基于学生操作实验开发的地理实践力培养

杨帆　杨杰

［摘 要］地理学科育人价值集中体现在学科核心素养的培养上，是学生通过地理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，主要包括人地协调观、综合思维、区域认知和地理实践力四个维度。学生地理实践力培养的三种主要方式中，地理实验受时间限制较小，可操作性最强。同时，操作实验可训练学生的设计能力、动手能力和合作能力，有利于学生地理实践力的形成。文章以“太阳直射点回归运动”实验为例，探索基于学生操作实验开发的地理实践力培养。

［关鍵词］操作实验；地理实践力；太阳直射点回归运动

［中图分类号］    G633.55            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2024）01-0088-03

普通高中地理课程作为一门基础教育课程，须为立德树人做出学科贡献。地理学科育人价值集中体现在学科核心素养的培养上 ，是学生通过地理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，主要包括人地协调观、综合思维、区域认知和地理实践力四个维度。

一、地理实践力的内涵

地理实践力指人们在考察、实验和调查等地理实践活动中所具备的意志品质和行动能力。其培养目标是：学生能够运用所学知识和地理工具，在室内、野外和社会的真实环境下，通过考察、实验、调查等方式获取地理信息，探索和尝试解决实际问题，具备活动策划、实施等行动能力［1］。归根结底，地理实践力是一种行动意识和能力，是一种应对复杂世界的独立生存本领，是学生在实践活动中表现出来的科学精神、意志品质。现在比较流行的地理实践力的培养主要依托于以地理研学为代表的户外考察方式，它可以让学生通过户外考察观察地貌的形态、认识植被的生长、感知土壤的性状等。地理研学可以给学生以直观的感受，让学生很好地将课本知识与实际联系起来。但地理研学需要耗费的时间比较长，涉及安全问题，且组织难度较大，在实际教学过程中开展的频次较低。调查主要借助走访、问卷等形式让学生深入到社会各个角落，接触不同的人群，这种方式可以提高学生与他人交流的能力，但同样需要学生脱离课堂、走入社会，往往只能在周末或假期等空余时间开展，不便与日常学习同步进行。而能够在课堂上开展的地理实验对时空的要求较小，操作性更强。

二、地理实验的功能

地理实验是指通过观察、观测、演示、制作、绘制、调查等地理活动方式，认识、探究地理事物、现象和过程等的地理实践教学活动［2］。这样的地理实验可以根据教学的目的，通过合理的实验设计在课堂中开展。它可以是对一些地理现象的观察，比如太阳方位、太阳高度角的变化，也可以是地图、表格的绘制。地理实验教学是培养地理实践力的重要途径。地理实践力中的实验，特指某种自然现象的模拟实验，可以在校园建立的地理实验室进行仿真模拟实验，也可以在居住区附近或校外实习基地进行模拟实验。这种实验可以利用课堂或者选修课等时间来开展，具有空间的自主性和时间的灵活性。相较于传统课堂教学，实验教学耗费的教学时间较多，实验设计的难度较高，对教师和学生能力的要求也较高。

三、学生操作实验与地理实践力培养

地理实验按操作者分，可分为教师演示类实验和学生操作类实验；按实验地点的不同，可分为课内地理实验和课外地理实验；按照使用的仪器和材料的不同，可分为真实实验和模拟实验……针对不同的教学目标，可以选择的实验方式也不同。教师演示实验经过教师的精心设计，比学生操作实验的课堂效率更高，但学生的参与程度较差。学生操作实验是由学生在确立实验目标后，自主设计并撰写实验步骤、分工合作开展的实验。试验结束后，学生要对实验进行评价，如果实验失败，学生可以对实验步骤进行校正。整个实验过程学生积极参与并自主设计，这更能培养学生的地理实践力。

本文以人教版高中地理选择性必修一第一章第一节中“太阳直射点回归运动”实验为例，进行学生操作演示实验开发，将教材的静态图片转换为动态演示，进而提高学生的设计能力、观察能力和动手能力。

（一）实验的产生

地球的自转和公转是同时进行的，由此形成黄赤交角，黄赤交角引发了很多地理现象。在本章第一节中，学生主要掌握太阳直射点回归运动。教材第5页仅展示了二分二至日地球的位置，静态展现不同日期的太阳直射点。而太阳直射点回归运动是本节课的重点和难点。教材第6页设置活动，要求学生绘制太阳直射点回归运动示意图。根据静态的四个节气的位置图，要绘制动态的运动示意图，学生要进行静动之间的转换，这对学生的空间想象能力、抽象思维能力要求较高。教师可设计学生动手操作实验，将抽象的知识转化为观察实验，锻炼学生的动手能力、观察能力和小组合作能力。

相较于动画播放、教师演示，学生动手操作实验更直观，学生的参与感更强。而对于直接用三球仪演示，用地球仪自主设计演示更能帮助学生深刻理解回归运动。

（二）操作实验的设计实施

1.确定实验主题

操作实验要有确定的主题，指向特定的探究问题。本次实验探究的是“太阳直射点回归运动”。实验需要学生准确模拟地球的自转、公转，表达太阳直射点的移动状态，通过观察得出太阳直射点的移动规律，并用图的形式准确绘制出来。

实验主题：太阳直射点回归运动

实验目标：（1）能够正确模拟地球运动、太阳直射点的回归运动；（2）能够描述太阳直射点的移动规律；（3）绘制太阳直射点的回归运动示意图。

2.列出实验器材

探究太阳直射点回归运动，需要以地球仪模拟地球，以篮球或者别的物品模拟太阳，以便于观察。此外，还需要以高亮度、聚光好的手电筒或者长杆模拟太阳平行光线。

实验器材：地球仪、篮球、手电筒（或长杆）、一定数量的书籍。

3.编写实验步骤

实验步骤是达成实验目标的路径，需要准确阐释实验的流程，即实验先做什么、后做什么、怎么做，步骤越详细，实验操作成功的可能性就越大。实验步骤可以由教师撰写，也可以由教师提供一个主题，学生自主编写。学生在编写过程中发现问题、校正问题，最终取得理想的实验效果。这样学生能够更深刻地理解實验操作的基本方法。对于一些定量分析实验，需要填写实验数据记录表，而模拟观察性实验，注重还原真实情境，培养学生的观察能力。

“太阳直射点回归运动”属于模拟观察性实验，实验需要尽量还原真实场景，抓住主要因素，借助器材将抽象的内容具象化，这样有利于学生自主观察和得出实验结论。通过手电筒或长杆模拟太阳平行光线，便于学生观察太阳直射点的位置。学生在开始设计实验步骤时，虽然知道地球在自西向东自转的同时围绕模拟太阳（篮球）自西向东公转，但公转的轨道平面难以准确确定，这导致模拟实验不具备科学性，观察结果出现误差。在这种情况下，确定公转轨道平面，即太阳光线（手电筒）高度成为突破实验操作步骤设计难点的一个关键。

学生通过观察教材第5页图1.5黄赤交角与二分二至日地球的位置（北半球）发现，夏至日太阳直射北纬23°26'，此时将地球仪正确置于篮球左侧（如图1所示），用手电筒水平照射至北纬23°26'，确定黄道平面位置。为保证黄道平面的位置稳定，可用书籍在手电筒下方架设适当高度的底座，保证手电筒转动过程中的位置相对固定。为验证底座高度的准确性，如图2所示，交换地球仪、书籍和手电筒的位置，确保手电筒水平照射南纬23°26'。

实验步骤：每四人一个小组，一位同学负责摆放篮球和手电筒，一位同学负责移动地球仪，一位同学负责记录，一位同学负责指挥。

（1）如图1、图2所示，确定手电筒（或长杆）高度和位置。

（2）模拟地球的自转和公转，同时移动书籍和手电筒的位置。

（3）依次将地球仪摆放在四个节气位置，分别用手电筒照射，观察太阳直射点的位置，绘制太阳光照图，记录相关数据并将数据填到表1中。

（4）将模拟的地球仪从一个节气位置运动到下一个节气，手电筒随之转动，观察从一个节气到下一个节气，太阳直射点的移动方向和轨迹，记录相关数据并将数据填到表2中。

4.分析实验数据

实验结束后应及时处理记录的数据，并将其制成表格或者绘成示意图。同时，教师可以引导学生深入思考这些现象背后的原理，思考造成这种现象的影响因素有哪些，甚至可以相应地改变一些参数，让学生将得出的新数据与原有的数据进行对比，加深学生对知识的理解。

实验分析：（1）太阳直射点能够到达的最北端和最南端的纬度分别是什么？（2）这和黄赤交角的大小有什么关系？（3）如果黄赤交角变为零，太阳直射点的位置会如何移动？如果变为30度呢？

5.整理实验结论，形成实验报告

操作实验是为了验证地理规律，模拟地理现象，培养学生的动手操作能力、观察能力。自主设计的过程可以培养学生的创新思维，促使学生自主合作探究。最后，学生通过观察与分析得出一定的实验结论，形成实验报告。

实验报告中应体现学生的自我评价和教师评价。教师评价可以从学生的实验设计实施能力、小组合作能力、实验分析能力等方面进行。在演示过程中，评价重点在实验过程的实施。教师可以从三方面评价学生，具体评分量表见表3。一是做——正确确定手电筒的高度，演示地球的自转和公转、太阳直射点的回归运动；二是说——用语言描述太阳直射点回归运动，看学生能否正确表述太阳直射点的空间变化，有无知识性错误；三是小组内部合作情况，是否每个人各司其职，积极参与。教师要在学生实验过程中及时观察各小组的实际表现，根据量表做出判断和评价。评价结果要在学生填写实验报告前反馈给各小组，以便小组在反思自我评价时能有参照。学生自我评价主要是思考实验有待改进之处。

综上所述，学生通过自主设计操作实验，能达到自主建构知识体系的目的。操作实验的设计过程包括确定主题、准备器材、编写步骤、分析数据、整理结果等环节。我们应注重操作实验设计，从教师的实验演示转化为学生的动手操作参与。在这个过程中，学生可能会遇到设计的瓶颈，需要在教师的帮助下进行突破。这个过程既锻炼了学生的实践意志品质，提高了学生的小组合作能力，又能培养学生的地理实践力。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准2017年版2020年修订［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］  徐宝芳，张卫青.中学地理实验教学研究［M］.西安：陕西师范大学出版社，2023.

（责任编辑 陈 明）