美国地理教材实验设计与编制及对我国的启示

信阳师范学院城市与环境科学学院（464000） 李文田 苏 华

美国地理教材实验设计与编制及对我国的启示

信阳师范学院城市与环境科学学院（464000） 李文田 苏 华

地理实验是促进学生地理知识学习、强化学生地理技能训练、培养学生地理科学素养的重要途径与载体，在现代地理课程与教学中具有重要的地位和作用，也正日渐成为地理教材的重要组成部分。鉴于多种原因，在我国的地理课程与教学当中，地理实验还是较为薄弱的环节，在地理教材的内容构成当中还没有显示出应有的位置和价值。为此，研究国外地理教材中有关地理实验的内容构成与设计特色，借鉴其设计理念及编制成果，将对我国的地理教材编制起到有益的促进作用。

美国地理教材《地理：地质学、环境与宇宙》(Earth Science: Geology, the Environment and the Universe)由美国麦格劳-希尔（McGraw-Hill）出版公司出版，供9-12年级学生使用，是美国当前高中阶段的主流地理教材。全书由8个单元、31个章节组成，内容丰富，条理清晰。教材设计与编制突出“学生中心论”和“社会中心论”，弱化“学科中心论”，内容选取和阐述与传统地理教材区别显著。尤其在地理实验的设计与编制上，自始至终贯穿了知识、能力、方法并重，动手动脑趣味无穷的思想与策略，非常符合学生的身心发展和现代社会的实际需求，很好地体现了现代课程理论的思想特色。全书倡导要使学生像科学家那样思考，像科学家那样探索，像科学家那样发现，使学生在轻松、愉悦的实验中成为探索自然奥秘，做出科学创造的科学发现者。

一、教材中地理实验设计与编制的特点

1．地理实验内容与类型丰富多样

全书地理实验内容丰富，由于本教材主要供美国理科高中生使用，所以教材中地理实验的内容主要从自然科学角度出发，内容涵盖天文学、地质学、地貌学、气象学、海洋学、水文学、资源学与环境学等学科内容，以体现较为系统和完整的自然地理学内容为其目的。在实验的内容构成上，按照地球的物质构成、地球的表层系统、地球的内部结构及地球之外的顺序进行编排，范围从地球内部到地表，由大气到太空，涉及地球各个组成部分有关的作用和过程，内容丰富，通过不同类型地理实验的理论描述和实践操作，为学生提供了解地理科学的广泛渠道。就实验场景而言，既有以室内内容为主的实验，如“用国际单位制测量”、“制作地震烈度图”、“巨大的胃口”、“解释塑造历史的事件”等；又有以室外内容为主的实验，如“模拟地震”、“识别沿岸地貌”、“研究大气压力-温度的关系”、“观测太阳”等。就实验主体而言，既有以独立完成为主要内容的实验，如“如何确定地物在地球上的位置”、“来自前寒武纪的收益：计算采矿成本”、“危险火山排序”、“露的形成”等；又有以合作探究为主要内容的实验，如“制作矿物图鉴”、“制作和使用地图”、“多种多样的资源”、“太阳系的比例模型”等。就实验性质而言，既有以动脑为主要内容的实验，如“如何确定相对年龄”、“计算坡度：分析海拔高程变化”、“设计一个太阳能海水淡化器”、“危险火山排序”等；又有以操作为主要内容的实验，如“制作晶系模型”、“绘制滑坡图”、“测量地球的陆地和水体”、“模拟水的运动”等。

全书共设置地理实验124个，根据其功能与作用的不同，分为四种基本类型：即探索试验、迷你实验、技能实验与地学实验。在实验数量的分配上，四种基本类型的实验均为31个，为保证地理课堂教学的相对均衡，每章分别设置4个地理实验，分别为1个探索试验、1个迷你实验、1个技能实验和1个地学实验。根据各章节具体内容与要求的差异，地学实验在不同的章节中又分别以四种亚类型出现，即地学实验、网络实验、地学制图实验与设计实验等。不同类型的地理实验在教材中出现的位置与时机各不相同，具有不同的地位和作用。每章起始设置“探索实验”，帮助学生了解本章的主要内容及引起学生的学习兴趣；章节之中设置“迷你试验”与“技能实验”，帮助学生巩固所学地理原理、内容与技能，注重操作能力的训练；每章结束安排“地学实验”，使学生全面了解基本的实验过程，熟练实验研究方法的应用。这样的全方位组合，便于学生建立有关地理实验的完整结构。

2．地理实验设计与编制讲究逻辑，突出层次性

教材中地理实验的设置顺序，依照教育规律，突出逻辑性，围绕教材内容主题、重要概念及核心问题展开。每章开始前设置一个探索实验，主要用来介绍该章的内容并引起学生对本章学习内容的关注和了解，起到开篇导入的作用。实验内容的设计与编制贴近生活，趣味性强，操作简便，便于学生轻松入门，实现快乐学习。如“观察矿物的形状”、“模拟沉积岩分层”、“露的形成”、“测量地球的陆地与水体”、“在哪里可以发现石油”、“观测太阳”等。

章节内容之中，分别穿插设计迷你实验和技能实验，目的是分别从不同的角度对所学内容进行实验演示，以增进学生对所学地理知识与技能的理解与掌握。迷你实验的实验过程一般比较简短，所用仪器、材料易于获取，操作简单，可以在家或在老师的帮助下完成，有助于学生对所学地理知识的认识与巩固，并引发学生对具体学习内容的兴趣和积极性。如“如何确定地物在地球上的位置”、“影响云和降水形成的因素”、“研究海水的化学组成”、“硬水”等。技能实验比迷你实验相对复杂和有一定的难度，实验内容主要为以数学为基础的地理练习，通常需要解释地理数据并制作地理图形。目的在于通过实验操作与学习，训练学生的地理基本技能，如解读、绘制地理图表的技能，整理、计算地理数据的技能，分析、应用地理资料的技能等。技能实验的实验数据、实验材料、问题提出多出自现实生活，内容来源与现实生活联系紧密，注重对学生解决生活实际问题技能的培养。如“计算坡度：分析海拔高程的变化”、“分析科学图表：估算矿物的成分”、“制作并使用图表：探索地震波的传播时间”、“解释科学图表：预测日食外观”等。

每章内容结束设置一个地学实验，内容较为丰富和充实，约为2页左右。相比与其它三类实验，地学实验目标更为明确，步骤更为完整，内容更为具体，是从地理科学角度出发安排的综合性地理实验。根据各章节具体内容与要求的差异，地学实验在不同的章节中又分为四种亚类型：地学实验、网络实验、地学制图实验与设计实验。地学实验一般包括实验准备（如问题、器材、目标等）、实验步骤或实验设计、实验分析、结论与应用等四个部分，比较完整具体，目的在于使学生明确完整地理实验所需的准备、材料及步骤，从而训练学生掌握系统完整的地理实验方法。如地学实验“探索岩石的变化”、“震中的定位”；网络实验“追踪飓风”、“星系的分类”；地学制图实验“绘制滑坡图”、“制作古地磁图”；设计实验“设计一个太阳能海水淡化器”、“设计一个能量高效利用的建筑”等。

3．地理实验设计与编制注重发展，强调探究性

探究是进行科学实验的基础，任何实验都离不开探究；发展是学生素质的进一步完善，任何实验都以促进学生的素质完善为目标。地理实验的探究性就在于通过让学生参与实验，进行探究，发展学生的各项技能和能力，培养学生的问题意识和创新精神，促进学生的身心发展，完善学生的自身素质。美国地理教材《地理：地质学、环境与宇宙》中地理实验的设计与编写，非常注重通过实验探究达到促进学生成长与发展的作用。教材不仅在知识呈现时，注重科学家发现这些知识的探索与发现过程，而且通过多种多样的地理实验设计与编写，进一步加深学生的体会和感受。首先通过实验的情景创设，激发学生对实验的探究兴趣和欲望，提高学生参与实验探索的积极性和主动性。其次通过实验的过程设计，给学生自己发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的机会，始终坚持培养学生动手动脑、开展科学探究的方法和能力，促进学生自身能力的发展。最后通过实验结果的分析与应用，让学生体会和感受实验的成功与喜悦，使学生产生对进一步实验的期待。同时，在问题探究的处理上，讲究逻辑性和层次性，课文开始之初安排操作较为简单的探索实验，激发学生的实验热情；章节之中穿插技能实验和迷你试验，培养学生的实验技能和加深学生对所学知识的理解；章节结束安排结构完整的地学实验，训练学生掌握系统、完整的地理实验方法，利于学生技能和能力的持续、全面发展。如第5单元“动态的地球”第19章“地震”中的技能实验“制作并使用图表：探索地震波的传播时间”。

【技能实验】制作并使用图表

探索地震波的传播时间，可以将地震波比作赛跑者。假设帕姆和萨姆比赛100米短跑，帕姆跑完100米用了12s，萨姆用了14.5s。

步骤

（1）复制右图（略）。在图中画两点代表帕姆和萨姆跑完100米所用的时间。从这两点分别画一条直线到原点。这两条线就是帕姆和萨姆的时间曲线。

（2）测量50米处这两条线之间的时间间隔。是大于1s还是小于1s？

（3）将尺子平行于纵坐标轴的方向移动，直到找到两条曲线的时间间隔为1s的位置。这时的距离是多少？

分析

（1）在其它的距离上有没有相同的时间间隔？

（2）两个赛跑者的平均速度分别是每秒多少米？

理性思维

（1）检查你的计算结果，用步骤3所得的距离分别除以两个人的速度，得到每个人到达那点所用的时间，两者相差是否为1s？

（2）帕姆和萨姆分别代表哪种地震波？讨论一下你的曲线与地震波的时距曲线有什么不同。

4．地理实验设计与编制联系实际，倡导生活性

美国心理学家布鲁纳说:“学习的最好刺激乃是对学习材料的兴趣”。这句话同样适用于地理实验的设计与编写，富有情趣和吸引力的地理实验，会刺激学生了解实验、参与实验的兴趣和欲望，有助于学生对地理实验的探索和学习。地理知识的学习非常强调由近及远，结合身边的事物进行，而许多富有趣味的地理学习材料都是来源于现实生活的。地理实验从实验情景的创设到实验内容的编写，如果结合身边事物及日常生活进行，不仅有利于激发学生的学习兴趣，而且有助于使学生对地理事物产生身临其境的感觉，避免空泛而论，还有助于学生对“学习对生活有用的地理”的认识，激发学生学习地理的积极性和创造性。美国地理教材《地理：地质学、环境与宇宙》倡导教给学生具有趣味性的活生生的地理学，在地理实验的设计与编写上，注重从现实生产与生活中挖掘素材，强调生活知识与科学知识之间的切换。为了更好地实现学生各种直觉感观对信息的捕捉及思维和实践的创新过程，教材在充分体现生活知识和科学知识切换的基础上，精心设计与编写地理实验，注重突出地理实验的趣味性和生活性。如：“土壤和水怎样吸收和释放热量？”、“红层为什么是红色的？”、“识别沿岸地貌”、“模拟地下水的储存”、“推断自流水含水层的水位”、“了解大气污染物的变化”等等。通过生活场景中的现象探究地理科学知识，把抽象的地理知识融入生活情节之中，增强其趣味性与生活化。如第1单元“地球科学”第2章“绘制我们的世界”中的探索实验“制作和使用地图”。

【探索实验】制作和使用地图

有没有人向你问过路？如果有，你一定知道必须尽可能详细地告诉问路人各种信息，以便他们找到要去的地点。你可能还意识到画一幅详细的地图能更清楚地说明要走的路线。

（1）假设你的同班同学不知道你家住在哪里，请你向他口头描述从学校到你家的路线，越详细越好。

（2）先用绘图纸和彩色铅笔画一幅从学校到你家的地图，包括主要地物和一些细节，再将你画好的地图展示给班上同学看。

（3）请你的同学向你口头描述从学校到他/她家的路线，然后也请他/她画一幅地图让你来检查。

观察：你发现哪一种方式更有效，口头描述还是地图表示？请说明理由。你的地图中包括了哪些信息？与同学探讨怎样改进你的地图，还要加上哪些细节？

二、对我国地理教材设计与编制的启示

1．增设地理实验专栏，优化地理教材栏目

专栏是教材的重要组成部分，起着提纲挈领的作用。同时，教材专栏的内容、形式等也分别体现着不同类型和层次的教育理念，多样化的教材栏目不仅对于教师的教，而且对于学生的学能够起到不同的作用与效果。教材的设计与编制应注重对栏目的设计与优化，按专栏要求组织好教材中的内容与活动，充分体现和挖掘其丰富的教育性因素。就地理实验专栏而言，与美国地理教材《地理：地质学、环境与宇宙》相比，我国现行的高中地理教材，无论是《全日制普通高级中学教材：地理》或者是《普通高中课程标准实验教材：地理》均缺少这一栏目的设置。地理学虽说不像物理学、化学、生物学等学科一样是以实验为基础的学科，但地理实验在地理学科的学习过程中，同样具有形成、发展和验证地理知识、地理原理、地理过程的重要作用。

同时，地理实验在现代地理教学中的作用也在发生明显的变化，地理实验正从原先作为地理教学的一个辅助手段向贯穿于整个地理教学过程中创造地理情境，探索地理规律的主要手段转变。在具体的地理教学过程中，地理实验可以为学生的地理学习创设适于探究的地理情境，促进学生在自主探究中，获取地理知识，训练地理技能，提高地理能力，体验地理科研方法，培养学生科学的态度和价值观。地理实验正有机地在地理教材中和地理知识融为一体，地理实验的探索过程就是地理知识的学习过程，这在美国《地理：地质学、环境与宇宙》教材中可以得到明显的体现。在我国的高中地理教材栏目与内容中，有一些栏目和内容是可以设计和改编为地理实验的，如一些“活动”、“案例”、“问题研究”、“读图思考”等，具有增设这一栏目的条件。所以，我国地理教材的设计与编制可以考虑增设“地理实验”专栏，这样不仅可以优化我国地理教材的栏目，对地理学科的教学起到良好的促进作用，而且还可以和世界其它国家的地理教材栏目接轨，便于不同国家之间教材的合作与交流。

2．注重学生全面发展，强化地理实验探究

当代课程观的一个显著特征就是以学生为本，注重学生的全面发展。主张既要重视对学生进行智力训练，促进学生的智力发展，更要重视对学生技能和能力的培养以及情感态度价值观的养成，培养学生健康、完美、和谐的个人品格，致力于学生知识、技能、能力、情感等的协调统一。地理实验中的探究是指学生积极主动地获取地理知识与技能、认识和解决地理问题的重要实践活动。美国地理教材中实验设计与编写的一个显著特点就是注重探究，通过学生对地理实验的探究，培养学生的各项技能和能力，促进学生的身心发展。这一思想与做法在我国地理教材的设计与编制中，同样应该得到重视和实行。通过强化地理实验设计与编写的探究性，促进学生的全面发展。

地理实验设计与编写探究性的强化，可以从多方面来进行。如在地理实验的探究形式上可以多样化，而不拘泥于一种或几种固定的形式。如联系实际生活的探究、角色扮演的探究、创设情境的探究、设置疑问的探究、解决问题的探究等。在地理实验的问题提出上，可以借助于照片、表格、地图、人物等多种形式来进行直观、形象、生动的表达，以增强地理实验探究问题的趣味性与表达效果。在地理实验的材料选择上，可以与社会、生活实际相联系，选取世人所普遍关注的人口、资源、环境、发展等问题，使学生在学习地理知识的同时，科学地认识地理在人类社会及生活中的作用。在地理实验的内容组织上，可以打破地理知识间的界限或制约，而不追求学科体系的完整和系统性，注意与其它学科知识间协调与融合，侧重于有利于学生探究能力发展的角度加以组织内容。在地理实验的结果上，可以突破实验结果以知识性、结论性表述为主的局限，增加对学生实验活动的指导与要求，把实验的发现权交给学生，加强学生独立获取知识与实验能力的培养，让学生充分体验通过实验而获得的喜悦和成就感，从而激发其进一步探究的欲望。总之，地理实验设计与编写的探究性既要注意符合学生年龄特征，注重启发性、思考性和便于操作，又要重视智力、能力、情感等隐性结构的特点，以利于学生的全面发展。

3．联系社会生活实际，活化地理实验内容

目前，地理教育关注的焦点，正由注重改善学生的地理知识结构、培养学生的地理技能向强调学生的地理生活能力、培养学生的地理科学观念方向转变，以适应现代社会对提高公民科学素质的要求。国内外大多数国家中学地理教材的发展趋势也多从培养合格的公民出发，强调学习对生活有用的地理，学习对终身发展有用的地理，注重地理知识与生活实际的联系，注意对学生生活能力的培养，倡导在地理教材内容中融进与现实生活紧密相关的内容及要求。美国《地理：地质学、环境与宇宙》教材的地理实验当中，许多地理实验的设计与编写都紧密联系社会生活实际进行选材，实验情景的创设、实验过程的探究、实验问题的提出等都与现实生活有关。通过对现实生活中的问题进行灵活设计与处理，使之融入到具体地理实验当中，从而使学生进行地理实验的过程，不仅是学生地理学习的过程，更是学生认识生活、发现生活、学习生活的过程。联系生活实际设计与编写地理实验，会增强学生学习地理的亲近感，提高学生学习地理的自主性。

联系社会生活实际，活化地理实验内容的关键是要有效结合与社会生活联系紧密的地理内容，提高地理实验的设计与编写质量，在保证地理实验科学性的基础上，重视实验内容与社会生活实际的联系，从学生身边的问题和感兴趣的事物出发设计实验，激发学生对地理现象进行探究的兴趣和愿望。使学生通过地理实验的学习，达到增加参与生活、了解社会的目的。使学生通过实验体验探究的乐趣，认识地理知识在社会生活中的应用。生活中可以与地理实验产生联系的内容众多，可以根据实际需要相应选取。如可以从日常的衣食住行入手；可以从不同区域的生活方式入手；可以从地理知识的使用价值入手；可以从地理环境的发展变化入手等等。在地理实验题材的选择上尽可能广泛，内容新颖，同时地理实验的设计与编写要注意情境的趣味性，把枯燥呆板的实验变得生动灵活，充分体现“寓教于乐”、“寓学习于生活”的思想。把现实生活中的情境与问题引入地理实验，生活化地展现地理知识，拓宽学生地理思维的广度。