摘 要:綜合思維是地理核心素養(yǎng)之一,也是地理學科最基本的思維方式。在實踐中發(fā)現(xiàn),對圖層進行疊置操作有利于學生綜合思維的培養(yǎng)。依據(jù)課程標準,設定與核心素養(yǎng)水平相匹配的進階任務,指導學生進行圖層疊加與拆分操作,可有效培育其綜合思維。通過實踐證明,該學件不僅有助于實現(xiàn)綜合思維的可視化培養(yǎng),還支持云端圖層交互操作,極具現(xiàn)實指導意義和應用價值。
關鍵詞:綜合思維;圖層疊置;進階式
中圖分類號:G633.55 文獻標識碼:A 文章編號:1005-5207(2024)12-0049-06
一、問題提出
地理學是兼具自然與人文的綜合性學科,地理概念、事物、現(xiàn)象、原理、問題的認識或理解,都要求學生具備一定的綜合思維素養(yǎng)。綜合思維是地理核心素養(yǎng)之一,指人們運用綜合的觀點認識地理環(huán)境的思維方式和能力,是學生用全面、辯證、綜合的視角分析和闡釋地理事象發(fā)生過程和發(fā)展規(guī)律、探究協(xié)調(diào)區(qū)域人地關系的重要地理思想和方法,也是地理學科最基本的思維方式。
綜合思維包括要素綜合、時空綜合和地方綜合3個維度。要素維度的綜合分析,即從不同地理要素綜合的維度,認知地理事象的形成和發(fā)展是多方面因素共同作用的結(jié)果,進而理解地理環(huán)境的整體性特征;地方維度的綜合分析,即從地方綜合的維度,探究自然、社會、經(jīng)濟等各因素對特定地域人地關系系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,從而對地域性鮮明的地理特征和人地關系問題做出簡明扼要的解釋;時空維度的綜合分析,即從時空綜合發(fā)展的維度,認識到地理事象是在特定的地域空間和時間尺度條件下,不斷產(chǎn)生、發(fā)展和演進的 [1-2](圖 1)。但實際教學中綜合思維培養(yǎng)卻存在一些問題,下面以“農(nóng)業(yè)區(qū)位”一課中師生的問答情況進行舉例說明。
教師:“水稻是長江三角洲平原的主要農(nóng)作物,請歸納為什么這里盛產(chǎn)水稻?”
學生A:“長三角地區(qū)降水充沛為水稻種植提供了水源;深厚的黑土為水稻種植提供了肥沃的土壤;長江三角洲平原人口眾多,為水稻種植提供了充足的勞動力。”
教師:“很好,從你的答案中可以概括出降水、土壤、人口等區(qū)位因素,但區(qū)位分析需要更準確。肥沃的土壤的確是水稻種植所需要的,但黑土主要集中在東北而不是長江三角洲平原。同時,對人口因素的分析也需要與時俱進,現(xiàn)在長江三角洲平原的水稻種植主要依托成熟的經(jīng)驗和農(nóng)業(yè)技術,對農(nóng)業(yè)勞動力的需求已經(jīng)減少,與人口因素的關系主要在于長三角地區(qū)人口稠密,市場需求大?!?/p>
教師:“除此以外,其他同學是否還有補充?”
學生B:“長江三角洲平原不僅降水充沛,且熱量也較充足,雨熱同期的氣候非常適合水稻種植;同時,平原地形也有利于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)耕作?!?/p>
教師:“不錯,從你的答案中還可以歸納出氣候、地形因素。氣候因素不僅包括降水,還有氣溫,所以氣候表述更有概括性?!?/p>
教師:“前面兩位同學主要分析了影響水稻種植的自然因素,社會經(jīng)濟因素是否也會有影響?”
學生C:“除此以外,還有技術、政策等因素……”
從“農(nóng)業(yè)區(qū)位分析”的教學問答可以發(fā)現(xiàn),在要素綜合方面,兩位學生的回答僅較全面地分析了自然區(qū)位條件;在時空綜合方面,學生對水稻種植特點的認識沒有與時俱進;在地方綜合方面,雖然學生想到了土壤因素,但對長三角地區(qū)的土壤特點認識不準確。教師雖然針對性地進行了補充和糾正,對暴露問題的學生較有幫助,但講授式的教學卻較難給學生留下深刻印象。
該教學場景反映了綜合思維培養(yǎng)中,存在教師由于對思考維度指導不足導致學生缺失“全面性思考”;對思考要素關聯(lián)引導不足導致學生缺失“系統(tǒng)性思考”;對思考變化關注不足導致學生缺失“動態(tài)性思考”的問題[3]?;诖耍惹行枰處煾淖儌鹘y(tǒng)的教學方式,優(yōu)化綜合思維的培養(yǎng)。
陸寶提出深化對地理環(huán)境整體性理解,培養(yǎng)學生綜合思維意識,分析自然和人文要素對人地關系地域系統(tǒng)影響,增強學生綜合思維習慣,分析地理事物和現(xiàn)象在特定時空條件下的形成和發(fā)展,多途徑培養(yǎng)學生綜合思維[4];鄭曉東從可視化思維工具——思維導圖應用與地理學科教學結(jié)合的角度探討地理綜合思維素養(yǎng)的培養(yǎng)路徑,從要素的綜合、地方的綜合以及時空的綜合3個層面展開研究并總結(jié)了培養(yǎng)經(jīng)驗[5];魏圣梁基于大單元教學制定了一套完整的指向綜合思維培養(yǎng)的教學設計流程[6];從現(xiàn)有實踐研究來看,綜合思維的培養(yǎng)已通過教學內(nèi)容和教學過程的有效選擇,借助思維導圖、大單元教學等途徑形成了系統(tǒng)化的實施模式,但交互性與創(chuàng)新性尚待加強。為彌補現(xiàn)有實施模式的不足,筆者設計了交互式圖層疊置學件,并展示案例為教學實踐提供新思路。
二、設計依據(jù)與思路
1.設計依據(jù)
地圖通過符號將地球表面事物在平面上進行表示,反映自然和社會現(xiàn)象的分布與關系。地圖分析需要綜合思維,如某一地理要素的分布規(guī)律與形成原因分析需要對地圖呈現(xiàn)的不同地理要素進行綜合;對某一地理事象發(fā)展的分析需要對地圖中地理要素時空變化進行綜合;對某一地理分布中差異性的分析則需要對地圖不同尺度區(qū)域進行綜合。由此可見,對綜合思維的培養(yǎng)可借助地圖分析以落實。
在實踐中發(fā)現(xiàn),對圖層進行疊置操作有利于地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過將不同地理要素的地圖疊加,對空間區(qū)域的多要素進行綜合或精細化分析,以解決具體問題,是GIS軟件中的基礎空間分析方法。對不同地理要素進行疊加分析,就是在整體的地理環(huán)境中綜合分析不同地理要素的相互作用,對培養(yǎng)學生運用綜合的觀點認識地理環(huán)境大有裨益,是綜合思維的可視化培養(yǎng)。對地理要素進行拆分、提取,就是精細化認識復雜地理環(huán)境的過程,對培養(yǎng)學生運用空間—區(qū)域的觀點認識地理環(huán)境有顯著助益,是區(qū)域認知思維的可視化培養(yǎng)。
由此可見,疊加和拆分地理要素圖層不僅遵循了地理空間分析的常規(guī)方法,而且對培養(yǎng)學生在地理學科核心素養(yǎng)方面的綜合思維和區(qū)域認知思維具有顯著作用。傳統(tǒng)地圖如教學掛圖、黑板板圖、紙質(zhì)地圖等,主要限于展示地理要素的展示,而在培養(yǎng)學生的空間分析能力方面存在局限。尤其是傳統(tǒng)地圖,難以實現(xiàn)圖層疊置操作,限制了學生地理核心素養(yǎng)的發(fā)展。盡管地理信息系統(tǒng)軟件提供了先進的空間分析功能,但其高昂的成本和專業(yè)性強的特點,使得學校難以普及,且面臨師資短缺和學習周期長的問題。一些教師嘗試使用硫酸紙制作透明圖層進行教學,雖為解決之道,但成本高且不易重復使用,限制了其廣泛推廣的可能性,因此,基于地圖空間分析的高效方法,目前還缺乏可視化的途徑與有效的教授模式。
2.設計思路
利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術優(yōu)勢,可選擇合適的平臺和軟件實現(xiàn)地理課堂和自主學習中的圖層疊置功能,便于學生在移動端進行地理圖層的交互操作。為符合“做中學”教育理念,筆者構(gòu)建了一款服務于地理圖層疊置的學件。學件作為學習者的軟件,不僅與課件在概念上不同,更重要的是它們在服務對象、使用目的、場景、設計原則與制作要求的側(cè)重點方面均呈現(xiàn)極大的差異性。
該學件的核心效果是進行圖層疊置操作,為方便教師操作,學件選擇在常用的演示文稿中進行制作。教師根據(jù)教學需要,通過對區(qū)域底圖和不同要素半透明專題圖層設置疊加與拆分的動畫,便可實現(xiàn)思維的可視化。為使動態(tài)化的圖層疊置更具操作性,筆者借助演示文稿的iSpring Suite插件將PPT課件發(fā)布為HTML5格式的網(wǎng)頁,將對應的網(wǎng)頁發(fā)布在網(wǎng)站,使學生可自主在線操作。同時,iSpring Suite插件還有豐富的場景功能,可進一步提高學件的操作性[7]。除此以外,教師還可根據(jù)教學內(nèi)容的邏輯為學件設置個性化的問題情境或游戲場景等,借助插件功能進行語音引導,提升在線學件的體驗性。
三、實踐案例
以必修二“工業(yè)區(qū)位”中“美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位與變化”為例,鋼鐵工業(yè)的形成與發(fā)展和自然與社會經(jīng)濟因素都有關,需要運用要素綜合分析;一百年間美國東北部鋼鐵工業(yè)布局的變化,需要運用時空綜合分析;對鐵礦石的供應從五大湖沿岸擴展到全球的原因,需要運用地方綜合分析。因此,“美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位與變化”的案例分析需要學生具備全面、系統(tǒng)、動態(tài)的綜合思維。筆者以此為例制作了圖層疊置的交互學件,探索綜合思維的創(chuàng)新培養(yǎng)。
1.教學目標
這部分內(nèi)容的課標要求是“結(jié)合實例,說明工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務業(yè)的區(qū)位因素”。在美國東北部鋼鐵工業(yè)的案例中,學生通過學習已經(jīng)對工業(yè)區(qū)位的因素有了全面了解,而且對美國的自然和社會經(jīng)濟情況也有較豐富的知識儲備。本節(jié)課嘗試通過圖層疊置的交互學件培養(yǎng)學生各維度的綜合思維,并基于綜合思維的提升為鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出具體建議,從而落實地理實踐力的培養(yǎng)。
2.教學實施
(1)通過圖層操作,可視化培養(yǎng)綜合思維
在美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位與變化分析的案例中,為學生提供了豐富的半透明專題圖層,如人口城市分布圖、礦產(chǎn)資源分布圖、交通線路分布圖、地形分布圖等,這些圖層中部分要素是與鋼鐵工業(yè)分布相關的,也有一部分是無關的,學生閱讀差異化圖層的過程就是進行區(qū)域精細化認知的過程。同時,學生根據(jù)初步判斷,對初選要素圖層與鋼鐵工業(yè)分布底圖進行疊加操作,能夠可視化驗證鋼鐵工業(yè)分布與不同要素的相關性,從而篩選出鋼鐵工業(yè)分布的影響因素。
但實現(xiàn)相關要素的篩選僅落實了綜合思維中要素綜合的培養(yǎng),從核心素養(yǎng)水平來看,該交互僅能部分實現(xiàn)綜合思維水平2的培養(yǎng),即“能夠?qū)o定的簡單地理事象,從多個地理要素相互影響、相互制約的角度進行分析;能夠結(jié)合時空變化,對其發(fā)生、發(fā)展進行分析,給出簡要的地域性解釋”。綜合思維水平2還包括時空綜合的要求,為落實時空綜合的培養(yǎng),教學設置了分析一百年間美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位變化的任務。給學生提供不同時代鋼鐵生產(chǎn)特點的材料,讓學生結(jié)合鐵礦石分布圖、煤炭分布圖、人口城市分布圖、交通運輸圖等分析鋼鐵工業(yè)區(qū)位的變化,理解鋼鐵廠從“移鐵就煤”到“移煤就鐵”再到“無煤無鐵”的時空變化原因。
教師:根據(jù)材料分析19 世紀初美國東北部鋼鐵工業(yè)分布在匹茲堡的原因。
(學生操作圖層交互學件,疊加鋼鐵工業(yè)分布底圖和各專題透明圖層分析)
學生A:當時鋼鐵生產(chǎn)技術需要更多的煤炭,結(jié)合煤炭分布圖發(fā)現(xiàn)匹茲堡附近有賓夕法尼亞煤田。所以將鐵礦石運到煤炭產(chǎn)地進行加工。
教師:靠近煤田對鋼鐵生產(chǎn)有什么好處?
學生A:可以減少煤炭的運費,降低生產(chǎn)成本。
教師:很好!為什么19世紀末20世紀初美國東北部鋼鐵工業(yè)由匹茲堡遷往德魯斯?
學生B:當時鋼鐵生產(chǎn)技術提高,生產(chǎn)中減少了煤炭的使用,結(jié)合鐵礦石分布圖發(fā)現(xiàn)德魯斯周圍有鐵礦石分布,所以遷往鐵礦石產(chǎn)地降低運費。
教師:不錯,回答更完善了!前兩個階段分別靠近煤礦和鐵礦石產(chǎn)地是為了降低生產(chǎn)成本,但20 世紀中期美國東北部鋼鐵工業(yè)遷到了既沒有煤也沒有鐵的費城和巴爾的摩是什么原因?
學生C:鋼鐵生產(chǎn)技術進一步提高,煤炭和鐵礦石的需求量都減少了,所以可以離開資源產(chǎn)地進行鋼鐵生產(chǎn)。
教師:分析合理,那為什么遷移到費城和巴爾的摩?
學生D:因為這兩個城市有更先進的鋼鐵生產(chǎn)技術。
教師:難道先進的技術僅有這兩個城市有?請結(jié)合所提供的圖層再思考一下。
學生D:根據(jù)人口、城市和交通運輸圖層可知,費城和巴爾的摩同時擁有巨大的市場,而且都是港口城市,便于資源的運入。
教師總結(jié):非常好!由此可見,美國東北部鋼鐵工業(yè)一百年間空間分布的變化是生產(chǎn)技術、市場需求和交通共同變化的結(jié)果。
學生通過圖層的疊置操作,可從要素綜合和時空綜合的維度養(yǎng)成綜合思維(圖2),學習興趣也得到了提高。
(2)通過問題創(chuàng)設,進階式提升素養(yǎng)水平
為了優(yōu)化核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果并提升素養(yǎng)水平,本節(jié)課創(chuàng)設了問題鏈,問題與任務的設置依據(jù)核心素養(yǎng)水平劃分,引導學生圍繞鋼鐵工業(yè)進行深度學習。
問題模塊一,圖層操作篩選鋼鐵廠分布與發(fā)展變化相關因素符合綜合思維水平2的要求。
教師:請根據(jù)美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位時代變化,歸納主導區(qū)位因素的變化。
(全體學生在線填寫不同的主導區(qū)位因素)
學生E:19 世紀初的主導區(qū)位因素是煤炭,19 世紀末 20 世紀初的主導區(qū)位因素是鐵礦石,20 世紀中期的主導區(qū)位因素是市場。
(學件后臺進行數(shù)據(jù)收集、分析與反饋,教師操作學件平臺呈現(xiàn)學生整體回答情況與數(shù)據(jù)分析,進行針對性講評)
在此基礎上,問題模塊二針對綜合思維水平3的要求,學件設置了對不同圖層所代表要素和美國東北部鋼鐵工業(yè)分布邏輯表述的任務,引導學生在感性判斷的基礎上,理性分析各要素的具體影響。并針對鐵礦石供應從五大湖沿岸拓展到全球,引導學生客觀比較鐵礦石在不同空間尺度的相對優(yōu)勢,實現(xiàn)對地方綜合的培養(yǎng)。同時,考慮到不同學生的基礎和能力有差異,在理性的邏輯表達之前還設置了選擇題、填空題,為學生搭建“腳手架”。
教師:20 世紀中期美國東北部鋼鐵生產(chǎn)所需的鐵礦石為何舍近求遠,從五大湖沿岸拓展到全球?
(學生操作圖層交互學件,分析全球鐵礦石分布專題地圖)
學生F:通過比較不同鐵礦石產(chǎn)區(qū),巴西、澳大利亞等地有更為廉價、優(yōu)質(zhì)的鐵礦石,可通過水路運入。
問題模塊三對應綜合思維水平4的要求,引導學生客觀評價不同影響因素,對各影響因素進行分類,如哪些是自然或社會經(jīng)濟因素;哪些是有利或不利因素;哪些是直接或根本因素;哪些是偶發(fā)或普遍因素……并預測不同因素的影響程度,幫助學生對該類問題形成系統(tǒng)認識,從而實現(xiàn)舉一反三的效果。
教師:20 世紀中期美國東北部鋼鐵生產(chǎn)的布局除了市場因素以外,還受到交通因素的影響,這兩個因素有何不同?
(全體學生在線為市場和交通因素選擇合適的特征描述)
學生G:市場因素是主導因素,如果沒有廣闊的市場而只有交通便利,鋼鐵廠也不會布局在費城和巴爾的摩,所以相比較而言交通是輔助要素。
(學件后臺進行數(shù)據(jù)收集、分析與反饋,教師操作學件平臺呈現(xiàn)學生整體回答情況與數(shù)據(jù)分析,進行針對性講評)
問題模塊四,在對該問題形成客觀、系統(tǒng)認識的基礎上,引導學生在可持續(xù)發(fā)展觀念的指導下應用所學知識解決實際問題。
教師:美國東北部鋼鐵消費區(qū)的廢鋼越來越多,帶來了土地占用和環(huán)境污染等問題,從可持續(xù)發(fā)展的角度分析該如何解決此問題。
(全體學生在線提交解決措施的文字答案)
學生H:鋼鐵廠可提高生產(chǎn)技術,將廢鋼作為原料進行再加工,既能解決廢鋼的污染問題,又能獲取更充足的原料。
(學件后臺進行詞頻分析,教師操作學件平臺呈現(xiàn)學生整體回答情況與數(shù)據(jù)分析,進行針對性講評)
通過設置關卡模式,讓學生在探究美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位與變化的過程中更有方向性,關卡任務的驅(qū)動在一定程度上也提高了人機交互的效率,學生能夠持續(xù)地完成關卡任務,從而實現(xiàn)進階式提升學科核心素養(yǎng)的目的。
(3)通過交互測評,過程化評價學習效果
為確保關卡進階模式順利進行,筆者運用PPT結(jié)合iSpring Suite插件的互動特性(圖3),錄制了語音指導,以增強互動性和沉浸感,提升操作效率和用戶體驗。同時,學件還充分利用iSpring Suite中的測驗、互動、對話模擬等不同插件,通過交互式測評使學生對自己的學習過程進行實時評價[8]。
訪談發(fā)現(xiàn),學件通過豐富的互動和測評,可有效提升學生專注度,減少學習枯燥感。過程化評估可幫助學生建立客觀的自我評價,從而提升學習效率。
3.實施成效
為了客觀評價該圖層疊置學件的綜合思維培養(yǎng)效果,在“美國東北部鋼鐵工業(yè)區(qū)位與變化”教學結(jié)束后,用“廣鋼生產(chǎn)部門向湛江轉(zhuǎn)移”一題進行檢測。
【試題重現(xiàn)】近年來,因環(huán)境因素影響,首鋼、寶鋼、廣鋼等城市鋼鐵廠進行了生產(chǎn)部門搬遷,位于沿海的湛江承接了廣鋼轉(zhuǎn)出的鋼鐵產(chǎn)能,也為廣鋼原廠址的轉(zhuǎn)型發(fā)展創(chuàng)造了可能。請運用所學知識,綜合分析湛江建設鋼鐵廠的原因,并為廣鋼原廠址轉(zhuǎn)型提出合理建議。
【試題分析】此題兼顧了綜合思維的要素綜合、地方綜合、時空綜合的不同維度,并考查了人地協(xié)調(diào)觀和地理實踐力。廣鋼生產(chǎn)部門遷建湛江和環(huán)境、交通、土地、市場等區(qū)位因素有關。通過對35位學生提交的答案進行詞頻分析,發(fā)現(xiàn)與題目信息相關的環(huán)境、交通區(qū)位因素出現(xiàn)次數(shù)均大于30次(圖4),僅個別學生沒有歸納出,也有較多學生比較了污染情況,其實也是對環(huán)境因素的分析。除此以外,土地、地價、市場和政策等正確因素也被大部分學生提及,說明學生要素綜合的觀念已經(jīng)形成。
在分析遷建原因時,大部分學生結(jié)合題目背景,可基于地方綜合的維度,從各區(qū)位因素角度進行客觀比較,得出湛江在環(huán)境保護、海洋運輸、土地價格以及政策支持等方面存在的區(qū)位優(yōu)勢;在為廣鋼原廠址轉(zhuǎn)型發(fā)展提出合理建議時,大部分學生對廣鋼區(qū)位因素進行了不同時間的比較,并基于區(qū)位因素的變化提出了轉(zhuǎn)型建議,最后,基于多維度的綜合分析進行了地理實踐力的訓練和提升。
四、總結(jié)反思
案例顯示,圖層疊加技術在區(qū)位條件分析中優(yōu)化了綜合思維的培養(yǎng)途徑。通過不同時空的地理要素綜合分析,可視化思維提升了核心素養(yǎng)培養(yǎng)效率,且交互式的圖層操作可增強教學的趣味性和參與度。通過總結(jié)反思,筆者歸納了“交互式圖層疊置學件”的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)邏輯(圖5)。
該項實踐主要有以下兩方面的創(chuàng)新:①可實現(xiàn)核心素養(yǎng)的可視化培養(yǎng)。這一過程不僅實現(xiàn)了對區(qū)域不同地理要素的綜合分析,而且通過時間與空間尺度的對比,加強了對綜合思維中時空與地方綜合能力的培養(yǎng)。此外,對特定區(qū)域要素地圖的詳細拆分與分析,進一步深化了思維可視化。這種交互式學習不僅可直接提升地理學科核心素養(yǎng),也符合“做中學”的教學理念,有利于落實“雙新”和“雙減”的教育方針。②創(chuàng)造性地實現(xiàn)了云端的圖層交互操作。在缺乏成熟平臺的情況下,利用PPT插件實現(xiàn)了圖層操作,既滿足了功能需求,又符合教師習慣,便于推廣。該學件通過互動功能激發(fā)學生多元感官,并通過問題鏈設計有效促進了高階思維的培養(yǎng)。
在互聯(lián)網(wǎng)信息技術的應用中,教師要發(fā)揮主觀能動性,結(jié)合學科核心素養(yǎng)和學生需求,選用或開發(fā)適宜的教學工具,促使技術為教學所用,不斷優(yōu)化核心素養(yǎng)的培養(yǎng)路徑。
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