深度学习视域下的地理实验教学探索

唐塘颖

摘 要：深度学习视域下的地理实验是让学生在真实实践操作中探究学习的过程。以人教版“水循环”一节的地理实验为例，尝试让学生参加课前前置实验——验证实验原理和优化方案；课中教别人学习——录制微课讲解实验过程和结果；课后拓展延伸——设计和实施更具挑战性的模拟实验，以充分体现深度学习“活动与体验”的核心特征。

关键词：深度学习；水循环；地理实验

中图分类号：G633.55       文献标识码：A       文章编号：1005-5207（2023）06-0021-04

一、深度学习与地理实验教学

深度学习是在教师指导下，学生围绕具有挑战性的学习主题，通过积极探究实践，深刻掌握学科核心知识，并运用该知识解决实际问题的学习［1］。深度学习是以理解为基础的意义探究型学习活动——学生在教师指导下，通过解释、举例、分析、总结、表达等方式全身心积极参与，从提高“解答试题的能力”转向提高“解决问题的能力”，进而转向提高“做事的能力”。

中学地理模拟实验的主要对象是自然地理的相关内容，它可以帮助学生在尽量接近真实的环境中，直观探究某个复杂地理事物或现象的发生、发展过程，从而验证某种地理原理或学生自发提出的疑问猜想，形成某种地理概念，或为解决现实生活中的某个实际问题提供思路［2］。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订》指出：“设计模拟实验活动，要引导学生经历相对完整、规范的科学研究过程，培养动手实践能力及求真求实的科学态度。”但在当前实验教学中常存在几种现象：①受教学场地、时间和器材的限制，教师“纸上谈兵”较多，用文字简单讲解实验过程；②教师自己动手操作实验，学生作为“看客”，以观看实验和被动接受为主，对实验现象缺乏深入思考；③实验耗费时间大，有时现象还不明显，课堂看似热闹，但思维训练不足，教师甚至还会习惯性引导学生“生搬硬套”地验证原理。这些情况没有真正调动学生学习的意愿和好奇心，也不需要学生投入太多与深度理解内容相关的技能。因此，以深度学习为突破口，丰富和优化地理实验教学的策略与方法，帮助学生“亲身”经历知识的发现与建构过程尤为必要。

就深度学习的视角而言，地理实验教学应包括实验方案的设计和优化、实验现象的分析和反思、实验过程的表达和解释等，这是一段在实践操作中真实发生的学习历程。因此，笔者在新人教版地理1“水循环”的教学中，尝试让学生课前前置实验——验证实验原理和优化方案；课中教别人学习——录制微课表达实验过程和结果；课后拓展延伸——设计和实施更具挑战性的模拟实验，以此来达到深度学习的要求（图1）。

二、深度學习引领下的地理实验教学

1.前置实验——在实验原理验证和方案优化中追求深度体验

考虑到实验操作耗时长，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（课前和课后）设计具体的实验内容，完成实验操作，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有所涉及，且各环节也较好理解，学生对这节内容的认同感强，为实验前置提供了可能。实验1“模拟水循环主要环节”、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的原因分析讨论。具体操作过程如下。

【实验1：模拟水循环主要环节】

实验1源自湘教版教材“水循环”这一课中的活动案例（图2）。学生一开始完全按教材中的提示操作——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（图3），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。

【实验2：不同质地土壤下渗量比较】

实验2（表1）中第一次实验操作后，笔者收到了学生的求助——“淤泥下渗速度最快”。这一实验现象与他们已有认知完全不相符。教师看完学生录制的视频后，与学生在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，土壤是否搅拌均匀（图4）？从图5、图6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是否一样？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，尽量控制单一变量，减小其他因素的干扰。完成改进后进行第二次实验，不仅效果明显，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）。

2.意义建构——在实验过程和结果表达中追求深度理解

总结提炼、发展解释是支持学生知识理解与整合的策略，其中“教中学”就是一套有效的发展解释的策略［3］。学习新知的最好方法之一就是教授给别人。从学习动机维度看，也能帮助学生认同和接受学习活动的价值。

学生在课余时间完成的实验操作、实验反思等过程如何呈现给其他同学？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。

（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，并且是基于其初中科学课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结。

微课解说词：同学们，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，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，还有铁架台与一块亚克力板。当烧瓶中的水加热沸腾后，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，有小水滴相继降落到亚克力板上，小水滴不大，效果不是很明顯。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？相当于给学生搭建一个学习支架。这个环节思维发散性强，学生区分度明显。

（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第一次实验现象观察：淤泥下渗的速度最快。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来说说第一次实验具体操作中存在的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。

让学生思考实验出现问题的原因并提出改进的方法，也是对非实验组学生的学业水平评价，而学生对于同伴学习中存在的问题也表现得更有好奇心和更强的学习投入意愿。同时，教师对实验组学生在实验中的实际表现即历程进行评价，高度赞扬他们尊重事实的科学品质和敢于尝试的强大执行力，像“科学家一样探究问题”，在第一次效果不明显后能主动分析原因，对实验进行改进—再实验—再改进—再实验，不断进步。

3.拓展延伸——在基于问题的挑战性学习中实现深度应用

深度学习，一定是持续建构的学习，所以深度学习倡导持续性评价［4］。从认知思维发展角度看，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。因此，评价学生的学习效果，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”，实现深度学习的目标。

以下是其中一组学生设计的实验方案和过程：“模拟‘江心洲的形成”（表3）。

三、地理实验教学的深度互动策略探索

1.自主实验，搭建深度学习平台

学生在学习过程中，获取知识、加深理解和迁移应用是交叉进行的，只有在理解中尝试应用，才能在应用中加深理解，建构新的认识。教师通过搭架自主实验的学习平台，设计富有挑战性的学习任务，促进学生与任务的深度互动。学生在完成一个实验，或制作一个作品时需要在真实情境中去表现所知与所能，可能会在一个实验设计、操作上花费大量时间，但他们有多次机会调整和改进它［5］。在学生本位的自主实验活动中，教师和学生是平等的，每个学生都有机会成为彼此的老师，教师也是学习者，而学生更是亲历者、创造者、思维体验者。

2.对话沟通，提供深度互动机会

教学过程始终处于师生之间、生生之间的复杂交往与协作之中，其中，对话是深度互动的助推器。深度学习的场域，是多人共同参与的场域［1］。教师要善于和学生对话，帮助诊断问题；适时质疑，引导学生与自己对话、与同伴对话，促进其思维的进阶。经过一段时间的参与和体验，学生由不会说到会说，由不懂质疑到巧妙设问，搜索信息、处理信息、整理笔记等能力越来越强［4］。例如，实验组学生对实验现象的再反思（与自己对话），非实验组学生对实验现象的观察、对实验中存在问题的分析（师生对话），实验组与非实验组学生之间的交流（生生对话）等，很好地调动了学生的积极性。在对话中，充分关注了学生参与学习和习得知识、形成能力的真实表现，有效激发了学生的学习动机和反思意识［6］。

3.融合技术，营造深度学习环境

深度学习是信息时代教学变革的必然选择。在信息化成为教学背景的今天，学会利用媒体接收和传递信息、参与人际交往情境、融入社会情境显得尤为重要。事实上，今天的学生是数字时代的“网络原住民”，利用媒体、通信设备进行学习是他们学习的常态和偏好。因而，适切地利用数字媒体在线学习，有利于协助师生交流，推进实验教学的落地。本次实验中，师生多次在线上交流、讨论，学生利用不同App制作的微课视频非常精美，可观性和交互性强。既可以作为实验过程的再现，又通过设置问题、障碍等合理开发成为学生感兴趣的学习资源。

深度学习视域下的地理实验教学有利于学生通过“亲身经历”将知识应用于真实情境之中，充分的“活动与体验”让学生在真实情境中接触非线性、非结构化的知识，像学科专家一样进行知识建构、问题解决和反思改进，从而真正理解知识的内涵。在今后的教学中，笔者将会继续关注和研究，期待地理实验教学能走进更多课堂。

参考文献：

［1］ 刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）［M］.北京：教育科学出版社，2018.

［2］ 徐晓玲.问题探究导向下的地理模拟实验教学策略——“以地形坡度、 植被对水土流失的影响” 模拟实验为例［J］.福建教育，2022（19）：58-61.

［3］ 约翰·哈蒂.可见的学习（教师版）——最大程度地促进学习［M］.北京：教学科学出版社，2014.

［4］ 李自新.课堂学习评价促进地理教学浅议［J］.地理教育，2016（9）：9-10.

［5］ 崔允漷等.基于标准的学生学业成就评价［M］.上海：华东师范大学出版社，2008.

［6］ 李宗录.深度学习视域下的高中地理新教材理解［J］.中学地理教学参考（上半月），2022（3）：28-33.