中学地理实验类型与内容设计
张卫青1,徐宝芳2
（1．内蒙古师范大学地理科学学院；2．内蒙古师范大学 教务处，内蒙古呼和浩特010022)
内容摘要: 在界定中学地理实验含义的基础上,探讨了地理实验的分类,提出中学地理实验因内容不同可分为6个系列70个项目。地理实验的内容设计应遵循科学性、目的性、表现性、多样性、探究性、可行性等设计理念,设计了6大系列。
关键词： 中学地理实验；实验类型；实验内容
目前我国正在进行的新一轮的中学地理课程改革,对地理实验从课程理念到课程目标都明确提出了要求,十分强调通过地理实验等活动使学生亲身体验地理知识产生的过程,增强地理实践的能力。《地理课程标准》指明了地理基础教育课程改革的方向。地理教育必须进一步树立地理实践教学的指导思想,必须重视学生地理实践动手能力的培养,为此,我们需要积极研究地理实验内容,设计地理实验项目,为中学地理实验教学积极开发课程资源服务。
一、地理实验的界定
《辞海》对“实验”辞条的定义是:设计来检验一个理论或证实一种假设而进行的一系列操作或活动。也有人认为,实验是在教师指导下学生运用一定的仪器设备进行独立作业,观察事物和过程的发生和变化,探求事物的规律,以获得知识和技能的方法[1]。那么,什么是地理实验呢?对此,我们进行了文献调研,主要有如下一些观点：
1．地理实验是一种获得和验证地理知识的方法。东北师范大学曹琦先生主编的《中学百科全书·地理卷》中表述为:地理实验法是运用一定的器材和设备,人为地使所要学习的地理事物和现象及其变化过程表现出来,以获得和验证地理知识的方法[2]。
2．地理实验是一种教学活动。福建师范大学袁书琪教授主编的《地理教育学》则表述为:地理实验除了模拟展现地理过程,广义的地理实验还包括教师在课堂实施的实物演示。地理实验既包括实验室里的实验,也包括地理观察、野外考察和调查等教学活动,如模拟大气降水过程、采集矿物岩石标本、观察河流侵蚀情况、测量降水的酸度[3]。
3．地理实验是一种地理实践教学方法。华东师范大学段玉山主编的《地理新课程教学方法》一书把地理实践教学方法分为地理观测法、地理调查法、地理实验法、地理考察法等[4]。并提出:地理实验法是指学生在教师的指导下,通过实验,得出结论,从而完成既定学习任务的教学方法。实验同样也是地理认知过程中的重要手段之一。
4．地理实验是一种地理活动。华东师范大学夏志芳教授将地理活动课分为十种类型,即动手制作型、游戏娱乐型、观察观测型、参观调查型、视听阅读型、竞赛演讲型、实验操作型、规划设计型、论文写作型和旅游探“险”型等[5]。这里的地理实验是地理活动课的一种类型。夏先生在分析我国高中地理教材(人民教育出版社2000年11月版)时,将教材课后设计的活动类型分为观察型、实验型、调查型、演讲型、辩论型、论文型、分析型和板报型等八种[6]。这里的地理实验实际上是地理教材中活动类型的一种。
5．地理实验是一种地理实践活动。普通高中《地理课程标准(实验)》中提出“重视对地理问题的探究。倡导自主学习、合作学习和探究学习,开展地理观测、地理考察、地理实验、地理调查和地理专题研究等实践活动。”[7]这里的地理实验是与地理考察、地理调查相并列的一种地理实践活动。
以上各种观点从不同的角度对地理实验的含义进行了界定,都有一定的道理。笔者认为,地理实验是一种重要的教学实践活动,是一种有目的、有步骤地通过控制或模拟地理现象和地理过程来认识地理事物和规律的一种感知活动。地理实验的教学目的是获得和验证地理知识,学习地理操作技能和方法,培养地理能力和情感、态度与价值观。地理实验要经过实验的准备、实验的实施和实验的处理等阶段。这里的地理实验仅指在实验室或教室里的实验观测活动,不包括地理野外观察、观测活动和地理调查。它不仅是一种地理实践教学形式,还是地理教学内容的重要组成部分,一般以模拟自然地理现象和过程,绘制地图实验为主。
二、中学地理实验的分类
我国中学地理实验的分类主要有如下几种:
1．按使用仪器和材料不同分类,分为真实实验和模拟实验[3]。真实实验是指使用与自然界实际发生的过程基本相同的材料和顺序进行的实验,只是在规模和个别细节上有所不同。如“沉积物分选实验”、“哪些类型的土壤最能保持水分”实验等均属此类。模拟实验是指由于地理事物分布空间上的广大和演变时间上的久远,中学地理教学不可能把所有、甚至大部分自然过程直接引入地理实验,但是可以使用一些替代的材料,设置一些类似的条件或环境,模拟地理演变过程。因此,地理实验教学中大部分实验是模拟实验。模拟实验又分为: (1)实物模拟实验,如模拟火成岩生成的实验、再现降雨过程的实验等; (2)计算机模拟实验,是指运用计算机绘图、动化、声音和人机对话等功能,把很多在课堂上真实实验无法表现或不易观察的地理现象直观的模拟出来,如地球运动、大气运动、洋流、水循环、土壤形成、地壳运动等都可以用计算机多媒体形象直观的模拟演示。
2．按地理要素类型不同分类,可分为如下四类:(1)地球运动实验,如地球自转、公转、太阳高度角变化等实验; (2)大气实验,如风向偏转实验,阳光直射、斜射与气温高低变化实验等; (3)水的实验,如水循环、洋流形成实验等; (4)地壳运动实验,如褶皱、断层实验,石灰岩地形形成实验等[2]。
3．按地理实验的时间安排不同分类,分为地理感知性实验和地理验证性实验[4]。地理感知性实验是指安排于某学习内容之前的实验,目的是使学生通过实验获得对学习内容的初步感知。教师事先让学生在课外通过在生活中寻找到方法进行实验,验证理论,以提高教学或学习效率。或者在学习某一内容之前,在课堂上先做实验,让学生获得感性认识。如水污染的实验,教师拿一杯清水,滴入一滴红墨水,红墨水渐渐扩散出去,来模拟水源污染现象。地理验证性实验是指安排于某学习内容之后的实验,目的是使学生通过实验来验证所学地理原理的正确性,加深对所学知识的理解,要求学生有严谨求实的态度。如初一学生在学习“大气受热会抬升,受冷会下沉”气象原理时,常常停留在对结论的机械记忆上,教师或让学生设计一个验证性实验来感受该结论的正确性。
4．按实验操作者不同分类,分为教师演示实验和学生操作实验[3]。教师在演示实验时,全班学生进行观察。教师或边演示边讲解,或实验前提出观察要求,实验时不作任何说明,实验后由学生描述实验现象,分析实验结果。如海陆热力性质差异的演示、地轴倾斜角度与太阳关系的演示实验。这种实验对实验条件要求不高,教师一人操作,节省时间、精力和材料,还有利于教师调控课堂。因此,教师演示实验是地理课堂教学中应用最广泛的实验形式,直观性强,深受广大地理教师和学生的欢迎,一次操作就能满足全班学生的观察需要。学生操作实验是地理实验最理想的形式。学生操作实验最好在地理实验室,或者地理专用教室中进行。学生操作实验一般要由教师讲清实验要求,由学生自己操作实验。如运用地球仪演示地球运动的实验,风的搬运作用的实验,沉积物分选的实验等等都可以设计成学生操作实验。
5．按地理实验的层次不同分类,分为验证性实验、设计性实验、综合性实验。验证性实验是验证课堂所学理论的实验,一般由学生操作完成,使学生获得实验技能的训练。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。如由学生设计热力环流的形成实验、设计多种方案制作等高线地形模型的实验。一般地,开始时由教师提出实验要求,由学生根据所学内容,提出实验的方法和步骤,选择仪器,由学生完成实验的全部过程。经过一段训练之后,可以全部由学生自己组织实验,从而培养学生的主动性和创造性。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。该类实验具有一定的深度和广度,常常是课题性实验,如在学习“水污染对农业生产的影响”时,可让学生通过研究含有机磷的洗衣粉来进行有关水体污染的实验。
综上所述,地理实验由于分类标准不同,可以有多种分类体系,这些分类各有优缺点,笔者主张根据地理实验的内容不同进行分类,可将地理实验分为地、月、日三球系列实验、地图系列实验、地质地貌系列实验、气象气候系列实验、水文系列实验、生物土壤系列实验以及他们各自的教具学具制作系列实验。
三、中学地理实验内容的设计
(一)地理实验设计的基本理念
1．科学性。科学性是对实验教学的最基本要求。科学性的第一个含义是实验的设计要能正确反映某一地理过程的内在规律,实验的结果要能使学生得出正确的结论。科学性的另一个含义是要尽量地准确。设计的基本思路是正确的,但某一细节不那么准确,也是科学性不强的表现。
2．目的性。地理实验是一种有目的的感知活动。地理实验的教学目的是获得和验证地理知识,学习地理操作技能和方法,培养地理能力和情感、态度与价值观。因此,地理实验的设计和实施应强调它的目的性。
3．表现性。表现性是指地理实验的选择和设计要使学生能明显地看出实验结果,以便学生针对实验结果进行分析、讨论,并得出结论。如果实验的设计和实施使学生很难看出效果,或需要很长时间才能看出,这样的实验的表现性就比较差。
4．多样性。地理实验内容涉及范围广泛,实验类型多种多样,可结合乡土地理,从各种渠道搜集关于地理实验的素材。这就要求教师在设计实验时要考虑地理实验的多样性,在实验教学中引入“实验设计”,设计的地理实验要立足于学生的发展,为学生的思考、探索、发现和创新提供广阔的舞台。
5．探究性。地理实验是人们认识地理现象和地理事物的一种重要手段,是进行直观教学提供感性认识的一种方式,是发展学生科学思维的一种方法,是培养学生创造能力的一条途径。这就要求教师在设计地理实验时要考虑实验的启发性与探究性,并在实验过程中通过分析、启发性提问,引导学生得出实验结论。
6．可行性。实验的设计应从实际出发,要考虑学校、学生的条件,尽量用简易而预期效果好的器材做实验,难度不应过大,在实施地理实验教学的时候,应注意实验仪器的简易性,以及实验设计的简单易行等。应该尽量使用日常生活中可以方便找到的材料和工具设计实验,以便保证实验的实现。
(二)地理实验项目设计
依据地理实验设计的理念,下面以人民教育出版社出版的七年级地理(2001年版)、八年级地理(2001年版)和高中地理(必修, 2000年版)教材为蓝本,设计出如下65个中学地理实验题目。
1．地、月、日三球系列实验。主要有制作简易地球模型的实验,用地球仪演示地球自转的实验,用三球仪演示地球公转的实验,球形时区演示仪和活动表制作的实验,太阳直射光线与晨昏圈变化的实验,设计简易教具演示“同步自转”的实验,地轴倾斜角度与太阳光线关系的实验,地球自转与昼夜变化的实验,利用太阳直射以及手表确定方向的实验,黄赤交角的实验,制作简易固定式经纬网模型的实验,制作简易活动式经纬网的实验,制作组合式经纬网模型的实验,演示地球内部构造的实验,用月球演示仪演示月相变化的实验,用三球仪演示月球绕地并绕日旋转的实验等。
2．地图系列实验。主要有在地图上定向和量算的实验,在地形图上识别地形的实验,绘制校园平面图的实验,绘制中国政区图的实验,绘制中国人口密度图的实验,绘制中国内流区与外流区图的实验,绘制中国铁路干线图的实验,各种地理事象分布图的绘制等。
3．地质地貌系列实验。主要有制作乳胶火山模型的实验,确定震中位置的实验,三大类岩石鉴别的实验,矿物密度的实验,褶皱的实验,断层的实验,沉积物分选的实验,火成岩生成实验,泥沙沉积实验,泥石流发生和防治的实验,风搬运作用的实验,水搬运作用的实验,火山喷发的实验,洋底扩张的实验,地壳运动的实验,中国地形模型制作的实验,五种基本地形模型制作的实验,新疆地形模型制作的实验,黄土地貌模型制作的实验,设计等高线地形模型的实验等。
4．气象气候系列实验。主要有空气运动的实验,季风形成的实验,降雨的实验,气温的测量实验,降水量的测量实验,制作简易晴雨表的实验,大气压力的实验,太阳高度与气温的实验,海陆热力性质差异的实验,酸雨的测定及危害的实验,全球大气环流的实验,暖锋天气的实验,冷锋天气的实验,反气旋的实验,气旋的实验,制作气温曲线和降水量柱状图实验,太阳能实验等。
5．水文系列实验。主要有自流井的实验,泉的实验,水循环实验,洋流形成实验,河流流向及落差的实验等。
6．生物土壤系列实验。主要有模拟生态系统的实验,小群落演替实验,各种土壤保持水分比较实验,流水对土壤侵蚀作用的实验等。
参考文献：
[1]王道俊,王汉澜.教育学[M].北京:人民教育出版社,2001. 251-252.
[2]曹琦.中学百科全书·地理卷[Z].长春:东北师范大学出版社, 1994. 6.
[3]袁书琪.地理教育学[M].北京:高等教育出版社,2001. 172-174.
[4]段玉山.地理新课程教学方法[M].北京:高等教育出版社, 2003. 43-45.
[5]夏志芳.中学地理教育实习[M].北京:高等教育出版社, 2000. 202-203.
[6]夏志芳.地理课程与教学论[M].杭州:浙江教育出版社, 2003. 225-226.
[7]中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准[S].北京:人民教育出版社. 2001. 21
作者简介：
张卫青，内蒙古师范大学地理科学学院，副教授，硕士生导师；
徐宝芳，内蒙古师范大学地理课程与教学论硕士点主任，教授，硕士生导师。
（发表于《内蒙古师大学报》（教育科学版）2005年第10期）