曹剑锋 蒋婷
摘要：高中地理学科核心素养要求培养学生地理实践力，利用“地理实验”进行教学越发受到重视和追捧，但如何开发实验、运用实验、改进实验，在地理教育界尚未形成固定的模式。本文以自然地理教学为例，探讨高中地理实验教学。
关键词：高中自然地理；实验教学；地理实践力
随着高中地理核心素养的深入推进，地理教师依据高中地理课程标准，利用地理实验进行地理教学越来越受到重视[1]。自然地理学主要研究各自然地理成分的特征、结构、成因、动态和发展规律，与物理、化学、生物等自然学科交叉融合。因此，自然地理的教学，应与其它自然学科一样，采用实验教学法，即通过一定的设备和器材，以获得和验证所学地理知识。
一、地理实验选取的基本理念
地理实验教学是将语言的教学内容放入能直观感受的教育环境中，通过模拟或真实的教学场景帮助学生掌握相关知识和技能。地理实验设计的首要原则是真实、客观。地理在高中作为选修或必修课程，课时少、内容多，要在有限时间内完成规定的教学任务，必须选取一些重点、难点作为实验内容，从而更直观、更有效地理解和掌握地理知识。实验设计的目的是锻炼学生思维，培养学生分析和解决问题的能力。因此，实验过程中应让学生多动脑设计，避免教师过多参与，既然以学生动手为主，实验设计可简易、好操作。根据地理实验选取理念，必修一内容可选取一些典型可操作的实验（如表1）。
二、地理实验的运用模式
1.操作实验
课内操作实验即学生利用学具、教具或其它地理实验器材，在教师指导下，通过合作、探究和动手操作获得实验结果或数据等直接经验的教学方式。学生参与实验一般以小组为单位，选取需要“立体式”观察、“过程式”探究的知识为实验内容，是地理实验教学最理想的状况，也是对学生能力培养的有效途径。学生操作实验需要有实验室或地理专用教室，我国大部分学校尚不具备该条件，但可以借用物理、化学实验室进行实验，或者将一些只需简单设备的实验放在普通教室中进行。通过地理实验操作，学生可以获得宝贵的直接经验，也能体验到合作和探究学习的乐趣。
案例1：沿地球水平运动物体的偏移
器材：雨伞、墨水和清水等。
原理：地球自转产生地转偏向力，导致沿地表水平运动的物体方向发生偏转。
步骤：①将雨伞撑开，伞尖代表北极点朝上，在伞尖处滴适量的墨水；②模拟地球自转方向（以北极点为中心逆时针旋转）；③观察并描述墨水滴流痕的偏转方向；④将雨伞伞尖代表南极点，重复2、3步骤，但自转方向与2步骤相反。
结论：地表物体做水平运动时，运动方向会发生偏转，在北半球向右偏、南半球向左偏。
2.演示实验
课内演示实验即充分利用教具、器材，采用演示手段，配合导讲导问，使学生间接获得地理事物感性知识的一种方式。在我国地理教学还不能全面开展实验的情况下，由教师在课堂上演示或与学生合作实验，成为时代背景下的主流。该方式可以激发学生地理学习兴趣，获得生动而直观的感性认识，还可以加深学习印象，形成正确地理概念。演示实验是以教师导讲导问的形式展开，它既适用于单一抽象知识的快捷展示，也适用于复杂地理运动规律的层层揭示，具有应用范围广，灵活性高、综合性强等特点。
案例2：锋面系统形成过程
目的：冷空气（蓝色的冷水）主动向暖空气（红色的热水）移动，暖空气顶盖上出现“云雨”现象。
器材：中间有凹槽的长方形透明容器（在水槽两端各增加一种动力）、隔板、蓝色冷水、红色热水、冰块、实验报告。
步骤：在容器里一侧放温度较低、比重较大的蓝色液体，其顶盖上面放冰块；另一侧放温度较高、比重较小的红色液体，中间用一隔板把两种液体隔开；迅速抽去隔板，打开蓝色（或红色）冷水一侧的动力观察、记录实验现象。
现象：在短时间内，蓝色液体渗入到红色液体之下，并形成一个倾斜的分界面，且顶盖上出现“云雨”现象。
结论：冷暖气团相遇时，会形成一个倾斜（形态）的交界面，即锋面。由于冷空气密度大，暖空气密度小，当冷暖气团相遇时，一般是冷气团位于锋面的下方，暖气团位于锋面的上方，并沿锋面爬升。由于锋面两侧的温度、湿度、气压、风等都有明显差异，所以在锋面附近常伴有云、雨、风等天气。
3.计算机模拟实验
计算机模拟实验即用计算机技术模拟演示地理现象、地理过程、地理规律，使学生直观获得地理知识的一种方法。在中学地理教材中有很多地理现象、过程、规律远超出学生的感知范围，成为地理学习的难点，特别是“地球运动”、“大气运动”、“洋流”等部分内容。利用计算机多媒体制作三维立体模拟动画，可以实现事物虚实、远近、快慢的变换，也可以展示事物真实、立体、动态的形成过程，借此，学生能清晰直观地理解事物及其形成过程或规律，从而轻松快速地掌握这一知识点[2]。借助计算机进行模拟实验，在物理、化学等理科中已广泛应用，但在地理学中的应用研究尚浅。目前，多配合Flash、ArcGIS等软件，在计算机领域融入地理元素，使计算机模拟地理实验更具学科专业性。
案例3：气压带和风带（单圈环流和三圈环流）
图1、图2是利用计算机模拟全球性大氣运动的模拟图。全球性大气运动宏观又抽象，在其形成过程中复杂多变，依据学生现阶段的认知水平，仅利用常规教学工具和手段无法取得良好效果，利用计算机模拟实验则可以立体有步骤地再现大气运动的全过程，在演示气流的冷暖变化及空气柱、风带和气压带的移动变化上效果尤为明显。
4.课外实践性实验
课外实践性实验即利用现实中存在的地理事物或地理过程，在地理教师指导下，应用相关的仪器或工具设备，利用课外时间，通过实地操作，获得对地理事物亲身感受掌握地理知识的过程。地理课外实践性实验的开展，既可以增强地理对学生的吸引力，还能帮助学生形成主动探究地理问题的意识及自觉运用知识进行实际操作的能力，使学生得到某些“发现”真理、验证规律的训练。endprint
案例4：观察测量当地的经纬度
和正午太阳高度角
器材：①取长1m左右的木杆或竹竿（做圭杆）；②长2m左右的绳子和钉子（在地面上画圆弧用）、时钟、刻度尺、量角器等。
步骤：①在春分日前一天，选一块平坦开阔的空地，将圭杆垂直插入地上。见图3O点处（图3为其平面图）；②以O点为圆心，以上午某时刻杆影OA为半径画弧AD，并画出OA线；③当下午某时刻的杆影末端落到AD与B点时，画OB线；④作∠AOB的角平分线OC；⑤第二天当杆影OE落到OC线上时，就是当地地方时正午12点，同时∠OEP就是当日的正午太阳高度角，并记录此时的杆影长L，北京时间T。
结论：通过圭测法可得出正午太阳高度最大时刻的某地所在的经线时刻即为正午12点，说明当地正午12点；根据时差的原理，可知当地的经度δ=116°E +（T-12）；用反三角函数求出∠OEP即为正午太阳高度角θ，根据正午太阳高角的计算公式，计算该地的纬度φ=90°-θ。
三、实验教学选用问题及解决措施
1.教师“实验教学”专业素养不高
素质教育要求教师以学生为工作中心，培养学生在学习中的动手、动脑能力，但实际完全背离了素质观的要求。在传统的教育观念和现实教育情形双重影响下，各师范院校对“地理实验教学”的课程设置留白，造成新生代教师在实验教学方面的专业素养较低，无法熟练地进行相关实验操作。对于老教师而言，传统教育思想已经根深蒂固，又缺乏专业的地理实验知识。因此，要合理高效地进行实验教学是一项巨大的挑战，加强对地理教师专业素养的培养是必经之路，特别要走出常见误区，如只要吸引学生，实验是否科学并不重要；只要有利于教学目标实现，不必强求实验规范等。
2.学校“实验教育”环境条件不佳
由于高中地理课时少，教学内容多，成绩至高无上。为保证升学率，学校注重考试内容的教学，忽视地理实验的探究教学。另外，受到教育经费限制，大多数学校特别是农村中学无力购买实验设备和器材，制约了实验教育方法在实际教学中的应用。要解决上述问题，首先应调整教育评价机制，其次要加强对地理实验设备的投入。当然，教师也要善于从周边环境入手，着眼于生活，将一些本土的、废弃但安全的资源作为实验材料。同时，设计实验时，应从单一目的向多角度发散，让同一实验多层次多角度地反映出不同的实验结果。实验过程还应合理储存，做到重复可视化。还可以借鉴微课，形成视频资料，成为学校的教育资源，从而提高资源的利用率。
3.社会实践基地机制不完善
在高中地理实验教学中，还需要借助校外的实践基地，如天文台、气象站、地质博物馆等，但目前学校很少与这些校外单位建立联系，更没有建立完善的社会实践基地机制。学生无法了解社会实际情况，更无法依据现实设备和数据展开实验，达到探索知识、求证规律的目的。为了规范地理实验教学，培养学生实验的意识和能力，地理教師应积极与校外相关单位形成合作关系，建立专业地理实践基地，完善社会基地建设机制，定期展开地理实验活动，形成校本教育资源，提高地理教育教学效果。
参考文献：
[1]普通高中课程标准实验教科书.地理[M].北京：教育科学出版社，2015.
[2]米清元.高中地理实验教学设计研究[D].西北师范大学，2014.endprint
