例谈高中自然地理实验方案的设计

江苏省江阴长泾中学（214411） 张 蕾 陈 晓

一、演示类实验方案设计案例

在高中自然地理实验教学时，根据演示主体的不同可以将其分为教师演示实验和学生演示实验。根据演示手段的不同，教师演示实验又可分为教师实物演示和计算机模拟演示两类。

（1）教师实物演示实验

教师实物演示实验是指在上课时，配合讲授和谈话，把实物、教具展示给学生，或者由教师向学生作示范性动作，向学生提供感性经验或用来说明、印证所传授的知识。通过实物演示可以较好地激发学生的学习兴趣，集中学生的注意力，使学生获得生动而直观的感性认识，把书本上的理论知识和实际事物联系起来，以帮助学生形成正确、深刻的概念。

案例1 季风的形成实验

实验名称：演示季风的形成

实验类型：教师演示实验

实验目标：

（1）通过实验理解冬夏季风形成的原因。

（2）培养学生的观察技能和思维能力。

（3）培养学生的学习兴趣和热爱科学的情感。

实验器材：卫生香两根、一只 1000 瓦的电炉、一面盆冰块

实验步骤：

（1）关闭门窗，点燃两根卫生香，使卫生香的烟垂直向上，不受室外气流的影响。

（2）在卫生香的等距离左右两侧分别放一只 1000瓦的电炉、一面盆冰块。

（3）将电炉通电 5 分钟后，让学生观察卫生香烟的飘动方向。

（4）将电炉和冰块交换位置，观察烟的飘移方向。

实验思考：说出你两次看到的烟飘动的方向有什么不同，并分析产生的原因。

在设计演示类实验方案时，教师要充分考虑实验设备的大小、教室的光线、学生的观察视角等，以保证实验的顺利进行。在演示时教师还要注意引导学生观察的目的性和思考问题的针对性，以保证实验的有效性。

（2）教师计算机模拟演示实验

对于一些大尺度的地理现象和过程，如太阳直射点的移动、大气运动、水循环、洋流、地壳运动等，由于所跨时间和空间远远超过学生的感知范围，所以学生理解起来就非常困难。对于这些难点可采用计算机多媒体技术，运用flash动画将地理现象或地理过程模拟出来，实现虚实、远近、快慢的转换，给学生立体、直观的视图信息，引导学生进行多元化的观察，从而化难为简，突破难点。

案例2 太阳直射点的移动

实验名称：太阳直射点的周年移动

实验类型：计算机模拟实验

实验目标：

（1）观察太阳直射点的移动范围。

（2）观察太阳直射点北移时，北半球昼夜变化状况。

（3）观察当太阳直射点在北半球时，北半球的昼夜长短状况。

图1 演示太阳直射点的移动

计算机模拟演示实验教学，需要地理教师具备实验资源的搜集、处理能力，有一定的计算机软件处理技能，能设计出科学、直观的演示实验。在进行计算机模拟实验前，教师要让学生明白模拟实验的原理、模拟动画简介以及观察要点，让学生带着问题、带着目的去观察。

（3）学生演示实验

学生演示实验是指在教师的指导下，学生按照一定的要求和步骤进行的实验。在学生演示实验时，教师可根据实验器具的数量进行分组演示，组内人员明确分工。

案例3 地转偏向力实验

实验名称：地转偏向力实验

实验类型：学生演示实验

实验器材：雨伞一把、黑墨水一瓶、“尖叫”饮料瓶一个

实验目标：

（1）了解地转偏向力产生的原因，掌握地转偏向力使地表水平运动物体的方向发生偏转的规律。

（2）培养学生的演示技能和观察能力。

（3）激发学生的兴趣，培养合作意识。

实验步骤：

（1）把黑墨水倒进“尖叫”饮料瓶。

（2）一个同学撑开雨伞，蹲下来，逆时针转动雨伞，模拟北半球的地球自转。

（3）另外一位同学把饮料瓶里的黑墨水从伞顶往下倒。

实验思考：观察黑墨水的流动轨迹，思考有什么规律？如果顺时针转动雨伞，黑墨水的流动轨迹会发生什么变化？

图2 演示地转偏向力的实验

在学生演示实验前，教师要对演示者进行明确的分工，并提出演示要求，学生在教师的指导下，按照实验步骤尽可能地独立操作，当实验出现偏差时，教师要鼓励学生找出原因， 必要时教师可做示范。

二、制作类实验方案设计

地理制作类实验一般是学生在学习了相关的地理概念、地理原理后开展的。要保证制作成果的科学性，学生在实验开展前必须掌握准确科学的地理知识，明确实验的基本原理，脑中有宏观的地理模型，这样才能选取恰当的实验器材，设计出合理的实验步骤，从而顺利地将静态、抽象的地理知识经过动手制作转变成直观、形象的地理模型。学生动手制作的过程是一个手脑并用相互促进的过程，这个过程中不仅学生的思维能力和动手操作能力得到有效锻炼，同时也培养了学生的想象能力和创造能力。

案例4 制作三圈环流模型

实验名称：制作三圈环流模型

实验类型：制作类实验

实验器材：一个地球仪、透明胶带、硬纸条、黑水笔

制作要求：

（1）制作北半球的三个环流圈，每个环流圈各用3～4个纸条做成环流圈模式。

（2）在纸条上用箭头画出上升气流、下沉气流、高空气流、近地面气流。

实验思考：

（1）观察制作的三圈环流模型，描述赤道低气压带、极地高气压带与副热带高气压带、副极地低气压带分别是怎样形成的？

（2）用自己的语言描述东北信风带、西风带、极地东风带的形成原因。

图3 制作三圈环流实验

三、实践类实验方案设计

地理实践类实验与演示类实验和制作类实验相比，更能体现地理学科的学科特点，包括地理观察、地理观测、地理调查等。我校为促进地理新课程改革，于2006年建设了地理园和天文台。地理园包括世界地形模型图和中国地形模型图、河流堆积地貌模型、喀斯特地貌模型、冰川地貌模型、火山、断块山及褶皱山模型、地壳内部圈层模型等，教师可利用课后时间带领学生观察这些模型，以获得感性、直观的地理知识。

由于目前高中地理教学任务重、课时紧，因此在开展地理观测和调查前，教师要精选观测主题，以一学期为单位，地理观测或调查安排2—3次，也可根据学校情况适当增加。在地理观测前，要做好充足的观测准备，设计好合理的观测步骤，并且教师要对学生进行明确的分组和分工。

案例5 “立竿见影”法观测当地的正午太阳高度

实验名称：测量当地的正午太阳高度

实验类型：实践类地理实验

实验目的：

（1）掌握太阳高度、区时、地方时的含义。

（2）培养学生的地理仪器使用、地理统计、地理计算、地理观察的技能。

（3）学会地理实验的方法。

（4）培养热爱科学的精神，激发学生学习地理的兴趣，培养合作意识。

观测器材：

长度为1至2米的直杆一根、卷尺一把、石英表或电子表一块、三角函数表一本和量角器一个、罗盘一个、白粉笔一盒。

观测步骤：

（1）在睛天，用罗盘仪在某一开阔的水平地面，测出正北方向。并用白石灰标出在石灰线上选一测点，在定点处竖起一根长度为1米的杆，并与地面垂直。

（2）12月22日北京时间12点开始观测杆影的方位，等到杆影与石灰线重合时，测量影长1.4米，记下北京时间12点04分。

（3）根据杆长和影长组成的三角形，由反三角函数算出：即H=arctg（a/b）=arctg（1/1.4）=35°34′，计算出冬至日本地的正午太阳高度。

四、实验方案设计时应注意的问题

1. 实验方案的设计要立足校情、学情

“学习对生活有用的地理”是新课程改革中最强调的理念之一。地理实验是学习生活中地理的最有效的方式之一，是学生联系生活与社会实际的桥梁。在高中自然地理实验方案设计时，要充分考虑学校所在地的自然地理环境，例如模拟流水侵蚀作用的实验：在模拟土坡上堆放5～10厘米粗细不均的砂土，再在坡面上方浇注水流，写出观察到的现象。对平原地区、干旱地区和城市学生而言，可以做此实验；但对西南山区、黄土高原等地区学生而言，则没有做的必要。另外在实验方案的设计时，还要充分考虑学校开展地理实验教学的硬件条件、学生已有的知识经验等，设计适合本校实情和学生情况的地理实验方案。

2. 实验器材的选择要简易、合理，鼓励自制器具

进行实验教学必须有一定的实验器具，但是目前大部分学校实验器具缺乏。在这种情况下，教师要考虑自制实验器具，从生活中取材、就地取材、变废为宝，这样不仅易于获得、成本低廉，可以在很大程度上解决农村中学实验器具缺少的现状。对于自制实验器具，可以是教师自制器具，也可以是教师引导学生发挥想象力制作实验器具，在“小制作”中体验实验教学的“大收获”。例如，在“太阳直射点的回归运动”教学时，教师通过两个杯子、四个纸片做的箭头和一个地球仪，通过自制实验器具的演示，形象、直观的向同学们模拟了两分两至日地球的位置。

图4 太阳直射点的移动实验

3. 重视实验的动态生成，让预设与生成共舞

“动态生成”是新课程改革的核心理念之一，它要求我们从生命的高度重新审视我们的教学：要从教师为中心走向师生互动的“学习共同体”。所谓课堂动态生成是相对于“预设”而言的，是指在教师与学生、学生与学生合作、探究、对话、碰撞的课堂中，即时生成的超出教师预设方案之外的新问题、新情况。地理实验是一个复杂的动态过程，在这个过程中学生会产生很多状况，因此在实验方案的设计时，教师要充分预设学生的生成，预设学生有价值的生成，从而对实验方案的微调做好准备。例如：学生在演示地转偏向力实验时，有学生提出如果把雨伞翻过来，逆时针或顺时针转动雨伞，水流在雨伞内侧流动会怎样？赤道处的地转偏向力实验该怎么演示等问题。对于这些生成，教师在设计方案时要进行充分的预设，让地理实验教学预设与生成共精彩。