“科学发现者”实验教学设计特点分析

摘要：“科学发现者”丛书是美国麦克劳-希尔公司依据《美国国家科学教育标准》编写的美国主流的地理教材，供9-12年级的学生使用。①“科学发现者”各分册按顺序每章都配有大量的实验，可以说在实验与实践活动的教学设计方面，这套教材称得上是地理教材编制的范本。本文就这套教材中的实验教学设计特点展开分析，希望给我国中学地理教材的实验设计带来一些启示。

关键词：“科学发现者” 实验设计  特点

1、“科学发现者”中实验教学设计的组成结构

“科学发现者”由上、中、下三册组成，每一章都配有大量的实验，以适应不同级别和类型学生的口味。以本书的上册《地质学、环境与宇宙》为例，这本书由三十一章构成，每章都配有各种类型的实验，具体分为以下几类：①迷你实验。这些简短的实验，使用的材料非常简单，可以在家或者在老师的帮助下完成。②地学实验。每一章都包含2页的地学实验，共有4种类型，包括地学实验、网络实验、地学制图实验和设计实验②。③探索实验。每章都设有一个探索实验，实验的内容用来介绍这一章的内容。④技能实验。每章都有一个技能实验，实验的内容以数学为基础的练习，通常需要解释数据并作图。这四个栏目层次分明，构成了完整的实验设计系统，有利于学生循序渐进学习。

2、“科学发现者”中实验教学设计的特点

⑴实验设计注重学习的层次性，满足不同学生的需求。

教材中实验设计应该遵循循序渐进，逐步深入的原则。《地质学、环境与宇宙》在这方面做得比较好。如在第一章中：迷你实验为“土壤和水怎样吸收和释放热量”，学生只需要用一只温度计，测量土壤和水的温度即可。这个实验比较简单，学生在老师讲解后自己独立操作即可完成。地学实验为“用国际单位制测量”，学生需要测量不同岩石的属性，并用测量结果解释不同属性之间的关系。在这次试验中，要用到烧杯、天平、弹簧秤以及岩石样品，需要测量岩石的面积、质量、密度并尝试解释这些度量间的关系。这个实验较为复杂，需要几个同学协作才可以完成。探索实验为“科学交流”，需要学生用一句话准确的描述老师提供的物体，这对学生的素质提出了更高的要求。技能实验为“制作并使用图表”，用表格的形式来表示地表的年平均温度在过去500年中的变化。这不仅需要学生有较好的地理素养，还必须具有较强的数学思维能力。根据第一章的实验设计，我们可以发现，这些实验的设计基本遵循从易到难的原则，针对不同的学生的能力作了不同的要求，能够满足不同水平学生的需要。

⑵实验设计挖掘生活中的问题，提高学生解决现实问题的能力。

“科学发现者”实验设计非常生活化，表现在实验的题目、材料等各方面。实验的题目与将要学习的内容密切相关，大部分来源于生活，与学生的生活经验密不可分,比如露的形成、水的运动等。实验中所需的材料一般是学生所熟悉的生活用具，如泥土、粉笔、水盆、雨伞、直尺、量筒等③。在《地质学、环境与宇宙》第六章的探索实验“沉积岩与变质岩”中，需要模拟沉积岩的分层。这个实验的用具及操作都很简单，在老师指定的地点收集100ml的土壤，放在矿泉水瓶中，来回摇晃几次，使土壤和水充分的混合，然后迅速的将矿泉水瓶竖直将其放在平面上，然后观察产生的现象。在这个实验中，用到的是我们平时都会见到的土壤和随处可见的矿泉水瓶，通过这个简单的操作，我们可以将地表沉积岩分层成千上万年的演变形象的展示出来，把原来抽象的东西具体的表现出来，能够提高学生学习的兴趣，以及由此提高解决现实问题的能力。

⑶实验设计可操作性强，培养学生的基本地理技能。

“科学发现者”中实验设计在实验进行之前有指导语，简单介绍实验内容，明确学生任务，实验的指向性强；随后详细列出了实验的每个步骤，难度适中，大部分学生都可以独立完成；在实验步骤之后还设有观察与推断、分析与结论等内容，为学生的分析留有空间，引导学生进一步思考，主动探究知识的形成过程；在文字内容旁边一般还附有某一学生做实验的图片，既可以引发学生的兴趣，又可以指导学生模仿图片内容进行实验④。在《地质学、环境与宇宙》第七章的迷你实验“模拟岩石的风化”中，首先提到的是“要求”：模拟岩石暴露在周围的环境中并缓慢的被风化的过程。然后提到的是“操作步骤”：先用牙签在肥皂快上深深地刻上文字，再称出肥皂的重量，测量并记录肥皂上被刻文字的深度，然后打开水龙头，让水滴在肥皂上，直到可以观察到被刻文字深度的变动，测量并记录被刻文字的深度。最后是“分析与结论”：被刻入肥皂块里的文字深度是如何变化的？失踪的肥皂到哪里去了？以及你还能想出其他的方法来确定肥皂损耗的情况么？在整个的实验设计中，实验的目的性很强，具有较强的可操作性，学生可以通过操作这个实验大体了解大自然中岩石风化的过程，能够提高学生的分析推断能力，培养学生的基本地理技能。

⑷实验设计面向学生，体现学生的主体性。

“科学发现者”中的实验教学设计体现了学生的主体性。所有的实验基本不需要教师的指导和监督，由于难度适中，学生可以在学习新知识前独立或者合作完成。实验中的具体内容全部以第二人称“你”描述，在实验中学生是主体，是实施者。“科学发现者”中的实验语言比较生活化，与正文中讲述知识的严肃语言形成鲜明对比。需用到实验器材的内容都单独列出“安全警示”，提醒学生要佩戴护目镜、系好围裙，处处体现对学生的人文关怀⑤。如在《地质学、环境与宇宙》第四章设计实验“制作矿物图鉴”中，实验要求如何来鉴别矿物，并检测这些矿物的物理和化学性质。在这个实验中，学生要对矿物进行观察，观察它们的形状和颜色，用小刀对矿物进行刻画检测矿物的硬度，用磁铁检测矿物是否具有磁性，还要在矿物上滴稀盐酸来观察其化学性质。这个实验的大部分环节都是需要学生自己完成，老师只需在一旁观察指导即可，这很好的体现了以学生为实验设计主体的特点。需要注意的是，在这一实验中需要用到稀盐酸，实验特别在关键位置给出了安全警示，要求学生要佩戴好护眼罩和围裙等，这就充分考虑到学生安全，体现了对学生的关怀。

3、“科学发现者”对我国地理教学实验设计的启示

= 1 \* GB2 ⑴在每章中设置实验设计类栏目

在每章新内容前设置“实验探索”栏目，可以激发学生的学习兴趣，同化新知识，是进行教学的先行组织者。设置实验为主的探索栏目符合我国新课程改革“倡导自主学习、合作学习和探究学习，开展地理观测、地理实验等实践活动”的课程理念，可以促进我国以“授—受”为主的教学方式的变革。中国地图出版社2004年出版的《普通高中课程标准试验教科书·地理》中，每章之前设置了“实验探索”栏目，这是良好的开端，但是“实验探索”栏目存在一些问题，还需要进一步改进和优化。我国的地理教材实验设计中存在的显著问题是实验内容脱离教学实际，实验不易操作，教师讲解起来比较困难，学生实际操作起来有一定难度，造成地理教学仍以书本教学为主，地理课本中的实验设计因为不能有效地展开而失去了其实际存在的意义。我国教材中涉及的概念图极少，如中图版必修第6页的天体系统概念图、人教版地理选修Ⅲ第15页的旅游资源概念图。这些概念图基本上只出现在正文部分，把它作为概念表述的一种呈现方式，对学生是否掌握地理概念及其表述的方式没有作出具体要求。“科学发现者”教材在每册书中都设置一个“实验探索”专栏，开篇写到：“概念图在对一些概念较多的主题进行整理时是十分有用的。它从总的概念出发，逐步展开，显示出大概念是如何被分析成一个个小概念的，教材仔细地介绍了概念图的定义、作用和组成，最后还附上一个实例说明。这对我国地理教学实验设计，是一个很好的借鉴。

⑵注意密切联系学生生活经验

人的认知不是被动接受，而是通过自己的经验主动建构的。《地理：地质学、环境与宇宙》中的“探索实验”栏目充分注意到了这一点，注重学生的动手操作，从学生的生活经验出发，引导学生主动探究，构建自己的知识体系。因而，在设计“探索实验”栏目时，要注重从学生的生活经验出发，设计符合学生认知水平的实验，帮助学生从自身经验出发同化新地理知识，学习对生活有用的地理。⑥例如“科学发现者”在介绍地壳的厚度时就运用了类比模型：与下面的圈层相比，地壳很薄，就像洋葱表面的纸状表皮。通过洋葱表面的形象描述来说明地壳的厚度。在介绍褶皱概念之前也先建立了类比模型：你是否曾用脚蹭地毯，而把地毯蹭得皱起来？与地毯类似，岩石被挤压后也可以慢慢弯曲并且不断裂。让学生通过脚蹭地毯的生活经验来理解褶皱。“类比模型”在“科学发现者”中得以大量运用，教材通过用学生比较熟悉的具体模型或实例为中介，形象说明了抽象的地理概念，与学生的已有知识经验相联系，以此来减少新概念带来的陌生感，促进理解的达成。反观我国的中学地理教材，对于运用“类比模型”这种概念表述的方式还缺乏尝试，这是今后研究值得关注的焦点。

⑶实验安排具有先行组织者作用

“科学发现者”中的《地理：地质学、环境与宇宙》“探索实验”栏目安排在每章内容之前，起到先行组织者的作用。通过让学生动手做实验，学生对将要学习的新知识有一定的感性认识和初步的理性分析，对难以看到的重力、水的下渗、沉积岩的分层等知识进行了同化，为后面新内容的学习打下基础。如在第9章“地表水”中，通过前文所述“模拟水的运动”探索实验，学生对水在不同物质中的下渗和流速有基本的认识，学习地表水的运动和下渗时难度就会降低。而在我国的高中地理教材中，每章的内容开始仍以概念性的讲解为主，而没有足够的引起学生学习兴趣的实验操作类栏目，这样教学的效果将会有所降低。这对我国的地理教材设计，提出了一个新的思路。

参考文献：

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[5]叶松林,仇奔波.美国中小学地理教材特色简析[J].中学地理教学参考,2006(7)

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