高中地理实验探究活动的设计策略

【摘要】实验探究活动设计是高中地理教学设计的重要环节。实验探究活动作为实际操作环节，能促使学生迁移应用课本中知识，让学生深入学习和理解相关的地理现象，提高理解能力，培养地理核心素养。【关键词】高中地理；实验探究；活动设计实验探究活动作为高中地理教学中重要的一环，可以将课堂中的“教”与“学”转变为“做”，让学生通过直观的实验探究加深对地理现象的理解；可以有效发挥学生实验操作的能力，激发学生对地理现象和地理学习的兴趣；可以提升学生学习的深度和广度，拓展学生的地理思维。一、观察实验，了解现象过程高中地理探究的是生活中的地理现象及其原理。在教学过程中，教师可以通过实验将不易观察的现象清晰地展现出来。学生通过观察实验，将日常生活中的地理现象放大、细化，探究其中的原理，感受地理的奇妙之处。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一节“流水地貌”时，教师可以用沙土堆成一个小山，用水壶洒水模拟河流冲刷，进行模拟河流上游的流水侵蚀实验并让学生仔细观察。在这个过程中，学生可以观察到下蚀、侧蚀和溯源侵蝕等现象，了解到河流在流动的过程中，对地表有侵蚀和搬运的作用。学生观察到河床加深，河流向纵深方向发展，理解了下蚀现象；观察到河谷变宽，河流向横向发展，理解了侧蚀现象；观察到插在原本河流源头前方的小旗倒下了，流水向源头方向侵蚀，理解了溯源侵蚀现象；观察到由于河流落差大、流速快，因此流水以下蚀和溯源侵蚀为主，从而形成“V”型河谷。而后，教师可以引导学生观察小山前的沙土和流水，了解流水堆积现象。在山区，河流挟带大量砾石和泥沙。当河流流出山区进入较平坦的地面时，河流变得开阔，水流速度减慢，河流搬运的物质逐渐在山前沉积下来，形成扇状堆积地貌，即冲积扇。学生可以观察到，颗粒大、比重大的沙粒先沉积，颗粒小、比重小的沙粒后沉积；可以观察到，在同一河段，侵蚀、搬运和堆积是同时进行的，在弯曲河段两侧河水流速不同，一侧发生侵蚀，同时另一侧发生堆积，并了解到，相对原来平直的河岸而言，凹进的一侧河岸称为凹岸，凸出一侧称为凸岸；可以观察到，凹岸一侧小旗倒下，说明凹岸以侵蚀为主，凸岸以堆积为主。教师通过实际演示将课本中的文字描述展现出来供学生观察，帮助学生了解侵蚀和堆积地貌形成过程。地理实验可以帮助学生直观地了解地理现象。在演示实验的过程中，教师要引导学生注意实验中的细节，让学生在观察实验中关联知识点。这样，可以有效激发学习地理的兴趣，有利于学生理解地理现象，培养学生观察实验的能力。二、模拟实验，深入理解原理教师要改变一味传授知识的方式，让学生通过实验不断感受地理现象，激发学生学习地理的兴趣［1］。教师可以引导学生进行模拟实验，让学生在实际操作中感受地理现象变化过程，锻炼学生的地理实验能力。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三节“大气热力环流”时，教师可以根据热力环流的原理提供实验方案，让学生根据步骤完成实验，积累实验经验。具体而言，学生可以两两组合，准备两个装水容器，一个装满100℃的热水，另一个装满冰水。在这两个容器上面，放一个装满常温水的大容器。学生在热水容器上方，向大容器滴入黑色墨水；在冷水容器上方，向大容器滴入红色墨水。随后，学生记录实验现象：热水上方的黑色墨水在大容器中总是向上漂浮，而冷水上方的红色墨水在大容器中总是向下沉。于是，教师引导学生进行总结：热水上方的墨水向上漂浮，是由于大容器中的水受热膨胀，不断上升；而冷水上方的墨水向下沉，是由于大容器中的水受冷收缩，不断下沉。这个过程正是热力环流的体现—近地面的大气在受热时会不断膨胀上升，使近地面形成低气压；而大气在受冷时会不断收缩下沉，使近地面形成高气压。气流会从高气压流向低气压，由此形成热力环流。教师让学生体会实验过程、动手操作实验，帮助学生深入理解热力环流的现象和成因。在教学过程中，教师要改变单独演示、理论灌输的方式，让学生在实验中体会、操作，从而提高地理实验活动的教学质量。学生通过模拟实验，实现地理实验活动和知识点的融合，逐渐提高地理实践能力、创新能力和观察能力。三、虚拟实验，强化知识印象高中地理教师可以充分利用现代信息技术，将以往难度系数大、难以展示的实验以虚拟实验的方式呈现出来。学生可以通过虚拟实验了解地理现象过程，拓宽实验思维，同时激发学习兴趣［2］。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第四章的第二节“海水的性质和运动”时，教师可以利用多媒体来帮助学生对洋流的运动进行更加深入和直观的理解。例如，EarthNullschool网页是一个基于实时气象和地球科学数据的互动地球模拟器。教师可以结合网站中的全球实时地图来带领学生学习洋流的相关知识。如，在观察太平洋地区时，教师可以展示太平洋地区温度图。学生观察到赤道附近温度较高，由此推断太阳辐射是海水最主要的热源；通过对比可以看出受太阳辐射的影响，海洋表层水温的高低会随时间和空间变化而变化。而后，针对洋流的形成，教师可以在网站中展示洋流图，并向学生解释洋流的相关知识。如，日本暖流的相关知识：夏季，亚洲大陆上的季风带来了大量的暖湿空气，这些空气在菲律宾海地区升温并导致海水温度上升；地转偏向使日本暖流流向东北方向；日本暖流带来了温暖的海水，有助于维持日本相对温暖的气候……同时，教师也可以结合日本暖流的形成原因，让学生推测其他洋流的形成过程。此外，教师还可以利用太阳运动轨迹模拟工具，向学生展现地球自转与公转、黄赤交角、晨昏线和昼夜交替等现象；利用Ventusky模拟海水温度、大气污染等地理现象。教师通过虚拟实验，让学生以虚拟的方式观察地理现象，帮助学生构建地理现象的知识框架，拓宽学生的思维。教师利用新媒体进行虚拟实验，为学生提供了更安全、互动性更强的学习机会，有助于学生进一步理解地理现象和过程。同时，学生可以根据自己的兴趣进行探索和实验，增强学习的参与性。教师也可以根据虚拟实验提供的结果和反馈，引导学生进行数据分析，帮助学生深入理解实验过程。四、测算实验，精确过程数据通过准确的数据收集和分析来深入研究地理问题，能让学生深刻理解知识点。利用数据来反映地理现象，可以使实验更具说服力，加深学生对地理现象的印象［3］。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第三章的第三节“大气热力环流”有关海陆风形成的相关知识时，教师可以带领学生通过测算数据来完成实验，让学生通过直观的数据来理解知识点。实验过程中，首先将两个小容器分别填充水，一个表示海洋，一个表示陆地。学生用温度计测量和记录两个容器内水的初始温度。而后，让学生打开暖风机，将温暖的空气吹向陆地模拟容器，升高陆地模拟区域的温度，第二次用温度计测量并记录陆地模拟容器内水的温度。同时，让学生观察并记录空气湿度和风速风向。接着，让学生打开冷却装置，将冷却风吹向海洋模拟容器，降低海洋模拟区域的温度，第三次用温度计测量并记录海洋模拟容器内水的温度。同时，让学生观察并记录空气湿度和风速风向。如此，每隔一段时间记录一次温度、湿度和风速风向数据，直到观察到明显的海陆风现象。通过实验数据可以得到，当陆地模拟区域升温时，空气上升，形成低压区，这导致了海洋模拟区域的空气流向陆地，形成海陆风。通过实验数据推测得出，本次海陆风的形成导致了陆地模拟区域的温度下降，湿度上升。同时，海洋模拟区域的温度上升，湿度下降。风速风向的测量显示，在海陆风形成过程中，风从海洋吹向陆地，产生了明显的风向变化。实验结果表明，海陆风是由于陆地和海洋温度差异引起的大气环流现象，对气温、湿度和风向产生显著影响。通过测算实验，学生可以根据数据逐渐把握海陆风形成的规律。通过实际测算、收集和分析数据来亲身体验地理现象，学生的实验操作能力及推理能力得到有效提升。教师可以在这个过程中鼓励学生积极思考，培养学生实验技能和自主学习的能力。五、对比实验，探究现象结果教师可以引导学生进行对比实验，让学生对比数据并分析差异和相似之处，让学生更加全面和深入地理解地理知识。例如，在教授湘教版高中地理必修Ⅰ第二章的第一节“流水地貌”时，为了探究“土壤如何更好地保护植被”的问题，教师可以进行“不同下垫面状况对下渗环节的影响”的对比实验，帮助学生更好理解知识点。首先，教师要收集不同类型的土壤样本：砂土、壤土和黏土，并将这三种土分别均匀填充到容器中。接下来，在每个容器上方模拟降雨，保持一定的降雨强度和时间。学生使用渗透仪测量从土壤中渗透到容器底部的水量，并记录下渗时间。重复上述步骤，并在不同下垫面条件下进行多次实验。学生在实验过程中记录每个下垫面条件下的下渗速率数据，并进行比较和分析。实验结果得到：砂土下垫面条件下，下渗速率较快，水分迅速渗透到地下；壤土下垫面条件下，下渗速率适中，土壤能够保持一定的水分；黏土下垫面条件下，下渗速率较慢，水分滞留在土壤表层较长时间。通过对比实验，能够得出壤土在面对自然的降雨时，能有效保护植被。为了进一步探究，教师还可以带领学生进行坡度实验，即用同一种土壤作为下垫面，铺设在不同坡度的斜板上，以上述方式记录实验的数据等，由此来证明坡度对植被的影响。完成了一系列的实验后，可以得出结论：过度耕种会破坏土壤结构，增加侵蚀和土壤流失的风险；采用可持续农业实践，如减少耕种频率、使用覆盖作物，有助于保护土壤；在斜坡地区，采取适当的坡地管理措施，如修建梯田、植树阻风、建设保护性结构，以减缓水流速度和土壤侵蚀。在完成实验后，教师可以提出问题：如果想要更好地保护植被，还有哪些办法呢？学生回答：防止土壤污染，避免废弃物和化学品的非法丢弃；定期监测土壤质量，确保土壤健康；对于受到严重破坏的土壤和植被区域，进行生态恢复工作，如重新植树造林、引入适应性植物、修复湿地等，帮助恢复土壤和生态系统；提高公众对土壤和植被保护的意识，通过教育和宣传活动，鼓励人们采取可持续的土壤管理和植被保护行动。通过对比实验，学生能够清晰地了解同一现象在不同变量的情况下的地理现象，联