“冰川地貌”模拟实验的迭代升级与实证探究

　　《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）指出实验是地理学的重要研究方法，也是地理课程的重要学习方式之一[1]。但传统的实验教学只让个别学生参与实验教学的部分环节或是教师演示实验过程，学生整体的参与度与具身体验感较低。科学而全面的实验教学，应让学生参与实验过程的各个环节：实验设计、实验操作、实验分析与改进、实验记录、实验反思等。这不仅有利于培养学生求真务实的科学态度，还有利于提升其地理实践力。冰川地貌对于绝大多数学生来说，是遥远而陌生的，为加深学生对冰川地貌形象化的理解、把抽象的冰川作用原理具体化、让模糊的冰川“衍生词”——冰碛物等清晰化，笔者和学生一起精读新课标和教材后，决定通过模拟实验认识冰川地貌。通过对控制变量的设定，学生自主参与设计了两次迭代实验。通过记录、观察、分析、再设计、再分析，较为深刻地体验了一次分层、仿真的实验过程。这一过程使其对外力作用、冰川作用、冰碛物、沉积地貌、侵蚀地貌等概念有了更为清晰与深刻的理解，也培育了学生的地理实践力与科学家精神。

　　一、实验设计

　　1.设置实验情境

　　新课标对“外力作用与地表形态”的单元目标要求是“通过野外观察或运用视频、图像，识别3～4种地貌，描述其景观的主要特点”。其中，野外观察、视频、图像是具体教学的手段，辨识地貌并能描述其主要特征是教学目的。新课标在地理实验教学案例中，呈现了“流水作用室内模拟实验”，在加强地理实践教学建议中呈现了“认识地表径流的地理模拟实验”设计方案。基于此，在师生共同研读这部分内容后，笔者指导学生开发设计了“探识冰川地貌”的实验，并在熟读课本之后，制定了“冰川地貌”拓展实验课前任务清单（表1）。

　　

　　2.明确实验变量

　　经过多次讨论分析，最终拟定以模拟冰川对地表形态的塑造为研究主题，通过认识冰川作用与常见的冰川地貌为学习目标，结合理论学习梳理出影响冰川侵蚀和沉积的主要因素，从而明确实验变量。

　　（1）实验材料

　　塑料瓶、水、砂砾、肥皂、剪刀、纸巾、冰箱等。

　　（2）分析变量

　　通过前期的理论学习，集中讨论分析得出影响冰川侵蚀和冰川沉积的主要因素（表2）。

　　

　　（3）控制变量

　　结合实验的可操作性和教材对冰川地貌的认知要求，将实验中冰体的厚度和重量、冰体摩擦肥皂体的速度、底岩的性质和岩层倾斜方向等保持不变。最终确定有砂砾的纯冰、没有砂砾的纯冰和有倾斜角度、没有倾斜角度等实验变量。

　　3.实验迭代设计

　　地理教材为地理实验的开发和设计提供了丰富的素材，是地理教师以及学生进行实验开发和设计最直接和便捷的资源库[2]，湘教版必修一在“外力作用与地表形态”的单元教学中呈现了“流水侵蚀与流水堆积地貌的模拟实验”，为笔者引领学生开发“冰川地貌的实验教学”提供了迭代设计的思维线索。

　　由此设计了3次模拟实验，分别由3组学生完成（每组设1～2位记录员、观察员、操作员、计时员），每2组实验形成对比（表3）。

　　冰川地貌实验的2次迭代[3]，引导学生从发展变化的角度出发，通过优化部分变量，设计了3组递进的实验。在实验方案的优化设计中，学生逐渐明晰冰川作用的原理，认识了部分常见的冰川地貌。整个过程要求学生能够形成从综合的、动态的、区域的视角认识地理事物与现象的意识，能够在一定程度上解释地理事物和现象发生、发展的过程，提升了学生的综合思维能力。

　　二、实验实施过程

　　在本次模拟实验过程中[4]，笔者为了让学生能够更加全面地了解冰川作用的原理，更好地认识典型的冰川地貌，同时为培育其科学家精神与地理实践力，笔者和学生讨论交流后，开发了第一次实验，具体如下。

　　第一次实验：用纯冰去摩擦肥皂体，由学生自主完成操作与分析。最后发现肥皂体表面基本无变化，也没有产生明显的“冰碛物”（表4）。

　　实验反思：学生对实验结果进行了深度反思，为什么在此次实验中冰块的侵蚀力度微乎其微？为什么没有产生所谓的“冰碛物”？需要优化哪个变量才能接近真相？学生再次对课前发放的冰川地貌素材包进行整理，有人关注到冰川作用的图片，同时捕捉到“冰川侵蚀作用”概念中的关键词“冻结在冰川底部或边部的岩块”，以及“冰川沉积作用”概念中的关键词“其携带的各种岩石碎屑会沉积下来”，提出可以通过优化“纯冰块”来改良实验——在冰块中加入沙砾。