高中地理實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)策略

【摘要】實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)是高中地理教學(xué)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)作為實(shí)際操作環(huán)節(jié)，能促使學(xué)生遷移應(yīng)用課本中知識(shí)，讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解相關(guān)的地理現(xiàn)象，提高理解能力，培養(yǎng)地理核心素養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】高中地理；實(shí)驗(yàn)探究；活動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)作為高中地理教學(xué)中重要的一環(huán)，可以將課堂中的“教”與“學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白觥保寣W(xué)生通過直觀的實(shí)驗(yàn)探究加深對(duì)地理現(xiàn)象的理解；可以有效發(fā)揮學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)地理現(xiàn)象和地理學(xué)習(xí)的興趣；可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度，拓展學(xué)生的地理思維。一、觀察實(shí)驗(yàn)，了解現(xiàn)象過程高中地理探究的是生活中的地理現(xiàn)象及其原理。在教學(xué)過程中，教師可以通過實(shí)驗(yàn)將不易觀察的現(xiàn)象清晰地展現(xiàn)出來。學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)，將日常生活中的地理現(xiàn)象放大、細(xì)化，探究其中的原理，感受地理的奇妙之處。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一節(jié)“流水地貌”時(shí)，教師可以用沙土堆成一個(gè)小山，用水壺灑水模擬河流沖刷，進(jìn)行模擬河流上游的流水侵蝕實(shí)驗(yàn)并讓學(xué)生仔細(xì)觀察。在這個(gè)過程中，學(xué)生可以觀察到下蝕、側(cè)蝕和溯源侵蝕等現(xiàn)象，了解到河流在流動(dòng)的過程中，對(duì)地表有侵蝕和搬運(yùn)的作用。學(xué)生觀察到河床加深，河流向縱深方向發(fā)展，理解了下蝕現(xiàn)象；觀察到河谷變寬，河流向橫向發(fā)展，理解了側(cè)蝕現(xiàn)象；觀察到插在原本河流源頭前方的小旗倒下了，流水向源頭方向侵蝕，理解了溯源侵蝕現(xiàn)象；觀察到由于河流落差大、流速快，因此流水以下蝕和溯源侵蝕為主，從而形成“V”型河谷。而后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察小山前的沙土和流水，了解流水堆積現(xiàn)象。在山區(qū)，河流挾帶大量礫石和泥沙。當(dāng)河流流出山區(qū)進(jìn)入較平坦的地面時(shí)，河流變得開闊，水流速度減慢，河流搬運(yùn)的物質(zhì)逐漸在山前沉積下來，形成扇狀堆積地貌，即沖積扇。學(xué)生可以觀察到，顆粒大、比重大的沙粒先沉積，顆粒小、比重小的沙粒后沉積；可以觀察到，在同一河段，侵蝕、搬運(yùn)和堆積是同時(shí)進(jìn)行的，在彎曲河段兩側(cè)河水流速不同，一側(cè)發(fā)生侵蝕，同時(shí)另一側(cè)發(fā)生堆積，并了解到，相對(duì)原來平直的河岸而言，凹進(jìn)的一側(cè)河岸稱為凹岸，凸出一側(cè)稱為凸岸；可以觀察到，凹岸一側(cè)小旗倒下，說明凹岸以侵蝕為主，凸岸以堆積為主。教師通過實(shí)際演示將課本中的文字描述展現(xiàn)出來供學(xué)生觀察，幫助學(xué)生了解侵蝕和堆積地貌形成過程。地理實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生直觀地了解地理現(xiàn)象。在演示實(shí)驗(yàn)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)，讓學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)中關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)。這樣，可以有效激發(fā)學(xué)習(xí)地理的興趣，有利于學(xué)生理解地理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的能力。二、模擬實(shí)驗(yàn)，深入理解原理教師要改變一味傳授知識(shí)的方式，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)不斷感受地理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣［1］。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)際操作中感受地理現(xiàn)象變化過程，鍛煉學(xué)生的地理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三?jié)“大氣熱力環(huán)流”時(shí)，教師可以根據(jù)熱力環(huán)流的原理提供實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生根據(jù)步驟完成實(shí)驗(yàn)，積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。具體而言，學(xué)生可以兩兩組合，準(zhǔn)備兩個(gè)裝水容器，一個(gè)裝滿100℃的熱水，另一個(gè)裝滿冰水。在這兩個(gè)容器上面，放一個(gè)裝滿常溫水的大容器。學(xué)生在熱水容器上方，向大容器滴入黑色墨水；在冷水容器上方，向大容器滴入紅色墨水。隨后，學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：熱水上方的黑色墨水在大容器中總是向上漂浮，而冷水上方的紅色墨水在大容器中總是向下沉。于是，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)：熱水上方的墨水向上漂浮，是由于大容器中的水受熱膨脹，不斷上升；而冷水上方的墨水向下沉，是由于大容器中的水受冷收縮，不斷下沉。這個(gè)過程正是熱力環(huán)流的體現(xiàn)—近地面的大氣在受熱時(shí)會(huì)不斷膨脹上升，使近地面形成低氣壓；而大氣在受冷時(shí)會(huì)不斷收縮下沉，使近地面形成高氣壓。氣流會(huì)從高氣壓流向低氣壓，由此形成熱力環(huán)流。教師讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程、動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生深入理解熱力環(huán)流的現(xiàn)象和成因。在教學(xué)過程中，教師要改變單獨(dú)演示、理論灌輸?shù)姆绞?，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)、操作，從而提高地理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)地理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和知識(shí)點(diǎn)的融合，逐漸提高地理實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和觀察能力。三、虛擬實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化知識(shí)印象高中地理教師可以充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將以往難度系數(shù)大、難以展示的實(shí)驗(yàn)以虛擬實(shí)驗(yàn)的方式呈現(xiàn)出來。學(xué)生可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)了解地理現(xiàn)象過程，拓寬實(shí)驗(yàn)思維，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣［2］。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第四章的第二節(jié)“海水的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)”時(shí)，教師可以利用多媒體來幫助學(xué)生對(duì)洋流的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行更加深入和直觀的理解。例如，EarthNullschool網(wǎng)頁是一個(gè)基于實(shí)時(shí)氣象和地球科學(xué)數(shù)據(jù)的互動(dòng)地球模擬器。教師可以結(jié)合網(wǎng)站中的全球?qū)崟r(shí)地圖來帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)洋流的相關(guān)知識(shí)。如，在觀察太平洋地區(qū)時(shí)，教師可以展示太平洋地區(qū)溫度圖。學(xué)生觀察到赤道附近溫度較高，由此推斷太陽輻射是海水最主要的熱源；通過對(duì)比可以看出受太陽輻射的影響，海洋表層水溫的高低會(huì)隨時(shí)間和空間變化而變化。而后，針對(duì)洋流的形成，教師可以在網(wǎng)站中展示洋流圖，并向?qū)W生解釋洋流的相關(guān)知識(shí)。如，日本暖流的相關(guān)知識(shí)：夏季，亞洲大陸上的季風(fēng)帶來了大量的暖濕空氣，這些空氣在菲律賓海地區(qū)升溫并導(dǎo)致海水溫度上升；地轉(zhuǎn)偏向使日本暖流流向東北方向；日本暖流帶來了溫暖的海水，有助于維持日本相對(duì)溫暖的氣候……同時(shí)，教師也可以結(jié)合日本暖流的形成原因，讓學(xué)生推測其他洋流的形成過程。此外，教師還可以利用太陽運(yùn)動(dòng)軌跡模擬工具，向?qū)W生展現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、黃赤交角、晨昏線和晝夜交替等現(xiàn)象；利用Ventusky模擬海水溫度、大氣污染等地理現(xiàn)象。教師通過虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生以虛擬的方式觀察地理現(xiàn)象，幫助學(xué)生構(gòu)建地理現(xiàn)象的知識(shí)框架，拓寬學(xué)生的思維。教師利用新媒體進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供了更安全、互動(dòng)性更強(qiáng)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，有助于學(xué)生進(jìn)一步理解地理現(xiàn)象和過程。同時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣進(jìn)行探索和實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的參與性。教師也可以根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)提供的結(jié)果和反饋，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，幫助學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)過程。四、測算實(shí)驗(yàn)，精確過程數(shù)據(jù)通過準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集和分析來深入研究地理問題，能讓學(xué)生深刻理解知識(shí)點(diǎn)。利用數(shù)據(jù)來反映地理現(xiàn)象，可以使實(shí)驗(yàn)更具說服力，加深學(xué)生對(duì)地理現(xiàn)象的印象［3］。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三節(jié)“大氣熱力環(huán)流”有關(guān)海陸風(fēng)形成的相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生通過測算數(shù)據(jù)來完成實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過直觀的數(shù)據(jù)來理解知識(shí)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中，首先將兩個(gè)小容器分別填充水，一個(gè)表示海洋，一個(gè)表示陸地。學(xué)生用溫度計(jì)測量和記錄兩個(gè)容器內(nèi)水的初始溫度。而后，讓學(xué)生打開暖風(fēng)機(jī)，將溫暖的空氣吹向陸地模擬容器，升高陸地模擬區(qū)域的溫度，第二次用溫度計(jì)測量并記錄陸地模擬容器內(nèi)水的溫度。同時(shí)，讓學(xué)生觀察并記錄空氣濕度和風(fēng)速風(fēng)向。接著，讓學(xué)生打開冷卻裝置，將冷卻風(fēng)吹向海洋模擬容器，降低海洋模擬區(qū)域的溫度，第三次用溫度計(jì)測量并記錄海洋模擬容器內(nèi)水的溫度。同時(shí)，讓學(xué)生觀察并記錄空氣濕度和風(fēng)速風(fēng)向。如此，每隔一段時(shí)間記錄一次溫度、濕度和風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，直到觀察到明顯的海陸風(fēng)現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到，當(dāng)陸地模擬區(qū)域升溫時(shí)，空氣上升，形成低壓區(qū)，這導(dǎo)致了海洋模擬區(qū)域的空氣流向陸地，形成海陸風(fēng)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推測得出，本次海陸風(fēng)的形成導(dǎo)致了陸地模擬區(qū)域的溫度下降，濕度上升。同時(shí)，海洋模擬區(qū)域的溫度上升，濕度下降。風(fēng)速風(fēng)向的測量顯示，在海陸風(fēng)形成過程中，風(fēng)從海洋吹向陸地，產(chǎn)生了明顯的風(fēng)向變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，海陸風(fēng)是由于陸地和海洋溫度差異引起的大氣環(huán)流現(xiàn)象，對(duì)氣溫、濕度和風(fēng)向產(chǎn)生顯著影響。通過測算實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)數(shù)據(jù)逐漸把握海陸風(fēng)形成的規(guī)律。通過實(shí)際測算、收集和分析數(shù)據(jù)來親身體驗(yàn)地理現(xiàn)象，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力及推理能力得到有效提升。教師可以在這個(gè)過程中鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和自主學(xué)習(xí)的能力。五、對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探究現(xiàn)象結(jié)果教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)比數(shù)據(jù)并分析差異和相似之處，讓學(xué)生更加全面和深入地理解地理知識(shí)。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一節(jié)“流水地貌”時(shí)，為了探究“土壤如何更好地保護(hù)植被”的問題，教師可以進(jìn)行“不同下墊面狀況對(duì)下滲環(huán)節(jié)的影響”的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好理解知識(shí)點(diǎn)。首先，教師要收集不同類型的土壤樣本：砂土、壤土和黏土，并將這三種土分別均勻填充到容器中。接下來，在每個(gè)容器上方模擬降雨，保持一定的降雨強(qiáng)度和時(shí)間。學(xué)生使用滲透儀測量從土壤中滲透到容器底部的水量，并記錄下滲時(shí)間。重復(fù)上述步驟，并在不同下墊面條件下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中記錄每個(gè)下墊面條件下的下滲速率數(shù)據(jù)，并進(jìn)行比較和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到：砂土下墊面條件下，下滲速率較快，水分迅速滲透到地下；壤土下墊面條件下，下滲速率適中，土壤能夠保持一定的水分；黏土下墊面條件下，下滲速率較慢，水分滯留在土壤表層較長時(shí)間。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，能夠得出壤土在面對(duì)自然的降雨時(shí)，能有效保護(hù)植被。為了進(jìn)一步探究，教師還可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行坡度實(shí)驗(yàn)，即用同一種土壤作為下墊面，鋪設(shè)在不同坡度的斜板上，以上述方式記錄實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)等，由此來證明坡度對(duì)植被的影響。完成了一系列的實(shí)驗(yàn)后，可以得出結(jié)論：過度耕種會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，增加侵蝕和土壤流失的風(fēng)險(xiǎn)；采用可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐，如減少耕種頻率、使用覆蓋作物，有助于保護(hù)土壤；在斜坡地區(qū)，采取適當(dāng)?shù)钠碌毓芾泶胧缧藿ㄌ萏?、植樹阻風(fēng)、建設(shè)保護(hù)性結(jié)構(gòu)，以減緩水流速度和土壤侵蝕。在完成實(shí)驗(yàn)后，教師可以提出問題：如果想要更好地保護(hù)植被，還有哪些辦法呢？學(xué)生回答：防止土壤污染，避免廢棄物和化學(xué)品的非法丟棄；定期監(jiān)測土壤質(zhì)量，確保土壤健康；對(duì)于受到嚴(yán)重破壞的土壤和植被區(qū)域，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)工作，如重新植樹造林、引入適應(yīng)性植物、修復(fù)濕地等，幫助恢復(fù)土壤和生態(tài)系統(tǒng)；提高公眾對(duì)土壤和植被保護(hù)的意識(shí)，通過教育和宣傳活動(dòng)，鼓勵(lì)人們采取可持續(xù)的土壤管理和植被保護(hù)行動(dòng)。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠清晰地了解同一現(xiàn)象在不同變量的情況下的地理現(xiàn)象，聯(lián)