中小学地理实验教学设计一体化策略探索

摘" "要：中小学不同学段间地理实验教学必须“承前启后”，追求一体化的教学设计。基于教学实践，文章梳理了实现“一体化”的策略，主要包括实验教学主题学段化、目标衔接化、问题递进化、拓展多样化、设计规范化、手段数字化、评价层次化等。

关键词：中小学地理；实验教学设计；一体化策略

中小学地理实验包含了小学科学、初中地理、高中地理教学中涉及到的地理实验。在实验教学过程中，基于与“问题”相关的知识体系，在不同学段持续地查找、解析问题，推进地理实验顺利开展，获取科学实验生成，达成实验教学的目标[ 1 ]。根据中小学生不同发展阶段的特点，围绕实验教学的主题、目标、问题、拓展、技术手段和评价等进阶式设计，促进不同学段间实验教学一体化，从外在到内在，从习惯到能力到素养，促进学生梯次逐级发展。文章以小学科学、初中地理和高中地理中涉及到的土壤地理实验为例，探究中小学地理实验教学设计一体化的策略。

1" 梳理课标和教材，促进地理实验教学主题学段化

从小学科学、初中地理到高中地理，学科知识体系在完善与深化，应注意不同学段之间地理知识的衔接和进阶，并与之相匹配。在准备地理实验教学时，教师要梳理小学科学、初中地理、高中地理课标、教材和教学拓展中涉及到的地理实验，进行分类汇总，使实验能够帮助学生达成课堂教学目标，强调实验内容与不同学段课堂教学内容相符合，能够帮助学生更好地理解和应用不同学段课堂上学到的知识，实现实验教学主题学段化[ 2 ]。关于“土壤”实验教学主题学段化的具体内容，详见表1。

此间，必须关注以下三点：一是高一级学段较低一级学段实验主题在增加，譬如初中地理较小学科学新增了土壤通透性实验、土壤酸碱性测定实验（跨地理、化学学科）等，高中地理较初中地理新增了土壤养分含量测试实验、土壤酶活性实验（跨地理、生物学科）等；二是同一种类主题实验设计的要求须加深，譬如在水土流失模拟实验过程中，小学科学实验教学中只要观察发生水土流失后土壤的样子，感知到水土流失即可。初、高中地理实验教学则还要进一步探究水土流失的程度、影响因素及其变化；三是同一知识实验主题在深化，譬如从小学科学的土壤成分观察到初中地理的土壤颗粒组成实验，再到高中地理的土壤质地分析，对土壤物质构成进行深入地实验探究。总之，实验教学主题的确定要依据课标和学情而定。对同一知识点，高学段不要简单重复选取低学段实验主题或教学设计，要在低学段的基础上增加实验目标和方向的新主题或加深实验设计要求。

2" 依据课标和学情，促进地理实验教学目标衔接化

实验设计应当结合课程标准和学生的实际情况，实验内容要与课堂教学目标相衔接，使实验能够帮助学生达成素养目标。在实验教学过程中，鉴于同一地理实验主题知识在不同学段具有衔接性、递进性，在设计高学段同一主题实验教学中，可先将低学段同一主题实验教学目标（已验证）复习巩固后，教师确定进一步要达成更高的实验教学目标；同时教师与学生进行密切地互动，及时将学生进行中的实验结果运用到课堂知识的理解上。关于“水土流失模拟实验”教学目标衔接化的具体内容，详见表2。

通过上述对比可知，在水土流失模拟实验中，初中生可以先回顾小学科学该实验教学目标（已验证），即模拟的雨水会把地表的沙泥冲走，因侵蚀作用形成了不同的地形；然后在后续的实验设计和操作中侧重定性验证水土流失的因素及具体影响。通过以上实验教学设计，促进不同学段同一主题地理实验教学目标的衔接。

3" 强调预设与生成，促进地理实验教学问题递进化

在同一实验主题中的小学地理实验教学设计中，教师探索整合问题教学与地理实验教学，在真实的地理实验情境中，教师针对不同知识基础的学生设计不同层次、递进化的教学问题，以问题激发实验兴趣，以问题指引实验方向，引导实验操作，从而组织实施实验教学，精准达成各学段地理实验教学目标。

譬如水土流失模拟实验教学设计中，小学科学教师结合小学生认知的感性特点，设计的引导问题要尽量浅显化、直白化。在师生共同设计水土流失模拟实验中，可引导学生思考：为了便于观察现象，即模拟的降雨给土地带来哪些变化？对用于实验的表层沙土是否要撒上带有颜色的沙子？在实验中，教师要重点引导学生仔细观察雨水造成水土流失的直观效果，可问一问，土壤挟带颜色的沙子怎样随着不同的水流移动？或用文字描述模拟降雨前后的土壤是什么样子[ 3 ]？初中地理教师结合初中学生认知的感性、理性兼具特点，设计的引导问题要有一定的指向性和变化性。在师生共同设计水土流失模拟实验中，可引导学生思考：如何改变条件，可较明显观察、验证模拟降雨会形成水土流失？通过设问讨论，教师让学生从有无草皮覆盖、坡度大小、土壤性质、降水强度等方面探究水土流失的程度，引导得出科学性的实验结论。

4" 放眼全程和类型，促进地理实验教学设计规范化

在地理实验教学中，从实验教学主题和目的、实验教学课前准备（实验材料准备、实验辅助器材准备、地理现象及原理规律准备（学习任务清单））、实验方法、实验要求、实验教学实施、实验过程、实验结论、实验教学分析等方面，进行实验教学设计。演示类实验要注重演示展现环节，制作类实验要注重制作、展示环节，实践类实验要注重调查、观测等环节，教师系统地探讨多个学段地理实验教学设计如何实现有效衔接，力求设计规范化[ 4 ]。

譬如在水土流失模拟实验教学设计中，各学段从综合思维的培养（学生简述地理过程、推测地理原因的能力）、地理实践力的培养（学生观察地理现象的能力）等方面确定目的；在实验器材准备上，根据实验任务的提升，通常高级学段准备的实验器材品种和数量上更丰富。在材料准备中，相比小学学段，除了有颜色的沙子、泥土、报纸、小桶、自制喷壶、塑料盒、多台智能手机（用于实时拍照）、方桌、纸笔若干等，初中学段还需准备草皮、黏土和沙土、木板（用于模拟坡面）、木块（用于模拟坡度）、工具箱（用来收集流失的水土）、多个烧杯、量角器（用来调节坡度的大小）等，以便对植被覆盖率、坡度、土壤性质、降水强度等方面进行定性实验；实验过程中，相比小学学段，除了实验操作、录像拍照、观察表格记录、分析汇报，初中学段还需从实验条件（坡度等）调整、实验项目对比（分组比较坡度大小等）、实验观察、实验结论上列表记录，从而深入分析影响水土流失的因素及具体影响，即有盖草皮或地表坡度越小、黏土比沙土或降水强度越小的，模拟降水侵蚀作用更弱，地表水土流失较轻。

5" 把握关联与延伸，促进地理实验教学拓展多样化

中小学教材对应的地理实验具有较强的严谨性，学科多样性、趣味性、生活化等偏弱，学生参与地理实验的热情较差，所以有必要把地理实验向跨学科整合、生活化等方向拓展。其中，跨学科拓展能让多个学科知识在实验中相互碰撞融合，并在实验教学中呈现特有的协作共生效果。教师对同一主题的实验教学，要理清跨学科知识与实验的关联性，深化对跨学科知识的理解，注重不同学段跨学科知识的收集和应用，使学生顺利开展实验。

譬如在小学二年级土壤上的动植物观察实验中，教师教会学生认识常见的生物和动物后，选择校内或周边的一块土壤，引导观察后，单独或小组描述土壤上生长的动物或植物，在实验方法上跨界使用生物知识，验证了土壤是地球家园的重要资源；在初中八年级水土流失模拟实验中，设计了在斜坡上有无覆盖草皮（植被）造成地表水土流失轻重状况，把生物当作实验器材，定性研究水土流失的影响因素；在高一年级，地理教师可主动联合生物教师，利用人教版高中生物学教材必修1中的生物酶活性知识，利用相关的生物实验器材，开展跨地理、生物学科的土壤酶活性实验，通过实验深入了解土壤的生物性质，并判断土壤性质对环境的影响。

6" 紧跟科技的步伐，促进地理实验教学手段数字化

在时空有限或地理实验环境条件受限时，以虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术为支撑，开展数字化地理实验，提高实验教学的互动性和真实感；利用数字化的实验教学系统，实现地理实验手段个性化、数字化，满足学生个体的地理实验需求，进一步提高学生的学习效能[ 5 ]；随着学生学段进阶，学习任务加重，户外进行地理实验的时间减少等原因，可以抓住教育理念的不断更新和科技的不断进步时机，在不同学段开展数字化地理实验。在实验过程中，教师通过展示数字化地理实验素材，可以让小学生感受到实验过程形象可见、可以重复、有沉浸感；教师把真实的学生分组地理实验和数字化地理实验相结合，让初中生进一步体会到数字化实验可自由调节、交互性强；教师引导学生通过参与数字化地理实验设计，还能让高中生用开放和综合的方式参与实验。通过渗透相关人工智能技术设计模拟地理实验场景，便于学生足不出户就可感知相关地理实验呈现的结果，加强对相关教学重难点知识的理解和应用[ 6 ]。

譬如，在小学降雨给土地带来的变化模拟实验中，教师可在学生进行实验观察后，播放一段暴雨后家乡某荒坡水土流失的视频，让学生进一步体验雨水造成水土流失的样子；在初中水土流失模拟实验中，学生在分组实验中较易验证坡度变化是雨水造成水土流失的因素之一，但对坡长、坡型等因素就要通过数字化水土流失实验素材加以验证；在高中水土流失模拟实验（定量）中，学校可购买有关水土流失野外模拟测试系统，通过虚拟数字化实验，让学生确定条件模块，依次确定水土流失模拟实验条件（如土壤初始含水量，坡长等下垫面或降雨区域、雨水强度等）的变量信息，有利于人为控制因素的变化，有利于学生定性定量分析影响土壤的因素。

7" 兼顾共性与侧重，促进地理实验教学评价层次化

为了确保中小学地理实验教学设计一体化的有效性和持续改进，评价是必不可少的环节。不同学段实验评价的共性内容有教师观察和实验成果分析等形式。教师可观察学生在实验过程中对流程、实验器材使用、实验记录结果项目等熟悉程度和实验小组探究的合作意识等，以进一步改进实验教学方向。教师可加强对学生实验成果分析引导，让学生重视实验数据收集，认真评估分析实验结果，并撰写实验报告，进行班级实验报告以展示解决实际问题能力，促进实验目标达成；差异点是教师观察或实验成果分析的内容由低年段向高年段具有递进性、层次性。

譬如对不同学段水土流失模拟实验评价层次化的教学设计中，小学科学教师要观察学生在实验过程中的合作意识等，引导并收集学生的观察记录；初中地理教师要观察并评价学生按影响条件进行项目实验的动手能力和定性分析并获得实验结果的能力；高中地理教师要观察并评价学生按影响条件设计定量实验能力、定量分析并获得实验结果的能力及撰写实验报告的能力，具体详见表3。

表 3" 小学·初中·高中“水土流失模拟实验”评价内容和方式比较一览表

总之，根据中小学不同学段学生的年龄特点和知识层次，教师多方面进行地理实验教学的一体化设计，力争实现低学段为高学段打好基础，通过衔接递进式开展实验教学，促进学生素养螺旋式上升。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见[Z].教基[2019]16号.

［3］ 格力毕干.小学《科学》教科书中地理内容及其对应实验案例设计与开发[D].呼和浩特：内蒙古师范大学地理科学学院，2021：32-43.

［4］ 向罕.中学地理实验教学体系设计与教学实践：以人教版水循环的过程和类型为例[J].中学地理教学参考，2023（24）：56-58.

［5］ 孙月雁. 地理实验在高中新课程教学中的应用[J]. 地理教育，2006（4）：24-25.

［6］ 顾绍琴.中学数字化地理实验设计研究[D].上海：华东师范大学，2014：61-79.