指向综合思维培养的地理实验观察视角

摘   要 实验观察的效率决定从实验現象中获取数据与结果的效率，从而决定实验教学目标的达成效率。选取“海绵城市——城市内涝的影响因素实验”为例，进行地理实验观察的视角挖掘研究，并对实验观察促进综合思维培养的机制进行初步探究。结果表明，要素视角、空间视角、时间视角与实践视角的综合视角是地理实验观察的有效方式。此外，理论与实践均表明，综合的实验观察视角能够促进综合思维的培养。

关键词 中学地理  地理实验  综合思维  实验观察  城市内涝

地理实验观察指师生在地理实验过程中通过现象观察获取实验数据与结果的过程，其观察结果用以分析与讨论。实验观察是基于个体认知结构的抽象认知过程，因而实验操作可以“多人”共同完成，而实验观察则仅能以“单一个体”为单位进行;实验操作为“动”态过程，而实验观察为“静”态过程。因而，师生实验观察的效率决定从实验现象中获取数据与结果的效率，从而决定实验教学目标的达成效率。本文选取“海绵城市——城市内涝的影响因素实验”为例，进行地理实验观察的视角挖掘研究，并对实验观察促进综合思维培养的机制进行初步探究，以期为地理实验的理论研究和实践应用、综合思维的培养提供些许借鉴。

一、实验设计

实验目的：城市内涝的影响因素

实验器材：透明塑料杯（直径20cm，高约12cm），粉末状水泥，新挖土壤，彩色夹子（代表房屋），自来水若干升。

实验准备：用水泥和土壤分别制作2组模型，分别为水泥组和土壤组（见图1）。在图示位置放上夹子，表示房屋。

实验步骤：向两个试验组中分别倒入等体积的水，观察实验组和对照组差异。

二、地理实验的观察视角挖掘分析

1.指向“观什么”的要素视角

【视角】地理实验的本质是地理现象的模拟，地理现象具有综合性。地理实验学习的要素观察视角包含两个方向，即涉及哪些因素和其中的“首要要素”。本实验中，指向自变量的一级地理要素涉及土壤、硬化水泥路面、地形、模拟降水、模拟房屋，指向因变量的二级地理要素涉及下渗时间、下渗速度、“洪涝”面积、“洪涝”深度、“洪涝”颜色与含沙量、下垫面吸水声音等（见图2）。土壤和硬化水泥路面的差异决定了下渗速度和内涝风险的差异;地形和降水通常是人为难以改变的因素，而对于高成本的海绵城市来说其理念应是“改变易改变的”，因而该实验的首要因素应是指向实验目标的，即土壤和硬化水泥路面。因此，下垫面差异是该实验的首要因素。

【策略】要素间错综的综合关系决定了实验现象的复杂性，而控制变量法能够化繁为简，促进实验观察有效进行。本实验中，两组实验装置巧妙地设计了多维实验，通过控制变量，可将实验分解为“下垫面差异对下渗和内涝的影响”“地形对下渗和内涝的影响”“降水强度对下渗和内涝的影响”等维度。探究“下垫面差异对下渗和内涝的影响”时，保证水泥组和土壤组降水强度相同，并忽略地形的差异，观察水泥和土壤下垫面的下渗和积水差异。探究“地形对下渗和内涝的影响”时，水泥组中降水强度相同，下垫面相同，观察低洼地区和较高地区的下渗和积水差异。因此，控制变量的观察思维能够化繁为简，化无序为有序，促进实验观察的有效进行。

2.指向“观何处”的空间视角

【视角】三视图多维观察是从认识地理现象转变为认清地理现象的重要途径[1]。而不同观察视角下，观察焦点与指向有所差异。侧俯视视角下的观察要素更具综合性;但指向性、直观性欠缺;侧视与俯视视角下的观察要素指向性更明确，但综合性欠佳。三个视角相辅相成、互为补充，综合三视图多维的实验观察能够更好地认清地理现象与地理实验。本实验中，俯视视角指向地形差异与洪涝面积;侧视视角指向洪涝深度;而侧俯视视角下，以上要素均可观察到，但指向性不明确，直观性不强。类似地，侵蚀河岸实验中，俯视视角指向河岸侵蚀方向，侧视视角指向侵蚀程度。山区修公路“之”字形设计模拟实验中，俯视视角指向平行等高线的设计原则，侧视视角指向通过增加路程降低坡度的原理。因此，俯视与侧视、水平与垂直的空间综合的观察视角能够促进认清实验现象。值得注意的是，地理实验空间视角需要多维综合观察，不表示是无侧重的观察。这一侧重的观察视角应当基于实验目的和首要观察的地理要素。

【策略】地理实验教学应重视预设，灵活把握生成[2]。巧设地理实验“着眼点”，提升实验的具身体验，如同优秀摄影作品需要“着眼点”。“着眼点”一词源于摄影术语，如一叶扁舟更能衬托湖面之广阔，使观众从船客视角观察全湖，增强身临其境之感。地理实验中同样需要着眼点。本实验中，实验组增设了模拟房屋的彩色夹子。当大雨降至，夹子底部被水淹没。夹子这一着眼点，能够让实验观众置身于“房子”处，从实验中“房子与家园”的淹没程度感受该区域的受灾程度;通过与地势较高“房子”淹没程度的比较，感受地形差异对内涝影响的差异，进而不自觉地在头脑中形成逃生路线。家园被淹没，腿脚被打湿，因此，巧设地理实验“着眼点”能够提升学生的具身体验，从而提升学习深度。

3.指向“何时观”的时间视角

【视角】课堂上开展实验往往是相当费时的教学过程，因而有必要提高实验观察的效率，更好、更快、更准地获取有效信息。从时间视角看，提高实验观察效率须厘清三个问题，即何时观？观频率？观多久？本实验中，“降水”在土壤组的下渗吸收过程持续时间仅为几秒，因而该实验观察应当从模拟降水开始，最佳观察区间为“降水开始至降水结束后5秒左右”。另外，除观察水之外，适当提醒学生算一算时间，听一听土壤吸水的咕噜声，能够有效提升具身学习深度，理解土壤的“海绵”吸纳作用。不同的是，水泥实验组的下渗少，实验需要从降水开始观察，应当持续更长时间观察，直至实验现象基本稳定不变一段时间，从而得出水泥路面下渗慢、下渗少的推论。类似地，石灰岩的盐酸鉴定实验中，最佳实验观察区间应为盐酸滴加后的多气泡的实验前期，持续时间较短。用玻璃箱内有无土壤模拟近地面大气的直接热源实验中，观测频率和观测区间尤为重要，该实验持续时间长，实验现象最佳观察点为最后时段温度计温度的差异。因此，有必要解决好何时观、观频率、观多久等时间问题，促进实验信息的有效和高效获取。

【策略】第40分钟的实验再觀察本身便是一个很好的课堂总结。临近下课时组织学生再观察两个实验组，水泥组依然多积水，土壤组基本无积水。课堂实践表明，第40分钟的实验观察，能够有效深化实验主题，首尾呼应，精彩收尾。另外，该课的导入设计是一个水流在透水砖上消失的魔术，在第40分钟的实验再观察之后，揭晓魔术原理，自然引出城市内涝的“透水”理念与对策，效果甚佳。

4.指向“怎样用”的实践视角

【视角】地理实践力是在考察、调查和实验等地理实践活动中所具备的意志品质和行动能力[3]。实验尽可能模拟现实，但毕竟不等同于现实。地理实验的目标不能仅停留在理论层面，最终应落实在实践应用中。因此，实验观察须理论联系实际，综合理论和实践两个视角实施观察，引导学生从实践的视角观察实验。

【策略】本实验中，从要素视角看，首要要素指向解决内涝问题的最佳针对对策（图3）;从空间视角看，三视的空间综合视角指向最佳逃生或救援路线;从时间视角看，最佳观测区间指向最佳逃生或救援时间。课堂实践中，学生观察实验时联想到诸多生活中的内涝问题，如“宿舍路上”“垃圾堆放处”“放学路上涵洞”等。从地形因素对内涝的影响联想到暴雨时避开涵洞等低洼危险处;从下垫面差异对内涝的影响联想到通过使用透水砖或下沉式绿地应对内涝问题。因此，综合理论和实践视角观察实验，能够培养学生地理实践力，培养综合思维。

三、实验观察促进综合思维培养的机制分析

自然地理现象具有整体性与综合性，地理实验亦具有整体性与综合性，该特征决定了综合的观察视角在地理实验观察中的必要性。要素视角旨在“观什么”，观察者通过涉及要素和首要要素等视角进行实验观察，多要素的综合观察能够促进综合思维中要素综合思维的培养。空间视角旨在“观哪里”，观察者通过侧视、俯视、侧俯视、远观与近观等不同空间视角进行实验观察。时间视角旨在“何时观”，观察者通过何时观、观多久、观频率、最佳观测区间等时间视角进行实验观察。多尺度的空间观察视角与时间观察视角能够促进综合思维中时空综合思维的培养。此外，实践视角旨在“怎样用”，观察者基于自身理论，以理论视角联系实践视角进行实验观察，从而促进综合思维的培养。要素综合视角、空间综合视角、时间综合视角、实践综合视角等综合的观察视角能够有效促进地理实验信息的有效获取，从而提升地理实验的广度与深度，提高地理实验效果与效率。

参考文献

[1] 张超伟.借助跨学科思维解决中学天文学基础中的方位难题研究[J].地理教学，2019（06）.

[2] 陈炳飞.地理实验教学的生成策略[J].教学与管理，2016（28）.

[3] 王民，黄劲松，蔚东英.“地理实践力”水平划分标准与案例研究[J].中学地理教学参考，2017（17）.

【责任编辑  王  颖】

该文为苏州市规划课题“十三五”（2019年）规划课题“适合教育视域下乡土地理实验校本课程开发研究”（192003170）的阶段性成果