设的结论，而是引导学生讨论原因，并对实验器材进行改进（表2）。实验器材改进后，实验得出来的数据基本和生活实际一致。“问泉哪得清如许，为有源头活水来”，知识的学习是一个自我建构的过程，思维的发展和素养的提升更是一个不断探索、不断生成、不断完善的过程。有生成的教学不是死水一潭，充满生机和活力，更有针对性，也更有创造力。

随着地理学科核心素养培养的深入推进，地理实验教学以其独特的魅力和作用越来越受高中地理教师的重视。一节优秀的地理实验教学课例，应该做到科学性、实用性、实践性、创新性和生成性，其中科学性是前提，实用性是基础，实践性是根本，创新性是灵魂，生成性是关键，这五个方面是相互联系、相互促进、相辅相成的有机统一体，共同统整地理实验教学选题、设计、实施、评价全过程。科学性、实用性、实践性、创新性、生成性“五位一体”的高中地理实验教学模式，可以有效促进地理学科核心素养特别是地理实践力素养的提升。

参考文献：

[1] 韦志榕.《普通高中地理课程标准（2017年版）》解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2] 王智嵘，张卫青.我国中学地理实验科学性问题研究综述[J].内蒙古师范大学学报 （ 教育科学版），2018，31（09）：114-115.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[4] 陈炳飞.地理实验教学的生成策略[J].教学与管理，2016（10）：64.