自行设计，自主操作

摘 要：学生作为地理实验的主体，除了要在实验过程中观察现象、获取结论，更应成为实验的设计者和操作者。“水循环”实验教学，从形式到装置，由学生自行设计；从记录到分析，由学生自主操作。教师应成为学生自主实验过程中的设计参与者、实验引导者、资源提供者和安全监督者。

关键词：初中地理；实验教学；水循环

地理教学中，实验是学生参与地理实践活动、提升地理实践力的主要方式，其价值主要体现在让抽象的问题直观化，并通过展示实验现象帮助学生理解相关的地理知识、原理和规律，提升学生解决地理问题的能力。学生作为地理实验的主体，除了要在实验过程中观察现象、获取结论，更应成为实验的设计者和操作者。通过自行设计和自主操作，学生会对实验的基本方法有更深刻的理解。同时，由于学习方式是体验性的，学习过程是动态化的，实验也有助于学生经历“认知—实践—深化认知”的过程。在“水循环”实验教学中，我们就尝试放手让学生自行设计和自主操作，帮助学生在动手的过程中深化认知。

一、自行设计：从形式到装置

（一）自行确定实验形式

地理实验的主要形式有地理实践、地图绘制和模拟演示等。在设计实验前，首先应综合研判，根据教学目标和内容，选择适合的实验类型：对某一特定区域的地理环境要素特征进行推理，可以设计以真实的地理环境为载体的实践类实验，如采集气象数据、观测太阳高度角等；为了认识地图中事物的空间分布或制作地理事物模型，可设计绘制类实验，如绘制学校平面图、制作等高线地形模型等；理解较大时空尺度的地理事物或现象的分布、特征与演变规律，则偏向于选择模拟演示类实验。

“水循环”指的是大气、陆地和海洋间水体的循环过程，对于认识热力循环和气候成因等有重要的作用。通过前期的学习，学生已经对水循环的主要环节和大致过程有了基本的认识，但对水循环产生的动力机制以及水循环的影响等尚不明确。由此可以确定，这一实验的主要目的是“明确水循环的发生空间、主要环节和大致过程”以及“明晰水循环的产生动力及其主要影响”，属于较大时空尺度的地理事物或现象的分布、特征与演变规律，进而确定实验类型为模拟水循环过程的模拟演示实验。

（二）自行制备实验装置

在确定实验形式后，学生应对实验目标和实验流程有清晰的认识。“水循环”实验的目标为：通过实验展示水循环的过程；在观察实验现象的过程中描述水循环的主要环节及其主要影响。学生根据这一目标，预判实验涉及的变量为水体的温度、水蒸气接触面的温度等。这些变量是影响实验结果的重要因素，应作为实验设计中的重要考量。据此，学生初步确定了实验的操作步骤和实验结果的记录形式。

为模拟水体蒸发和凝结、降水、地表径流等自然现象，学生选择的设备包括：铁架台、不锈钢托盘、三口烧瓶及导管、酒精灯、塑料托盘、彩色橡皮泥和塑料盒。实验装置制备过程如下：

1. 用铁架台夹住不锈钢托盘（位置较高，模拟高空）、塑料托盘（用细针刺出若干小孔，位置较低，略有倾斜，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），放置于塑料托盘上；

3. 铁架台夹好装有导管的三口烧瓶，导管口指向不锈钢托盘底部；

4. 塑料盒略微倾斜，放置于塑料托盘下方。

最终完成的实验装置如图1所示。

地理实验装置的制备是地理实验教学的难点。为实现对真实地理环境的模拟，保障实验目标的达成，教师可在必要时与学生协作，帮助学生制备地理实验装置，这对于帮助学生理解实验原理、形成操作技能和提升学习地理的积极性有正向意义。

二、自主操作：从记录到分析

（一）自主记录实验现象

提出假设是实验操作的第一步。学生先对实验中的降水、水体蒸发、地表径流和地下水等现象进行预设，为下一步的操作、观察和现象记录指明方向。

接下来，学生在三口烧瓶中注水，点燃酒精灯加热，利用导管将水蒸气导向不锈钢托盘底部，依据既定步骤操作。该阶段需要关注的重点有二：一是实验的操作流程，翔实的操作流程能提高实验的成功率；二是数据或现象的规范化记录。学生在操作的过程中，借助观察记录分析表进行细致观察和记录分析（如下页表1所示）。

在实验结束后，学生用实验中观察到的现象或获取的结果来模拟“水循环”的发生过程，分析其形成的原因，破解了“水循环产生的动力”这一难题。

（二）自主分析实验结论

学生自主分析实验结论，将为后续反思改进奠定基础。实验报告是学生自主分析实验结论的载体，可用来记录其在实验过程中形成的个性化感悟和对地理概念或现象的理解，也可以帮助学生就实验目标的设定、实验效果的分析和实验操作的改进进行反思。实验报告对于表达的规范性和学术性有比较高的要求，但对于中学生而言，能真实完整地表述观察的实验结果和结论即可。

如学生发现因不锈钢托盘的温度为常温，底部的水滴凝结滴落的速度比较慢。其撰写的实验报告中提出了后续的实验改进方案，即在不锈钢托盘上部放置冰袋，迅速降低不锈钢的温度，从而加快水蒸气的凝结与滴落，增强“降水”的强度。对实验结果的总结与分析能帮助学生实现从主观体验向实践素养的转向。

学生在撰写实验报告的过程中提出可行方案，也是对水循环动力机制有深入认识的表现。譬如有学生在实验报告中提出如下疑问：“我们组在用酒精灯加热时发现，在加热时间足够长的情况下，预存水的蒸发速度明显加快了。这是不是说明在气候更为炎热的地区，水循环现象会更明显？”“我们组设计的现有实验器材中很难看到地表径流，从托盘上滴落的水大多渗透到‘山体’中去了。改为直接倒水后，才出现预设的现象。自然界中降水较少时是不是也不能直接形成河流或积水？这是什么原因造成的？”从学生提出的问题中，我们可以发现，学生通过实验，不再局限于水循环现象的描述，而是对水循环的重要环节有了较为深入的思考。

需要说明的是，由学生自行设计、自主操作实验，并不意味着教师完全放手。本次实验教学中，在学生对哪些地理问题或现象应使用何种实验方法缺乏基本认识的情况下，教师提供了具有针对性的实验形式供学生选择。在设计和制作实验装置时，学生受限于制作材料的获取和对实验全过程的整体把握，教师给出实验装置的设计建议，甚至帮助学生协调不同学科的教师。而必要的安全建议、实验器材的使用规范要求等也都是在学生自主操作之前，教师必须明确提出的。总之，教师应成为学生自主实验过程中的设计参与者、实验引导者、资源提供者以及安全监督者。