基于HPS模式的观察土壤学设计——以晋商公园和校园农田为例 教学设计（表格式）

教学设计
课题 基于HPS模式的观察土壤学设计——以晋商公园和校园农田为例
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
1.教学内容分析
在单元中的位置：本课时是整个土壤大单元的起点，它承担着激发学生兴趣，并为后续深入学习铺垫核心概念与研究方法的关键角色。首先是将土壤概念系统化、科学化，本课观察到的土壤现象如颜色深浅、质地差异、剖面分层，将成为第二课时探究土壤成因的核心线索；而对土壤结构和组成的理解，是学习土壤功能与养护的知识基础。 二、价值分析：本课时的核心内容是通过地理实践，观察并描述土壤的颜色、质地、物质组成和剖面结构。人地协调观 ：通过观察土壤复杂的组成和精妙的剖面结构，初步认识到土壤是一个有生命的、宝贵的自然体，引导学生将土壤视为一个整体系统来观察，培养综合思维 。学生亲手使用工具（环刀、比色卡、放大镜等）、实地操作（采样、观察、实验）、记录与分析（绘制剖面图、描述质地），完整经历一次地理野外考察与室内分析的全过程，是地理实践力的集中体现。 通过在晋商公园不同微区域（如林地、草坪、水边）的对比观察，认识到土壤属性会随着空间位置的变化而变化，初步建立 “区域差异” 的概念，为分析成因打下空间基础。
2.学习者分析
“土壤”在初中阶段仅为国土资源管理中比较宏观的内容,并没有专门的章节进行学习，学生有土壤的生活经验，对动手实践兴趣高，但是知识零散，缺乏系统性；观察能力初具，但规范操作与关联分析的综合思维较弱。需将感性认知上升为理性系统，本节内容必须要由浅入深，循序渐进的向学生介绍土壤，重点发展地理实践力和综合思维。预计困难有土壤剖面识别与质地判断等操作的规范性，从多项观察数据中整合出综合结论。
3.学习目标确定
1、地理实践力 观察土壤标本，操作地理实验，明确土壤的物质组成，学会观察土壤的基本内容和方法，掌握实验的一般步骤，激发学生的科学探究精神，培养学生动手实验的能力、观察事物的能力以及地理要素分析与表达能力。 2、综合思维 运用标本和图文资料，学会使用不同的感官、从土壤颜色、土壤质地、土壤剖面等对土壤进行较为全面的观察，同时通过渗透实验认识到不同土壤质地的性质差异，培养学生创新思维和动手能力。 3、区域认知 通过观察土壤样品，认识本地土壤，了解其他区域的土壤。 4、人地协调观 体会科学养护土壤的重要性，树立因地制宜、可持续发展的地理观念。
4.学习重点难点
观察土壤的方法、不同土壤质地性质差异
5.学习评价设计
一、依托本土化表现性任务，落实学生知识掌握的证据化呈现 在基于 HPS（科学史、科学哲学、科学社会学）教学模式的高中地理土壤专题大单元教学设计中，教师以 “本土化场景 + 证据收集与论证” 为核心设计表现性任务，引导学生在真实环境中内化知识，具体任务如下： 1晋商公园土壤剖面专项调研：学生分组前往晋商公园，选取具有相对完整自然土壤剖面的点位（如公园林地边缘、缓坡未扰动区域），通过感官观察与精准记录 —— 描述土壤剖面的颜色分层（如表层是否有暗褐色腐殖质层、下层是否为黄棕色淀积层等），用手指研磨法判断不同土层的质地（区分砂质土的颗粒感、黏质土的黏结性、壤质土的均衡触感），并记录剖面的构造特征（如土层厚度、是否有砾石掺杂、孔隙分布情况等）。 2剖面土层验证与成果呈现：对调研点位的土壤按土层分层取样（使用小铲逐层采集，做好层位标记）、现场拍摄剖面全景及分层细节照片，结合地理教材、晋商公园所在区域的土壤调查报告等资料，验证该自然土壤剖面包含的土层类型（如腐殖质层、淋溶层、母质层等），以 “取样记录 + 照片 + 文字说明” 的图文报告形式，系统呈现土层判断的证据链。 3多场景土样对比观察：分别从晋商公园不同微地形（如高地草丛、低洼灌木区、湖边浅滩附近）及校园农田采集代表性土样（每类土样采集 200-300g，做好来源标签），运用多种方法对比观察 —— 肉眼观察颜色与颗粒粗细，手捏法判断干湿状态下的可塑性，必要时借助简易工具（如放大镜观察颗粒大小、pH 试纸检测酸碱性），记录不同土样在质地、颜色、疏松度、酸碱性等方面的异同点，分析微地形（坡度、水分条件）与人类活动（农田耕作）对土壤特征的影响。 二、通过靶向性学习性评价，培养学生科学收集证据的能力 基于 HPS 教学模式 “重过程、重论证” 的核心目标，教师设计靶向性学习性评价任务，聚焦 “证据收集的完整性、逻辑性” 培养与测评，具体评价维度及任务如下： 1基础任务反馈评价：要求学生针对 “土壤专题基础问题（如土壤质地分类标准）与晋商公园实践任务” 完成口头汇报或书面总结，重点评价其能否结合户外观察、土样分析过程，清晰说明结论 对应的证据来源（如 “判断晋商公园某剖面有腐殖质层，证据是表层土呈暗褐色且手触有松软感”），避免结论与证据脱节。 2知识技能测验评价：设计课堂小测验，内容聚焦土壤核心知识（如土壤物质组成、土壤质地与肥力的关系）与实践技能（如根据手感判断土样质地、根据剖面特征推断土层类型），测评学生能否运用所学知识分析证据（如 “根据校园农田土样黏粒含量较高的特征，解释其保水保肥性强的原因”）、解释地理现象。 3思维结构化评价：引导学生绘制土壤专题思维结构图，明确涵盖土壤概念、肥力高低影响因素（如有机质含量、土壤质地）、土壤质地分类（砂质土、黏质土、壤质土）、土壤物质组成（矿物质、有机质、水分、空气）、土壤剖面结构（各土层特征与功能）等核心内容，评价其能否梳理知识点间的逻辑关联，以结构化形式呈现 “土壤特征 - 影响因素 - 实践应用” 的知识证据体系。 4情境问题解决评价：设置本土化具体情境（如 “晋商公园某区域土壤板结，影响植被生长，如何结合土壤检测证据设计改良方案”“校园农田种植蔬菜产量下降，从土壤质地、肥力角度收集证据并分析原因”），评价学生能否从情境中提取关键信息（如土壤板结对应透气性差的证据）、针对性收集相关数据（如检测土壤颗粒组成、有机质含量），形成解决问题的证据链并提出可行方案。 5自我反思评价：指导学生撰写学习自我评估小作文，要求明确阐述两方面内容 —— 一是通过本单元学习掌握的土壤知识（如不同微地形土壤的差异）与证据收集方法（如户外剖面观察的要点、多场景土样对比的技巧）；二是反思自身在证据收集中的不足（如晋商公园取样时未标记土层深度导致后续分析混淆、对比土样时遗漏了疏松度记录），并提出具体改进方向（如下次实践携带分层取样记录表、提前列好土样观察指标清单）。 学习评价量表
6.学习活动设计
教师活动学生活动环节一：土壤概念解析（历史与哲学视角） 【HPS聚焦】： 从日常概念与科学概念的冲突入手，追溯人类对土壤认知的历史演变。教师活动1 教师抓起一把提前从晋商公园采集的“土”，提问：“这是什么？” ·追问： “土”、“泥土”、“土地”、“土壤”是同一个概念吗？它们之间有何区别与联系？我们如何定义“土壤”？它仅仅是破碎的岩石吗？ ·呈现古代观点：许慎《说文解字》里说；土，地之吐生万物者也，壤，柔土也，无块曰壤，暗示土壤的功能”《禹贡》中关于九州土壤的分类和肥力评价，说明古人早已将土壤与农业生产、赋税制度联系起来。指出当时对土壤的认识多基于经验和表象。 ·近代科学革命：介绍19世纪末俄国科学家道库恰耶夫的贡献。和我国著名土壤学家侯光炯对紫色土和水稻土的贡献。现代土壤科学认为：土壤是指陆地表层具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层。 ·提问：通过森林景观、荒漠景观、沙漠景观的图片，连续追问，这是土壤吗？ ·提问：土壤能够为植物的生长提供什么帮助呢？你觉得哪一个帮助对植物生长是最重要的？ ·总结：只要它是有肥力，能生长植物的疏松表层，是鲜活的、有生命的，它就是我们地理学认为的土壤。学生活动1 （学生在真实问题情境中开展学习活动；围绕完成学习任务开展系列活动与教的环节对应，学生分析任务-设计方案-解决问题-分享交流中学习并有实际收获。） 学生可能回答：土、泥土、土地、土壤。 学生对比古代经验与现代科学定义。 土/泥土： 更偏向于母质，是土壤的原材料。 土地： 含义更广，包含土壤及其附属的领土、空间资源概念。 土壤： 强调其肥力、生命性和系统性的科学概念。 学生能够很肯定的回答森林土是土壤，但是对沙漠就很犹豫是不是土壤。活动意图说明： 从日常概念与科学概念的冲突入手，追溯人类对土壤认知的历史演变。让学生认识到科学是一个不断发展的、受社会文化影响的探究过程。土壤的概念是学生较为陌生的名词，教师先解析概念，然后举例追问，最后再总结概念，加深理解。本环节避免直接灌输定义，而是通过哲学提问引发认知冲突，再利用科学史资料，让学生理解“土壤”概念是如何在人类实践和思考中逐步深化和科学化的，体会科学概念的演化性。环节二：野外采集土壤样品的基本步骤----科学家如何工作？（社会学与方法论视角）【HPS聚焦】： 体验科学研究的规范性，理解标准操作程序在保证科学数据可比性和可靠性中的社会意义。教师活动2 任务：布置任务：分别在晋商公园（自然或半自然生态环境）和校园农田（人工耕作环境）选择合适地点，采集一份有代表性的土壤样品。 方法指导：强调选址布点的科学性、清理剖面的规范性、分层取样的系统性、记录与标签的严谨性、样品处理的伦理与安全。 工具准备：前往采集样品，我们应该携带什么工具？ 将晋商公园采样的真实情境再现，介绍采样工具的使用（如：地质工具包、土钻、环刀、地质罗盘及GPS、土壤电导率检测仪等）、采样过程和采样成果。 学生活动2 学生领取任务，学习方法指导，思考工具准备，可近距离认识采集土壤样品的工具。尤其，在介绍GPS时，可让学生读出上面的显示的地理信息，强化对学生地理工具的使用。活动意图说明：本环节将采样步骤从“技术流程”提升为“科学方法论和社会规范”的学习。让学生明白，科学不仅是想法，更是一套严谨的、可重复的、负责任的行为准则。引入野外采集土壤的基本方法，让学生具备一定的运用考察、实验、调查等方式进行科学探究的意识和能力。环节三：土壤的物质组成（历史猜想与实验验证） 【HPS聚焦】： 通过实验验证历史上关于土壤组成的猜想，理解实证是科学的核心。教师活动3 历史猜想： 古人认为植物是吃“土”长大的。土壤里面到底有什么？如何用实验来检验？ 对比分析： 比较公园土壤和农田土壤在组成上的可能差异（如有机质含量、紧实度等），并尝试从人类活动角度解释原因。 观察法：用眼睛看一看，观察土壤的颜色用手翻一翻土壤，发现土壤里面含有根系、枯枝落叶、小动物用手压一压土壤，用手研磨土壤 燃烧法：土壤放入干燥的烧杯，在通风处加热。观察现象（冒烟、有烧焦气味）。结论： 土壤中含有可以燃烧的有机质，这是土壤肥力的关键之一。对比公园土壤和农田土壤，可能发现农田土壤有机质更丰富。 体积法估组成： 取一个透明带刻度的瓶子，放入一定体积的干土，加水至满，密封后剧烈摇晃，静置观察分层。引导学生分析： 最下层是砂粒，上层是粘粒，漂浮的或悬浮的是有机质，水中溶解的是矿物质。空气被水排出。 【总结】 我们发现土壤四大物质。这四个组分的相对比例基本确定了土壤的肥力。 理想状态下按照体积算，固相物质大约仅占土壤体积的一半，其余一半由充满空气或水的孔隙组成。矿物质大约占到45%，土壤有机质组成大约占5％，土壤空气和水各占20-30%。 学生活动3 学生按照学案上的操作步骤，观察土壤，并对发现的物质进行分类。 观察发现土壤颜色偏褐色，发现树叶、草叶、动物等,这些有生命力的物质，和小石子、砂子等。不仅感觉湿湿的，还发现土壤被压扁了，说明土壤中含有孔隙，孔隙中存在水和空气。感觉到颗粒感，说明土壤中含有大大小小的矿物质。 活动意图说明：通过观察、体验、实验的方法，了解土壤是由水、空气、矿物质、有机质四种物质组成。引导学生用地理视角去考察、行动和思考，学生通过直接感受土壤，增强地理实践力。环节四：土壤的质地（哲学与应用视角） 【HPS聚焦】： 理解科学分类的价值，以及土壤性质如何决定其社会应用。教师活动4 【讲解】 而矿物质颗粒的比例也很大程度上决定了土壤中孔隙的大小，进而决定了水和空气的搭配。这些矿物颗粒由大到小分为石砾、砂粒、粉粒、和黏粒，我们把不同粒级的矿物质在土壤中所占的相对比例，称为土壤质地。砂粒占比较多的为砂土，黏粒占比最多的为黏土，各个粒级占比含量适中的为壤土。 【过渡】 晋商公园不同微地形的土是哪种土壤质地呢？ ·感性认识： 让学生用手触摸、揉捏两种土壤样品，感受其粗糙、细腻、粘性等差异。 ·简易测定法（捻条法）： 取少量湿润土壤，在手中揉搓成球再搓成条。 砂土： 难以成球，一触即散。 壤土： 可成球，可搓成条，但弯曲时易断裂。 粘土： 易成球，可搓成细长条，弯曲不易断。 ·【沉降实验】在实验室利用沉降法，测得了来自不同微地形下的土壤矿物质各粒级的比例。那么根据这张表格你能知道他们分别是哪种质地的吗？并说出你的理由。 图 沉降实验及数据关系图 ·【渗透实验】通过一个渗透试验来直观感受一下三种不同的土壤性质的差异。 实验步骤：把1、2、3号烧杯里面的水，同时缓慢倒入1、2、3号漏斗中，30秒钟后观察漏斗渗水量，并完成实验记录表。 图 渗透试验及观察记录表 【哲学与应用探讨】： 展示三角形坐标图：土壤学家会使用一个叫做‘土壤质地三角图’的工具，根据三者的比例精确确定土壤质地名称，比如‘砂质壤土’、‘粉砂质粘土’等。这体现了科学从定性描述到定量分析的精确化过程。”质地对农业的影响（社会学）： 引导学生分析：晋商故里——晋中盆地的土壤质地可能是什么？这种质地对于种植小米、高粱等传统作物有何利弊？ 讨论： 为什么说“壤土”是农业上最理想的质地？（协调了透水、透气、保水、保肥的能力）。 引申： 了解土壤的“脾气”，人类就可以通过客土改良、增施有机肥等方式来改造它，这体现了人类对自然规律的认知和利用。 学生活动4： 实验一： 1——黏土2——壤土3——砂土 实验二：学生在地理实验室， 分小组操作实验，每四人一组， 三人操作，一人记录实验结果， 并交流展示。 活动意图说明：帮助学生理解土壤质地概念，便于实验开展；通过在实验室的 实验操作，让学生直观清晰地三种不同土壤质地的通气性、保水性的差别，激发 学生动手实践能力和创造潜能，落实地理实践力；提高学生读图、识图能力； 从实践中验证理论，培养思辨能力。环节五：土壤的剖面----阅读土壤的“历史书”（历史与系统视角） 【HPS聚焦】： 将土壤剖面视为记录成土过程和人类活动的“历史档案”，培养学生的系统思维和历史观。教师活动5： ·播放：土壤剖面的制作过程，呈现制作的土壤剖面图及等比例真实还原剖面的样品管。 ·任务1观察与描述：请根据土壤在垂直方向上的颜色变化，画出自然土壤和耕作土壤各层次之间的分界线，并自上而下标注序号。 ·任务2：对比分析与“历史解读” 土壤分层是如何形成的？每个土层又分别叫什么？ 晋商公园剖面（自然/半自然剖面）： 引导学生识别典型的土壤垂直分层。 晋商公园土壤剖面图 总结： 这个剖面记录了在本地气候、植被长期作用下，一个相对自然的成土过程。 校园农田剖面（耕作剖面）： 观察其层次：通常只有耕作层（疏松、肥沃）、犁底层（紧实，由长期耕作压实形成）和心土层。 总结： 这个剖面是人类农业活动的“活化石”。犁底层的存在是人类活动强烈改变自然土壤结构的直接证据。 【成土母质】教师拿出野外采集到的一颗石头，问学生几百年后，几万年后，它会如何变化？教师手动将手中的石头掰开，再掰小，最后再捏碎。 【有机质】教师拿起两片叶子放在第一层纸板上，并说明有机质大量积累的过程，形成了有机质层。【腐殖质层】再拿起两片腐烂的叶子放在第二层纸板上，并用手捏碎，说明变成腐殖质的过程。最后，说明第二层被第一层覆盖，形成分层。【淋溶层淀积层】将刚才加入水的样品管下方的止水阀打开。观察，下面的烧杯中会出现什么物质？思考：淋失后的矿物质会流向哪里？会一直流向土壤的底部吗？学生活动5： 任务1：学生观察剖面和样品管，小组合作，上台展示讨论的结果。并将各土层的分界线标准在土样上。 学生通过观察，发现加入的是清水，流出的水中携带了泥沙。学生独立思考，推出答案。下渗减弱，说明淋溶减弱，沉淀增强，引出淀积层。将淋溶层和淀积层标注在学案的剖面图上，并请一名学生上台在土样上标注。活动意图说明：以视频的方式呈现内容，有助于学生了解土壤剖面和样管的制作过程。根据颜色分层，为深入分析做铺垫，发现学生学习的难点、疑点等问题，关注学生表现式评价。
7.板书设计
8.作业与拓展学习设计
检测类作业：关于土壤质地、土壤剖面的练习题。 实践类作业：完成《土壤观察与实验记录手册》，内容包括采样信息、实验现象记录、土壤质地判断过程、绘制剖面示意图。 探究类作业：结合课堂 “校园公园土壤板结” 情境，设计 1 份 “土壤改良方案提纲”，要求包含：①改良目标（如提升透气性）；②所需检测的土壤指标（如颗粒组成、有机质含量）；③具体改良措施（如掺沙、增施有机肥）及依据（关联土壤质地与功能的知识）。
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明
晋商公园本土化实践资源、校园农田土壤（核心资源） 资源优势：①微地形丰富（高地、低洼、湖边浅滩等），可对比 “自然因素（水分、坡度）对土壤的影响”；②包含自然植被（林地、草丛）与人工干预区域（如公园绿化区），可结合 “人类活动对土壤的改造” 开展探究；③距离学校近（便于单次 1-2 课时的户外实践），降低实践成本，且学生对区域熟悉，易产生探究兴趣。 资源应用：作为 “表现性任务” 的核心场景，支撑 “土壤剖面调研”“多场景土样对比” 两大实践活动，同时为 “情境问题解决”（如公园土壤板结）提供真实素材，让知识学习扎根于本土化环境，落实 “地理实践力” 核心素养。 辅助资源 区域土壤调查报告：从当地农业农村局或地理科研机构获取 “晋商公园所在区域的土壤类型报告”，用于验证学生实践中 “土层判断” 的结论，提升证据的科学性（符合 HPS 教学模式 “科学论证” 的要求）。 简易实验工具包：为每位小组配备 “小铲、pH 试纸、放大镜、土样袋（带标签）、记录表”，确保实践操作的规范性，降低观察误差。
10.教学反思与改进
目标达成度对比反思 达成较好的目标：①实践操作目标（90% 以上学生能规范完成晋商公园土壤剖面观察与土样采集，记录表填写完整度达 85%）；②基础概念目标（课堂小测验中 “土壤质地分类”“剖面结构” 题目正确率达 80%）。 学习者问题分析：①部分学生 “实践观察” 与 “知识迁移” 能力薄弱，无法将户外看到的 “低洼土样疏松” 与课堂学的 “水分多→黏粒少→疏松” 关联；②少数学生缺乏 “系统思维”，碎片化记录实践数据，难以整合为结构化知识。 教学过程经验总结 成功之处：①本土化实践激发兴趣，学生参与度高（户外实践时小组分工明确，主动提问 “为什么湖边土样颜色更深”）；②多主体评价发挥作用（生生互评时，学生能指出 “某报告缺乏 pH 值数据，证据不完整”，提升评价能力）。 不足之处：①实践前 “知识铺垫” 时间不足（仅 10 分钟，导致部分学生观察时不知 “重点记录哪些指标”，需课中临时补充）；②思维结构图建构环节 “教师引导过多”（直接呈现部分框架，限制学生自主整合知识的空间）。
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