腾冲古镇

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实验探究在腾冲火山研学中的应用

邹金伟1陈锟2赵占仑3

(1.深圳市宝安区教育科学研究院，广东深圳;2.佛山市顺德区第一中学，广东佛山;

3.惠州学院旅游与地理学院，广东惠州）

摘要：结合云南腾冲火山研学旅行，设计了5个实验探究活动：火山喷发模拟实验、玄武岩气孔成因模

拟实验、热泉水理化性质测定实验、火山口凹陷成因模拟实验、柱状节理六边形模拟实验，从而帮助学

生形象化理解火山形成过程的基本原理。

关键词：实验探究；腾冲火山；研学

2020年12月17—20日，笔者参加了三大地理教

育杂志在腾冲举办的“首届全国研学课程设计大

赛”，收获颇丰。腾冲地处亚欧板块与印度洋板块碰

撞地带，地质史上曾发生过剧烈的火山活动，是我国

著名的火山密集分布区之一。基于“在做中学”的理

念，设计了以“火山活动”为主题的实验探究活动。

由于研学主体是中学生，其对直观现象比较感兴趣，

形象化的实验演示更有利于其理解地理原理。因此，

通过做实验，亲历探究过程，按照“观察、思考、抽象、

归纳”的思路对问题进行深人剖析，可以让学生了解

火山形成过程的基本原理，掌握考察火山的基本方

法，从而培养严谨的科学探究精神。

一、总体思路

在研学活动开始之前，教师以挤压矿泉水瓶进行

简单演示，帮助学生理解火山的形成过程:地壳断裂、

岩浆喷出和岩浆冷凝。首先，用手挤压矿泉水瓶模拟

压力条件（如图1所示），即地壳内部存在高温、高压

的环境条件;其次，拧开瓶盖，为水的喷出留出缝隙，

好比岩层发生断裂,为岩浆的喷出提供了通道;再次,

水从瓶口溢出，模拟火山喷发的过程;最后，喷出地表

的“岩浆”冷凝，形成玄武岩或玄武岩状节理景观。

按照这一思路，以腾冲火山地热国家地质公园为研学

地，首先观察热海岩层断裂及热泉（地壳断裂），接着

去大、小空山看古火山口（岩浆喷出），最后去黑鱼河

峡谷看玄武岩柱状节理（岩浆冷凝）。表1为腾冲火

山地貌研学实验纲要。

图1火山喷发模拟实验

表1腾冲火山地貌研学实验纲要

探究内容

研学地点

实践活动

火山的形成

过程

室内

教师用手挤压矿泉水瓶，演示火

山喷发

玄武岩多气

孔成因

室内

教师引导学生用面团制作面包，

观察面团发酵过程中出现的气

孔，模拟玄武岩气孔形成

热泉水理化

性质分析

热海景区

教师引导学生用仪器测定水温、

pH和TDS等水环境参数

火山口凹陷

的成因

大、小空

山景区

教师引导学生用针戳破埋在面粉

下的气球，面粉随气球爆破而产

生位移，从而模拟火山口凹陷

柱状节理六

边形的成因

探析

黑鱼河

教师引导学生将湿润的黏土烧

干，模拟六边形节理的形成

二、研学前实验

研学前,教海水为什么是蓝的 师提供玄武岩样品（如图2所示），学

生通过眼看、手摸等多种方式进行感知。同时，从颜

作者简介：邹金伟，深圳市宝安区教育科学研究院初中地理教研员，参与了一系列重要地理界线的徒步考察，撰写了大

量考察文章，出版合著《研学旅行地理行知录》。

色、粗糙度、孔隙度、软硬、轻重等方面描述岩石特征。

学生通过观察发现玄武岩典型的外部特征是多气孔，

进而产生疑问:玄武岩的气孔是如何形成的？为了解

决学生的疑问，笔者设计了面包制作实验来解释其

原理。

1.实验名称

玄武岩气孔成因探究。

2.实验目的

制作并观察面包发酵后膨发和成型的过程，从而

模拟玄武岩气孔的形成过程，探究玄武岩气孔成煤矿图片 因。

3.实验用品

面粉、水、盐、酵母。

4.实验步骤

第一步，将所有材料混合成面团。

第二步，面团在室温下发酵,时间约2个小时，膨

发到约1.5倍大。

第三步，将发酵膨发的面包放入烤箱烤制定型。

第四步，面包出炉冷却，用刀切开观吕葆贞 察面包剖面

形态。

5•实验现象

切开面包后,在剖面上能够观察到许多明显的气

孔，类似玄武岩气孔的形态。图3为面包制作过程，

以此模拟玄武岩气孔的形成。

制作面团---►发時烤制---►面包冷却---►剖开面包

Eioran

图3玄武岩气孔成因模拟实验

6.实验结论

面团在酵母的作用下内部产生气体，逐渐膨发，

气体在面团中占据大量空间。经过烤制和冷却成型，

大量气体膨胀、溢散，在面包内部形成大小不一的圆

形、楠圆形或管状孔洞。玄武岩具备的典型气孔构造

也是由于岩浆喷出地表后压力骤减，大量气体迅速溢

出，岩浆经过快速冷却凝固后定型而导致的，这一过

程可类比烤面包的过程。

三、研学中实验

1.第一站，腾冲热海景区

师生来到腾冲热海景区，沿着一条大的河谷往

里走，看见不远处有阵阵热气往外冒（如图4所

示）。地质学上有个经验之谈—“逢沟必断”，即

有沟谷地貌的发育处，一般为岩层断裂。因为断裂

处的岩石较为破碎，容易受外力（如河流）新手如何养鸽子 侵蚀形成

沟谷。同时，水流顺着岩层裂隙往低处流，地下水受

到高温岩层的加热后，形成水蒸气。岩层内侦探类小说 压力增

大，热水和水蒸气在岩层断裂处喷发，形成沸泉、喷

泉、涌泉等温泉景观。笔者将带领学生分析沿途热

泉的理化性质。

@题策划教学参考21

_■■■■■■2021年第4期.上4-1

图4热海大断裂

(1)实验名称

热泉水理化性质分析。

(2)实验目的

通过测量不同地点热泉水的物理和化学性质，分

析腾冲热海热泉水质特点并尝试解释其原因。

(3)实验用品

烧杯、温度计、pH试纸、TDS水质测试笔。

(4)实验步骤

第一步，在取样点用烧杯盛取若干温泉水。

第二步，快速将温度计插人烧杯中，测出热泉的

水温。

第三步，将pH试纸一侧（1/3)放人水样，待试

纸颜色不再变化时用标准比色卡进行对比，记录

数值。

第四步，打开TDS笔探针盖，将TDS笔插入被测

水中，待数值稳定后记录下来。

第五步，更换毛笔字古诗 取样点，重复上述步骤，记录数据。

22審雌划

图5热泉PH值测定实验

(5)实验表格设计（如表2所示）

表2实验表格

取样点

温度

pHTDS/ppm

蛤蟆嘴

珍珠泉

姊妹泉

大滚锅

怀胎井

2.第二站，大、小空山景区

师生来到古火山群，观察大空山、小空山的火山口

(如图6所示）。产生疑问:火山口的凹陷是如何形

成的？

图6小空山、大空山和黑空山火山口（由近及远）

(1)实验名称

火山口凹陷成因探究。

(2)实验目的

模拟火山口凹陷的形成过程。

(3)实验用品

透明塑料箱、面粉、气球、针。

(4)实验步骤

第一步，将面粉放置在透明塑料箱中。

第二步，将吹好气的气球掩埋在面粉中。

第三步，打开手机摄像延时功能并将手机放置在

合适位置录制视频。

第四步，用针戳破气球后，在手机拍摄的视频中，

观察整个实验过程。

(5)实验现象

气球爆炸后，在周围堆积了一圈面粉，在原来气

球所在的地方，出现了一个凹陷口（如图7所示）。

图7火山口凹陷模拟实验

(6)实验结论

火山激烈喷发，岩浆堆积在周围地埃赫那吞 区，就如面粉

喷出堆积在周围。岩浆停止喷发后，冷却、体积收缩，

下凹形成火山口，就如面粉中间形成的凹口。

3.第三站，帛画 黑鱼河景区

师生来到黑鱼河景区看玄武岩的柱状节理(如图8

所示），柱状节理的表面大多呈六边形（如图9所示）。

产生疑问:玄武岩柱状节理的六边形是如何形成的？

图9六边形柱状节理

(1)实验名称

玄武岩柱状节理表面六边形成因探究。

(2)实验目的

模拟柱状节理表面六边形的形成过程。

(3)实验用品

蒸发皿、黏土、三脚架、酒精灯。

(4)实验步骤

第一步，在户外研学点取适当黏土，置人蒸发皿

中，加水搅拌均匀。

第二步，将蒸发皿放置于酒精灯上，点火加热（如

图10所示）。

图10柱状节理表面六边形形成的模拟实验

第三步，待开除党籍处分 蒸发皿中的水分蒸发，土壤变干之后，

观察黏土表面。

(5)实验现象

黏土表层出现了龟裂，裂隙形成近似六边形的结

构（如图11所示）。

图11黏土龟裂

经过多次实验发现，多数情况下土壤表面并未形

成规则的六边形。原因分析:①泥土与岩浆的成分存

在巨大差异，收缩断裂情况不可能完全相同；②实验

中泥土流体厚度较小，干裂速度过快;③加热和晾晒

蒸发过程中，泥土流体上下接触面受热不均，可能造

成泥土收缩时的受力差异。而在现实中，也并非所有

的岩浆岩冷凝都会形成规则的六边形,六边形柱状节

理的形成条件比较特殊。

(6)实验结论

用湿润的黏土模拟岩浆，用蒸发黏土水分模拟

岩浆冷却凝固的过程。在岩浆冷却收缩过程中，平

坦的岩浆冷凝面上会形成无数规则而又间隔排列的

均匀收缩中心，进而产生了垂直于收缩方向的张力

裂隙，体积的收缩引起了岩石物质向固定的内部中

心聚集，致使岩石裂开，形成多面柱体。如果岩浆性

质是均一的，则各个收缩中心之间的距离会相等，最

终在平面上呈现六边形图案。随着岩浆不断冷却，

张力裂隙就在垂直于冷凝面的方向上形成规则的六

棱柱体。

四、研学后总结

本文用实验探究贯穿腾冲火山研学过程,更加形

象地帮助学生理解火山活动。实验器材皆选自日常

生活中随处可见的物品，易操作、易观察、易理解。本

文旨在呼吁和帮助中学师生在研学过程中积极开展

实验探究,通过动手实左脑开发 践将地理知识与生活实际紧密

结合。％

⑩题策划t教学参考23

_■■■■■■2021年第4期.上

“腾冲研学课程设计大赛”评价与思考

李琳

(云南师范大学地理学部，云南昆明）

非常荣幸担任本次研学大赛评委，下面就第一组

8支参赛队的汇报情况做一点个人的评价与思考。

_、高质量的研学成果汇报

1.研学成果汇报题目丰富多彩

各组参赛课程的题目设计十分考究。如“和美顺

同古镇韵色”“穿越时空来看你”“绝代水火本色,

逐梦霞客风华”“玄武地动凝双子，北海草结聚彩霞”

“研浮毯探北海湿地，学地理创生态家园”“火之静，

水之腾，相融相伴和谐生”“行茶马古道、品和顺文

化”“殇，远征，我们不会忘记你”……或字字珠玑、酣

作者简介：李琳，云南师范大学教授，博士生导师。