張 健

（上海市大同中學, 上海 200011）

《普通高中地理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）中明確指出：“考察、實驗、調(diào)查等是地理學重要的研究方法，也是地理課程重要的學習方式。”基于新課標要求，上海版高中必修《地理一》中的活動型欄目設(shè)計了地理實驗的內(nèi)容。地理實驗可以訓練學生的動手能力、觀察能力、分析判斷力和設(shè)計能力，是提升學生地理實踐力和科學素養(yǎng)的重要路徑，成為“雙新”教育改革的一大亮點。地理教師應(yīng)遵循科學性原則，結(jié)合教學需求，設(shè)計出能夠激發(fā)學生探究欲望和參與熱情的地理實驗，這是地理實驗教學的關(guān)鍵。

一、基于生活問題的實驗設(shè)計

新課標的內(nèi)容要求：“運用圖表等資料，說明海水性質(zhì)和運動對人類活動的影響?！被诖?，新教科書中增加了海水性質(zhì)與運動的相關(guān)內(nèi)容。認識海水溫度、鹽度和密度的分布特征、影響因素及其對人類活動的影響，形成科學開發(fā)和保護海洋的理念，是教學的重難點。傳統(tǒng)教學方式較多采用讀圖分析法開展教學，一般結(jié)合世界表層海水溫度或鹽度分布圖，分析分布特征及其原因。這樣的教學方法很難體現(xiàn)新課程改革的理念與要求，不利于地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

新課標中的教學提示建議：“指導學生運用體驗、觀察、觀測、實驗、野外考察等方式開展地理實踐活動。”“海水的性質(zhì)”具有跨學科的特征，在化學、物理等學科中均有相關(guān)內(nèi)容。實驗教學是理科教學中的常用方法。本節(jié)課的活動設(shè)計選擇以實驗為突破口，實驗流程如圖1所示。

圖1 實驗流程圖

1.創(chuàng)設(shè)實驗情境

地理實驗應(yīng)聚焦地理現(xiàn)象，解決地理問題。在海邊或江邊，可以觀察到各式各樣的船只兩側(cè)都標有吃水線，表示輪船沒入水中的深度，反映了輪船的最大安全載重量。如果水位超過吃水線，輪船就會有沉沒的危險。由于世界上不同的海域在不同季節(jié)的海水密度存在差異，同一艘船的吃水深度不同，因此吃水線是多條而不是一條。為什么輪船的吃水線有多條？它們分別代表什么類型的吃水線？這些問題是本實驗設(shè)計的出發(fā)點。

2.確定實驗?zāi)繕?/h3>

本實驗通過引導學生探究海水鹽度和密度之間的關(guān)系，判斷輪船吃水線的類型，進而引導學生理解海水性質(zhì)對人類活動的影響，加深學生對人地關(guān)系的理解。在實驗過程中，需要學生客觀地記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，對實驗現(xiàn)象作出解釋，基于觀察事實形成觀點，發(fā)現(xiàn)和提出需要進一步研究的問題。總體而言，本實驗既是情境，又是知識傳輸?shù)妮d體，有利于地理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.明確實驗原理和實驗器材

海水的密度受溫度和鹽度等因素影響。一般情況下，海水溫度高，密度小；海水鹽度高，密度大。本實驗用砝碼模擬輪船的載重量，小燒杯模擬輪船。為比較輪船在水中的浮沉情況，本實驗選擇化學實驗室常用的飽和氯化鈉溶液作為“海水”（A燒杯），純凈水作為淡水（B燒杯）。學生通過比較“輪船”在不同溶液中的浮沉情況，結(jié)合世界表層海水溫度和鹽度分布圖，判斷吃水線的類型。本實驗中A、B溶液均處于同一室溫，但因水體不同，水溫依然存在差異。實驗過程中為控制溫度變量，需準備酒精燈、石棉瓦以及讀取溫度和鹽度的實驗儀器設(shè)備。具體實驗器材如圖2所示。

圖2 實驗器材

4.設(shè)計實驗步驟

（1）將50g砝碼放入兩個小燒杯中。相同載重的情況下，A燒杯中的“輪船”漂浮在水面上，B燒杯中的“輪船”沉入水中，如圖3所示。教師提出問題：為什么相同載重情況下，輪船的浮沉情況不一樣呢？

圖3 實驗現(xiàn)象

（2）根據(jù)初中物理浮力的相關(guān)知識，實驗現(xiàn)象說明A、B溶液存在密度差異，而溫度和鹽度可能是造成密度差異的因素。為了驗證鹽度與密度之間的關(guān)系，需要排除溫度這一變量。首先使用溫度儀測量A、B溶液的溫度，結(jié)果顯示A溶液水溫略低于B溶液，故使用酒精燈將A溶液加熱到與B溶液相同的溫度，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)“輪船”未沉入水底。以上步驟排除了本實驗中溫度變量對密度的影響。

圖4 酒精燈加熱A溶液

（3）排除溫度因素影響后，進一步驗證鹽度因素的影響。使用鹽度儀測量溶液鹽度，記錄A、B溶液的鹽度差異，如圖5所示。

圖5 測量A、B溶液鹽度

5.設(shè)計實驗報告

為便于學生記錄、分析實驗過程，設(shè)計了如表1所示的實驗報告表。

表1 實驗報告表

6.解決地理問題

教師小結(jié)：在上述實驗中，A溶液是實驗室常用的飽和氯化鈉溶液，用于模擬“海水”，B溶液為淡水。兩種溶液的鹽度差異導致密度差異，進而導致“輪船”吃水線位置的差異。輪船吃水線分為淡水吃水線、熱帶淡水吃水線和海水吃水線；海水吃水線又分為印度洋吃水線、夏季海洋吃水線、冬季海洋吃水線和北大西洋冬季吃水線，如圖6所示。

圖6 輪船上的吃水線示意圖

結(jié)合教材中世界表層海水溫度、鹽度分布圖，判斷圖6中①②③④和ab的吃水線類型，并說明理由，如表2所示。

表2 輪船吃水線類型及其理由

二、實驗設(shè)計與教學實踐反思

地理實驗作為教學情境或作為知識和技能，是培養(yǎng)學生科學態(tài)度和價值觀的重要方法。從實驗設(shè)計到實驗操作、再到實驗教學，反思過程中存在的不足或需要解決的問題，可為優(yōu)化地理實驗教學提供借鑒。

1.教師規(guī)范實驗操作，增強安全意識

在“探究海水鹽度與密度”的實驗操作過程中，需注意實驗的規(guī)范操作，如酒精燈和鹽度儀的使用。鹽度儀的傳感器非常敏感，每次使用后需用純凈水洗凈并擦干，以減少數(shù)據(jù)誤差。大部分地理教師沒有接受過專門的課程學習或培訓，實驗操作的規(guī)范和安全意識較為薄弱?！半p新”教育改革鼓勵地理實驗在地理教學中的應(yīng)用，教師應(yīng)進一步提升實驗操作規(guī)范和安全意識，熟練使用中學地理實驗教學基本儀器，減少數(shù)據(jù)誤差，避免安全風險。

2.學生操作實驗，培養(yǎng)科學素養(yǎng)

限于疫情期間在線教學的特點，此次實驗由教師演示進行。如果時間和條件允許，建議由學生操作實驗，引導學生參與相對完整、規(guī)范的科學研究過程，從設(shè)計實驗方案到操作實驗過程、觀察記錄、處理分析數(shù)據(jù)，再到最后撰寫實驗報告及匯報交流，在達成學科核心素養(yǎng)的同時，提升科學素養(yǎng)。

為檢驗學習效果，需要加強實驗評價環(huán)節(jié)，筆者根據(jù)PTA評分法設(shè)計了本實驗的學生評價量表。PTA評分法，又稱為PTS法，全稱為Primary Traits Analysis或Primary Traits Scale，也稱為主要特質(zhì)量表或主要特質(zhì)評分法。這種評價方法的基本做法是：將學生在完成一項任務(wù)中所實施的行為或者表現(xiàn)分解為基本單元或者基本單元的組合，然后對學生在這些基本單元上的行為表現(xiàn)作出準確的評定。一般情況下，PTA 量表可以分為2～ 5個等級，以對應(yīng)學生的不同表現(xiàn)水平。結(jié)合本實驗，可以從實驗操作和實驗報告撰寫兩方面展開評價，權(quán)重各占50%，具體如表3所示。

表3 探究“海水鹽度與密度”關(guān)系實驗的PTA評價量表

3.學校加強地理實驗室建設(shè)，提供良好的教學環(huán)境

海水的性質(zhì)是高中地理新教科書中增加的內(nèi)容之一，本校地理專用教室尚未配備相關(guān)的實驗設(shè)備。酒精燈、石棉瓦、燒杯、砝碼等設(shè)備均來自化學實驗室，鹽度儀和溫度儀則來自于校外的設(shè)備公司。這種情況不僅增加了教師和學生實驗操作的難度，也會削弱教師采用地理實驗進行教學的熱情。

建議尚未配備地理專用教室或?qū)嶒炂鞑牡膶W校，加強地理專用教室的建設(shè)，尤其針對新課標中增加的海洋、土壤和植被等內(nèi)容，配備足夠數(shù)量的實驗器材。同時，也要明確地理專用教室的功能定位，加強日常管理，提高地理專用教室的利用率。