地理实验教学设计思路的初步探讨，本文主要内容关键词为：教学设计论文,思路论文,地理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
地理实验在教学中的重要性不言而喻，然而，中学地理实验并不像理、化、生实验那样有较为确定的实验项目，很多实验有机穿插于课堂教学中，有赖于地理教师的探索和创造。本文拟就地理实验教学的设计提出若干可供参考的途径，既是探讨地理教师设计实验教学的思路，也希望对学生设计地理实验产生一些指导作用。
一、设计地理实验教学的思维特征
设计地理实验教学的思维特征表现在三个方面。
首先，在思维方向上，学生做实验大体会经历“提出问题—分析理解—动手实验—问题解决—思考交流—抽象概括—得出原理”的过程，具有较大的探索学习价值。而教师设计实验时，由于其是知识的拥有者，思路一般按照“已知规律和原理—举例验证实验方案—确定具体步骤和实验材料”的顺序展开。两者是一个互逆过程。因此，学生通过实验学习的思路是一种集中性思维，而教师的实验设计思路是一种发散性思维，由于包括教师在内的大多数成年人在平时的学习和工作中较多地使用集中性思维，所以普遍感到发散性思维较难。
其次，设计过程以替代性、创造性思维为主。设计地理实验教学关键在于实验方案的制订，在模拟地理过程、选取实验材料、确定实验步骤等方面需要发挥独特的创新思维品质，用简易可得的方法演示出复杂的地理事象。
第三，决策思维起关键作用。决策思维是人们在调查研究的基础上，根据实际与可能，确定行动目标，拟订多个可行方案，然后运用统一的标准，选定最佳方案的思维过程。设计地理实验时可以拟定出若干备选实验方案，然后对其进行教学性、可行性方面的评估，从中加以选择。
二、影响地理实验教学设计的主要因素
1.地理科学实验的思维方法决定了地理实验教学设计的基本思路
科学实验的设计一般采用纯化与简化、强化与激化研究对象的思路。当代地理科学实验手段可以概括为：测试和分析、实验模拟、地理信息的获取与处理等方面[1]。地理科学实验开展的一般方法对地理教学实验设计的启发主要有两个方面。
（1）观察是地理实验者获取信息的基本途径 观察是地理工作者在实验室或野外通过感觉器官或实验仪器等方式有目的、有计划地获取地理信息的一种方法。地理实验观察有空间上的定位观察、越野观察，时间上的长期观测、连续观察和即时观察等。中学地理教学实验的首要任务就是培养学生的地理观察能力，而地理观察在某些方面甚至比中学理、化、生实验的观察要求更全面。在设计时，可安排实验者或实验对象在动静结合的状态中进行观察，要求学生能够敏锐地捕捉到地理事象的变化，能够排除干扰进行观察、观测、读数和记录。
（2）模拟是地理实验探索的基本方法 由于地理研究对象的特殊性和复杂性，地理科学研究经常采用模拟的手段集中再现对象的典型特征。大部分中学地理实验也吸收了模拟实验的思维方式，主要是将宏观的地理事物和过程缩微表现。地理教学实验设计的难点在于怎样制订以模拟为特色的实验方案：实验材料虽是替代性的，但要能正确反映地理事物或环境；实验步骤开展虽是经过简化的，但应与地理过程有高度相似，使学生能够很容易通过类比思维发现模拟现象与实际现象所共同具有的事理规律[2]。
2.课程与教学理论构建了地理实验教学的基本理念
著名教育家杜威的“做中学”思想、“活动—经验”课程，施瓦布的“作为探究的理科教学”以及建构主义等教育理论和思想，都对地理实验教学的设计理念有着重要影响。
（1）地理实验教学设计的根本目的是为了提高学生的科学素质 正如杜威所说，“科学的方法是我们掌握和了解我们所生活的世界中日常重要经验的唯一可信的方法”，地理实验是使全体学生可以直接受到科学过程与方法的熏陶和训练，培养地理思维和正确的地理观念，体验到科学思维和问题解决的有效方法。
（2）地理实验注重启发性 地理实验的启发性要求学生在实验过程中能够发现问题，并能够对现象、结果进行分析，从而获得地理概念和原理，通过实验从感性认识上升到理性认识。如果实验的设计和实施不能调动学生思考的兴趣，难以进行正确的逻辑思维，这样的实验就收不到应有的教学效果。
（3）地理实验内容的选择要有针对性 并不是所有教学内容都适合设计实验，这里分几种情况：一是许多地理原理和规律很难通过实验的手段再现出来，因而在地理教学过程中应有针对性地选择那些能够通过实验手段模拟地理演化过程的知识内容进行实验。另外，地理课堂上开展的实验必须具有很强的地理性。例如，“降雨如何影响土壤侵蚀”的内容适合在地理课堂上进行，但“降雨的形成”没有必要在地理课堂上花大量时间进行实验演示，因为其中的地理知识含量非常有限。同时，教师对实验内容的选择还应该突出教学中的重点和难点，使实验成为突出重点、突破难点的一种有效手段。
3.教学价值的衡量取舍值得重视
从发展学生地理素质的目的出发，是否开展实验、怎样设计、根据实际情况如何改进，都需要考虑实验的教学价值。一般而言，程序性知识和技能、以地理发生演变过程为内容的知识适宜开展实验，即这类实验所含的教学价值高。例如，等高线知识一直是学生较难理解的内容，地理教师运用过很多办法，包括使用等高线模型教具、计算机三维交互演示和动手实验等手段，来展示从立体山体模型到平面线条图形的转换过程。
［案例］实验“水槽里的地图”[3]
材料：深水槽、1升水、记号笔、硬纸板、干净的厚塑料薄膜、做模型用的黏土、一张白纸、米尺。
实验步骤：
1.剪一张与水槽底部大小相适合的纸板。
2.在纸板上，把黏土塑成一座山的模型。
3.把模型置于水槽内。往水槽中注入1厘米深的带颜色的水代表海平面。
4.在容器上蒙上一张干净的硬塑料薄膜。
5.在薄膜上勾画出水槽的轮廓。垂直俯视水槽，勾画出模型周围的水的轮廓。然后移走水槽上的薄膜。
6.往水槽中再加入一定量的水，使水深达2厘米。再次蒙上薄膜，画下水位。
7.多次重复第6步，到下一次加水完全淹没模型为止。
8.取下薄膜，在白纸上临摹出塑料薄膜的轮廓。
“等高线”内容的教学难在三维与二维之间的抽象思维转换。等高线模型、计算机课件和画地形图实验都能很好地表现等高线的概念和绘制过程。但模型和课件是将抽象的程序概念直观形象化，实验是实际操作的过程，分别进行着“看—理解”和“做一结论”的学习过程，对学生的教学意义是不同的。通过比较，可明显发现实验手段在此处突破难点的重要价值（见下表）。
4.实验条件的限制应当考虑
在人类认识自然的历史上，很多最简单的实验手段利用最简易的实验器材，却揭示了最深刻的科学真理。由此可见，简单而低成本的实验，其智慧不低、技术不低、内涵也不低。中学实验受实验条件和环境所限，最适合开发教育价值高而成本低的实验，这本身是一种重要的课程资源。此类实验设计中的创造性，能对学生产生潜移默化的影响，通过利用身边的日常用品做实验，可以很好地促进学生自主学习、自主探究。当然，这也对教师的创造能力提出了较高的要求。
三、设计地理实验教学的思维途径
设计实验的难点主要在于如何给已知的地理规律和原理举出一个现实可行的例证。这一难点对地理实验设计者来说，是有效模拟的问题。同时，模拟的结果还必须能清晰地展现出来，使之易观察。因此，模拟和观察是实验设计的两个基本思维角度。
1.模拟途径
模拟的基本思维途径是深入了解实验研究对象，运用已有知识和科学思维方法，认识规律原理与实验现实之间的距离，明确所隐藏的问题。
（1）实验材料的替代模拟 设计者应研究客观实体的主要矛盾和本质特征，摒弃次要的非本质因素，把研究对象从客观实体中抽象出来。例如，在“海洋与陆地气温日较差的比较”实验中，用来替代海洋的实验对象可直接选取身边的淡水；在“海水的比重和盐度”实验中，替代海洋的水必须使用盐水。再如，自然地理实验中与太阳有直接关系的包括两种情况：太阳辐射和太阳系运动，前者一般选用大功率的白炽灯来模拟辐射热量，后者则选用球体来模拟太阳的外形。两类物体本身毫无关联，却因单一方面的相似性，可供选择为地理事物某方面的特定代替。
（2）解释某些行为和特征而建立的模拟 如地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象，可以在转动的地球仪表面自上往下滴一滴红墨水，将水痕扩散的方向作为模拟结果来说明科氏力的作用。
（3）地理相似模拟 利用模拟来代替对实际现象的研究，以便在一定程度上演示某些在目前尚无法达到的条件下出现的情况。例如，分别把地球仪的南、北极点朝向学生，同时按地球自转方向转动地球仪的演示实验，就是遵循与原型同样的地理规律，以创设的相似条件突破一般人头脑中绝对的上下概念为相对空间中的上下概念的创造性模拟思维。
（4）过程模拟 把地理过程纯粹化、理想化，并根据其本质特征而设计的一种模拟叫过程模拟，其特点是过程简化，易于控制。例如，通过把粗细不一的沙、土和小玻璃珠等一起放进塑料瓶中摇晃后倒立，观察沉淀的顺序来模拟不同类型沉积物沉积顺序的实验。
模拟的前提是，实验设计者必须透彻理解地理概念、原理，熟悉地理现象发生的原因，才能设计出合理可行的实验。例如，传统的气温日较差实验，设计必须明确一个概念——气温日较差是指一天中最高气温和最低气温的差值，一个原理——地球表面不同物质的热容量有差异。所以，实验设计的关键是如何让不同的对象在同等的外界条件下将最高温与最低温的差值显示出来。
2.观察途径
由于实验过程稍纵即逝的特征和实验环境条件等方面的影响，采用多种手段尽可能增大可见度，才能够引发学生浓厚的兴趣，留下深刻的印象，这是实验设计者必须研究的一个重要方面。
为使实验更容易观察、区分和比较，增加实验可见度的途径一般有实验过程变弱为强、变快为慢等。特别是当实验材料有两个以上时，使用颜色加以对比区分是一种重要的方法。例如，上述实验中红颜色墨水与地球仪的颜色呈鲜明对照，密度流实验中使用油和水不仅是由于彼此密度的不同，二者也容易通过颜色区分。即使是在演示日、地、月三者运动关系的实验中已经使用直径大小不同的三个球体加以区分，但如果能对球体的外表颜色区别表示，效果将更加显著。
适当时机下，可结合其他教学设备辅助观察。例如，上述“水槽里的地图”实验如果由教师面向全班演示，应该在投影仪下把实验全过程投影放大到大屏幕供学生观察。
还可使用留迹法记录观察结果。在地理实验中，有些自然现象是瞬间、连续或缓慢发生而难以观察的，可以用巧妙的方法将之记录下来以便测量和观察。例如，在风向标下连接一个经改进的记录纸和笔，就可以连续记录并绘制出一天内风向的变化情况，供观察和研究。
3.借鉴途径
地理学所研究的自然环境本身也是理化生等科学研究的共同对象（只是研究角度不同），这些学科必然对地理学的实验研究产生影响，主要表现在两个方面：一是吸收数学、物理学和化学的实验思路、实验技术来建立地理观测、分析、实验的技术；二是运用在中学阶段出现的理化生学科规律和原理设计地理实验内容和步骤。如海水密度流实验，就是运用了中学物理密度差异引起液压驱动的原理。
4.改进途径
实验方案初步确定后，运用缺点列举法可以帮助进一步改进，方法是列举已有实验的缺点，找出缺点的原因并提出克服缺点的方案。上述等高线实验中，也有教师使用铅丝或线来围绕模型山的周边轮廓，这样做的缺点是操作时技巧性要求高、速度慢，所得结果还不一定准确。改进的思路是如何更快、更好地得到模型山的水平轮廓，因此用水淹山代替了线绕山，过程简单明了，师生能集中精力共同关注对地理问题的探索。
总之，地理实验教学的设计离不开模拟和观察两大主题，深入透彻地理解实验原理是有效模拟和观察的前提，实验过程、实验方法、实验手段及材料的确定是实验设计者知识经验与思维活动密切配合的产物。