梅柏軍 肖 明 黃 雷

（江蘇省天一中學(xué), 江蘇 無(wú)錫 214101）

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》突出強(qiáng)調(diào)地理實(shí)驗(yàn)對(duì)于落實(shí)地理核心素養(yǎng)、解決地理教學(xué)中的重要問(wèn)題，提高地理教學(xué)育人效果的重要性。[1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在“動(dòng)手”“行動(dòng)”中獲得直接經(jīng)驗(yàn)，獲得對(duì)真實(shí)生活的“真”認(rèn)識(shí)，“真”感覺(jué)。[2]在高中地理課堂教學(xué)中，通過(guò)開(kāi)展“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的課例很多，也形成了多樣的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

一、多樣的“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在知網(wǎng)檢索地理教育領(lǐng)域三大期刊中關(guān)于“水循環(huán)”實(shí)驗(yàn)的文章，篩選出4種最具代表性的實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖4）。圖1作者用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置模擬海陸間循環(huán)的環(huán)節(jié)。[3]圖2作者在玻璃魚(yú)缸里模擬水循環(huán)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)水循環(huán)類(lèi)型和環(huán)節(jié)。[4]圖3來(lái)自于湘教版教材中的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，被教師在實(shí)際教學(xué)中加以運(yùn)用。[5]圖4作者利用生活中常見(jiàn)的材料和器具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)原理與圖3相似。[6]

圖1 陳同學(xué)設(shè)計(jì)的“海陸間循環(huán)”實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 徐老師設(shè)計(jì)的微觀環(huán)境下“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)

圖3 湘教版“模擬水循環(huán)主要環(huán)節(jié)”實(shí)驗(yàn)

圖4 付老師設(shè)計(jì)的“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)裝置

在筆者學(xué)習(xí)的幾節(jié)“水循環(huán)”主題公開(kāi)課中，授課教師設(shè)計(jì)了不同的“水循環(huán)”實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖5、圖6）。圖5是2021年筆者所在學(xué)校開(kāi)展的“聚焦課堂”公開(kāi)課活動(dòng)中，來(lái)自江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)的地理教師帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)。圖6為2022年在江蘇省江陰高級(jí)中學(xué)開(kāi)展的“同課異構(gòu)”教學(xué)展示中，某地理教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。

圖5 李老師設(shè)計(jì)的“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)裝置

圖6 章老師設(shè)計(jì)的“海陸間循環(huán)”實(shí)驗(yàn)裝置

以上模擬實(shí)驗(yàn)裝置各有特色，最終的目的都是為了更好地達(dá)成課堂教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

二、“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)1：水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)

(1)實(shí)驗(yàn)用品

鐵架臺(tái)、恒溫磁力加熱套（酒精燈）、燒瓶、直行冷凝管、牛角管、2根橡膠管、帶孔托盤(pán)、1個(gè)水槽、排插。

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

燒瓶中加入半瓶自來(lái)水，連接好裝置（見(jiàn)圖7），將直行冷凝管的下口用橡膠管接上水龍頭作進(jìn)水口，上口接上橡膠管作排水口。

圖7 “水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)原裝置

用酒精燈加熱燒瓶，燒瓶中的水汽經(jīng)過(guò)直行管時(shí)遇冷水冷卻凝結(jié)，在牛角管處形成水滴落到托盤(pán)上。

(3)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（見(jiàn)圖8）

圖8 “水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

按照?qǐng)D7的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)酒精燈加熱較慢，難以使燒瓶中的水沸騰，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不明顯。經(jīng)研究，最后選擇通電加熱的恒溫磁力加熱套。經(jīng)改進(jìn)后，燒瓶中水的沸騰效果較好，實(shí)驗(yàn)效果明顯。

(4)優(yōu)點(diǎn)與不足

與圖1、圖2、圖5所示實(shí)驗(yàn)相比，本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M水循環(huán)的環(huán)節(jié)更多，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、直觀。與圖3、圖4、圖6所示實(shí)驗(yàn)相比，首先，在加熱環(huán)節(jié)上，本實(shí)驗(yàn)中燒瓶劇烈沸騰產(chǎn)生的水蒸氣更多；其次，在冷卻環(huán)節(jié)上，本實(shí)驗(yàn)中的裝置更簡(jiǎn)潔，且通過(guò)流動(dòng)的自來(lái)水冷卻水蒸氣，使在牛角管處落下的水滴更多，實(shí)驗(yàn)效果更好。

本實(shí)驗(yàn)的不足之處在于，無(wú)法演示地表徑流和地下徑流匯流入海的環(huán)節(jié)，無(wú)法演示陸地內(nèi)循環(huán)和海上內(nèi)循環(huán)。

(5)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與教學(xué)過(guò)程

①實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

模擬并描述實(shí)驗(yàn)中水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；推測(cè)自然界水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)；嘗試?yán)L制水循環(huán)過(guò)程示意圖。

②教學(xué)過(guò)程

教師：“實(shí)驗(yàn)器材已經(jīng)安裝好了，現(xiàn)在需要兩位同學(xué)來(lái)講臺(tái)前觀察并描述水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，觀察時(shí)間1分鐘?！?/p>

學(xué)生：“水在燒瓶中蒸發(fā)后進(jìn)入輸送管道，水汽遇到冷水凝結(jié)在另一側(cè)托盤(pán)上空形成水滴。水滴落到地表，有的滲入水槽，有的在托盤(pán)表面流動(dòng)?！?/p>

教師：“描述得非常好，大家掌聲鼓勵(lì)。假設(shè)燒瓶里的水是地球上的海洋，托盤(pán)表示陸地，你能根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)地球上水循環(huán)的環(huán)節(jié)有哪些并畫(huà)出示意圖嗎？”

學(xué)生寫(xiě)下“水的蒸發(fā)”“運(yùn)輸”“降雨”“地表流動(dòng)”“滲入”。

教師：“大家畫(huà)的很多環(huán)節(jié)都是對(duì)的，但是每個(gè)環(huán)節(jié)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的表述還不夠準(zhǔn)確。另外，圖中還缺少一些環(huán)節(jié)。表述準(zhǔn)確、完整的水循環(huán)環(huán)節(jié)應(yīng)該是蒸發(fā)、水汽輸送、降水、地表徑流、下滲，當(dāng)然還有實(shí)驗(yàn)中不能體現(xiàn)的植物蒸騰和地下徑流?！?/p>

2.“水循環(huán)”模擬實(shí)驗(yàn)2：不同地面的徑流、下滲情況比較

(1)實(shí)驗(yàn)用品

鐵架臺(tái)、恒溫磁力加熱套、燒瓶、直行冷凝管、牛角管、2根橡膠管、3個(gè)帶孔托盤(pán)、1個(gè)水槽、草皮、橡皮泥、透水磚、排插。

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

在圖8所示實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備三個(gè)帶孔托盤(pán)，三個(gè)托盤(pán)內(nèi)各放置草皮、橡皮泥、透水磚，分別模擬草坪地面、硬化地面和透水磚地面（見(jiàn)圖9、圖10、圖11）。

圖9 模擬“硬化地面”對(duì)水循環(huán)環(huán)節(jié)的影響

圖10 模擬“植被覆蓋地面”對(duì)水循環(huán)環(huán)節(jié)的影響

圖11 模擬“透水磚地面”對(duì)水循環(huán)環(huán)節(jié)的影響

將三個(gè)托盤(pán)放在水槽上，保證托盤(pán)的坡度一致。

控制實(shí)驗(yàn)?zāi)M“降水”時(shí)間為3分鐘，“降水”強(qiáng)度一致，地表坡度相同。

觀察托盤(pán)上的地表徑流、下滲以及水槽的地下徑流現(xiàn)象，完成實(shí)驗(yàn)情況記錄表格（見(jiàn)表1）。

表1 不同地面的徑流、下滲情況記錄表

(3)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與教學(xué)過(guò)程

①實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

模擬城市不同地面對(duì)徑流和下滲的影響。觀察硬化地面、植被覆蓋地面、透水磚地面的地表徑流量和下滲量有何差異。

②教學(xué)過(guò)程

教師：“不同的地表性質(zhì)對(duì)徑流和下滲的影響如何呢？下面我們通過(guò)一組實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行探究?，F(xiàn)在需要4位同學(xué)來(lái)講臺(tái)協(xié)助老師完成實(shí)驗(yàn)。大家控制水槽上方的托盤(pán)坡度一樣，托盤(pán)的孔隙一樣，我需要3位同學(xué)分別以同樣的“降水”強(qiáng)度向托盤(pán)里持續(xù)倒水3分鐘，1位觀察員根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄報(bào)告。”

學(xué)生：“硬化地面的下滲明顯較少，產(chǎn)生的地表徑流多；而植被覆蓋和透水磚地面下滲多，產(chǎn)生地表徑流少?！?/p>

教師：“回答正確。大家再注意觀察硬化地面的低洼處是不是有很多積水？在城市當(dāng)中，這里就是一個(gè)天然的蓄水空間。如果將其填塞會(huì)怎樣？”

學(xué)生：“天上降下的雨水就會(huì)積累在地表，形成城市內(nèi)澇。”

教師：“回答正確。同學(xué)們現(xiàn)在明白我國(guó)很多城市都進(jìn)行‘海綿城市’建設(shè)的原因了吧。草坪、透水地面的下滲效果確實(shí)比較明顯?！?/p>

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用反思

實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要不斷注入課堂，促進(jìn)知識(shí)落實(shí)和學(xué)生地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。兩組模擬實(shí)驗(yàn)以“城市內(nèi)澇”作為主題情境，應(yīng)用在“水循環(huán)”一節(jié)的教學(xué)中。從模擬實(shí)驗(yàn)1中可以看出，教師需要通過(guò)逐步引導(dǎo)將學(xué)生的生活用語(yǔ)轉(zhuǎn)移到專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)地理事象的直觀認(rèn)識(shí)和對(duì)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的深刻理解，以便于解釋城市內(nèi)澇的成因。模擬實(shí)驗(yàn)2探究了不同地表對(duì)水循環(huán)環(huán)節(jié)的影響，但會(huì)使學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作獲得“真”認(rèn)識(shí)、“真”感覺(jué)。因此，教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中應(yīng)不斷加入實(shí)驗(yàn)，為地理課堂教學(xué)注入新鮮“血液”。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為主體，促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展。目前高中地理課堂中的實(shí)驗(yàn)以模擬實(shí)驗(yàn)為主，主要表現(xiàn)為：教師將裝置拿到教室現(xiàn)場(chǎng)操作、學(xué)生觀看；教師在課前將實(shí)驗(yàn)拍攝成視頻，在課堂上播放給學(xué)生觀看。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)被稱(chēng)為“演示實(shí)驗(yàn)”。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生動(dòng)手操作，讓學(xué)生主動(dòng)觀察地理現(xiàn)象并加以描述。如果條件允許，教師可讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，或與教師合作完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。筆者所做“水循環(huán)”實(shí)驗(yàn)在一開(kāi)始就讓學(xué)生參與討論如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生集思廣益參與設(shè)計(jì)并不斷改進(jìn)，通過(guò)完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生觀察、動(dòng)手設(shè)計(jì)及操作能力的提升。