張文軍 湯國榮

摘 要：地理實踐力素養(yǎng)的考查如何有效地落實在紙筆測試中，這是高中地理教師面臨的新課題。本文以地理模擬實驗“大氣受熱過程”紙筆測試題的設(shè)計為主線，闡述基于地理實踐力考查的模擬實驗類試題命題方向及設(shè)計原則，評價學(xué)生的測試結(jié)果，并提出相關(guān)教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：地理模擬實驗;試題設(shè)計;教學(xué)建議

中圖分類號：G633.55? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1005-5207（2022）08-0029-05

地理模擬實驗指采用某種實驗方法，借助實驗儀器、設(shè)備、模型，模擬自然地理事物或現(xiàn)象產(chǎn)生、變化、作用等的實驗。地理模擬實驗?zāi)軌蛟谝欢ǔ潭壬显佻F(xiàn)某些自然地理事象的變化過程，有助于形象直觀地闡釋自然地理原理。地理模擬實驗在高中地理教學(xué)中應(yīng)用廣泛，尤其是各類演示實驗，如水土流失、熱力環(huán)流、土壤侵蝕等模擬演示。

一、地理模擬實驗試題命題方向及設(shè)計原則

1.地理實踐力素養(yǎng)水平劃分

地理實踐力是人們在地理實踐活動中所具備的意志品質(zhì)和行動能力[1]，就地理模擬實驗而言，其素養(yǎng)水平可細(xì)化為表1所示的四個等級水平。

2.地理模擬實驗紙筆測試方向

紙筆測試背景下很難對學(xué)生地理模擬實驗的具體操作行為進行評價，但可以通過一定的途徑測評其兩方面的素養(yǎng)。一是模擬實驗的操作技能和方法;二是模擬實驗活動中的科學(xué)探索精神。地理模擬實驗的紙筆測試方向可以考慮以下五個方面。

（1）實驗設(shè)計

主要考查學(xué)生的實驗設(shè)計能力，包括設(shè)計某一項模擬實驗需要哪些材料，設(shè)計何種裝置，考慮哪些變量，設(shè)想有哪些操作步驟，需要注意哪些實驗操作安全問題等。

（2）實驗觀察

主要考查學(xué)生對地理模擬實驗過程的觀察和記錄能力，包括能否全程無誤地進行實驗觀察，能否正確描述實驗現(xiàn)象，能否科學(xué)記錄實驗數(shù)據(jù)等。

（3）實驗分析

主要考查學(xué)生對地理模擬實驗數(shù)據(jù)的收集和分析能力，包括如何正確獲取實驗數(shù)據(jù)，如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為表格或圖表，如何對數(shù)據(jù)進行正確的分析，如何發(fā)現(xiàn)實驗過程中可能存在的問題，如何將分析得出的結(jié)論與之前的假設(shè)進行對比研究等。

（4）實驗創(chuàng)新

主要考查學(xué)生對原有地理模擬實驗的創(chuàng)新改進能力，即能否設(shè)計出更科學(xué)有效且凸顯地理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的新實驗，包括實驗器材的創(chuàng)新、實驗環(huán)節(jié)的創(chuàng)新、實驗分析的創(chuàng)新和實驗報告的創(chuàng)新等。

（5）實驗應(yīng)用

主要考查學(xué)生將地理實驗原理應(yīng)用于實際的能力，即在實驗結(jié)束后，能否對實驗結(jié)果進行生產(chǎn)、生活方面的應(yīng)用。如“水土流失”模擬實驗的結(jié)論，能否在城市建設(shè)、農(nóng)田建設(shè)中進行應(yīng)用，又該如何具體應(yīng)用等。

3.地理模擬實驗試題設(shè)計原則

一是學(xué)科性。所考查的模擬實驗試題必須指向地理學(xué)科，且以自然地理為主，考查學(xué)生地理模擬實驗的觀察、分析和設(shè)計能力，以及理解相關(guān)自然地理原理和規(guī)律的能力水平。

二是典型性。試題主要針對自然地理知識的重、難點選取典型實驗進行命題設(shè)計，能夠促使學(xué)生對地理模擬實驗進行深入探究，舉一反三地理解與之相關(guān)的地理知識和原理。

三是可操作性。精心選取學(xué)生認(rèn)知范圍內(nèi)、能夠動手參與、且實驗效果的可視化程度高、與預(yù)期探究結(jié)論的吻合度高的地理模擬實驗作為試題素材進行命題設(shè)計。

四是探究性。試題能層層深入、逐步探究地理模擬實驗現(xiàn)象背后的地理原理和規(guī)律，能考查學(xué)生的地理綜合思維、人地協(xié)調(diào)觀等核心素養(yǎng)。

二、“大氣受熱過程”模擬實驗紙筆測試的實踐嘗試

在大氣模塊的專題復(fù)習(xí)中，對照地理實踐力素養(yǎng)水平等級，根據(jù)地理模擬實驗試題的命題方向和設(shè)計原則，專門命制了一份地理模擬實驗測試卷。其設(shè)計思路是通過四組實驗，考查學(xué)生對大氣受熱過程中相關(guān)地理原理的分析、理解和應(yīng)用，具體如下。

【實驗一】

浙江一所高中某地理實踐小組同學(xué)將三支溫度計分別懸掛在鐵架臺上距離地面20厘米、70厘米和120厘米高處（圖1），于夏季某日上午10∶15從室內(nèi)平移至晴朗無風(fēng)的室外，在太陽下放置15分鐘后測得三支溫度計的數(shù)值如表2所示。

[時間 溫度計A 溫度計B 溫度計C 10∶15 26℃ 26℃ 26℃ 10∶30 28℃ 28.5℃ 29℃ ][表2 三支溫度計不同時刻的氣溫]

（1）歸納實驗數(shù)據(jù)規(guī)律，并分析說明該實驗反映的地理原理。（4分）

（2）若在陰雨天同一時間進行同樣的實驗操作，其數(shù)值可能出現(xiàn)怎樣的變化，為什么？（4分）

（3）對流層局部范圍可能會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象。請指出該現(xiàn)象對大氣環(huán)境造成的有利和不利影響。（2分）

【實驗二】

甲、乙兩個相同規(guī)格的敞口玻璃箱，箱內(nèi)均放置溫度計，甲上面覆蓋透明薄膜，乙上面無透明薄膜（圖2）。夏季某日晴天上午同時把兩個玻璃箱從室內(nèi)平移至室外日光下，在兩次20分鐘后，同時測得玻璃箱里的氣溫數(shù)值如表3所示。

（1）請用柱狀圖形式繪制出甲、乙的溫度變化情況。（4分）

（2）簡析該實驗反映的地理原理。（2分）

（3）該地理實驗結(jié)論在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要應(yīng)用是興建溫室大棚。分析溫室大棚對農(nóng)作物生長的影響。（4分）

【實驗三】

甲、丙兩個相同規(guī)格的玻璃箱，上面均覆蓋透明薄膜。甲底部不放任何東西，丙底部放一些泥土（圖3）。夏季某日晴天上午同時把兩個玻璃箱從室內(nèi)平移至室外日光下，在兩次20分鐘后，同時測得玻璃箱里的氣溫數(shù)值如表4所示。

選擇題，每小題2分。

（1）該實驗的主要結(jié)論是

A.大氣主要靠太陽輻射加熱

B.下墊面是大氣的直接熱源

C.晴朗天氣不存在削弱作用

D.土壤吸收的大氣輻射較少

（2）該實驗裝置還可以用來驗證

A.最高氣溫多出現(xiàn)在午后

B.不同緯度存在氣溫差異

C.沿海地區(qū)海陸風(fēng)的形成

D.大氣削弱作用強弱成因

（3）若要使丙玻璃箱內(nèi)氣溫上升得更高一些，想一想有哪些方法可以實現(xiàn)，請說出三種。（6分）

【實驗四】

丙、丁兩個相同規(guī)格的玻璃箱，上面均覆蓋透明薄膜。丙底部放一些泥土，丁底部放一些水（圖4）。夏季某日晴天上午同時把兩個玻璃箱從室內(nèi)平移至室外日光下，在兩次20分鐘后，同時測得玻璃箱里的氣溫數(shù)值如表5所示。

（1）該組對比實驗?zāi)軌蝌炞C的地理原理主要是? ? ?（? ）差異。（1分）

（2）如何通過改變丙箱內(nèi)的下墊面，使其增溫幅度減緩，請說出兩項措施并分析原因。（3分）

（3）在10∶50之后，將上述兩個玻璃箱同時搬至室內(nèi)陰涼處，推測40分鐘內(nèi)兩支溫度計的數(shù)值變化特征并分析原因。（8分）

（4）在另一天相同的模擬實驗中，發(fā)現(xiàn)兩支溫度計所測數(shù)值有較大的出入，試推測溫度值產(chǎn)生誤差的兩條可能原因。（4分）

（5）我國江淮地區(qū)冬春季節(jié)經(jīng)常受到寒潮襲擊，農(nóng)作物受到凍害影響損失嚴(yán)重。請你根據(jù)上述實驗的相關(guān)原理設(shè)計一個防寒潮凍害的農(nóng)莊。在圖5右框內(nèi)設(shè)計適當(dāng)?shù)膱D例并體現(xiàn)在左側(cè)農(nóng)莊示意圖上，同時說明設(shè)計理由。（12分）

三、地理模擬實驗紙筆測試題的評價及教學(xué)建議

1.試題評價

筆者對所任教某班的33位學(xué)生進行限時測試，批閱后認(rèn)為學(xué)生的完成情況總體尚佳，一方面說明學(xué)生對大氣受熱過程相應(yīng)的知識和原理有較好的理解，綜合思維能力較強;另一方面也說明學(xué)生對地理模擬實驗試題的適應(yīng)性較強。下列題組反映出學(xué)生具有較強的實驗觀察和分析能力。

實驗一的第（1）問：歸納實驗數(shù)據(jù)規(guī)律，并分析說明該實驗反映的地理原理。

【學(xué)生答題評析】本題考查學(xué)生地理實驗數(shù)據(jù)的分析能力。超過半數(shù)的學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)規(guī)律的概括并不僅僅局限于數(shù)據(jù)的靜態(tài)描述——“距離地面越近，氣溫越高”，而是能夠進一步描述出實驗數(shù)據(jù)的動態(tài)變化——“在相同的時間內(nèi)，距離地面越近，氣溫上升越快”。對應(yīng)的原理也說明得比較完整——“對流層大氣的直接熱源來自地面，離地面越近，得到的地面輻射越多，升溫越快，氣溫越高”。這些答案體現(xiàn)了綜合思維中的時空綜合，值得肯定。

實驗三的第（3）問：若要使丙玻璃箱內(nèi)氣溫上升得更高一些，想一想有哪些方法可以實現(xiàn)，請說出三種。

【學(xué)生答題評析】本題考查學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力。學(xué)生對該題的回答不僅僅局限在常規(guī)的實驗操作角度，如增加太陽輻射量、調(diào)整下墊面性質(zhì)、改變玻璃箱性質(zhì)等，而且還能充分考慮其他設(shè)計角度。如有的學(xué)生能更細(xì)致地考慮溫度計的位置，回答“可以把溫度計放在更靠近泥土的位置”，這一點其實就是實驗一的結(jié)論應(yīng)用。又如，有的學(xué)生回答“往丙箱內(nèi)加注大量二氧化碳?xì)怏w[2]”，想法具有創(chuàng)造性，但這需要更精準(zhǔn)的實驗予以驗證。同時，常規(guī)角度的答案也是百花齊放。如對于“增加太陽輻射量”，學(xué)生答案有：①延長在陽光下暴曬的時間;②將實驗時間調(diào)整到午后太陽輻射更強的時候;③調(diào)整裝置與太陽光線的位置使之垂直射入地面等。對于“調(diào)整下墊面性質(zhì)”，學(xué)生答案有：①考慮在丙玻璃箱內(nèi)添加更多的土壤;②使用更干燥的泥土;③將泥土換成混凝土地面或砂石等。對于“改變玻璃箱性質(zhì)”，學(xué)生答案有：①可以用黑色薄膜包裹住丙玻璃箱的四周;②用棉被圍住丙玻璃箱的四周;③將玻璃箱的四壁涂成黑色等。這些答案反映出學(xué)生對地理模擬實驗的原理理解透徹，可以自行修改變量或條件加以分析，具備較強的創(chuàng)新能力。

當(dāng)然，多個題組的測試結(jié)果也暴露出學(xué)生缺乏相應(yīng)的地理實踐力素養(yǎng)。

實驗二的第（1）問：請采用柱狀圖形式繪制出甲、乙的溫度變化。

【學(xué)生答題評析】本題要求學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)用圖表形式進行可視化處理，強調(diào)坐標(biāo)規(guī)范、單位注明、圖例完整、柱狀顯示。但學(xué)生在處理中出現(xiàn)了如下問題：①未用鉛筆和直尺繪圖;②縱坐標(biāo)未標(biāo)注“單位：℃”;③將“℃”標(biāo)在縱坐標(biāo)的每個數(shù)值上;④縱坐標(biāo)起點從0開始標(biāo)注，變化趨勢不明顯;⑤缺失圖例;⑥甲、乙分開來畫了兩張坐標(biāo)圖。這些問題反映出學(xué)生的繪圖能力較弱，平時對各類地理圖表重視程度不足，在自己繪圖時不夠細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)。筆者還發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)（94%）學(xué)生習(xí)慣采取同一時間的甲、乙對比（圖6），而僅有6%的學(xué)生按照甲、乙各自隨時間變化繪制氣溫變化圖（圖7）。事實上，根據(jù)表格材料，圖7更加符合題意。

實驗四的第（3）問：在10∶50之后，將上述兩個玻璃箱同時搬至室內(nèi)陰涼處，推測40分鐘內(nèi)兩支溫度計的數(shù)值變化特征并分析原因（表6）。（8分）

【學(xué)生答題評析】本題考查學(xué)生實驗觀察和分析能力，并能檢驗學(xué)生平時是否真正做過這類地理模擬實驗。如果想當(dāng)然就回答的話，只會根據(jù)所學(xué)的知識粗略推測實驗結(jié)果。33位學(xué)生回答體現(xiàn)的水平等級如圖8所示，總體而言水平等級偏低。

實驗四的第（5）問：題目見上。

【學(xué)生答題評析】本題考查學(xué)生的實驗應(yīng)用能力，部分學(xué)生的解答暴露出學(xué)以致用能力的欠缺。存在的問題主要有：①無法將實驗結(jié)果與防寒潮凍害農(nóng)場產(chǎn)生聯(lián)系;②知道一些防寒潮凍害的地理原理，但無法在圖中設(shè)計;③不會自創(chuàng)圖例;④未能將圖例正確繪制到農(nóng)場的具體位置;⑤未考慮到分值設(shè)置，只能設(shè)計出一兩種方法;⑥未能正確或清晰地解釋設(shè)計理由。

當(dāng)然，部分學(xué)生也能設(shè)計出比較合理的防凍害措施，且其思維具有開放性。有的學(xué)生考慮到了寒潮來臨前夕可以采取的措施，如“①寒潮來臨，在農(nóng)莊西北側(cè)的荒地上燃燒煙霧，增強大氣逆輻射，減少夜晚地面輻射損失的熱量，對地面起到保溫作用，可防御凍害;②引河流水建水渠流入農(nóng)田，增加近地面空氣濕度，利于大氣吸收地面輻射，增強大氣逆輻射，而且水的熱容量大，降溫慢，農(nóng)田溫度不會很快下降;③利用稻草、地膜等物品覆蓋農(nóng)田作物，起到保溫作用”。有的學(xué)生也能夠考慮到平時就可以做好的防凍害措施，如“部分農(nóng)田改建成溫室大棚”“荒地上建太陽能集熱器，除平時供能外還可以在寒潮時給農(nóng)田供暖”“在西北側(cè)荒地上種植常綠樹木，阻擋冷空氣”“在荒地上開挖池塘”等。圖9是某位學(xué)生的繪圖答案，體現(xiàn)出較強的實驗應(yīng)用能力和地理繪圖能力。

2.教學(xué)建議

針對學(xué)生在地理模擬實驗測試卷中存在的問題，提出以下教學(xué)建議。

①規(guī)范操作。針對課堂內(nèi)外進行的地理模擬實驗，都要強調(diào)對實驗原理、實驗材料、實驗過程、實驗結(jié)論、實驗報告等進行認(rèn)真處理和分析。實驗的每一個環(huán)節(jié)都要規(guī)范操作，因為它們都可以命制成相應(yīng)的試題進行地理實踐力考查。

②拓展分析。教學(xué)中不要拘泥于所操作的地理模擬實驗，還可以讓學(xué)生嘗試挖掘新的問題。如在“流水對土壤的侵蝕”實驗中，探究的是不同土壤類型對流水侵蝕的影響，但在實驗后教師可以指導(dǎo)學(xué)生對同種土壤的厚度、疏松度、干燥度等指標(biāo)進行進一步的實驗探究，并對其他影響因素及下一級因素進行總結(jié)提煉[3]，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力和動手實踐能力。

③反思改進。學(xué)生動手做實驗固然重要，但反思和改進更能體現(xiàn)多項地理核心素養(yǎng)。不管是觀察過程，還是實驗數(shù)據(jù)，都可以挖掘反思改進的內(nèi)容。不要滿足于做過了實驗或做成功了實驗，有時實驗沒有成功，經(jīng)過反思改進后取得成功的過程更有收獲。

④學(xué)以致用。激發(fā)學(xué)生對模擬實驗原理學(xué)以致用。如果學(xué)生能通過模擬實驗的體驗過程清楚理解之前困惑的一些地理問題，或?qū)嶒灥姆治鼋Y(jié)果整理為科學(xué)合理的建議提供給相關(guān)部門等，這將是地理模擬實驗教學(xué)最成功之處。

參考文獻：

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[2] 項愛明，羊大方.“二氧化碳溫室效應(yīng)”模擬實驗[J].地理教育，2020（3）：58-60.

[3] 張文軍.基于思維結(jié)構(gòu)評價的地理模擬實驗方案設(shè)計與評析[J].地理教學(xué)，2021（10）：22-25.