“水循环”地理实验教学探索

唐塘颖

（浙江省余姚中学, 浙江 宁波 315400）

一、实验前置——在实验原理验证和方案优化中激发主动学习动机

考虑到实验操作比较耗时，且实验结果存在众多不确定性，笔者在提出本节课实验主题后，引导学生利用课余时间设计具体的实验内容，完成实验操作，并做好拍摄记录和视频制作工作，这样学生有较为充分的时间通过生生沟通、师生沟通对初步实验进行改进。

由于水循环的内容在初中已有所涉及，且各环节也较易理解，这就为实验前置提供了可能。实验1“模拟水循环主要环节”和实验2“不同质地土壤下渗量比较”全部由学生自主寻找实验器材并完成方案设计，教师主要参与实验问题背后原因的分析讨论。具体操作过程如下。

1.实验1

实验1源自湘教版教材“水循环”这一课中的活动案例（见图1）。学生一开始完全按教材中的提示进行操作，酒精灯加热烧瓶几分钟后，有水汽从玻璃管中大量释放出来，但发现在玻璃板上的水汽凝结效果并不明显。思考后，学生结合数学和化学知识，选择了接触面小得多的烧瓶（见图2），发现水汽在遇到装有冰块的烧瓶底部后凝结的效果更明显。

2.实验2（见表1）

表1 “不同质地土壤下渗量比较”实验方案和过程

（续上表）

实验2中第一次实验操作后，学生发现：淤泥下渗速度最快。这一实验现象与他们已有认知不相符。师生间线上展开了激烈讨论：（1）三份土样分别采自哪里？（2）在加水前，土壤有搅拌均匀吗？从图5看，瓶内颗粒大小不一，还有较多空隙。（3）三份土样的湿润程度一样吗？学生反思总结：要重视实验的细节和科学性，实验中变量很多，尽量控制变量，减小其他因素的干扰。在完成改进后，第二次实验效果明显（见表2）。学生还受到启发——应该将实验主题修正为“相同湿度条件下不同质地土壤下渗量比较”。

表2 相同湿度条件下不同质地土壤下渗情况比较

二、教别人学习——在实验过程和结果表达中体现主动学习思想

总结提炼、发展解释是支持学生知识理解与整合的策略，“教中学”就是一套有效的发展解释的策略。[1]学习新知的最好方法之一就是把它教给别人。从学生学习动机维度看，这也能帮助学生认同和接受学习活动的价值。

学生在课余时间进行的实验设计、操作步骤、实验反思等一系列心路历程如何呈现给其他学生？如何借助实验达成设计的教学目标？如何测量非该组学生对这一学习内容的掌握情况？笔者认为，可以鼓励实验组学生思考“我可以教别人吗”“我怎样才能教会别人”，将实验现象拍摄成视频，制作成“微课”，并将其与课堂教学进行整合，成为教学素材之一。此时，每个学生都有机会成为彼此的老师，每个学生都感到自己被赋予了一种权利和职责。[2]

1.实验导入新课，建立水循环概念

将课前完成的“模拟水循环主要环节”实验做成微课导入，实验组的学生对实验进行讲解，同时设计两处错误，要求非实验组学生在观看微课视频的过程中找出错误并修正。用学生自己完成的实验导入本身就可以激发学生的兴趣，同时，“看视频纠错”环节需要学生高度集中注意力，并且是基于其初中已有的水循环旧知这一学习起点。纠错环节，既可以检测学生对初中水循环知识的掌握程度，又能帮助其建立新旧知识间的联系。

微课解说词：同学们，我们今天将通过实验模拟水循环的主要环节。我们准备了酒精灯、石棉网、铁架台、一块亚克力板、两个烧瓶、一根弯玻璃导管。两个烧瓶分别用来装自来水和冰水，一根弯玻璃导管用来模拟蒸发环节。当烧瓶中的水加热沸腾后，我们看到玻璃管中有充足的水汽释放出来，当水汽遇到温度较低的装有冰水的烧瓶底部后，马上冷却凝结成小水滴。等待了大概1分钟后，有小水滴相继滴落到亚克力板上，小水滴不大，我们觉得效果不是很明显。小组同学提议，可以延长玻璃导管，换成更长的玻璃导管，以增加底盘上的水量。

解说词中画横线的就是设计的两处错误，基础好的学生在第一遍观看时就能很快找出问题。当然，笔者在与学生课前交流中已提醒实验组学生做好预设——若同学们未实现有效观察、思维受阻时，可以提出以下问题供思考：（1）玻璃导管模拟的是水循环中哪个环节？（2）如何增加实验中底盘的水量？相当于是给学生一个学习支架。这个纠错环节，学生思维发散性强，区分度明显。

2.深度解析实验，体悟水循环环节

在讲解“下渗”环节时，播放学生制作的实验2“不同质地土壤下渗量比较”的微课视频。笔者提出问题：（1）第一次实验观察到淤泥下渗的速度最快，请思考实验中出现了什么问题？（2）如何改进？请未参与本实验的学生和实验组的学生都说说第一次实验中存在的具体操作问题并提出改进措施。师生对话后继续播放改进后的第二次实验视频。

实验组的学生在第一次实验效果不明显后能主动分析原因，对实验进行改进，再次实验，再改进，再实验，不断完善。教师对实验组学生在实验中的表现即历程进行评价，高度赞扬了他们尊重事实的科学品质和敢于尝试的强大执行力。此外，让未参与本实验的学生指出同伴的操作问题并提出改进措施，可以激发他们投入学习的意愿，同时可以观察此部分学生的学习情况。学生在真实情境中接触非线性、非结构化的知识，发现学术概念的微妙和深刻之意，从而真正理解概念。

三、延伸时空——在基于问题的挑战性学习中产生主动学习意愿

从学生的认知思维发展角度而言，学生在学习或者探究某主题时，其思维是连续且不断向精致化发展的。[3]因此，评价学生掌握与否，除了纸笔测验，笔者进一步延伸教学时空，要求学生围绕“水循环的地理意义”这一难度更大、创造性更强的实验主题，选取其中一个地理意义，设计和实施地理模拟实验。鼓励学生参与到具有挑战性的学习活动中，用基于问题的学习代替一味“刷题”，产生主动学习的意愿。

以下是其中一组学生设计的“模拟‘江心洲’的形成”的实验方案和过程（见表3）。

表3 “模拟‘江心洲’的形成”实验方案和过程