地理实验设计.doc

让地理实验走入课堂南京一中 陈华炜问题的提出：在新课标中,地理学科被划归为“人文与社会”和“科学”两个学习领域,作为一门跨文、理科的综合性学科,地理是自然科学的重要组成部分,具有很强的实践性。然而在中学各种学科的实验室里，唯独找不到地理实验室的影子，即使在地理课堂上，大多数地理教师的教学也仅停留在“口传图授”上，一旦学习到地球运动等知识点时，我们经常会看到这样的场景:教师说的口干舌燥，学生如在云里雾里。像这种需要很好的空间思维能力的知识，学生仅凭抽象的想象很难理解。这时我们不禁要问，有没有更易于学生理解，更形象直观也更能激发学生兴趣的方法？问题的答案就是地理实验。问题的分析：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。实验，是在人为控制条件下研究对象的一种科学方法。学习者通过亲身经历实验活动加深了对理论的理解；通过设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据处理、分析推理结论，培养了科学严谨的学习态度、自主探究的学习能力。实验教学在课堂教学中并不陌生。为什么地理实验在中学这么难以开展？综观中学地理教学，原因主要有以下两点：1. 传统教育观念对地理学科的认知存在偏差在传统观念中,人们往往把地理与史政等一起归为文科，在以往的教学大纲上也很少涉及实验的内容。这样的学科定位使实验教学长期受到忽视，地理课所采用的教学方法也以文科学习常用的讲授法为主，注重的是知识的传承，教师更多的是把已有的知识或已经证明的规律原理教授给学生，缺乏实验教学的意识，教学手段单一，课堂沉闷单调。在这样的课堂上，教师成为课堂的主导，学生只是作为知识的被动接收者，对问题的认识仅仅来自结论的记忆，缺乏应有的思考和探究。常此以往，学生缺乏创新意识、思辨意识，动手能力差、空间想象力差，缺乏学习的热情，使地理失去了其作为自然学科的魅力。2. 中学教育现状的制约由于我国的基础教育很长一段时间都没有将地理纳入中考和高考，地理在人们的观念中一直被当作是“副科”，学校对地理教育缺少应有的重视。即使是在地理加入中考、高考的今天，学校的地理教学也更多以“应试”为目标，教学倾向功利和实用。另一方面，在一些教学条件比较差的学校，由于资金和实验教室、实验仪器等硬件设施的缺乏，学校缺少开展地理实验教学的基本条件。只有个别的学校和个别教师依靠自己的能力和兴趣，在地理课堂上利用或购买或自制的器材，演示过一些简单的地理实验，或利用课外时间组织学生开展一些地理小实验。面对这样的现状，我们不禁要问，地理实验离我们的课堂还有多远？问题的解决：（一）明确开展地理实验教学的必要性1.地理学科发展的需要地理学兼有自然科学和社会科学的性质，是一门应用性很强的科学。在自然科学的发展中，实验占有非常重要的地位。目前的地理学发展的趋势之一就是“从过程入手采用实验和微观研究的方法，探讨地理事物的成因和变化机理”。中学地理实验教学可以让学生在中学阶段为未来的地理研究打下坚实的基础，它对学生了解科学的发展、更有效地掌握科学知识、培养自己的科学实验的兴趣和能力、形成科学态度和科学的行为方式，都有不可替代的作用。2.地理课程改革的需要在2003年教育部颁布的普通高中课程方案（实验）中明确指出了高中地理学科兼跨“人文与社会”和“科学”两个学习领域，新课标在对课程的基本理念中提出，高中地理学习应使学生在获得陈述性、原理性地理知识的基础上，能够进一步掌握观察观测技能、实验制作技能，“要加强学生的地理实践活动，培养学生的交往的、合作的、动手的、设计的、组织的、决策的等实践能力。”在基本理念、课程目标、内容标准等方面也对实验教学首次提出了明确的要求。在基本理念方面提出“倡导自主学习、合作学习和探究学习，开展地理观测、地理考察、地理实验、地理调查和地理专题研究等实践活动”。在课程目标的“知识与技能”方面要求“学会独立或合作进行地理观测、地理实验、地理调查”。内容标准则在多处提出地理实验的建议，如“利用身边可以找到的材料（如透明塑料袋、塑料薄膜、玻璃瓶等）和温度计，做一次模拟大气温室效应的小实验。”由此可见，地理新课标将实验教学提到了前所未有的高度，开展实验教学是课程改革的呼唤。 3.学生自身发展的需要随着知识经济的到来，科技的发展日新月异，这样的时代需要的是具备创新能力的复合型人才。这就要求学生在学校不仅是对原有知识的继承，还需要 “学习对生活有用的地理知识”、“学习对终身发展有用的地理知识”，培养各方面的能力，提高综合素质，从而具备良好的科学素养和创新的才能来应对未来的发展，而地理实验能给与学生以理性的思考、创新的思维和科学的总结，对学生知识的掌握、能力的提高、情感的熏陶、科学精神的培养有着十分重要的作用。我们都有这样的经验，回想中学阶段的所有课程，很多已经没什么印象，而能够让我们印象深刻的、充满兴趣的往往是那些简单有趣的实验。究其原因是因为中学生处在尚未完全成熟的阶段，他们的兴趣程度取决于对课程价值的认识。对于只凭老师讲授的理性抽象的知识，他们觉得枯燥、乏味，难于想象和理解，学习的积极性不高；而对于他们可见、可听、可感甚至可动手操作探究获得的感性知识和具有思辨性和理智性的知识表现出浓厚的兴趣和极大的参与热情。因此，这就需要教师结合中学生的心理特点设计一些与实际生活相关的实践活动和地理实验，这样才能充分调动学生的积极性，满足学生的需求，提高教学效率。（二）发挥地理实验教学的功能正如陶行知先生所主张的“知行合一”，教学要让“教、学、做”相结合才能发挥它的功能，在进行地理实验教学的整个过程中，应当充分发挥地理实验教学的功能。1. 激发学生兴趣，提高地理学科的魅力苏霍姆林斯基认为，教与学的统一性的起点，在于激发学生学习的兴趣和愿望。从心理学角度讲，兴趣是一种有积极情绪色彩的心理倾向。这种心理状况会促使人积极寻求认识和了解事物的途径和方法，表现为一种强烈的责任感和旺盛的探究精神。激发兴趣就是要使学生智力活动始终在一种强大的内在动力作用下，在情绪高涨的氛围中进行，把学习看作是一种精神享受，因而能自觉积极地学习。地理实验将原来固化的知识直接接受的过程转变为通过学生的观察、操作、发现、思考从而获得结论的过程，在整个过程中，原来枯燥无味的地理知识变得生动有趣，学生易于接受和掌握，也能使学生注意力集中、思维活跃，当学生对地理产生浓厚兴趣时，他们就会形成主动、正确的学习方法，不断品尝“发现”与“战胜困难获得成功”的喜悦，在实验中获得成就感和满足感，学生也在动手动脑中体会到地理的魅力。例：证明空气具有压强的实验具体做法:在一个玻璃杯里装满水，把一片厚卡纸放在瓶口上方，然后用手抵住卡纸并将瓶子倒过来，要保持纸片不能弯曲。移开手指，纸片没有掉落。实验结论：作用于厚卡纸上的空气压力比卡纸所承受的水的重力要大的多。例：证明地球自转效应的实验 实验材料：水槽、水、少量有色纸屑。 实验步骤：（1）将水槽漏洞堵塞好；（2）在水槽中放一定量的水；（3）将有色纸屑撒在水面各处；（4）打开水槽漏洞，注意观察水面有色纸屑的运动轨迹。 实验结论：通过本实验，可观察到水流运动状况为逆时针的旋转运动，证明北半球地表物体做水平运动时，运动方向会发生向右偏转。2.突破重难点，将复杂知识化繁为简 “告诉我，我忘记了；演示给我看，我记住了；让我参与，我理解了”。在地理教学中，有很多的知识因为其宏观性、需要良好的空间想象力而成为教学的难点和重点。如地球运动方面的知识、大气运动方面的知识，学生很难想象，不易理解。这时，如果借助一些简单的材料进行模拟，就会把这些复杂的现象生动直观的呈现，化繁为简，学生通过观察思考可以加深规律和原理的理解，而且经久难忘。例：季节产生的原因材料：一些书本、一个手电筒、纸张、铅笔、量角器、牙签、一张画有坐标方格的醋酸纸、一个标有两极和赤道的泡沫塑料球实验步骤：1.将书本叠到约15厘米高，把灯光调暗2.把醋酸纸粘到手电筒玻璃上，把手电筒放在书堆上。3. 把铅笔小心插进当作地球的泡沫塑料球的南极点4. 用量角器量一下，使地球模型的地轴与手电筒太阳光线成23.5度倾斜，如右上图所示，这用来表示冬天。5. 握住铅笔，使地球处于23.5度角度的倾斜，并将它放在离手电筒约15厘米处。打开手电筒光。6. 把醋酸纸上的坐标方格衬映在地球上。需要的话，可以把地球向手电筒靠近一些，或者把房间里的灯光调暗一点。观测并记录在赤道和两级附近的方格的形状。7. 约在赤道和北极距离的中间，小心的把牙签笔直插入，观测并记录牙签影子的长度。8. 不改变倾斜度，转动铅笔使地球模型绕它的地轴旋转一周。观测并记录牙签的影子是如何变化的。9. 使地球模型以23.5度的角度向手电筒方向倾斜，这是夏季。观测并记录分别在赤道和两极附近的方格的形状？观测牙签的影子是如何变化的10. 让地球模型自转，观测地球球面上影子变化的形式。通过这个实验，可以让学生通过观测记录直观形象的感受不同季节地球上的各处接受太阳日照量的多少和不同季节日影的变化，从而总结出正午太阳高度角的变化规律。顺利解决了这个难点。3.激发创造潜能，培养综合能力 爱因斯坦说：“重要的教育方法总是鼓励学生实际行动”。 地理实验教学是激发创造潜能，培养学生综合能力的重要途径。通过自己设计实验方案，想象、推理假设，可以激发想象力和创造能力；在实验时，通过感觉器官接收形象和数据，需要精细敏锐的感知和观察力去发现一些重要现象；在研究原因、结果、形成概念的过程中，通过分析、比较、判断、推理等，能培养逻辑思维能力和归纳、分析能力；此外，把通过实验得到的结论以语言和文字的形式表达出来，又培养着表达能力；在实际操作中还能培养组织能力、实际操作能力等。 例：学习了“沉积岩”后，有学生用“康师傅 饼干”来演示沉积岩的形成及特点。他将一片饼干放在盘子里，上面叠上一层奶油，再叠上一层饼干，再叠上一层奶油、一层饼干，然后解释说“沉积岩就是这样一层一层叠加而形成的，在一般情况下，最下面的一层岩石最古老、最上面的一层最年轻。”全班同学在哈哈大笑中接受了其解释。 例：为演示“密度流”的形成，有学生从家里拿来了一只长方形的金鱼缸，放入清水，然后在一杯盐水中加入蓝色色素，沿着鱼缸边缘慢慢倒入清水中，只见蓝色盐水沉到缸底，并在底部形成高低起伏的波。他用这个小实验证明了密度大的海水会在密度小的海水下面流动。学生自己设计小实验非常符合研究性学习的要求，地理实验教学强调知识来自亲身体验，它有效地克服了传统照本宣科的注入式教学，改被动接受式学习为主动参与教学过程，让学生展开想象的翅膀，在设计实验、准备器材、实验操作观察记录、分析讨论、归纳总结的过程中获取知识，培养学生浓厚的地理学习兴趣。 4.培养合作意识和科学素养实验的顺利进行，很多需要学生分工合作完成，这既给学生创造了一次很好的自主学习机会，同时又树立学生的团队合作观念。学生在调查设计、准备器材、实验操作、观察记录、分析讨论、归纳总结等各个环节中都需要其他成员的协作才能完成，在合作中学会沟通倾听，在集体的共同学习中进步和提高，就像萧伯纳所说的“自行车向前需要两个轮子，你不能说哪个更重要，的确自主学习和合作是终身学习、不断创新的两个轮子，两者相辅相成不可或缺。”由于实验本身是一个严格的过程，要想获得成功，必须一丝不苟，来不得半点虚假，把各项活动安排的井井有条，这对培养学生实事求是的态度和严谨的科学作风十分有益。此外，在实验过程中并不总是一帆风顺，他以很强的吸引力磨练学生的意志，对学生科学世界观的形成起着促进作用。（三）针对具体情况，选择适合的实验类型中学地理实验主要用于模拟演示地理现象的演化过程、探究自然规律和原理，培养学生的观察能力、操作能力、组织能力、合作能力以及创新能力，促进学生素质的提高。但又受到实验设施、场地和教学进度的限制，因此可以不拘一格，针对具体情况，采用多样的形式。地理实验类型的划分有不同的标准。按照实验主体，可划分为以下几种类型：（1）教师演示实验。鉴于目前大多数的学校没有专用地理实验室，可以在地理课堂上由教师利用实验器材，通过边演示、边讲解的方式，将复杂抽象的地理过程和规律利用实际事物模拟出来，使学生获得对地理事物的感性认识，因其直观、形象，可以将知识化繁为简、化难为易，使学生易于理解，印象深刻。同时多样的实验也容易引起学生的兴趣，集中学生的注意力，挺高课堂的效率。 例：季风成因的实验关闭门窗，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）。在卫生香的等距离左右两侧分别放一只1000W的电炉、一盆冰块。将电炉通电5分钟后，让学生观察卫生香烟的飘动方向。将电炉和冰块交换位置，观察烟的飘移方向。在这个实验中，电炉上方空气加热，气压降低；冰块上方空气冷却，气压升高。卫生香的烟总是飘向电炉上方，说明高低气压的“季节”转换，产生了季风。教师和学生也可以共同配合，完成课堂上的地理演示实验。因为有熟悉的同学参与，学生会有更高的热情和注意力。例:为了更好地说明森林具有“含蓄水源、保持水土”等作用，课堂上可设计如下演示实验： 组：用光滑斜面代表山坡，斜面上敷一薄层粘土（约 厘米厚）代表植被不良的山坡； 组：在 组的基础上，在粘土上覆盖一层棉质毛巾或沙布表示上覆植被良好。请两位同学同时用雾化喷头向上述 、 组洒水模拟大气降水，指导学生观察哪一组的水更快流出，哪一组的粘土更快被冲刷干净。从而得出实验结果，实现教学目标。 （2）学生操作实验 进行学生操作实验最理想的状态是有专用的地理实验室，而这在我国目前大多数的学校都不具备。地理教师可以借用学校的物化实验室进行一些地理实验。也可以利用一些简单的物品在普通教室里进行。学生操作实验打破了原有的“老师讲，学生听”或者“老师讲，学生看”的状态，真正让学生成为主体，参与其中，通过实际操作、观察思考、分工协作，最大限度的调动学生的积极性，提高学生的学习热情。例：清除泄漏的原油24名学生组成一个实验小组。先在一只平底锅的一端写上“海岸”，另一端写上“深海”。向锅内倒入2cm深的水。将20ml菜油慢慢倒入锅中，将羽毛和手指分别侵入油中，观察它们各自沾到油的情况。接着用木棍试着将油挡在写有“海岸”的一端，从“深海”一端轻轻地向水面吹气来模拟风和浪。再用棉球、纸巾以及滴管尽可能地将油从水面取出。最后比一比，在相同时间里哪个小组清除得最干净。在实验过程中思考下列问题：将油挡在海岸外面的过程成功吗？哪些材料清理油的效率高？强风与大浪对清理原油工作产生什么影响？如果鱼、鸟等动物被泄漏的原油裹住，情况会怎样？(3)多媒体演示实验利用文字、图形、声音、动画和视频等多种技术组合而成的信息系统称为多媒体系统。对于中学地理中一些宏观缓慢的地理演化过程、瞬间发生的地理现象，由于受到时间、空间和实验设备的限制，无法用真实的实验进行模拟时，可以采用多媒体技术在计算机上进行演示，而且还可以自己控制实验的速度，将实验的过程定格，以便更清楚的观察。利用多媒体辅助教学将视觉和听觉等同时作用于人的感官，提高课堂的效率，能提高地理实验教学的效果。例：“黄土高原”一例，在设计水土流失和地表状况的关系中通过计算机的模拟，让学生观察、思考讨论后得出演示结果：(1)降水条件相同、植被覆盖率低则水土流失严重(2)暴雨冲刷下水土流失更加严重。原理的模拟后再通过小组讨论得出黄土高原水土流失的自然原因，使教学更加形象，讨论更加积极并延伸到采取的解决措施，以便减少水土流失。此外，我们还可以将实验的场所延伸到课外。指导学生走入生活，走进大自然，利用课余时间到野外进行实地观测和调查。如观察月相、测量当地干湿度。或者鼓励学生充分利用身边的资源，利用生活中常见的物品作为材料，设计简单易于操作的实验，来验证书本上学习到的原理和现象。这样有利于对知识点的巩固，也有利于学生创新思维和探究思维的开发，培养学生对地理学习的兴趣。例：自制两个木盒，一般为50厘米长、10厘米高（也可以找两个废旧的尺寸大致相同的木盒）。两个都放满泥土，一个种上杂草，一个什么也不种。放置在开阔的地方并与地面成30。当杂草长好后，用浇花的洒水壶模仿下雨，将水淋到两个木盒上，观察流出的水中含的泥沙量，也可以将流出的水收集到水桶中，经过沉淀计算一下含沙量例：通过对含磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水的溶液中，观察“水葫芦”的生长繁殖过程来判断磷对植物生长的影响，从而感性认识水体富营养化的过程。实验原理：磷是植物生长的三大营养元素之一，适量的含磷溶液会促进植物的生长，但过量的磷会导致生长速度过快，从而影响水体质量，是造成水体富营养化的一个重要原因。 实验步骤：（）选择肥嫩适中的水葫芦，准备有磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水溶液；（）将重量完全相等的水葫芦分别放入三个小盆中；分别倒入 毫升的有磷洗衣粉、无磷洗衣粉、清水溶液，使水葫芦的根部完全浸入溶液中；在三盆水葫芦的上面分别放上纱布，以防止水分的过快蒸发；（）将泡制好的三盆溶液并排放在窗台前（室温约 ），保证每天的光照时间；（）每天观察水葫芦的长势，并进行记录。 天为一个周期。 实验记录：得出结论：根据实验，有磷洗衣粉溶液的水葫芦长势明显好于其他两种溶液，并且水体的浑浊度也高，从而认识到含磷生活洗涤用品的排放会导致水体富营养化。 在实验教学中，我们也可以按实验内容将地理实验分为不同的系列：1、地球运动实验：地球运动部分历来是初高中地理学习的重点难点，他不仅是地球自身的运动，而且还涉及和太阳、月球联系起来的复杂运动，这部分教材内容非常宏观抽象，需要很好的空间想象能力，学生往往很难理解。针对这个特点，在教学方法需要精心设计，利用教具模拟运动过程使之具体化，让学生感到通俗易懂，简单明了，这一实验系列包括：A、地球自转方面的实验：如模拟地球自转、地球上水平运动方向偏转的模拟实验、地球自转的证明实验、地球自转与天体周日视运动的模拟实验等。例：用一个地球仪使地轴垂直地面，先在北半球高纬度处滴一至两滴红墨水，在地球仪不转动的情况下，就会沿经线向低纬度流动并留下墨迹。然后自西向东转动地球仪，再在高纬某点滴一滴红墨水，你就会发现红墨水流动的方向发生了改变，从北极上向下观察，你可以发现红墨水留下向右偏转的墨迹。同样将地球仪倒转过来，南极向上，用同样的方法进行演示观察，从南极上向下看，可发现墨迹向左偏转。B、地球公转方面的实验：如利用地球仪演示地球公转与黄道形成实验、地球公转与太阳回归运动的模拟实验、地球公转与四季形成和昼夜长短的模拟实验等。2、大气实验系列：关于大气的知识在中学地理教学中的难度仅次于地球运动，有着非常重要的地位。特别是大气运动，也是很难观察的自然现象和过程，仅凭讲述学生很难理解，需要借助实验和其他直观手段。例如阳光直射、斜射与气温高低的实验、利用气球的充气放气进行大气压力的实验、风形成的实验、大气环流动画演示实验、季风和海陆风形成的实验、水的凝结、大气降水的实验等。例：在讲解“低压（气旋）与高压（反气旋）”后，做一演示实验：把两只气球吹成苹果大小，用长约 厘米的丝线扎紧口子；用透明胶把两条丝线粘在教鞭上，两只气球相隔约 厘米；平举起教鞭，让气球离实验者的脸部约 厘米；向两只气球的中间吹气。实验结果：两只气球相互靠拢。分析得知：气球靠拢是由于中心部分的空气上升、形成低气压的缘故。难点不攻自破！3、水的实验系列：在这部分内容中，最难理解的是水循环和洋流运动等。这些现象比较宏观，不易观察。如果通过实验，就能更好的为学生所理解。如水的循环实验、洋流形成的实验等。例：自流井的实验实验器材：两根装满水的密封皮管，针实验过程：一根皮管向上拱起，一根皮管向下弯曲，用针分别扎破皮管，观察针尖将皮管戳破的瞬间，哪支皮管的水会射出？4、地壳运动的实验系列：地壳运动是地球内力和外力相互作用的结果。这种变动大都是一些极其缓慢的自然过程，在短时间内难以觉察。如通过模拟实验，把缓慢的难以观察的过程变为可见过程，这样也就找到了解决问题的途径，如流水作用的实验、风力作用的实验、泥沙沉积的实验、石灰岩形成的实验、褶皱、断层实验等。例：在讲解“断层和褶皱”这部分内容时，教师可用海绵来演示。选两块厚约5cm的海绵块，用不同颜色的彩笔分别在两块海绵的剖面上染上不同的颜色（以表示岩石的剖面）。其中一块用小刀将其斜向割断（后面简称为海绵2；另一块简称为海绵1）。讲解“褶皱”时，将海绵1平放在讲台上，两手抓住海绵的两端，用力向中间挤压，海绵便鼓起来。可以形象的把褶皱表现出来；讲解“断层”时，将海绵2平放在讲台上，重复以上动作，海绵便出现了断裂。这