方案设计与评栃
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张文军
（浙江省春晖中学，浙江绍兴312300）
摘要：《普通高中地理课程标准（2017年版）》指出，地理学科核心素养的培养需要教师重视对学生思维结构的评价。本文尝试用思维结构评价的相关理论，通过组织学生开展“流水对土壤的侵蚀”模拟实验的方案设计活动，分析学生反映出来的综合思维和地理实践力素养表现，探究如何促使学生思维结构水平层级的不断提升。 关键词：思维结构；模拟实验；方案设计
笔者在做题及命题时，多次涉及到流水对土壤侵
敦煌学十八讲蚀的影响因素类试题，一方面觉得这些试题训练有利于
培养学生的综合思维，提高学生的思维结构水平；另一
方面也设想组织学生开展与之相关的实验设计或操作，
以培养学生的地理实践力。本文尝试用思维结构评价的
相关理论，通过组织学生实施“流水对土壤的侵蚀”模
拟实验的方案设计活动展开研究。
一、思维结构评价的相关理论介绍
思维结构评价可以参考基于“可观察的学习成果
结构”分类理论（即SOLO分类理论），该理论将学
生学习结果表现出来的思维结构分为①前结构（P）、
②单点结构（u）、③多点结构（M）、④关联结构
（R）和⑤拓展抽象结构（EA），学生在地理学习中普
遍存在这五种层次的思维结构（见表1）。
表1思维结构层次比较
思维结构层次思维表征临猗论坛
综合思
维能力
前结构（p）学生对问题的内容一无所知，思维混乱无
单点结构（U）学生只能联系问题的一到两个信息单元进
行“概括”
较低
多点结构（M）学生能从问题的多个信息单元进行“概
括”，但无法有机整合这些信息
较高
关联结构（R）学生能将问题的多个有效信息单元进行综
合，形成系统思维，分析解决复杂的问题
高
拓展抽象结构（EA）学生不仅对当前问题形成系统思维，而且
能超越所给的材料，通过抽象概念，对新
情境进行“概括”
非常高
二、地理模拟实验方案设计及素养体现
地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境
关系的科学。地理环境和人地关系中的很多现象或过程
是学生不易觉察或需要观测很长时间才能感知到的，其
相关的地理原理、规律往往也是抽象、难懂的。地理模
拟实验是将这些现象和过程通过一些实验材料、设备或
模型，设定特定的条件和情境进行人为模拟的过程，它
可以形象直观地呈现某一地理知识、原理，揭示地理事
物的分布、发展和变化规律。由于课堂教学时间紧张，
师生进行地理模拟实验操作的时间不够，因此，课堂上
设计好实验方案后让学生在课后尝试完成是模拟实验教
学的有效方法之一。同时，精心设计好模拟实验方案，
可以使实验操作更加科学、严谨和高效，有利于综合培
养学生的地理核心素养。
模拟实验方案设计在活动形式上是地理实践力素
养的表现，比如“能够与他人合作设计地理实践活动的
方案”；在设计过程中更多体现了地理综合思维素养，
且不同的综合思维素养水平等级又能反映出不同的思维
结构水平层次。如何从思维结构评价的角度评析学生的
模拟实验方案设计，成为新课标背景下教学研究的新课
题。下面以“流水对土壤的侵蚀”模拟实验方案设计为
例进行说明。
1•“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计中综合思
维素养课程内容的表现
地理综合思维素养指人们运用综合的观点认识地
理环境的思维方式和能力。“综合思维”素养有助于人们从整体的角度，全面、系统、动态地分析和认识地理环境，以及它与人类活动的关系。地理综合思维素养的表现包括“地理要素综合”“空间和时间综合”和“地方或区域综合”。
就“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计而言，地理综合思维素养的具体表现如表2所示。
表2“流水对土壤的侵蚀”实验对应的
综合思维素养具体表现
综合思维素养内涵综合思维素养表现
本模拟实验方案设计对应的
综合思维素养具体表现
地理综合思维素养指人们运用综合的观点认识地理环境的思维方式和能力。1•能够从地理要素综合的
角度认识地理事物的整
体性，地理要素相互作
用、相互影响的关系。
（1）能够了解流水侵蚀的概
念和成因。
（2）能够分析影响流水对土
壤侵蚀的各个因素。
2•能够从空间和时间综合
的角度分析地理事物和
现象的发生、发展和演
化。
（1）能够分析降水因素在流
水对土壤侵蚀过程中随时间
的变化规律。
（2）能够分析地形、土壤、
植被等多因素在流水对土壤
侵蚀作用中的空间差异。3•能够从地方或区域综合
的角度分析地方或区域
自然和人文要素对区域
特征形成的影响，以及
区域人地关系问题。
（1）依据所设计的实验方
案，了解流水对土壤侵蚀后
造成的影响。
（2）根据实验方案，整理出
不同区域防治土壤水蚀的有
效措施。
2.“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计中综合思维素养水平与对应的思维结构（见表3）
表3实验方案设计对应的综合思维素养水平划分与
预期的思维结构水平
水平本实验方案设计对应的对应的思维综合思维素养水平划分结构水平
水平1能够考虑影响流水对土壤侵蚀的某一个因素
并设计实验
单点
水平2能够考虑影响流水对土壤侵蚀的多个因素并
设计实验
多点
水平3、4能够全面考虑影响流水对土壤侵蚀的各个因
素，重点分析某一要素各个变量的影响，进
而整理出不同区域防治土壤水蚀的具体措施
关联/抽象
拓展
学生思维结构水平层次的不断提高，一方面能够促使所设计的实验方案更加严密和完善，有效培养地理综合思维；另一方面也会不断激发学生动手操作的兴趣，并在实验实施过程中不断反思和改进，促使实验的成功率不断提高，从而提升学生的地理实践力。
三、“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计活动之实施过程
1.教师设计及印制好《模拟实验方案设计单》
该设计单主要由两大部分组成，一是教师提供参考资料，包括：①湘教版地理必修I（2018年6月第3版）课本P.71“如何保持土壤不被冲刷”相关材料；②实验装置参考图示。二是让学生撰写方案设计，包括：①实验目的；②材料准备；③实验过程设计；④实验记录表设计；⑤实验装置示意图绘制；⑥本实验设计的创新之处与反思。
2.课前布置，提前思考
教师提前一天将之前整理的流水对土壤侵蚀类试题材料下发给学生进行练习，布置好次日地理课上进行模拟实验方案设计的课前准备工作。
3.课堂分组或独立设计方案
教师先强调地理模拟实验方案设计的目的和要求，然后分组进行活动，形式可以是独立设计或小组合作设计。鉴于教师要综合评价学生相关的思维结构，故暂不参与各小组讨论。
4.模拟实验方案展示及评价
学生通过多媒体设备展示所设计的实验方案，本组成员进行补充，其他同学进行互评，最后由教师进行综合点评。
5.学生对原有设计方案进行改进
根据学生互评和教师综合点评的建议，各小组对实验方案进行修改、完善并上交。
6.课后实验操作
教师批阅后要求每组学生围绕影响流水对土壤侵蚀的某一个因素进行模拟实验操作，记录相关数据，比较实验结果与预设有哪些差异，再次思考如何对实施方案进行改进。
四、“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计的成果展示
在学生积极参与设计、评价及修改之后，师生汇总提炼出影响水土流失的各个因素，如表4所示。
表4影响流水对土壤侵蚀的一级因子和二级因子表
一级
因子
二级
因子
说明（其他因子不变，该二级因子变化造成的
土壤侵蚀差异比较）
土壤
类型不同类型土壤的水土流失差异比较
厚度同类土壤不同土层厚度的差异比较
疏松度同类土壤不同疏松度状况差异比较
干湿度同类土壤不同干湿度状况差异比较
酸碱度不同酸碱度土壤的侵蚀差异比较
植被
类型不同植被类型下水土流失差异比较
覆盖率同类植被不同覆盖率状况差异比较
带土厚度同类植被不同带土厚度的差异比较
坡面
坡度不同坡度条件下水土流失差异比较
物质性质
同一坡度不同组成物质、光滑度、下渗度的差
异比较
形状不同坡面形状（梯田状、凹槽状）的差异比较
降水强度不同降水强度条件下土壤侵蚀差异比较
（续上表）
持续时间同等降水强度，不同持续时间的差异比较
酸度不同酸碱度降水状况的差异比较
五、模拟实验方案设计的评析和教学建议
1.评析
以春晖中学高二政史地选考班（12）班为样本，共有28组（包含个人组）学生参与了本次模拟实验的方案设计。教师预设学生在该方案设计活动中表现的思维结构与学生真实反映出来的思维结构比较如表5所示。
表5实验方案设计预期及实际的思维结构水平比较表
教师预设
学生表现
P U M R EA
M为主/39.3%50.0%10.7%/
⑴思维结构各层次的比例分析
总体而言，学生在模拟实验方案设计中反映出来的思维结构水平与教师预设的相对吻合。单点结构略
微偏多，主要原因是学生以为在较短时间内只要考虑影响流水对土壤侵蚀的某一个因素就可以了，并没有深入思考其他影响因素，同时单个影响因素在设计方案时也比较容易。多点结构占一半，这些学生能够考虑影响流水对土壤侵蚀的多个因素并设计实验，符合教师的预设要求，但对所涉及的几个因素的考虑相对肤浅，对其二级、三级因子差异比较的研究不够。约有三组学生不仅能够全面考虑影响流水对土壤侵蚀的各个因素，而且重点分析了某一要素各个变量的影响（比如考虑到流水对土壤侵蚀的坡面因素时，不仅考虑到坡度变化，还考虑到坡面性质差异），达到了关联结构层次。
（2）学生设计方案中的亮点呈现
本次模拟实验方案设计中，不少小组通过合作探究，所设计的方案亮点纷呈，具体表现节选如下。
①严谨性
比如在降水因子方面，学生设计在大可乐塑料瓶上同等高度的地方开出两个口径相同的出水口，以确保水流流速、流量等变量的一致性。学生又以大可乐瓶的不同洒水高度表示降水强度的差异，在举起瓶子时，强调保持瓶子的倾角不变，考虑得非常严谨。
②全面性
学生在设计植被覆盖率因素时，不仅就同类植被不同覆盖率状况差异进行比较，还对植被覆盖率相同，
但植被排列方式不同的情况进行比较，比如植被横排、竖排、斜排等，考虑得非常全面。
③创新性
有学生通过地面设坎来改变坡度特征，进而在“实验反思”中写到要将这种做法推广到小区人行道和绿化带之间设置一道坎，起到淀积泥沙的作用，防止每次暴雨后人行道上布满绿化带冲刷下来的泥土导致行人易滑的现象，具有很强的创新实用性。
⑶设计方案中的不足
学生毕竟是第一次进行高中地理模拟实验方案设计，又由于时间较为仓促，因此不足之处也较多，具体如下。
退票规定①实验设计思维层次偏低，以模仿为主，创新不够。很多小组设计的内容雷同性明显。
②思维深度不够，设计肤浅。比如只有三个小组考虑到从下渗水量的角度分析侵蚀程度。
③思维表达不够清晰，思考的和设计的不对应。比如对坡面、坡度概念混淆，不明就里。
④虽有创新之处，但仅局限在理论层面。比如考虑到土壤侵蚀中不同坡面形状（梯田状、凹槽状）的差异比较，这一点值得肯定，但地理模拟实验是很难宏观体现出这些因素对土壤侵蚀造成的差异。
⑤设计空想不切实际。比如有些小组考虑到了植被因素，但不同植被类型的选取对象是树和草皮的比较，这就不太符合实际情况了。选树不符合模拟实验的可操作性，选草皮是可行的，而且草皮应带有一定厚度的土层，效果才会更明显。
⑥没有深入挖掘次一级影响因子。比如考虑到模拟实验中的植被类型设计为带有土层的草皮，但其所带土层的性质、厚度等又是次一级的影响因子，学生往往没有考虑到。
2.教学建议
SOL O分类理论告诉我们，不同学生的思维结构水平存在层级差异，同一学生面对不同问题情境的思维结构水平也存在层级差异。学生的思维结构水平可以通过不断的思维训练和实验操作实现从低级到高级的螺旋形发展。针对学生在“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计中反映出来的问题，教师可以从下列方面予以教学改进。
（1）开放学生的思维和双手
学生的思维很容易受到教师的影响，教师在教学中要重视地理过程的教学，倡导学生通过设计不同的途径解析这些地理过程，以促使学生的思维和个性得到更好的发展。教师在课堂教学中就某些发散性思维的地理问题可以多设置问题情境，提高学生的思维活跃度，增强学生深入思考和动手实践的能力，既有利于学生培养地理综合思维和地理实践力素养，又有利于学生思维结构水平的提升。
（2）加强小组的协作和探究
无论是地理模拟实验方案的设计，还是具体实验的实施，学生单打独斗往往难以胜任。本次设计活动中有四组是单个学生独立设计方案的，相对而言他们设计的内容比较单薄，思考比较浅显。教师在开展实验类相关活动时，尽可能让学生自由组合，形成小组团队。在活动过程中，教师要通过创设各种教学情境培养小组的团队精神和合作意识，激励学生在自由融洽的思维环境下，通过独立思考和互相之间的交流和补充，不断改进和完善承担的学习任务，不断刺激原有思维结构水平向高一级层次发展，以取得更好的教学成效。
（3）指导设计的科学和规范
模拟实验的方案设计对学生来说是新挑战，因此要在活动前进行相关指导，比如“流失对土壤的侵蚀”模拟实验重在让学生思考有哪些影响因素，它们是如何影响的，如何用实验的方式使这些影响因素显现化等等。在方案展示及评价时教师要及时对学生设计的不足之处加以剖析点评，注意科学性和规范性，不能让学生在错误的道路上渐行渐远。在师生汇总提炼出影响水土流失的各个因素时要考虑到全面性和严密性，以表格或思维导图的形式，将一级因子、二级因子甚至三级因子进行综合分析，有助于学生思维结构水平的飞跃提升。（上接第31页）
（4）利用实验的数据和素材
对学生在模拟实验方案设计中的亮点信息，教师要及时进行鼓励和肯定，激发学生对这些亮点信息进行更深层次地思考和挖掘。对相关数据和素材，教师既可以在平时的课堂教学中作为案例让全班学生进行讨论分析，促使学生整体思维结构水平的提升；也可以在试题命制中加以采用，通过试题形式对学生进行思维训练。在“流水对土壤的侵蚀”实验方案设计活动中，师生汇总提炼出了影响水土流失的各个因素，教师可以组织学生课后逐个进行实验操作，最后形成该实验的微课，共享给学生们课后学习。
参考文献：
［1］中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社,2018.
［2］李家清，梁秀华，朱丹.核心素养背景下以SOLO 分类为基础的学习质量评价［J］.教育测量与评价,2018（8）: 11-17.
［3］张文军.基于思维结构评价的地理试题命制与评析—
—以“热力环流”地理综合思维检测试题为例［J］.地理教学,2019（6）:18-21.
（责任编校：丁荣）
（续上表）
探究土壤土
壤
的
主
要
形
成
因
素
表3气候和生物影响土壤的形成
气候生物
影响土壤有机质
的积累和分解
影响岩石风
化速度和土
壤厚度
植物：富集
营养元素，
制造有机质
微生物：分解
动植物残体，
合成腐殖质
动物：以排泄物、分
神意太极拳
泌物、残体形式为土
壤提供有机质；扰动
土体，增加土壤孔隙
气候的分布规律在很大程度上
影响和控制了土壤的分布规律
生物是最基本最活跃的因素，是土壤有机质的制造
者和分解者，为土壤提供肥力
3•地形
据图推测：坡度对土壤厚度的影响，以及土壤
颗粒组成随海拔发生的变化。
4•时间
从土壤厚度和颗粒大小的角度描述不同时间段
土壤发育程度的变化规律（见图9）。
5•人类活动
展示人类通过灌溉等活动培育肥沃的土壤景象，
以及不合理的人类活动对自然土壤的破坏景象，
如水土流失、石漠化、盐碱化、土壤污染等说图9土壤发育程度变化示意图
明人类活动对土壤的影响。
【总结］引导学生回顾总结成土因素。
看图说明陡坡土层
薄，平地土层深
厚；随海拔降低，
土壤颗粒组成由粗
到细变化。
据图描述随着时间
推移，土壤从无到
有、从薄到厚，层
次由少到多，逐步
发育成熟。
感悟人类活动对土
壤的利弊影响。
总结成土因素主要
有成土母质、气
候、生物、地形、
时间和人类活动。
通过分析示意
图，设置指向明
确的问题，便于
学生理解土壤的
形成是一个过
程，且极为缓
慢，为养护土壤
埋下伏笔。
辩证看待人类活
动对土壤形成的
影响。
课堂小结，明确
成土因素，突出
中国套盒
课堂重难点。
【转承］土壤是万物之源，也是农业之本，没有健康的土壤，哪有人类的未来，因此养
护土壤至关重要，比如肥力下降等问题应如何改良？国际上将每年12月5日作为世界土壤
日，以此引导各国人民关注土壤健康。请为养护土壤撰写一条标语，引导人们关注健康土
养护土壤壤的重要性，树立可持续利用土壤资源的价值观。在学生分享结束后教师展示并带领学生齐读课前写下的标语“万物土中生，寸土如寸金”。
【总结］土壤是兴国安邦、生态文明建设的基础，是保障国家粮食安全与生态安全的重要
物质基础。让我们一起关注土壤健康，保护土壤，保护生态，守护我们的家园！领悟土壤的重要
性，列举土壤肥力
下降的改良措施。
网剧中披露他人手机号码构成侵权撰写标语，并展示
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引导学生关注土
壤健康，体会
养护土壤的重要
性，树立人与自
然协调发展的理
念。
（责任编校：王雅琪）
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