摘 要：學(xué)生作為地理實驗的主體，除了要在實驗過程中觀察現(xiàn)象、獲取結(jié)論，更應(yīng)成為實驗的設(shè)計者和操作者。“水循環(huán)”實驗教學(xué)，從形式到裝置，由學(xué)生自行設(shè)計；從記錄到分析，由學(xué)生自主操作。教師應(yīng)成為學(xué)生自主實驗過程中的設(shè)計參與者、實驗引導(dǎo)者、資源提供者和安全監(jiān)督者。

關(guān)鍵詞：初中地理；實驗教學(xué)；水循環(huán)

地理教學(xué)中，實驗是學(xué)生參與地理實踐活動、提升地理實踐力的主要方式，其價值主要體現(xiàn)在讓抽象的問題直觀化，并通過展示實驗現(xiàn)象幫助學(xué)生理解相關(guān)的地理知識、原理和規(guī)律，提升學(xué)生解決地理問題的能力。學(xué)生作為地理實驗的主體，除了要在實驗過程中觀察現(xiàn)象、獲取結(jié)論，更應(yīng)成為實驗的設(shè)計者和操作者。通過自行設(shè)計和自主操作，學(xué)生會對實驗的基本方法有更深刻的理解。同時，由于學(xué)習(xí)方式是體驗性的，學(xué)習(xí)過程是動態(tài)化的，實驗也有助于學(xué)生經(jīng)歷“認(rèn)知—實踐—深化認(rèn)知”的過程。在“水循環(huán)”實驗教學(xué)中，我們就嘗試放手讓學(xué)生自行設(shè)計和自主操作，幫助學(xué)生在動手的過程中深化認(rèn)知。

一、自行設(shè)計：從形式到裝置

（一）自行確定實驗形式

地理實驗的主要形式有地理實踐、地圖繪制和模擬演示等。在設(shè)計實驗前，首先應(yīng)綜合研判，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，選擇適合的實驗類型：對某一特定區(qū)域的地理環(huán)境要素特征進(jìn)行推理，可以設(shè)計以真實的地理環(huán)境為載體的實踐類實驗，如采集氣象數(shù)據(jù)、觀測太陽高度角等；為了認(rèn)識地圖中事物的空間分布或制作地理事物模型，可設(shè)計繪制類實驗，如繪制學(xué)校平面圖、制作等高線地形模型等；理解較大時空尺度的地理事物或現(xiàn)象的分布、特征與演變規(guī)律，則偏向于選擇模擬演示類實驗。

“水循環(huán)”指的是大氣、陸地和海洋間水體的循環(huán)過程，對于認(rèn)識熱力循環(huán)和氣候成因等有重要的作用。通過前期的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)和大致過程有了基本的認(rèn)識，但對水循環(huán)產(chǎn)生的動力機(jī)制以及水循環(huán)的影響等尚不明確。由此可以確定，這一實驗的主要目的是“明確水循環(huán)的發(fā)生空間、主要環(huán)節(jié)和大致過程”以及“明晰水循環(huán)的產(chǎn)生動力及其主要影響”，屬于較大時空尺度的地理事物或現(xiàn)象的分布、特征與演變規(guī)律，進(jìn)而確定實驗類型為模擬水循環(huán)過程的模擬演示實驗。

（二）自行制備實驗裝置

在確定實驗形式后，學(xué)生應(yīng)對實驗?zāi)繕?biāo)和實驗流程有清晰的認(rèn)識。“水循環(huán)”實驗的目標(biāo)為：通過實驗展示水循環(huán)的過程；在觀察實驗現(xiàn)象的過程中描述水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)及其主要影響。學(xué)生根據(jù)這一目標(biāo)，預(yù)判實驗涉及的變量為水體的溫度、水蒸氣接觸面的溫度等。這些變量是影響實驗結(jié)果的重要因素，應(yīng)作為實驗設(shè)計中的重要考量。據(jù)此，學(xué)生初步確定了實驗的操作步驟和實驗結(jié)果的記錄形式。

為模擬水體蒸發(fā)和凝結(jié)、降水、地表徑流等自然現(xiàn)象，學(xué)生選擇的設(shè)備包括：鐵架臺、不銹鋼托盤、三口燒瓶及導(dǎo)管、酒精燈、塑料托盤、彩色橡皮泥和塑料盒。實驗裝置制備過程如下：

1. 用鐵架臺夾住不銹鋼托盤（位置較高，模擬高空）、塑料托盤（用細(xì)針刺出若干小孔，位置較低，略有傾斜，示意地表）；

2. 利用彩色橡皮泥制作山地模型（含山峰、山脊、山谷），放置于塑料托盤上；

3. 鐵架臺夾好裝有導(dǎo)管的三口燒瓶，導(dǎo)管口指向不銹鋼托盤底部；

4. 塑料盒略微傾斜，放置于塑料托盤下方。

最終完成的實驗裝置如圖1所示。

地理實驗裝置的制備是地理實驗教學(xué)的難點。為實現(xiàn)對真實地理環(huán)境的模擬，保障實驗?zāi)繕?biāo)的達(dá)成，教師可在必要時與學(xué)生協(xié)作，幫助學(xué)生制備地理實驗裝置，這對于幫助學(xué)生理解實驗原理、形成操作技能和提升學(xué)習(xí)地理的積極性有正向意義。

二、自主操作：從記錄到分析

（一）自主記錄實驗現(xiàn)象

提出假設(shè)是實驗操作的第一步。學(xué)生先對實驗中的降水、水體蒸發(fā)、地表徑流和地下水等現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)設(shè)，為下一步的操作、觀察和現(xiàn)象記錄指明方向。

接下來，學(xué)生在三口燒瓶中注水，點燃酒精燈加熱，利用導(dǎo)管將水蒸氣導(dǎo)向不銹鋼托盤底部，依據(jù)既定步驟操作。該階段需要關(guān)注的重點有二：一是實驗的操作流程，翔實的操作流程能提高實驗的成功率；二是數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的規(guī)范化記錄。學(xué)生在操作的過程中，借助觀察記錄分析表進(jìn)行細(xì)致觀察和記錄分析（如下頁表1所示）。

在實驗結(jié)束后，學(xué)生用實驗中觀察到的現(xiàn)象或獲取的結(jié)果來模擬“水循環(huán)”的發(fā)生過程，分析其形成的原因，破解了“水循環(huán)產(chǎn)生的動力”這一難題。

（二）自主分析實驗結(jié)論

學(xué)生自主分析實驗結(jié)論，將為后續(xù)反思改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。實驗報告是學(xué)生自主分析實驗結(jié)論的載體，可用來記錄其在實驗過程中形成的個性化感悟和對地理概念或現(xiàn)象的理解，也可以幫助學(xué)生就實驗?zāi)繕?biāo)的設(shè)定、實驗效果的分析和實驗操作的改進(jìn)進(jìn)行反思。實驗報告對于表達(dá)的規(guī)范性和學(xué)術(shù)性有比較高的要求，但對于中學(xué)生而言，能真實完整地表述觀察的實驗結(jié)果和結(jié)論即可。

如學(xué)生發(fā)現(xiàn)因不銹鋼托盤的溫度為常溫，底部的水滴凝結(jié)滴落的速度比較慢。其撰寫的實驗報告中提出了后續(xù)的實驗改進(jìn)方案，即在不銹鋼托盤上部放置冰袋，迅速降低不銹鋼的溫度，從而加快水蒸氣的凝結(jié)與滴落，增強(qiáng)“降水”的強(qiáng)度。對實驗結(jié)果的總結(jié)與分析能幫助學(xué)生實現(xiàn)從主觀體驗向?qū)嵺`素養(yǎng)的轉(zhuǎn)向。

學(xué)生在撰寫實驗報告的過程中提出可行方案，也是對水循環(huán)動力機(jī)制有深入認(rèn)識的表現(xiàn)。譬如有學(xué)生在實驗報告中提出如下疑問：“我們組在用酒精燈加熱時發(fā)現(xiàn)，在加熱時間足夠長的情況下，預(yù)存水的蒸發(fā)速度明顯加快了。這是不是說明在氣候更為炎熱的地區(qū)，水循環(huán)現(xiàn)象會更明顯？”“我們組設(shè)計的現(xiàn)有實驗器材中很難看到地表徑流，從托盤上滴落的水大多滲透到‘山體’中去了。改為直接倒水后，才出現(xiàn)預(yù)設(shè)的現(xiàn)象。自然界中降水較少時是不是也不能直接形成河流或積水？這是什么原因造成的？”從學(xué)生提出的問題中，我們可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過實驗，不再局限于水循環(huán)現(xiàn)象的描述，而是對水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)有了較為深入的思考。

需要說明的是，由學(xué)生自行設(shè)計、自主操作實驗，并不意味著教師完全放手。本次實驗教學(xué)中，在學(xué)生對哪些地理問題或現(xiàn)象應(yīng)使用何種實驗方法缺乏基本認(rèn)識的情況下，教師提供了具有針對性的實驗形式供學(xué)生選擇。在設(shè)計和制作實驗裝置時，學(xué)生受限于制作材料的獲取和對實驗全過程的整體把握，教師給出實驗裝置的設(shè)計建議，甚至幫助學(xué)生協(xié)調(diào)不同學(xué)科的教師。而必要的安全建議、實驗器材的使用規(guī)范要求等也都是在學(xué)生自主操作之前，教師必須明確提出的?？傊處煈?yīng)成為學(xué)生自主實驗過程中的設(shè)計參與者、實驗引導(dǎo)者、資源提供者以及安全監(jiān)督者。