地理思維建模在綜合題解題中的應用研究

李華芹

摘 要：本文介紹了地理思維建模的定義和建模的基本過程，并以“湖泊水文”專題知識為例，展現地理思維建模在綜合題解題中的思想和成效。本文遵循李克特量表的思想，制定了地理思維建模的測評量表，旨在及時檢驗學生在建構模型和應用模型方面的成效，展現學生思維建模水平，以幫助學生提高地理思維建模能力。最后，本文提出地理思維建模在地理習題課教學中應用的三項策略，促進地理思維建模在地理教學中的實施，以發(fā)展學生的地理思維。

關鍵詞：思維建模;地理模型;地理思維;湖泊水文

中圖分類號：G633.55? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1005-5207（2022）01-0033-05

一、地理思維建模的定義

建構主義學習理論認為，知識的學習是學習者基于先前認知，借助教師搭建的“腳手架”，主動完成對新知的理解和適應而建構起來的。因此，地理教學不僅是幫助學生習得豐富的地理知識，更重要的是培養(yǎng)學生發(fā)現、分析和解決現實問題的思維方法和能力，這也是學生終生發(fā)展的能力要求。在教學中，如何洞察學生知識體系建構和問題解決的思維過程？思維過程能否可視化？模型建構理論指出，科學的學習是學生對自然現象直覺式想法的轉變和正確的科學模型形成的過程，學生不斷改變本身原有的知識結構和思維模式，結合教育者提供的材料建構模型、理解科學的概念及理論，拋棄原有的樸素模型，形成新的科學模型。[1]借助思維建模，可以將內隱的思維過程可視化，將知識體系的思維建構和問題解決的思維步驟條理化。地理原型、地理模型與地理規(guī)律三者的關系如圖1所示。

模型是將研究對象（原型）進行適當抽象，剔除非本質的部分，以反映原型的本質特征，是對原型的某一或某些方面的簡化與近似反映。思維模型的建構（以下簡稱“思維建?！保瑒t是通過概念、判斷和推理等思維方法，把研究對象抽象化為一個體現某一原理機制的研究問題，并將思維過程進行可視化表征的認知方法。換言之，思維建模是一種建構性學習方式，是一種服務于科學研究的重要思維方法和認知過程。通過思維建模，可以促進學生對已知知識的高度整合以及對未知知識的深刻洞察。由此可知，地理思維建模是將地理學科思想方法與思維建模的一般方法有機結合，是對具有同類思維要求與原理機制的地理事物和現象，進行概括和歸納所得出的具有適切性的思維方法和分析模型。

二、地理思維建模的基本過程

以問題解決為中心的地理思維建模，可用于學生的發(fā)散思維和邏輯思維能力訓練。隨著問題解決思維過程的逐級深入，將主問題逐步分解轉化為更下一層級的子問題。經過對主問題“刨根溯源”式的挖掘，最終洞悉問題的本質，并將這一問題分析的思維過程可視化、結構化和條理化，繼而建立起某個專題問題的分析模型。地理思維建模的基本過程包括對問題情境表征、因素分析、思維建模、解釋模型和模型測評五個步驟，圖2示意地理思維建模的基本過程。

首先，基于對問題情境的充分理解，有效表征地理問題，嘗試從因果關系途徑切入分析，建立起地理思維過程的模型;其次，將已建構的思維模型應用于復雜的現實問題，完成模型功能的解釋環(huán)節(jié);最后，借助工具對思維模型進行綜合測評，根據測評結果啟動反饋機制，不斷調整完善上述環(huán)節(jié)。地理思維建模有助于喚醒學生自主建構地理學科知識體系的學習主體意識，促進學生學會科學的思維方法，是綜合思維能力培養(yǎng)中十分重要的一方面。

三、地理思維建模在綜合題解題中的運用

以問題解決建構地理思維模型，旨在借助解題過程促使學生獲得策略性知識，培養(yǎng)學生的地理思維能力和自主探究能力。為實現地理綜合題的高效解答，學生在頭腦中應建構起一個應對此類問題的思維模型。這就要求學生借助自身對某一地理問題的概念、特征和基本原理的已有認知，并充分結合情境信息，完成對某一問題的判斷、推理、論證和預測。

湖泊作為陸地表層水體的重要組成部分，對全球水分循環(huán)、水量調控和物質能量平衡發(fā)揮著重要作用。“湖泊水文學”是水文學的一個分支，是一門研究湖泊水文現象的發(fā)生發(fā)展的過程和機制，以及湖泊資源利用的學科。[2]湖泊水文學研究湖泊的水文要素及其時空變化特征、平衡關系與變化規(guī)律，在湖泊旱洪發(fā)生機制與調控、湖泊資源利用和流域環(huán)境響應機制等方面，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供了強大支撐。人教版高中地理教材含有關于河流地貌和水文方面的生動呈現，但缺乏湖泊部分的應有介紹。然而，在高考真題和模擬題中，卻不乏關于湖泊相關知識和機理的問題探究情境。

2021年廣東省地理高考的試題中，選擇題第8～9題選取了“岸線發(fā)育系數（簡稱SDI）”的變化作為問題探究背景，考查湖岸演變過程及其主要控制因素;環(huán)境保護選做題第20題以“熱融湖”的發(fā)展作為問題情境，引導考生運用自然地理環(huán)境的整體性思想，分析熱融湖規(guī)模的擴大對其他自然地理要素的影響。前者涉及了對湖泊的水文特征知識的考查，后者體現了湖泊演變對地理環(huán)境變化的影響。下面以兩道地理綜合題的分析與解答教學為例，通過對地理問題的分析、演繹、歸納等思維活動建構思維模型。首先建構關于湖泊水文特征的知識體系模型，然后進一步建構關于湖泊演變及其對自然地理環(huán)境變化的影響的問題分析模型。

★活動1：湖泊的水文特征分析模型

例1.里海（圖3）面積約38萬平方千米，相當于世界湖泊總面積的14%，有伏爾加河、烏拉爾河等百多條河流注入，據此回答下列問題。（24分）

（1）分析里海北部比南部早結冰的原因。（6分）

（2）判斷里海的咸淡，并說明理由。（8分）

（3）根據圖中信息，描述里海的主要水文特征。（10分）

★案例解析

結合圖文材料，引導學生建構關于里海冰情和鹽度分析的思維模型。例如，對里海鹽度的分析時，首先將影響湖水鹽度的影響因素劃分為兩個指標：其一，補給量與蒸發(fā)量;其二，來鹽量與排鹽量。然后再追問影響補給量、蒸發(fā)量、來鹽量和排鹽量的影響因素，思維逐級深入，從而建構起完整的、邏輯清晰的思維模型。最后并結合情境，解釋模型，形成答案。圖4為湖泊冰情與鹽度（第一小問與第二小問）解題思維模型。

思維建模過程能促進學生從零散紊亂的思維狀態(tài)，自覺調整為整合有序的思維狀態(tài)。在已建立起的關于里海冰情和鹽度的思維模型的基礎上，擴充對其他湖泊水文要素特征的分析。學生依據已有的知識經驗，結合問題情境，建構對當前學習內容的理解，并將這種理解通過一種模型表達出來，從而建立關于湖泊水文特征分析的完整思維模型。圖5為湖泊水文特征（第三小問）解題思維模型。

學生對問題解決的思維過程和結果進行建模，促進其深刻理解問題的本質，認清某一知識在已建構知識體系中的相對位置。培養(yǎng)學生形成問題解決的思維路徑和操作技能，實現知識的意義建構和問題的有效解決。借助地理思維建模，促進學生對地理知識與原理的高質量領悟，當再次出現關于“湖泊水文特征”的設問時，學生便可以快速調動腦中以“湖泊水文”為核心的解題思維模型，從而提高知識的應用能力和解題效率。

★活動2：湖泊的演變分析模型

例2.江漢平原地處長江中游、湖北省中南部，是全國湖泊密集度最大的淡水湖分布區(qū)。圖6與圖7分別是1990年與2015年江漢平原湖泊水體分布圖，圖8為1990—2015年江漢平原湖泊總數量和總面積變化統(tǒng)計圖。據此回答下列問題。（8分）

（1）分析江漢平原湖泊面積萎縮對區(qū)域自然地理環(huán)境的影響。（8分）

★案例解析

水文要素對區(qū)域環(huán)境變化較為敏感，特別是作為流域匯合點或節(jié)點的湖泊，對流域的環(huán)境變化的綜合指示作用更為顯著。同樣，湖泊的演變也影響著流域自然地理環(huán)境和人類活動。分析湖泊水文特征對氣候變化和人類活動的影響，對解釋過去與當今環(huán)境特征、研究未來環(huán)境和生態(tài)發(fā)展都有著重要的現實意義。

從整體上看，1990—2015年江漢平原湖泊出現數量減少，水域面積萎縮的趨勢。試題要求學生從自然地理環(huán)境整體性的思維出發(fā)，分析湖泊萎縮對區(qū)域自然地理環(huán)境（氣候、地貌、水文、生物、土壤）的影響。運用地理思想方法和學科知識，建構起湖泊水文的演變對區(qū)域環(huán)境變化響應的思維模型，并緊扣問題情境解釋模型。建構湖泊演變對地理環(huán)境變化響應（第一小問）的解題思維模型，如圖9所示。

自然地理的原理與機制較為抽象，十分考驗學生的邏輯思維能力。自然地理的學習，要求學生主動發(fā)現地理事象的特征和變化及其與其他自然地理要素之間的內在聯系，對其因果聯系進行充分邏輯推理和論證。經常性地進行思維模型建構訓練，在知識的意義建構與知識間的關系鑒別中不斷提升學生的邏輯推理能力。尤其是在地理復習課中，注重地理思維模型的建構，能夠將復雜的思維過程可視化、零散的地理知識結構化、抽象的地理原理形象化、模糊的內在聯系清晰化。

四、地理思維建模能力的測評

思維建構能力是學生使用概念、判斷、推理等思維方式，將問題情境中的研究對象去細節(jié)、抓本質，歸納總結研究過程，形成問題解決模型的能力。在日常地理教學過程中，不僅要重視地理思維建模能力的訓練，而且要把對學生地理思維建模能力的檢測與評價提升到地理教育測評的重要位置，以客觀、合理和有效的教學評價調整教學策略和教學過程。

地理思維建模能力測評指標的選取應充分考慮整體性原則，遵循獨立性、可行性和簡約性原則。不同指標之間相互獨立且相互關聯，共同構成一個完整、客觀和能發(fā)揮實效的評價系統(tǒng)。本文吸取了美國社會學家R.A.Likert提出的李克特量表的思想精髓。使用5點等距表，每個問題的回答選項為5～1的數字，其中“5”代表態(tài)度最為積極，如“完全同意”;“1”表示態(tài)度最為消極，如“完全不同意”。本研究采用量表（表1）來測評學生關于地理思維建模過程和結果的水平高低，全方位測評學生的地理思維建模能力。秉持客觀公正的態(tài)度，逐項測評每一指標的得分，最后統(tǒng)計匯總，得出地理思維建模能力測評的總分。根據分數的高低，劃分為五個等級：①23～25分，表示地理思維建模能力優(yōu)秀;②18～22分，表示地理思維建模能力良好;③13～17分，表示地理思維建模能力一般;④8～12分，表示地理思維建模能力欠佳;⑤5～7分，表示地理思維建模能力不佳。

地理思維建模能力測評是一種形成性評價，伴隨著教育教學過程進行，旨在及時獲取反饋信息，發(fā)現教學中存在的不足之處，并以此為依據完善教育方案和幫助學生改進學習方法。對學生地理思維建模能力進行測評能及時發(fā)現學生在建構模型和應用模型過程中存在的問題，檢驗學生的思維建模水平。根據存在的問題，教師進行適時的指導，學生進行即時的反思總結，即把評價與指導總結有機結合起來。通過系統(tǒng)的思維建模優(yōu)化訓練，使學生避免出現答非所問、無話可說、邏輯混亂、單一片面等情況。綜上所述，地理思維建模能力測評不僅能為教師和學生雙方提供即時的建模反饋信息，還能強化學生的思維成果和動力，幫助學生提高地理思維建模的能力與信心。

五、地理思維建模在地理習題課中的應用策略

1.以地理思想方法引領思維模型建構

《普通高中地理課程標準（2017年版）》明確指出，地理課程內容反映地理學的本質，體現地理學的基本思想和方法。因此，在地理教學中滲透地理思想方法就十分必要。地理學科的基本思想和方法包含空間性、整體性、區(qū)域性、動態(tài)性、人地協(xié)調、因地制宜等。[3]簡而言之，地理思想方法既是人們對地理知識體系和原理機制的本質認識和基本觀念，同時也是人們開展某一地理實踐的切入途徑和操作指南。

高考地理試題把地理思想方法置于中心地位，不追求知識點的覆蓋面，而重點關注學生面對復雜現實問題或學術問題時，能夠在正確的地理思想觀念的指導下，運用地理學科結構化知識與技能、思維方式方法高質量地認識問題、分析問題和解決問題的綜合品質[4]。地理思想方法是地理學科知識體系建構的“靈魂”，是融通必備知識和關鍵能力的“橋梁”，是促進地理思維延伸的強大支撐。地理建模教學過程應是滲透地理思想方法的過程，以地理思想方法為引領，促進思維模型內容的完整性和邏輯性，以及思維模型結構的合理性和層次性。例如，在分析湖泊演變對地理環(huán)境變化的響應時，以整體性思想為導向，凸顯要素聯系（水文、地貌、氣候、土壤和生物等）、空間相互作用（湖泊與周邊地區(qū)、湖泊與長江中下游等）、地理過程（湖泊演變、物質遷移與能量交換等），以確立關于該問題解題思維模型的基本思路和關鍵著力點。把日常教學從淺層的知識講授和技巧強化的桎梏中解放出來，上升到深層的地理思想方法滲透、應用的界面，以地理思想方法引領地理思維模型的建構，從真正意義上促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.重視地理思維模型建構的動態(tài)過程

教學實踐表明，相當一部分學生認為地理思維建模難度大，其主要原因是地理建模的思維方式與學生習慣性的地理解題方式有較大差異。這部分學生在解題時，傾向于邊構思邊描述，答題隨意性較大，缺乏對地理問題的整體把握和系統(tǒng)分析，得分率較低。地理思維建模教學的成效不在于把思維建模的成果拋給學生，而是體現在教師能否有效地激發(fā)學生的學習內驅力，喚醒所有學生的求知欲，使之積極參與到地理思維模型的建構過程中來。思維建模推動了地理思維的可視化，有助于教師發(fā)現學生的思維過程、思維亮點和思維障礙。教師耐心傾聽學生對問題的理解和思維過程，尤其那些看似錯誤答案的思考方向或是不太符合教師設計的思路。教師通過啟發(fā)誘導學生積極思考，組織學生進行交流討論，使地理原理越辯越明，地理問題越分析越清楚，直至最終獲得滿意的地理問題分析模型。

思維導圖是思維建模的重要工具，有助于學生將內隱的地理思維過程條理化外顯。通過抽絲剝繭的分析，洞悉地理事象的本質，呈現地理知識之間的邏輯關系。將教學重心從欠結構化的“知識學習”層級進階至重結構化的“思維培育”層級。促進學生對地理知識的理解和應用，引導和訓練學生進行深度思維建構。在地理高考備考中，通過地理思維建模，可以將某專題范圍內千姿百態(tài)的地理事物和現象，用一種比較直指本源、簡潔明了、規(guī)范合理的思維方式表現出來。這對于提高高考復習效率具有十分重要的意義，有助于提升學生的思維能力和思維品質。

3.尊重學生的主體地位，關注差異分層推進

從建構主義學習理論的角度，思維建模是學習者自主建構知識體系和認知模型的過程。其本質決定了教學的每一環(huán)節(jié)的都要著重考慮學生作為學習主體的角色定位。教學過程中，教師要充分調動學生大膽嘗試的積極性;鼓勵學生主動思維和敢于表達;引導學生始終保持樂于思考、主動探索的積極狀態(tài)。

在地理思維建模教學中，要關注并尊重學生的個性差異，因材施教。對學生分別要求、個別指導、分層教學，對不同學生確定不同的教學要求和素質發(fā)展目標。對優(yōu)生要多鼓勵，提出較高的地理思維建模目標，多給予他們自主建模的機會，使其能獨立建構難度指數較高的綜合題解題思維模型。對中等程度的學生要多引導，多給予啟發(fā)和有效的幫助，使中等程度的學生提高思維建模的能力，爭取獨立完成中等偏上難度的解題思維模型。對后進生要加強輔導，重在滲透地理建模的思想方法，最初只需完成難度較低的知識結構建模，并為其配備循序漸進的習題訓練。尊重學生的主體地位，關注差異分層推進，使所有學生都能在地理思維建?；顒又腥〉檬斋@與進步。

參考文獻：

[1] 鐘媚.科學教育中的模型建構理論[C].中國教育學會教育學分會全國教學論專業(yè)委員會第十一屆學術年會暨第二屆課程與教學論博士生學術論壇論文集.中國教育學會，2008：625-626.

[2] 施成熙，梁瑞駒.陸地水文學原理[M].北京：中國工業(yè)出版社，1964.

[3] 張立峰，王向東.基于地理學“整體性”思想的中學地理教學策略研究[J].課程·教材·教法，2012，32（8）：101-106.

[4] 程益貴.地理思想方法在高考地理試題中的滲透分析與教學思考[J].中學地理教學參考（上半月），2020（3）：62-65.