高中地理大概念與VR技術(shù)融合教學(xué)研究

代正嬌 李亦秋

摘 要：新一輪課程改革對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提出了新要求，大概念和信息技術(shù)成為落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要渠道，但大概念的學(xué)習(xí)具有一定抽象性，利用VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)仿真情境能夠彌補學(xué)生空間知覺能力不足的短板。本文以“喀斯特地貌”為例，用學(xué)科大概念統(tǒng)攝課程內(nèi)容，以VR仿真情境作為活動載體，遵循“情境—問題—探究—遷移”學(xué)習(xí)路徑，探討大概念和VR技術(shù)有機融合的可行性，促進地理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的落實。

關(guān)鍵詞：大概念;VR技術(shù);喀斯特地貌

中圖分類號：G633.55? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1005-5207（2022）08-0046-05

教育信息化時代的到來，促使信息技術(shù)成為教育教學(xué)實踐的重要工具?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）強調(diào)借助大數(shù)據(jù)、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)促進地理學(xué)習(xí)的拓展和深入[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）是利用計算機的可視化功能將現(xiàn)實世界虛擬化的新型信息技術(shù)[2]，采用VR技術(shù)中的可視化功能生成仿真地理環(huán)境，實現(xiàn)交互式觀察和分析，是未來教育發(fā)展的必然趨勢。

大概念是一種抽象概括，具有隱晦性特征，可在真實情境中結(jié)合具體知識線索解決具體問題并理解其本質(zhì)。但在實際教學(xué)中受限于時空環(huán)境，并非所有教學(xué)過程都有提供真實情境的機會，針對此情況，迫切需要創(chuàng)造代替真實情境的仿真地理環(huán)境。鑒于VR技術(shù)在還原和模擬真實環(huán)境方面的優(yōu)勢，本文以“喀斯特地貌”為例，設(shè)置“情境—問題—探究—遷移”的學(xué)習(xí)路徑，探討大概念與VR技術(shù)的有機融合。

一、VR技術(shù)與大概念教學(xué)融合分析

1.VR技術(shù)模式

目前VR技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用主要有兩種模式：一種是通過對無人機拍攝的360°全景影像進行建模，制作成虛擬教學(xué)場景，根據(jù)教學(xué)需求，利用軟件完成教學(xué)場景的專業(yè)定制（圖1），本文主要采用該模式;另一種是利用手機直接拍攝VR影像。

2.VR技術(shù)和大概念教學(xué)的融合模式

大概念教學(xué)以情境作為載體，在教學(xué)過程中需要聯(lián)系實際創(chuàng)設(shè)“大情境”，而地理學(xué)研究的綜合性和地域性給地理大概念教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)帶來一定難度。VR技術(shù)可以生成便捷且仿真的地理情境，例如，呈現(xiàn)大尺度地理環(huán)境、呈現(xiàn)無法親身體驗的災(zāi)害過程、呈現(xiàn)長時間和瞬時地理過程[3]，幫助學(xué)生在外部環(huán)境的交互、沉浸和直觀感知下系統(tǒng)建構(gòu)知識，既有利于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容形成“長時記憶”，又能吸引學(xué)生進行深度探究。本文嘗試以VR技術(shù)所呈現(xiàn)的情境為活動載體，用大概念統(tǒng)攝課程內(nèi)容，在VR情境中滲透對大概念的理解，落實地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)（圖2）。

二、基于大概念引領(lǐng)的教學(xué)背景分析

1.教材分析

“喀斯特地貌”一課以喀斯特地貌的概念為起點，通過“地表喀斯特地貌的演變過程”具體介紹喀斯特地貌的次級地貌類型，最后通過設(shè)置活動讓學(xué)生認識喀斯特地貌與人類活動的關(guān)系。從教材分析中可以確定“地貌”的概念?；诖蟾拍罾碚?，大概念可以概念的形式出現(xiàn)，但只有當(dāng)概念具有體系化的思想、觀點或看法時，才能稱之為大概念。對于“地貌”概念，以事實層面的知識“廣西、貴州、云南等地喀斯特地貌最為典型”為基礎(chǔ)尋其原因，主要是由于貴州等地降水較多且分布有廣泛的可溶性巖石，據(jù)此可提煉出“喀斯特地貌是降水和巖石等綜合作用下的結(jié)果，且仍然處在變化之中”，上升為統(tǒng)整性概念——“地貌是地理要素綜合作用的結(jié)果，且仍然處在變化之中”。同時，由于地表環(huán)境與人類活動息息相關(guān)，在一定程度上一個地區(qū)的地貌形態(tài)會影響當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活，這涉及地理核心素養(yǎng)——人地協(xié)調(diào)觀。人地協(xié)調(diào)觀從宏觀角度強調(diào)人與自然和諧發(fā)展的重要性和途徑，具有統(tǒng)攝性大、解釋力強的特點，也可以將其看作本節(jié)課的大概念（圖3）。

大概念的確定有助于形成教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，確定哪些內(nèi)容值得教、哪些內(nèi)容需要學(xué)生理解。在“喀斯特地貌”的學(xué)習(xí)中，最重要的不是學(xué)習(xí)喀斯特地貌及相關(guān)次級地貌類型的具體概念，而是讓學(xué)生真正了解喀斯特地貌的形成過程以及喀斯特地貌如何影響人類生產(chǎn)生活，形成“地貌是地理要素綜合作用的結(jié)果，且仍處于變化之中”和“一個地區(qū)的地貌會影響當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活”的概念。遵循此邏輯，建立教學(xué)內(nèi)容的整體結(jié)構(gòu)（圖4）。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)確定

在大概念教學(xué)中，學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)立要立足于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，并有助于學(xué)生形成遷移思維，通過目標(biāo)的完成度判斷學(xué)生大概念的建構(gòu)程度。根據(jù)課標(biāo)要求、學(xué)生已有知識和主題內(nèi)容，確定具有操作性、遷移性的學(xué)習(xí)目標(biāo)。“喀斯特地貌”課標(biāo)的要求是“通過野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，描述其景觀的主要特點”[1]。首先解釋概念，地貌是指固體地球表面形態(tài)特征。其次，通過對大概念的表征和描述，圍繞教學(xué)內(nèi)容特點，確定本節(jié)課學(xué)生需要掌握的必備知識和關(guān)鍵能力。最后，結(jié)合生活實際形成具有現(xiàn)實意義的學(xué)習(xí)目標(biāo)體系，主要分為遷移應(yīng)用、理解意義和掌握知識三個層面[4]（表1）。

3.評價活動設(shè)計

評價活動是大概念教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)教學(xué)不同，大概念教學(xué)理論中評價活動要先行，可以從表現(xiàn)性任務(wù)與數(shù)據(jù)考核兩方面對評價指標(biāo)進行設(shè)計[5]。表現(xiàn)性評價通常用情境設(shè)問，以真實的實踐任務(wù)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果;數(shù)據(jù)考核通常采用隨堂測驗、開放式問答、課后作業(yè)等方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。結(jié)合大概念理論，以“喀斯特地貌”為例設(shè)計如下評價指標(biāo)（表2）。

大概念教學(xué)不僅注重學(xué)生互評，更注重自評。為更好地呈現(xiàn)大概念教學(xué)成果，將地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為自我評價量表（表3），在課前呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生在教學(xué)前、中、后期都可以利用自我評價量表進行自評。

三、大概念與VR技術(shù)融合教學(xué)實踐路徑

新課標(biāo)明確提出進一步精選學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實[1]。為此，本文確定了大概念與VR技術(shù)融合的“情境—問題—探究—遷移”學(xué)習(xí)路徑，將知識和原理遷移到VR仿真情境中，在開放性的仿真情境中整合具有邏輯性的問題，引導(dǎo)學(xué)生在問題的探究中促進“喀斯特地貌”大概念的建構(gòu)和地理技能的提升，并重視培養(yǎng)學(xué)生在地理新情境中的遷移應(yīng)用。

1.VR場景呈現(xiàn)

大概念具有抽象性，利用VR技術(shù)強大的仿真功能再現(xiàn)真實地理情境，能夠彌補學(xué)生空間知覺能力的不足。新課標(biāo)提出情境要具有真實性、開放性和復(fù)雜性，通過運用VR技術(shù)進行場景復(fù)原、情境再現(xiàn)，將貴州經(jīng)典的喀斯特地貌景觀以三維虛擬的方式展示（圖5），通過拖動鼠標(biāo)切換視角，讓學(xué)生在多角度感受喀斯特地貌的過程中提升對地理事象動態(tài)過程的觀察和預(yù)測能力，以喀斯特地貌為切口剖析多種地理要素對其演變過程的作用及生產(chǎn)生活的影響。

2.確定地理問題

大概念是隱藏在瑣碎知識背后的原理性知識，可通過問題鏈的進階挖掘大概念背后的本質(zhì)。圍繞本節(jié)課的核心任務(wù)，提出核心問題“如何提高貴州喀斯特地貌區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展？”，以喀斯特地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展為主線，秉持“在哪里？是什么？為什么？怎么了？怎么做？”的認知規(guī)律，將核心問題分解成喀斯特地貌的分布、類型、形成過程以及目前存在的問題和合理利用等（圖6），幫助學(xué)生在頭腦中逐步搭建貴州喀斯特地貌區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的思維框架，在認識喀斯特—分析喀斯特—助力喀斯特的過程中，加深學(xué)生對喀斯特地貌的區(qū)域認知，強化學(xué)生對喀斯特地貌空間差異的觀察、概括和歸納能力，提升對該地貌空間動態(tài)過程演變的推理預(yù)測能力，以此塑造綜合地理思維。同時，貴州喀斯特地貌區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展歸根結(jié)底取決于人們是否能正確認識人地關(guān)系，可在探究經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展中幫助學(xué)生形成對人地關(guān)系的理性認識。

3.引導(dǎo)探究活動

針對本節(jié)課的具體問題，利用VR技術(shù)設(shè)置相應(yīng)的情境，教師提供VR全景圖、模型圖讓學(xué)生通過自主體驗建構(gòu)對知識的理解，在VR情境中由淺入深地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，在活動探究中建構(gòu)喀斯特地貌的大概念體系（表4）。

以上探究活動是在VR技術(shù)提供的虛擬仿真情境中交互產(chǎn)生的，可以消除自然環(huán)境、經(jīng)濟成本以及疫情的限制，既是實現(xiàn)大概念教學(xué)的有效途徑，又是培養(yǎng)學(xué)生地理核心素養(yǎng)的有力延伸。探究活動緊扣地理現(xiàn)象、地理過程和地理聯(lián)系，采用問題解決的方式激發(fā)學(xué)生的探究興趣。在前兩個活動“欣賞”和“分析”喀斯特地貌中，借助VR全景圖、模型圖等素材，從全國范圍內(nèi)建構(gòu)喀斯特地貌背景，實現(xiàn)對喀斯特地貌由面到線、由線到點的分析，幫助學(xué)生從直觀感受上升到理性分析。在第三個活動“利用”喀斯特地貌中，以“圖文”為依托，了解貴州省地表全貌，對貴州省已開發(fā)的喀斯特地貌資源進行評價，同時以游戲化的方式促進學(xué)生正確對待喀斯特地貌與人類的關(guān)系，鼓勵學(xué)生為喀斯特地貌區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提出合理建議，實現(xiàn)以“題”（主題化）學(xué)“知”，以“知”促“生”（生活化）的目的。

4.實現(xiàn)遷移應(yīng)用

大概念的建立需要經(jīng)過“具體—抽象—具體”的循環(huán)過程[4]。“地貌是地理要素綜合作用的結(jié)果，且仍然處在變化之中”與“一個地區(qū)的地貌形態(tài)會影響當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活”等概念需要一定數(shù)量的具體案例支撐，支撐情境越多，遷移性則越強。為此，通過VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)“黃河流域——黃土高原的前世今生”情境，以黃土高原的昨日、今日和明日為線索，利用VR+ Google earth呈現(xiàn)黃河上中下游的景觀，再現(xiàn)昨日黃土高原的虛擬仿真情境，使生成于具體情境的大概念再次回到具體情境中，從而幫助學(xué)生在多樣化的情境中不斷深入地理解地理知識，真正實現(xiàn)教學(xué)的能力指向和素養(yǎng)導(dǎo)向。

四、總結(jié)反思

當(dāng)前，學(xué)科大概念已經(jīng)成為課程改革的重要關(guān)注點。以大概念為導(dǎo)向的VR課程為教師提供了全新的教學(xué)思路和可操作模式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從封閉的課堂走向開闊的仿真情境，打破了課堂教學(xué)的局限性，增強了地理課程的開放性，凸顯出在真實情境中探究問題的特點。VR技術(shù)作為輔助工具，大概念用于強化思維，引導(dǎo)學(xué)生圍繞大概念，在VR仿真情境的探究過程中實現(xiàn)“虛實結(jié)合、相互補充”的教學(xué)，落實地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。但大概念與VR技術(shù)的融合是個緩慢的探索過程，教師需要轉(zhuǎn)變思維定式，提升運用VR技術(shù)，促進VR課程達到理想的效果。

參考文獻：

[1] 韋志榕，朱翔.普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[2] Kinsland G L， Borst C W. Visualization and interpretation of geologic data in 3D virtual reality[J]. Interpretation， 2015， 3（3）： SX13-SX20.

[3] 張述林.基于VR技術(shù)的地理教學(xué)[J].地理教學(xué)，2018（7）：43-46.

[4] 劉筱清.基于大概念教學(xué)的單元目標(biāo)設(shè)計與教學(xué)實施——以“自然環(huán)境的整體性與差異性”為例[J].地理教育，2022（2）：12-15.

[5] 邵朝友，韓文杰，張雨強.試論以大觀念為中心的單元設(shè)計——基于兩種單元設(shè)計思路的考察[J].全球教育展望，2019，48（6）：74-83.