許?；?陳 實(shí)

（1.青島市城陽(yáng)第一高級(jí)中學(xué), 山東 青島 266108; 2.華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430079）

一、引言

氣候變化是影響全球的復(fù)雜性事件，它對(duì)地球生態(tài)環(huán)境與人類社會(huì)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響。[1]作為負(fù)責(zé)任的大國(guó)，中國(guó)政府積極參與全球氣候治理。氣候變化教育致力于幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)并理解氣候變化、促成學(xué)生態(tài)度和行為的轉(zhuǎn)變，以期學(xué)生獲得應(yīng)對(duì)氣候變化的能力、提升氣候變化素養(yǎng)。[2]氣候變化教育有助于學(xué)生將個(gè)人理想與應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家戰(zhàn)略結(jié)合起來(lái)。

地理學(xué)科具有幫助學(xué)生樹(shù)立正確環(huán)境觀念的獨(dú)特育人價(jià)值。地理學(xué)科因其內(nèi)容設(shè)置與氣候變化關(guān)系最為密切，是滲透氣候變化教育的重要載體?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）提出要?jiǎng)?chuàng)新培育地理實(shí)踐力的學(xué)習(xí)方式。[3]地理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)地理實(shí)踐力的重要途徑。HPS視域下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠還原科學(xué)家的研究過(guò)程，并在課堂上創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究的具身環(huán)境。學(xué)生在進(jìn)行地理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)科研技能與方法，逐步形成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)求實(shí)的意志品質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生合作完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、現(xiàn)象描述、實(shí)驗(yàn)記錄等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和問(wèn)題解決能力。開(kāi)展地理實(shí)驗(yàn)有助于發(fā)揮地理教育的價(jià)值、培養(yǎng)勇于應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的積極活躍公民。

據(jù)此，本文探討高中地理氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)課例。以地理實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)建具身學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的平臺(tái)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)氣候變化科學(xué)的認(rèn)知，進(jìn)而提升其氣候變化素養(yǎng)和地理實(shí)踐力。

二、HPS視域下高中地理氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑

1.HPS 視域下高中地理氣候變化教育

HPS是科學(xué)史（History）、科學(xué)哲學(xué)（Philosophy）與科學(xué)社會(huì)學(xué)（Sociology of Science）的簡(jiǎn)稱，旨在將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)融入科學(xué)課程，培養(yǎng)公眾的科學(xué)精神。[4]HPS視域下高中地理氣候變化教育通過(guò)創(chuàng)設(shè)追溯科學(xué)歷史事件的情境，激發(fā)學(xué)生探索氣候變化真理的熱情；通過(guò)搭建提升科學(xué)哲學(xué)思維的腳手架，深化學(xué)生對(duì)氣候變化科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)；通過(guò)調(diào)動(dòng)投身科學(xué)造福社會(huì)的決心，激勵(lì)學(xué)生擔(dān)當(dāng)應(yīng)對(duì)氣候變化的責(zé)任。

2.HPS 視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑設(shè)計(jì)

教師開(kāi)展HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于推動(dòng)學(xué)生實(shí)施氣候友好行為。氣候變化教育不僅要達(dá)到傳授氣候變化知識(shí)的目的，而且要引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)、公正的態(tài)度應(yīng)對(duì)氣候變化。HPS視域下實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重給予學(xué)生成功的實(shí)踐體驗(yàn)，提升學(xué)生對(duì)氣候科學(xué)家的信任，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、探索真理、勇于創(chuàng)新的精神。氣候探究過(guò)程及科學(xué)結(jié)論是教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源。簡(jiǎn)化后的氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)降低了學(xué)生理解氣候知識(shí)的難度，且較容易操作，有助于達(dá)到良好的“知”與“行”教學(xué)效果。

根據(jù)新課標(biāo)對(duì)地理實(shí)驗(yàn)和氣候變化相關(guān)內(nèi)容的要求，本文運(yùn)用HPS教育理論，按照實(shí)際科學(xué)研究過(guò)程組織課堂實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將科學(xué)家的科研探究與學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)起來(lái)，得出HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑（見(jiàn)圖1）。學(xué)生完成課堂實(shí)驗(yàn)后，教師應(yīng)補(bǔ)充本次實(shí)驗(yàn)結(jié)論的其他相關(guān)研究，凸顯科學(xué)結(jié)論的發(fā)展性，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到質(zhì)疑與批判同樣是科學(xué)研究的一部分。

圖1 HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑

三、HPS視域下高中地理氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以湘教版選擇性必修3《資源、環(huán)境與國(guó)家安全》第三章第一節(jié)中“碳排放與溫室效應(yīng)”為例，依據(jù)HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑，設(shè)計(jì)具體教學(xué)案例如下。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

新課標(biāo)對(duì)氣候變化相關(guān)知識(shí)的要求是“運(yùn)用碳循環(huán)和溫室效應(yīng)原理，分析碳排放對(duì)環(huán)境的影響，說(shuō)明碳減排國(guó)際合作的重要性”。本框題“碳排放與溫室效應(yīng)”要求學(xué)生能夠說(shuō)出碳排放的概念，并運(yùn)用溫室效應(yīng)原理，闡述溫室氣體的概念及對(duì)環(huán)境的影響。氣候變化實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)溫室氣體的性質(zhì)，深入理解溫室效應(yīng)的原理，為學(xué)生靈活運(yùn)用該原理分析碳排放對(duì)人類社會(huì)和自然環(huán)境的影響奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生地理實(shí)踐力和人地協(xié)調(diào)觀的發(fā)展。具體目標(biāo)如下：①運(yùn)用真空壓縮袋、溫度計(jì)、二氧化碳發(fā)生器等器材，開(kāi)展溫室氣體驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)二氧化碳的吸熱特點(diǎn)；②運(yùn)用溫室效應(yīng)原理，分析大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度升高的原因及對(duì)環(huán)境的影響；③通過(guò)尤妮絲·富特等科學(xué)家的科研經(jīng)歷，認(rèn)識(shí)人類在文明進(jìn)步中的決定性作用，積極參與氣候友好行動(dòng)，培養(yǎng)科學(xué)精神。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路設(shè)計(jì)

展現(xiàn)傅立葉對(duì)溫室效應(yīng)的猜想，引導(dǎo)學(xué)生回憶已有知識(shí)（大氣保溫作用）。通過(guò)完成尤妮絲·富特驗(yàn)證溫室效應(yīng)的簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主回答兩個(gè)問(wèn)題——溫室氣體與其他氣體有什么區(qū)別？二氧化碳為什么是溫室氣體？實(shí)驗(yàn)后，教師補(bǔ)充約翰·丁達(dá)爾驗(yàn)證溫室效應(yīng)物理原理的相關(guān)資料，使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)證性，積極參與氣候友好行動(dòng)。以融合HPS教育理論的地理氣候變化教育實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)家的探究過(guò)程、進(jìn)行氣候變化的哲學(xué)性思考、正確對(duì)待科學(xué)知識(shí)本質(zhì)，產(chǎn)生由“知”到“求知”的轉(zhuǎn)變（見(jiàn)圖2）。

圖2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

(1)環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境、提問(wèn)激疑

教師播放溫室效應(yīng)起源的視頻，展現(xiàn)傅立葉對(duì)溫室效應(yīng)的猜想：地球就像一個(gè)溫室，如果沒(méi)有大氣，地球會(huì)冷很多；大氣就像一種單面鏡，可見(jiàn)光可以透過(guò)，但紅外輻射無(wú)法射出。由此引發(fā)思考：結(jié)合大氣保溫作用相關(guān)知識(shí)，你是否贊同傅立葉的猜想，并給出理由。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)播放視頻，幫助學(xué)生了解溫室效應(yīng)來(lái)源于傅立葉的猜想；引導(dǎo)學(xué)生回憶大氣保溫作用的原理，并運(yùn)用該原理表明對(duì)傅立葉猜想（溫室效應(yīng)）是否認(rèn)同，從而加深學(xué)生對(duì)溫室效應(yīng)的理解，為探究二氧化碳等溫室氣體的作用奠定基礎(chǔ)。

(2)環(huán)節(jié)2：驗(yàn)證猜想、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)

基于學(xué)生對(duì)溫室效應(yīng)的理解，教師引出溫室氣體的概念，并設(shè)置核心問(wèn)題——溫室氣體與其他氣體有什么區(qū)別？二氧化碳為什么是溫室氣體？而后教師提供實(shí)驗(yàn)指引，師生共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，協(xié)助學(xué)生完成分組探究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后，教師追問(wèn)：如果某一時(shí)期地球大氣中二氧化碳所占的比例增加，全球的氣溫會(huì)如何變化？為何工業(yè)革命以來(lái)，全球氣候變化以變暖為主要特征？教師通過(guò)層層設(shè)問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前需要熟悉實(shí)驗(yàn)器材及步驟（見(jiàn)表1）。各小組分別制備“氣體袋”，陽(yáng)光下每隔2～3分鐘觀測(cè)“氣體袋”的溫度并記錄（見(jiàn)圖3、圖4）。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制各氣體相對(duì)普通空氣升溫度數(shù)隨時(shí)間變化的折線圖（見(jiàn)圖5）。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，小組討論形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

表1 溫室氣體驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

圖3 陽(yáng)光下放置氣體袋

圖4 學(xué)生定時(shí)測(cè)溫

圖5 各氣體相對(duì)普通空氣升溫圖

(3)環(huán)節(jié)3：揭示背景、總結(jié)升華

教師補(bǔ)充以下材料。

材料一：該實(shí)驗(yàn)是尤妮絲·富特驗(yàn)證溫室效應(yīng)的簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)。尤妮絲的研究產(chǎn)生于20世紀(jì)中葉，而此時(shí)公眾尚未開(kāi)始重視氣候變化問(wèn)題，這一研究并未得到很大關(guān)注，甚至在某雜志上的摘要只把研究者標(biāo)注為伊萊沙·富特的太太（伊萊沙為尤妮絲的丈夫）。

材料二：溫室效應(yīng)的物理原理再次得到了驗(yàn)證。約翰·丁達(dá)爾使用先進(jìn)的儀器設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室，成功測(cè)量了空氣中不同成分吸收的紅外輻射熱量，其結(jié)論與尤妮絲基本相似。丁達(dá)爾被稱為“現(xiàn)代氣候科學(xué)之父”。

任務(wù)設(shè)置：請(qǐng)學(xué)生在組內(nèi)討論以下問(wèn)題并派代表發(fā)言。為什么溫室效應(yīng)要進(jìn)一步驗(yàn)證？為什么尤妮絲的研究沒(méi)有得到很大關(guān)注？

教師總結(jié)：科學(xué)成果的得出需要經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)證性均是科學(xué)的基本屬性。因?yàn)闅v史上女性科研者所面臨的不利條件，尤妮絲沒(méi)能繼續(xù)她的研究，無(wú)法進(jìn)一步拓展她對(duì)氣候變化的思考。但對(duì)于現(xiàn)代氣候科學(xué)而言，女性同樣貢獻(xiàn)了重大力量。應(yīng)對(duì)氣候變化需要全球性行動(dòng)，不分男女、不分職業(yè)、不分國(guó)籍。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到人類在文明進(jìn)步中的決定性作用，積極參與氣候友好行動(dòng)。

四、HPS視域下高中地理氣候變化教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)

新課標(biāo)要求教師注重表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)學(xué)生的地理基礎(chǔ)知識(shí)、地理能力及情感態(tài)度價(jià)值觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。氣候變化教育地理實(shí)驗(yàn)突出培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐技能，是由知識(shí)層面向態(tài)度、行為層面的深化。故實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)以幫助學(xué)生理解和解決當(dāng)今的氣候變化問(wèn)題為導(dǎo)向，由“知”到“行”設(shè)置評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文參照氣候變化知識(shí)和態(tài)度問(wèn)卷及科學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表，[5][6]設(shè)置了HPS視域下氣候變化教育“碳排放與溫室效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表（見(jiàn)表2）。評(píng)價(jià)指標(biāo)具體包括：氣候變化知識(shí)水平、氣候變化科學(xué)探究過(guò)程的認(rèn)知水平、氣候變化科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作水平、氣候變化科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析水平、氣候變化科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究態(tài)度、氣候變化科學(xué)辯證思維能力和踐行氣候友好行為的意愿。本文運(yùn)用SOLO分類理論評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，學(xué)生學(xué)習(xí)程度由低階到高階依次為前結(jié)構(gòu)水平、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平和拓展抽象結(jié)構(gòu)水平。[7]通過(guò)層次化、可觀測(cè)、可測(cè)量的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)學(xué)生在氣候變化教育實(shí)驗(yàn)中的素養(yǎng)提升情況。

表2 HPS視域下氣候變化教育“碳排放與溫室效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表

五、總結(jié)

以往高中地理氣候變化教育多重視知識(shí)教學(xué)，而對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究較少。本文設(shè)計(jì)HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)溫室氣體的性質(zhì)、明確碳排放對(duì)全球氣候變化的影響，激勵(lì)學(xué)生始于問(wèn)題、敢于求證、善于行動(dòng)地進(jìn)行氣候變化學(xué)習(xí)。開(kāi)展HPS視域下氣候變化教育實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，有助于評(píng)估學(xué)生氣候變化知識(shí)、態(tài)度和行為，也便于教師獲得教學(xué)反饋、及時(shí)優(yōu)化氣候變化教育實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。綜上，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生回顧氣候變化的科研歷史、找準(zhǔn)氣候變化的現(xiàn)實(shí)影響及未來(lái)發(fā)展定位，有助于建構(gòu)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展觀。