具身場(chǎng)域下地理空間思維可視化教學(xué)探索*
——以“熱力環(huán)流”為例

俞 瓊

（上海市青浦高級(jí)中學(xué)，上海 201799）

地理學(xué)科是研究地理環(huán)境與人類活動(dòng)關(guān)系的一門學(xué)科，空間是地理學(xué)研究的主體，地理空間思維能力的培養(yǎng)是地理教學(xué)中的難點(diǎn)之一。我們的身體時(shí)時(shí)刻刻都處于一定的真實(shí)空間中，但真實(shí)空間是復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、不可見的，對(duì)學(xué)生而言，是身處其中不自知的、身體體驗(yàn)不顯性的、空間結(jié)構(gòu)不明確的，是缺少了身體多感官體驗(yàn)、感知、互動(dòng)與合作的，學(xué)生很難獲得空間感知、進(jìn)行空間表征和空間推理。在實(shí)際教學(xué)中，也有教師把地理空間思維能力簡(jiǎn)單地等同于讀圖技能，認(rèn)為地圖教學(xué)就是地理空間思維的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維缺少著力點(diǎn)、突破口與“腳手架”，地理空間教學(xué)是很多教師不敢觸碰但無(wú)法回避的“痛點(diǎn)”和難點(diǎn)。

具身認(rèn)知理論主張身心合一，它強(qiáng)調(diào)認(rèn)知來(lái)源于身體進(jìn)行感知運(yùn)動(dòng)時(shí)的各種體驗(yàn)，即身體和周圍環(huán)境在交互作用的體驗(yàn)中產(chǎn)生認(rèn)知。在地理實(shí)踐力的培養(yǎng)中，身體的感受狀態(tài)和感受情況決定了認(rèn)知的形成和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，具身認(rèn)知所主張的“建構(gòu)”正是指身體與環(huán)境的嵌入耦合。學(xué)生通過(guò)感受系統(tǒng)與地理空間的連接，豐富對(duì)空間特征的理解，生成具身空間，提升空間感知，形成地理空間思維。因此，教師要將真實(shí)的不良情境進(jìn)行結(jié)構(gòu)化再造，通過(guò)要素篩選和空間優(yōu)化，在真實(shí)空間和具身空間之間營(yíng)造具身場(chǎng)域，對(duì)置身于場(chǎng)域中的學(xué)生主體產(chǎn)生影響。本文以高中地理必修一“熱力環(huán)流”為例，運(yùn)用具身認(rèn)知理論，探討具身場(chǎng)域下高中生地理空間思維能力培養(yǎng)的實(shí)踐路徑。

一、具身場(chǎng)域與地理空間思維能力

具身場(chǎng)域是基于具身認(rèn)知理論而提出的概念。具身認(rèn)知所主張的“建構(gòu)”是指身體與環(huán)境的嵌入耦合，在身心融合過(guò)程中包含了心智嵌入大腦、大腦嵌入身體、身體嵌入環(huán)境的多種內(nèi)嵌。這種在身體與環(huán)境融合過(guò)程中產(chǎn)生的多種內(nèi)嵌性的、互動(dòng)性的、綜合性的學(xué)習(xí)環(huán)境就構(gòu)成了具身場(chǎng)域。

具身場(chǎng)域是以學(xué)習(xí)者為中心，身體感官系統(tǒng)融入環(huán)境中，通過(guò)目標(biāo)、活動(dòng)、資源的動(dòng)態(tài)支持，構(gòu)成具身學(xué)習(xí)環(huán)境（圖1），實(shí)現(xiàn)地理事象、空間屬性和空間思維可視化，幫助學(xué)習(xí)者感知空間知識(shí)、生成空間思維、建立思維模型，學(xué)以致用，發(fā)展地理空間思維。

據(jù)此，在“熱力環(huán)流”教學(xué)中，將空間可視化作為基本線索進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)（圖2）。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、地理學(xué)具等創(chuàng)設(shè)動(dòng)態(tài)地理事象可視化的條件，實(shí)現(xiàn)空間屬性、空間關(guān)系、空間動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程及不同維度空間視角的可視化，突破“熱力環(huán)流”教學(xué)難點(diǎn)。

二、具身場(chǎng)域下的“熱力環(huán)流”教學(xué)實(shí)施

針對(duì)抽象的地理事象，通過(guò)營(yíng)造合適的具身場(chǎng)域，使學(xué)生的不同器官感受不同的信息，讓學(xué)生在課堂上用眼觀察、動(dòng)手實(shí)踐、動(dòng)腦思考、開口表達(dá)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)其直觀的、動(dòng)態(tài)的、立體的、宏觀的地理空間思維能力。

1.提取空間屬性，實(shí)現(xiàn)空間定位可視化

在教學(xué)中，學(xué)生對(duì)氣壓的概念（氣壓是指某一高度單位面積上空氣柱的重量）一知半解，而“同一水平面高壓流向低壓，產(chǎn)生風(fēng)”的概念更是晦澀難懂，基本概念的缺失對(duì)學(xué)生理解熱力環(huán)流帶來(lái)了很大障礙。究其原因在于大氣的不可見及概念原理的抽象性，因此，解構(gòu)出地理事象的空間屬性，將氣壓、高壓流向低壓等概念形象化和可視化，有助于學(xué)生理解抽象空間概念。

“同一水平面上空氣由高壓流向低壓，產(chǎn)生風(fēng)”這一原理內(nèi)隱著空間方位、空間形態(tài)、空間過(guò)程等空間屬性。據(jù)此，設(shè)計(jì)了吸耳球演示實(shí)驗(yàn)（圖3），營(yíng)造具身場(chǎng)域，通過(guò)直觀感知幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“風(fēng)在哪里？”和“風(fēng)是什么樣子的？”兩大基本問(wèn)題。

①擠壓吸耳球，對(duì)準(zhǔn)蠟燭燭焰后蠟燭熄滅：幫助學(xué)生直觀感知?dú)鈮鹤兓痛髿馑竭\(yùn)動(dòng)——風(fēng)，并推測(cè)高壓和低壓的空間比較，建構(gòu)“風(fēng)是高壓流到低壓”的空間關(guān)系。

②抬高吸耳球，擠壓吸耳球后蠟燭未熄滅：幫助學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行空間定位，最后抽象概括出“同一水平面高壓流向低壓，產(chǎn)生風(fēng)”的空間過(guò)程。

2.模擬動(dòng)態(tài)空間事象，實(shí)現(xiàn)空間過(guò)程可視化

地理學(xué)科所研究的空間是動(dòng)態(tài)變化的，但教材提供的空間示意圖往往是靜態(tài)的，學(xué)生難以形成時(shí)空觀念，難以在頭腦中正確把握地理現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，難以將抽象的空間轉(zhuǎn)化為頭腦中的具體空間。

設(shè)計(jì)造風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)，借助簡(jiǎn)易可得的材料和實(shí)驗(yàn)方法可模擬自然界中動(dòng)態(tài)的地理空間事象，利用其直觀性特征，實(shí)現(xiàn)地理現(xiàn)象動(dòng)態(tài)過(guò)程和要素聯(lián)系的可視化，幫助學(xué)生明確地理要素的空間關(guān)系和空間動(dòng)態(tài)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確描述、分析、歸納空間動(dòng)態(tài)過(guò)程及其規(guī)律（表1）。

表1 造風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)

上述造風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)利用了燭焰偏移和紙蛇轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)了水平方向和垂直方向大氣運(yùn)動(dòng)的可視化過(guò)程，學(xué)生通過(guò)空間感知、空間表征和空間推理的過(guò)程，在頭腦中形成熱力環(huán)流的形成過(guò)程。同時(shí)通過(guò)點(diǎn)燃蠟燭模擬近地面大氣受熱情況，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程分析并確認(rèn)其關(guān)聯(lián)要素以及關(guān)聯(lián)要素與地理空間存在的關(guān)系，推導(dǎo)出風(fēng)的形成過(guò)程和根本原因。通過(guò)造風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生更立體直觀地認(rèn)識(shí)“大氣怎樣運(yùn)動(dòng)？”和“大氣為什么運(yùn)動(dòng)？”兩大基本問(wèn)題。

3.建構(gòu)空間模型，實(shí)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)可視化

空間思維模型是對(duì)地理事物概括的可視化表征手段，反映地理事象的空間要素、空間組合和空間結(jié)構(gòu)等，反映地理事物及地理要素的結(jié)合和聯(lián)系。

在造風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)填圖、繪圖活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行熱力環(huán)流的空間形態(tài)的再解析，通過(guò)多要素的疊合和聯(lián)系，建立起熱力環(huán)流規(guī)律的可視化表達(dá)方式，從而建構(gòu)熱力環(huán)流空間模型（圖5）。

在該空間模型中，包含對(duì)空間概念屬性的重構(gòu)整合，即①空間組合：水平和垂直方向；②空間要素：氣溫、氣壓、氣流；③空間結(jié)構(gòu)：等壓面“高凸低凹”、近地面和高空氣壓相反等方面。該模型是對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)成因與基本規(guī)律的抽象化表述，表達(dá)了近地面和高空的溫壓關(guān)系和氣壓關(guān)系，呈現(xiàn)了水平方向和垂直方向大氣的運(yùn)動(dòng)，并用點(diǎn)、線、面等形式，對(duì)多地理要素在空間上的狀態(tài)進(jìn)行排列組合，將地理事象和規(guī)律結(jié)構(gòu)化。

4.創(chuàng)設(shè)時(shí)空情境，實(shí)現(xiàn)空間轉(zhuǎn)換可視化

俞立中先生認(rèn)為在所有基礎(chǔ)教育課程中，只有地理學(xué)講宏觀空間概念，關(guān)注空間格局、時(shí)空關(guān)系及其相關(guān)性。對(duì)空間格局的觀察力，是在觀察確定各事物的空間位置關(guān)系等學(xué)習(xí)過(guò)程中形成的一種學(xué)科能力品質(zhì)。

在“熱力環(huán)流”實(shí)例中，教師創(chuàng)設(shè)了不同區(qū)域尺度因地面熱量變化引起的空間運(yùn)動(dòng)的視覺(jué)情境，幫助學(xué)生運(yùn)用空間模型遷移應(yīng)用，解釋地理現(xiàn)象。

從學(xué)生生活中的海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、城市風(fēng)等局地小氣候的生活觀察和描述開始，思維的空間視角尺度逐步拉大，從局地到海陸，再擴(kuò)展至全球，引導(dǎo)學(xué)生以不斷放大的時(shí)空思維邏輯逐步完成解釋，即遵循“局地—海陸—全球”的時(shí)空思維邏輯（圖6）。用縱貫地方、區(qū)域乃至全球的自然視野來(lái)看待熱力環(huán)流規(guī)律和現(xiàn)象的整體性，體會(huì)地理學(xué)“區(qū)域”研究的獨(dú)特視角，形成空間推理，提升空間思維能力。

三、具身場(chǎng)域下的地理空間教學(xué)策略

1.解構(gòu)空間思維，完成地理空間教學(xué)設(shè)計(jì)

依據(jù)空間認(rèn)知層次即空間感知—空間表征—空間推理的逐級(jí)遞進(jìn)，將地理空間知識(shí)解構(gòu)出六大地理空間屬性（方位、距離、尺度、形態(tài)、作用、過(guò)程），使空間關(guān)系逐漸清晰化、系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化，逐步形成八大地理空間思維，即空間定位思維、空間轉(zhuǎn)換思維、空間解構(gòu)思維、空間疊合思維、空間關(guān)聯(lián)思維、空間計(jì)算思維、空間建構(gòu)思維和空間類比思維，促使地理空間認(rèn)知不斷深化、升華，用以解決實(shí)際情境問(wèn)題（圖7），使混雜于其他地理知識(shí)中的地理空間知識(shí)得以凸顯，便于采用相應(yīng)的教學(xué)方法準(zhǔn)確地進(jìn)行匹配，從而完成地理空間教學(xué)設(shè)計(jì)，提高地理空間思維教學(xué)的針對(duì)性。

2.營(yíng)造具身場(chǎng)域，實(shí)現(xiàn)地理事象可視化

具身場(chǎng)域的營(yíng)造需借助真實(shí)空間場(chǎng)景或教學(xué)資源、實(shí)物、身體、技術(shù)等支持，如使用地理專用教室、自制學(xué)具、模擬實(shí)驗(yàn)、情景劇、手勢(shì)、地理信息技術(shù)等工具構(gòu)建空間場(chǎng)景。營(yíng)造的具身場(chǎng)域需要符合以下特點(diǎn)：第一，要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容確定具身場(chǎng)域。第二，該環(huán)境或空間中的教具與所探討的地理現(xiàn)象相關(guān)。第三，有明確的活動(dòng)設(shè)計(jì)解決相關(guān)地理問(wèn)題。第四，活動(dòng)設(shè)計(jì)有利于學(xué)生的體驗(yàn)、多感官參與，感受地理事象的發(fā)生、發(fā)展等過(guò)程。第五，具身場(chǎng)域往往創(chuàng)造的是三維的、立體的，與真實(shí)環(huán)境接近的模擬場(chǎng)景。

3.多感官體驗(yàn)策略，提升地理空間思維

多感官體驗(yàn)策略多應(yīng)用在比較陌生的地理現(xiàn)象或比較抽象的地理空間知識(shí)的學(xué)習(xí)中。身體各器官的活動(dòng)與大腦的思維密切相關(guān)，通過(guò)感知獲得對(duì)地理空間關(guān)系、空間形態(tài)、空間運(yùn)動(dòng)等空間屬性的直觀認(rèn)識(shí)，其實(shí)施步驟包括：第一，設(shè)計(jì)具身感知空間；第二，在具身活動(dòng)中體驗(yàn)感知；第三，建構(gòu)生成空間思維模型；第四，新情境下實(shí)踐應(yīng)用。以具身實(shí)驗(yàn)為例，過(guò)程涉及教師教程和學(xué)生學(xué)程兩部分，各自包括相對(duì)應(yīng)的四個(gè)環(huán)節(jié)，可按照創(chuàng)設(shè)具身情境—調(diào)用具身認(rèn)知—建立思維模型—實(shí)踐應(yīng)用檢驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程依次展開（圖8）。