价值引领：新课标高中地理实验教学研究

caoxi

摘要：本文对新课标高中地理必修一“水循环”相关内容进行实验教学的研究，并引导学生对“雨水花园”进行模拟实验，培养学生实验素养。巧妙运用动机理论和思维五步法激发学生对地理实验的探究精神，让学生进行实验模拟，进行操作、分析，以培养学生发现问题并解决问题的能力。采用solo分析法对学生地理实验报告进行分析，可为新课标中学地理实验教学提供参考价值。

关键词：雨水花园；地理实验；探究；动机

一、问题的缘起

2015新课标文综卷I的地理试题的编制，充分体现了人地和谐、立德树人的思想。命题以学科前沿内容为背景材料进行设问，紧扣考纲和课标，紧密联系学生生活和社会实际，时尚而新颖。更加侧重学科能力、学科素养和地理原理的考查，综合能力要求高。充分体现了“能力切入、能力考查、价值引领”的新课标命题的要求。表1是高二学生复习完“自然界的水循环”一节后，针对水循环的各个环节进行的高考题拓展训练，以此考查学生分析问题、走进高考、解决问题的能力，提高学生的拓展思维的能力。为此，出示2015新课标文科综合地理第Ⅰ卷，第一组试题，学生答题结果如下(如表1所示)：

表1 试题答案统计

试题编号	正确答案	正确率（%）	其它选项（选中比例%）			此题满分比（%）
1	D	43.86	A	B	C	33.33
			1.75	49.12	5.27
2	B	50.88	A	C	D
			14.04	33.33	1.75
3	C	94.74	A	B	D
			3.51	0	1.75

注：本次抽查的是高二文科班2班57名学生。

1.试题分析

考点定位：该题以雨水花园结构示意图为材料，考查水循环。提炼出的关键词为“雨水汇集、渗漏、净水和补给。”材料中，涉及的地理知识为“水循环的过程和主要环节、水循环的地理意义及水资源的合理利用。”渗透可持续发展的观念，并探讨水循环有关地理原理规律对生活实践的指导意义。该试题解析如下：

(1)通过简图可发现该模型的底部为砂层和砾石层，铺设此层利于让经过上层土层处理的雨水下渗，并把渗下的雨水导出流走。故该雨水花园地下部分含水量变化很大，为保证地表植物生长，必须保持土壤合适的水分条件，覆盖树皮层可达到此目的。故D答案正确。

(2)雨水下渗后种植土层和砂层可对雨水过滤，起主要净化雨水的作用。树皮覆盖层和砾石层的缝隙较大，起不到主要的净化作用。故B答案正确。

(3)雨水花园的核心功能是增加雨水的下渗量并回收利用雨水，同时因减小了地表径流，可有效起到降低暴雨后城市内涝的频率和程度。故C答案正确。

2.学生答题情况分析

第1题主要考查学生读图分析及生活实践应用的能力。通过读图如果能分析出该模式的底部为砂层和砾石层，是为了达到“雨水花园”汇聚的雨水能够更好渗漏以便最后将其导出的原理，就可以分析出上面铺设树皮覆盖层主要目的是为了保障该景观中植物正常生长所需的土壤水分。而大多数同学选择B答案“控制雨水渗漏速度”没有深层次的分析其最终目的，只是浅显的就图分析图，没有结合实际情况。

第2题主要涉及水循环下渗过程中，不同土层或岩层对下渗速度和过滤所起到的作用。近1/5的学生会选择答案C“砂层和砾石层”或答案A“种植树皮覆盖层和种植土层”对实际中各岩层或土层的理解不深，不能很好的理解各层次空隙的大小。起到过滤作用的应为空隙较小的土层和砂层，而树皮覆盖层和种植土层空隙较大，起不到覆盖作用。

3.教学反思

本组试题得满分的学生仅占所测学生人数的三分之一。说明学生对问题的理解与分析能力有所欠缺，理论结合生活实际的能力需要加强。所以，针对此学习内容多设计相关地理实验探究，进行实地模拟训练，让学生更好地理解水循环各个环节及影响因素，启示学生勤动手、多思考，培养学生地理学科素养。

二、活动背景

学习对生活有用的地理，培养学生地理学科核心素养是时代的呼唤。高考题目中很多知识体现了“高观点”。雨水花园正是随着经济发展和社会文明的进步，城市化进程逐步加快而提出的。城市化引发了城市生态环境恶化、水资源短缺、城市内涝频发等现象。尤其是城区不透水面积的增加，使暴雨径流量加大，缩短了汇流时间。[1]因城市雨水中含有很多污染物，大量雨洪径流使其成为地表污染的重要来源。而且短时间内通过城市雨洪管道排泄到河道，增加排水管网的压力，也浪费了本可以补给到城区地下水的雨水资源，造成城市用水短缺。因此，视为城市第二大水资源的雨水应该得到有效的利用。[2]形成于20世纪90年代的美国马里兰州乔治王子首先投入使用的“雨水花园”是一种与自然景观建设相结合的暴雨径流控制与污染治理方法。能够对城市雨洪径流进行削减，并净化水质污染及补给地下水。[3]

“雨水花园”与我们的生活息息相关，它能够通过所覆盖的植物有效地对径流中的污染物、颗粒、病原体等有害物质进行净化[4]；能够通过对雨水的汇聚，能有效地补充地下水，使水资源得以有效利用；能够减小水流下渗径流的速度、防止了水流对土壤的侵蚀、加快生态环境的恢复；能够利用的当地植物，能够对城市气候进行很好地调节并增加了生物的多样性。雨水花园与海绵城市等对我国绿色城市建设有较大的意义。基于此，2015新课标文综卷I卷便以此为背景材料来设置试题考查学生。

三、学习理论在实验教学中的运用

1.学习动机激发对实验探究的影响

动机或动机作用是指引起个体活动，维持已引起的活动，并使此活动朝向某一目标的内在历程。[5]学习动机是促进学生进行学习行为产生的内部动因或内发力量。学习动机的强弱直接影响学生在整个实践操作活动中的稳定性和持久性。激发学生使其具有强烈的学习动机，能够在实践探究过程中表现出坚强的意志和认真的学习态度。[6]从而调动学生敢于猜测、敢于质疑、敢于实践的积极性，提高实验探究的质量。实验探究中的学习动机是学生进行有效学习行为产生的支持性条件，激发与维持学生学习动机是提升学生自主探究、地理观察、地理实验等学习效果的重要途径。

2.学习动机与学生实验探究创造力的关系

针对创造力的动机因素研究主要集中于区分内、外部动机在创造力的不同作用。在创造活动中，符合“内部动机原则”的一般属于高创性者。因为这种内部动机最初主要表现为对某类刺激的自然倾向。所以，针对学生答题结果呈现刺激，激发学生探究“雨水花园的原理”，设计模拟实验。内部动机是创造活动的巨大动力，学生的创造力将在实验设计、实验准备、实验操作时发挥重大作用。

3.杜威思维五步法的巧妙运用      

19世纪末，著名的美国教育学家杜威（John Dewey）认为，问题解决是由五个循序渐进的环节组成的，分别是：(1)感受到存在的困难、难题。（发现问题） (2)问题的定位和定义。（明确问题）(3)想到可能的答案或解决办法。（提出假设）(4)对联想与假设进行推理。（适当推理）(5)通过进一步观察和肯定或否定自己的结论，即树立和放弃信念。[7]（验证假设）

地理实验探究正是一个“做中学”的活动，让学生在实践活动中提出自己的困惑，并明确问题；提出问题所有的假设，并进行推理；通过设计实验，进行实验操作，来验证检验假设，形成一个科学系统的解决问题的认知模式。此问题解决的策略正符合“杜威的思维五步法”。杜威思维五步的前两步，给予学生一个真实的问题情境。也就是在实验探究中，让学生提出自己的问题。然后，学生提出各种实验结果的假设，开展所能想出的解决问题的方法。最后通过实验的具体操作来肯定和否定自己所提出的各种假设推理，以此验证假设，得出实

验结果。

四、“雨水花园”的实验流程

1.实验问题提出

不同种类的过滤层对水的下渗速度和过滤效果的影响。

2.实验设计（如表2所示）

表2  雨水花园模拟实验设计

实验题目	雨水花园装置的简单模拟实验	日期
【实验目的】    1、观察不同类型的填充层对雨水下渗速度的影响    2、观察不同类型填充层对污水的过滤效果    3、理解雨水花园所涉及的地理知识及原理
【实验器材】5斤装的透明塑料圆桶2个（底部钻相同数量的出水孔），3盆盆栽（直接取相同厚度的种植土层，保持植被不动）一定数量的砾石、砂土、草皮和水，2个喷壶（浇花用的），2个透明水槽。
【实验步骤】    1.对比观察种植土层和砂土对水的下渗速度及保水性    （1）先将带有植被的种植土层放入1号圆桶，在2号圆桶里放入相同厚度的砂土，将两桶至于透明水槽上部（与水槽底留有间距）。    （2）用两个喷壶取相同的水量，以相同的速度，同时对两桶进行浇灌。    （3）浇灌过程中观察记录，哪一个水槽先有水流出，及最终水槽的水量。    2.对比观察砂土和砾石对水的下渗速度（记录时间）、保水性及对水的过滤效果（浑浊程度）    （1）将一定数量的砂土放入1号圆桶，在2号圆桶里放入相同厚度的砾石。将两桶放置于透明水槽上部（与水槽底留有间距）    （2）取含有一定不同颗粒物的相同水量的污水，以相同的速度，同时对两桶进行浇灌。    （3）浇灌过程中观察记录，哪一个水槽先有水流出，及最终水槽的水量和水槽中颗粒量的多少。    3.观察草皮覆盖层和种植土层对污水的过滤效果    （1）将1号圆桶先放入一定量的砾石，然后将带植被的种植土层放入。在2号圆桶里放入相同厚度的砾石，再放入与1号种植土层相同厚度的草皮覆盖层。将两桶至于透明水槽上部（与水槽底留有间距）    （2）取含有一定不同颗粒物的相同水量的污水，同时对两桶进行浇灌。    （3）浇灌过程中观察记录，最终观察水槽中水的清澈程度。    4.观察草皮覆盖层对植物水分保持的影响    （1）将第1号圆桶内依次放入一定厚度的砾石、砂土，将带有植被的种植土层整个放入，最后放入一定厚度的草皮覆盖层。在2号圆桶以同样的顺序放入砾石、砂土和种植土层。不放草皮覆盖层。将两桶至于透明水槽上部（与水槽底留有间距）    （2）用2个喷壶，取相同水量的水，以相同的速度，同时对两桶进项浇灌。    （3）浇灌过程中观察记录，哪个水槽先有水流出及最终的水量。
【实验结果】    1.种植土层中水的下渗速度比砂土的慢，保水性比砂土的强，且证明植被有涵养水源的作用。    2.砂土中水的下渗速度比砾石中的慢，保水性较强，对污水的过滤效果比砾石的好。    3.种植土层对污水的过滤效果比草皮覆盖层的过滤效果好。    4.草皮覆盖层能为植被涵养水分，并减缓下渗速度，可以保证植物的正常生长。    由以上结果可知，过滤层的空隙越大，水的下渗速度越快，保水性越弱，过滤效果越不明显。雨水花园在就是浅凹绿地，利用水循环原理，设置不同类型的填充层，从而实现“雨水汇集、渗漏、净水和补给的效果，从而实现水资源的合理利用，落实可持续发展观。

3.学生实验操作

(1)将文科2班57名同学分成6组，前三组每组10人，后三组每组9人。组内成员分工，进行操作、观察、记录等。

(2)根据实验设计，各组成员提前准备器材，结合自己的理解设计实验，并填写实验报告（如表3所示）。

表3 学生雨水花园模拟实验报告

实验题目					日期
班级		组别		姓名
【实验目的】
【实验原理】
【实验器材】
【实验操作】
【实验结果】:
【学生自评】
【教师评价】

备注：本表由学生填写。

(3)各小组针对实验结果及所填实验报告，进行反思交流与改进。

4.实验报告分析

针对学生的实验过程及填写的实验报告，可对学生进行合理思维分层，以此判断学生学习程度的差异，进而采取具体的教学策略。SOLO分类评价理论意为“可观察到的学生学习结果的结构”可分为五种思维结构[8]，运用SOLO分类评价理论对学生实验研究结果进行分析（如表4所示）。

表4 基于SOLO的分类评价理论地理实验报告分析

实验操作情况	分   析	学生层次	所占比例
学生只把1号圆桶中依次放入砾石、砂土和种植土层。2号圆桶依次放入砾石和砂土，对用水量和浇水速度没有进行控制。得出砾石和砂土对水的净化效果好，下渗速度快。	学生不理解实验操作时对比实验的设置，不能设置控制变量，单一的实验方法得出实验结果。	单一结构水平	1/6
学生进行了类似于实验步骤中的步骤1和步骤3，实验中对水量，浇水进行的同时性和速度控制的不好。	学生能够将种植土层和砂土对水的下渗速度的影响进行对比实验。对草皮覆盖层和种植土层对污水的过滤的效果。但是缺乏砂土和砾石对水下渗的速度的影响，从而不能得出各类土层对雨水下渗速度的影响。也不能体现本实验中草皮的主要作用	多元结构水平	1/3
学生进行了实验操作步骤的1-4步，基本能控制变量，进行了全面的分析，能循序渐进进行实验操作。	学生能很好的从整体上设计实验，实验报告记录详细，有尝试、反思、修改的过程。能整体把握实验设计的原理。	关联水平	1/3
学生能完成实验步骤的1-4个步骤，并对此实验的设计提出了新的想法。可以加入一些过滤隔离层，使用pvc管将水导出。并可以对水循环的实验进行简单模拟。	学生具有一定的创新意识，将实验设计的过程和步骤，及实验操作的步骤进行反思，进一步迁移及创新。	拓展抽象水平	1/6

五、教学启示

通过此模拟实验的设计和探究，无论对学生的学习还是教师的教学都有积极的意义，为今后新课标实验教学提供了新思路。

1.学生方面

本次实验活动中，大多数的学生能够积极参与，能对操作过程进行记录、反思和改进。小组成员间分工明确，探究兴趣强烈，实验完成效果较好。因模拟实验与现实生活中的“雨水花园”设施中的植被和填充层差别较大，学生在实际模拟时，对实验变量的控制，实验原理的理解不够深入，难免产生误差。因地理实验教学开展较少，学生对实验操作步骤不够清楚、明晰，对实验结果的分析不够明确，问题意识有待加强。

2.教师方面

地理实验教学是落实“学习对生活有用的地理”这一课标要求。学生在实验中主动发现问题、提出问题、实验验证、结果分析。老师需要拓展学生思维，提升学生的地理素养、解决实际问题的能力。在日常教学中应做到：注重联系生活实际，运用地理知识解释相关地理事物；注重课堂教学与实践探究相结合；培养和建构学生思维及想象力。

3.备考方面

高考地理试题注重考察学生“四大能力”，教师应注重学生能力的培养，做到理论联系实际。通过本次“雨水花园”实验活动的设计探究，能更好的为今后备战高考提供新的价值引领。加强学生对生态环境建设热点问题的学习、理解与探究，可科学地为高考备考提供依据。

参考文献：

[1]张书函,陈建刚,丁跃元.城市雨水利用的基本形式与效益分析方法[J].水利学报,2008（SI）：129-133.

[2]蒙小英，张红卫，孟璠磊.雨水基础设施的景观化与造景系统[J].中国园林，2009（11）：31-34.

[3]唐双成,罗纨,贾忠华,袁黄春.西安市雨水花园蓄渗雨水径流的实验研究[J].水土保持学报，2012,26（6）：75-79.

[4]向璐璐,李俊奇，邝诺,等.雨水花园设计方案探析[J].给水排水，2008,34（6）：47-51.

[5]张春兴.教育心理学[M].杭州：浙江教育出版社，1988.

[6]林秀曼,谢舒潇.数字化学习中学习动机激发与维持的探索[J].中国电化教育，2009,9（224）：65-67.

[7]约翰·杜威.民主主义与教学[M].王承绪译.人民教育出版社,2001.

[8]李国华,梁晓燕.运用SOLO分类评价理论指导化学实验开放题的高考备考[J].科技信息，2013,（22）：316.