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高中地理实验教学的有效度探究和提高策略

摘要：在倡导素质教育、重视培养学生能力的教育形式下，高中地理实验教学以其显著地优势日益受到广大教师的重视和学生的欢迎。但是，实验教学在实施的过程中还是存在不少不足之处，本文针对这些不足之处提出了相应的提高策略。
关键词：地理 实验教学 效率

高中地理教学要体现课程理念、落实课程目标、达到课程标准，需要地理教师在设计教学时充分考虑高中学生的心理发展规律和不同的学习需要，积极探索和运用自主学习、合作学习、探究学习等学习方式，提高学生的地理学习、合作交流、批判性思考以及分析解决地理问题的能力。[1]《普通高中课程方案》将地理学科分为“人文与社会”和“科学”两个学习领域，地理学科作为自然科学的一部分，在揭示地理事物的分布、发展、变化规律时，实验教学法是一种不错的途径。虽然高中地理实验教学正逐渐得到广大教育工作者的重视，并开始广泛运用在地理教学过程中，但因实验教学实施过程中还是存在许多不足和误区，要求我们在地理教学过程中不断的探索和改进。
一、实验教学对提高地理教学效率的作用
实验教学是自然科学教育不可缺少的重要组成部分，它对学生有效地掌握科学知识，培养科学实验兴趣和能力，形成科学态度和科学的行为方式，都有不可替代的作用。地理科学以其兼具人文科学和自然科学的特点，在自然地理的教学中不可或缺的会使用实验教学，而实验教学在自然地理的教学过程中也有着其他任何教学方法无法取代的优势，对提高学生的学习效率有很大的帮助。
1. 形成参与意识，激发学习兴趣
兴趣是学习的强化剂，在学生学习活动中起着巨大的推动作用。很多学生刚学习地理的时候对地理知识充满好奇，这就为学生学习地理提供了最初的动力，但这样动力是很短暂的，会随着地理学习难度的不断提高而消失。地理新课程改变了学生传统的被动接受式学习模式，倡导学生积极主动参与各类实践活动。
例如对“背斜储油、向斜储水”知识点的教学，可以设计如下实验：课前给分学生组配置透明的塑料软管，在管道里装满水和油，体积比在1:1左右（为了实验现象明显，可在水中滴入少许红墨水）。在分析“背斜储油、向斜储水”现象时，可先由学生弯曲塑料管子，观察实验现象，就会出现如图1所示结果，然后由学生分析这一现象产生的原因。

水

油

图1 背斜储油、向斜储水
这样的实验虽然操作简单，学生还是很有兴趣进行一番“实战演习”，从中掌握和巩固知识，也获得了学习的乐趣。通过学生的主动参与，学生的操作兴趣得到满足，探究兴趣、创造兴趣也被激发，学生的兴趣水平不断的从低层次向高层次逐步转化，为学生学习地理提供了持久而强大的动力。
2.培养观察能力，形成合作意识
教育学家苏赫曼说过：实验能够提供探索的途径，实验可以训练学生根据实验结果推到理论的能力。地理实验教学强调演示与参与，它能够改变传统被动接受式的学习方式，让学生在实验设计、实验操作、实验观察记录、实验分析研究的过程中主动获取知识、得出结论，从而培养了学生的观察能力、感知能力和动手能力。
例如在学习“海陆热力性质差异”的知识点的时候，学生在教师的指导下集体设计并进行了以下实验：取两个烧杯，一杯放水，一杯放等量的细砂，在两个烧杯中均插入一支温度计。把两个烧杯同时放在太阳底下晒一定时间后，读出温度计的示数。再把两个烧杯移入室内，过一定时间后，再观察温度计示数的变化。经过数据的收集和整理发现：在阳光下晒30分后，当时细砂的温度为37℃，水的温度为29℃，移到室内 10分钟后，细砂的温度为25℃，而水的温度为27℃ 。水温变化幅度是 2℃，而细砂的温度变化幅度是 12℃。在实验中学生经探究发现水的温度变化比细纱要小，从而说明海洋升温慢降温也慢，进而也能很好的理解海陆热力性质的差异及其成因。这个实验从设计到每一步的操作都可以在教师的指导下由学生组队、讨论、合作探究完成，这样学生学习就不仅仅停留在听、看、记的层面，学生的实际动手能力也得到不断的提高。在实验的过程中，学生要密切、仔细的观察并记录温度计上温度的变化，并分析这些变化产生的原因，从而提高了学生的观察能力、科研能力。
在地理实验教学系统中，学生个体有其自身的目标、取向，能够在与环境的交流和互动作用中，有目的、有方向地改变自己的行为方式和结构，达到适应环境的合理状态。[2]在实验过程中,特别是学生操作实验,教师对实验的原理、预期的结果不给于过多的说明，可以给学生预留开阔的思维空间。学生可以带着问题，组成小组，互相配合进行实验，并对实验产生的现象和得出的结果进行分析、探讨。
3．验证地理知识，提高科研精神
地理实验教学将抽象的地理现象和过程变得形象、具体。一些学生较难理解、迟疑不定的知识点，通常可以通过设计简单的实验加以证明其科学性。所以地理实验不仅能直观的诠释地理知识，激发学生学习兴趣，优化学习方式，更能培养学生的科学素养和科研精神。
例如在讲解“太阳高度角大小与太阳辐射强弱关系”时，教师可以准备以下实验（图2）：让学生借助两只手电筒，在相同的高度上，一只直射黑板，另一只斜射黑板，学生经过观察就会发现直射的黑板光斑面小，亮度大，斜射的黑板光斑面大，亮度小，从而得出太阳高度角大，受热面小，太阳辐射强度大；太阳高度角小，受热面大，太阳辐射强度小的实验结论。
光线
受照面积
电筒

图2 不同高度角的光照图
通过这样的地理实验，能让学生接受科学过程的熏陶、体验科学思维的方法，引导学生形成浓厚的科学兴趣、客观的研究方法、理性的思维方式和实事求是的科研精神。
二、高中地理教学中影响实验教学有效度的因素
1.实验缺少统筹规划，影响正常教学进程
新课程不仅重视知识与技能目标的达成，也重视地理教学的过程和方法，而实验则是自然地理教学过程中必不可少的环节，实验教学有着其他教学方式无法匹敌的优势，所以实验教学越来越受到更多教师的重视。但是，在现实的地理教学过程中，教师对实验的作用的认识并不客观、准确，往往存在两类极端的误区。
第一类是忽视实验的作用。部分习惯应试教育的教师认为，在教学过程中和学生一起做实验就是浪费时间，因此就以“实验器材不足”、“上课时间紧张”等理由将地理实验一概舍去。省去做实验的时间，一学期的新课就能迅速结束，原本应该用来做实验的时间则用于讲题目、做试卷，最终学生试卷上的成绩也许提高了，但学生的实际操作能力就很难得到提高。
第二类是夸大实验的作用。有些教师在教学中过分迷信实验，将实验当成无所不能的教学高招，在地里教学中尽可能多的使用“实验”，以为这样就能达到事半功倍的效果。其实过度的使用实验教学，非但达不到较好的效果，反而因为过多的实验浪费了不少学生宝贵的学习时间，从而影响教学效果。例如在高中地理课上做“沉积物分选”实验就显得不是很有必要，因为流水沉积过程中出现的“大颗粒在下，小颗粒在上”的现象，已经是高中生已知的常识。经常进行这种为了追求形式而忽视学生已有知识水平的实验，会让课堂时间显得捉襟见肘，长此以往就会影响正常的教学进度。
2.实验设计不够紧凑，浪费课堂教学时间
地理实验教学的目的之一是为了提高地理课堂的教学效率，将复杂的地理现象、地理原理通过实验直观地展示给学生，帮助学生理解难点知识，减轻学习负担。但是，部分教师在实验教学总是照搬照抄现成的实验，不结合学生的学习要求和学校的现有条件，对实验场所、实验器材、实验步骤进行必要的调整和完善，也不事先经过亲手尝试，导致有些实验难以操作，甚至出现一些科学性问题。
例如湘教版《地理Ⅰ》第三章“地理环境的整体性”这节内容出现的“植被对水土保持作用”的实验，选择什么土壤、用多少水量冲刷土壤、在多少高度倒水等细节，在实验之前如果没有详细考证，就可能导致实验效果不佳，对课堂教学帮助不大，而要改进实验又得从新准备实验材料，浪费时间，降低效率。
3.实验方法墨守成规，缺乏科学创新精神
随着教学的不断改革，教学目标在改变、教学课本在改变、教学对象也在改变，而教师面对相同的内容采用的实验方法却很少改变：某个实验一旦被精心设计好了每一个步骤，在往后的地理实验教学过程中，教师总是在循规蹈矩、年复一年的使用。
例如“热力环流的形成”这一实验，对学生理解热力环流、海陆风、三圈环流等知识点有很大帮助，是一个很重要的实验。这一实验可以在教师指导下由学生设计完成。有的班级学生设计了如图实验：先把酒精灯和冰块放进玻璃缸的两侧,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，通过观察发现烟会在冰块一方下沉，然后流向酒精灯一方，再上升，在玻璃缸上空再流回冰块一侧，形成热力环流。

烟
冰块

图3 热力环流的形成
这个实验一般就是按照这一系列步骤来完成的。但在实验中，就有爱动脑筋的学生提出如果将箱子背面刷上较深的颜色，实验的现象会更明显。这样简单的创新，通常由于教师的固步自封而没有被发现。
4.实验结果事先预设，忽视客观生成现象
实验操作过程中会产生各种各样的变化，学生的操作偏差、外部环境的影响、学生偶发的质疑等等，都可能导致实验过程与预设的方向和速度不尽相同。有些教师可能急于落实课堂教学的知识点，不愿被实验教学中出现的不符合事先预设的“另类”现象所牵绊，所以对异常现象视而不见，一味强调理应出现的现象。这样的实验一点都不能起到“激发兴趣、论证科学”的作用，对课堂教学不仅毫无意义，甚至会使学生觉得地理学科未必真正“科学”，对地理学科的科学性产生怀疑。
三、提高高中地理实验教学有效度的策略
1. 严格按照课标要求，建构实验教学体系
在教学过程中，究竟使用多少实验才能达到较为理想的教学效果？这就要求教师在地理教学开始之前，严格参照课标要求，结合当地的教学实际情况对实验教学进行统筹规划。笔者以湘教版《地理Ⅰ》为例，结合课标要求、课时安排、生源素质、实验条件等因素将实验进行分类汇总，如表1。
表1 湘教版《地理Ⅰ》实验教学汇总
章节
实验名称
实验分类
第一章
宇宙中的地球
昼夜半球和昼夜交替演示实验
测量学校所在地的经度
测量正午太阳高度角
模拟演示实验
课外分组探究
分组实地测量
第二章
自然环境中的物质运动和能量交换
热力环流形成的实验
比较海陆热力性质差异的实验
背斜成谷、向斜成山实验
背斜储油、向斜储水原理
模拟演示实验
课前探究实验
模拟演示实验
模拟演示实验
第三章
自然地理环境的整体性和差异性

植被对水土的保持作用

课堂模拟实验
第四章
自然环境对人类活动的影响

区域洪涝灾害形成的模拟实验

多媒体模拟试演示实验
当然，不同学校、不同师生在实际的教学过程中可根据自身情况进行增减或者改变实验方法。
在地理实验的实施过程中，遇到器材不足这种状况时，教师可以从日常生活中选择可用材料和工具，巧妙设计实验，尽量不要因为硬件的欠缺导致教学质量的下降。
2.科学设计实验过程，灵活调整实验程序
实验教学和其他教学方法一样，准备工作是非常重要的。高中地理教学时数少，地理实验宜精不宜多，实验步骤要严谨，实验时间要适当。教师在选择实验时要善于根据学科知识特点精选典型实验，舍弃无实际教学价值、形式化的实验，在具备实验特质的重点、难点以及学生思维疑点处设置实验。
在确定所需实验之后,教师还应根据学生的人数、知识水平、理解能力、实际操作能力等因素来科学、系统地设计实验，力求实验过程简洁、紧凑，效果清晰、明朗。特别是教学过程中较难理解的难点知识，鉴于学生有限的知识水平，教师更要反复推敲每一个实验步骤，争取在有限的实验时间里让学生理解各个现象产生的原因、相关的原理。
例如湘教版《地理I》中的“太阳日与恒星日的区别”是高中地理教学的难点之一，尤其是对刚接触地理不久的高一学生而言更是难以理解。在遇到这部分既需要空间想象能力有需要逻辑推理能力才能解决问题的知识难点时，教师不妨这样设计一个化抽象为直观的实验：教师扮演地球，最前排一位学生甲扮演太阳，最后排一位学生乙扮演一颗遥远的恒星。
第一步：恒星乙、太阳甲和地球都在同一直线上，且教师（地球）面向太阳和恒星。
第二步：教师（地球）一边绕学生甲（太阳）公转一边同向自转。
第三步：当教师（地球）自转一周（360°）时，所花时间是23时56分4秒，也就是一个恒星日，教师第二次面向学生乙（遥远的恒星），因为教师（地球）和学生乙（遥远的恒星）相距非常遥远，相对位置恒定（可理解为在公转轨道上的运行距离可忽略不计）。但是，此时教师还没有第二次面对学生甲（太阳）。
第四步：教师接着再自转59´，此时教师（地球）第二次面对学生甲（太阳），地球自转360°59´，所花时间是24小时，即一个太阳日。
这个实验将原本连贯的地球自转与公转运动进行了分割，通过一步步的模拟演示，将原本复杂抽象的天文现象形象生动的展示给学生，也将一个知识难点深入浅出的传授给学生。师生在这样轻松、活泼的氛围中完成了知识的交接。这一实验，既锻炼了学生的观察、思维能力，又避免了难点知识教学的枯燥乏味、一知半解。
如果面对的学生素质较高，教师还可以将此实验进行延生：当地球只自转不公转、地球只公转不自转、地球自转和公转方向相反时，太阳日和恒星日的时间各是多长？这一系列问题可以留给学生课外探究。
3.改善学校实验条件，与时俱进创编实验
随着学校教学条件的改善和新课程对地理实验教学的日益重视，学校应逐渐完善地理实验所需的实验器材、实验场所等硬件设施，为开展地理实验提供必要硬件支持；同时也应重视健全地理实验制度，规范教师的实验行为，调动教师开展实验教学的积极性，使地理实验成为常规教学的重要组成部分。
在地理教学的过程中，凭借不断改善的实验条件，教师可以在已有的基础上对地理实验不断加以改良，甚至通过计算机、多媒体等教学设备研发实验模型，将现实中难以完成的实验用多媒体加以模拟演示。例如昼夜长短的变化、正午太阳高度角的变化、流域洪涝灾害的形成等模拟实验。特别像“流域洪涝灾害的形成”这样的实验，用一般的器材、设备很难完成，即使做成也要耗费大量的时间。如果使用多媒体模型，不仅能清晰的演示洪涝灾害的形成过程、分析下游洪涝灾害严重的原因，而且不需大量的设备、工具和时间，简单、清晰、高效。这一实验的模拟过程大致如图4。
阶段一：流域内刚形成降水，河流干支流径流量增加。
阶段二：降水后，支流水量逐渐向干流汇聚，干流径流量增加。
阶段三：河流下游地势平坦，流速慢，支流水量汇入导致干流径流量大增。
河流
径流量

图4 河流径流汇聚过程图
4. 重视实验客观生成，灵活分析实验结果
地理实验结果是特定条件和过程的产物，任何细小的变动都有可能导致结果的差异，一个具体的实验并不必然出现预期的结果。[3]教师在面对现象不明显或者与预设结果差异较大的实验时，不能一味的强调应该出现的结果，而是要勇敢面对客观生成的结果，分析产生这一结果的原因，可以引导学生从侧面理解地理知识。
再以“热力环流的形成”这一实验为例。也有班级的学生设计的实验出了一定的问题，比如有学生将通入烟气的孔开在酒精灯上方，结果烟气无法进入实验的箱子，无法形成明显的热力环流。这时，教师就不能仅仅苛责学生的错误设计和操作，而应该和学生一起探讨实验失败的原因，将实验中不科学的步骤加以改正，从失败中吸取经验教训。
四、结束语
高中地理开展正确的实验教学，能有效的落实地理教学中的重点和难点，高效落实新课标的教学目标。在日常的地理教学过程中，地理教师为了提高教学效率，已经设计并开展了不少的实验教学，取得了不错的成果。但是，实验教学的探究之路还很长，以后还得继续努力，不断提高实验教学的水平。

参考文献
[1]普通高中课程标准
[2]北京大学现代科学与哲学研究中心.复杂性新探[M].人民出版社.2007:148-149
[3]陈炳飞.《地理实验重在培养学生的科学素养》[J].地理教学,2011.

书是我们时代的生命——别林斯基

　　书籍是巨大的力量——列宁

　　书是人类进步的阶梯———高尔基

　　书籍是人类知识的总统——莎士比亚

　　书籍是人类思想的宝库——乌申斯基

　　书籍——举世之宝——梭罗

　　好的书籍是最贵重的珍宝——别林斯基

　　书是唯一不死的东西——丘特

　　书籍使人们成为宇宙的主人——巴甫连柯

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　　人的影响短暂而微弱，书的影响则广泛而深远——普希金

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　　书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料———雨果