基于数字星球促进空间能力发展的策略创新

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  数字星球系统(简称“数字星球”)是以计算机技术为核心,通过软件控制平台、资源软件和数字视像圆球体屏幕构成的数字化地理教学系统,它融合多种数字化3D动态演示功能,为学生提供了从全球、整体、综合和区域的角度研究、探索宇宙空间环境、地球环境的智能环境。
  学习策略是促进学习者更有效地存储、提取、组织和理解的心理行为,是可用于不同学习领域的通用技能,是“学会学习”的标志。教学策略则是教师用以促进学习者为有效获取知识所采用的各种措施,大多数用以激发学习者学习的教学策略和方法其实就是学习策略。
  “应用数字星球系统变革地理教学”为初中地理课堂带来了重大变化,开创了教学策略创新的广阔前景。本文将结合相关教学案例,阐明“任务驱动、支架引路、学以致用”三种教学策略的创新应用。
  1 课程标准关于地理空间能力发展的要求
  初中地理教学注重引导学生关注地理事物的空间分布和空间结构,努力理解地理事物的空间差异和空间联系,初步理解地理事物空间运动、空间变化的规律,将促进学生地理空间能力发展作为地理学科教学的重要任务。
  什么是地理空间能力?袁孝亭等人认为:地理空间能力是在地理空间认知的基础上,认识自己赖以生存的地理环境的能力。包括分析、理解其中的诸事物和诸现象的相关位置、空间分布、相互关系以及它们的变化和规律等方面的能力。
  依据《义务教育地理课程标准》(2011版)关于“掌握地球与地图的基础知识,能初步说明地形、气候等自然地理要素在地理环境形成中的作用以及对人类活动的影响;初步认识人口、经济和文化发展的区域差异”等要求,我们将初中生空间能力发展目标分为以下三个维度:形成基本的空间定位能力;形成地理空间分布的觉察能力;形成简单描述和分析空间关系的能力。
  2 数字星球系统促进空间能力发展的优势
  空间能力是人类智能的一个基本维度,也是学生认知能力发展的重要内容,而地理空间与认知心理学研究之“空间认知”研究的小尺度空间(桌面空间)略有不同,地理空间通常指大尺度空间(环境空间),这是一个无法“搬”进教室的巨大空间,教师只能通过相关教育装备向学生展示学习对象,传统教学中使用的挂图、板图等即是这样的教育装备。虽然这些传统装备对学生空间能力的培养能起到一定的作用,但由于其结构功能简单、信息化程度不高,在实际教学中普遍感到其对学生空间能力的培养效能不高。
  数字星球系统强大的三维情境创设能力,为创设促进学生地理空间能力发展的教学情境提供了强力支持,其“促进发展”的优势主要表现在下列三个方面。
  基于“数字星球”3D展示优势,有助于空间定位能力发展 地理空间定位能力是指学生在认识地理事物空间位置关系时,运用地图、略图、星相地图作空间透视,从中获取有价值的信息,得出相关的解释与结论所表现出来的能力,是地理学习的必备基础。在初中地理学习入门阶段,地理课程标准要求每一个孩子都掌握“在地球仪上确定某地点的经纬度”的方法与技能。但这个关于空间定位能力要求却常常成为初中地理学习的“滑铁卢”。究其原因,与地理教具设计水平落后有关。近百年来,我们的示教地球仪面貌没有大变化,存在着球体尺寸小、球面色彩对比不鲜明、地理信息模糊等问题。课堂上,教师通常会用32厘米地球仪演示经纬网,前排学生还可以观察到部分经纬线,后排学生只能看到球体的大致轮廓,具体的经纬度的数据等等根本就不可能观察到。这些从来没有从观察地球仪过程中,获得过经纬网直观映像的孩子,当然不可能在脑中建立起以经纬网为基础的球面坐标系统,也就没法掌握“在地球仪上确定某地点的经纬度”的方法与技能,空间能力发展的起始阶段就“输在起跑线上”。
  数字星球系统的出现,使上述问题迎刃而解。数字星球系统独有的3D展示优势,为学生地理空间定位能力发展提供了强大支持。数字星球系统可以用数字化的“突出显示”功能,展示球面坐标系统,凸显经纬度信息,学生看得清楚、读得轻松、记得牢靠。此外,数字星球系统还可以演示球面动画,引导学生通过娱教游戏,熟习在地球仪上进行空间定位的方法,掌握空间定位技能。
  数字星球系统独特的可视化优势,有助于空间分布觉察能力发展 地理空间分布的觉察能力,是学生在观察确定地球表面各种地理事物空间展开范围和排列现状等的学习过程中形成的一种学科能力品质,是认识空间分布格局所必备的能力。初中生年龄小,缺乏正确的空间观察技能,空间想象力、空间分布规律的概括能力也不够,因此,“观察确定地球表面各种地理事物空间展开范围和排列现状”,也成了初中地理教学的难点。
  数字星球教学系统独特的可视化优势,为突破这一难点创造了条件。数字星球系统有强大“模拟现实空间”优势,可以展示多种地图,还可以将大尺度、动态、难以直接观察的地理过程(模拟大陆漂移、大气运动等),通过仿真模拟演示生动地呈现出来。有了数字星球教学系统,学生可以多角度、多层次、多形式地观察地理事物空间状况,自主建构知识,有助于空间分布觉察能力发展。
  数字星球系统强大的“可视化、数据分析”优势,有助于空间关系分析能力发展 空间关系分析能力是学生地理空间能力发展的高级阶段。学生空间关系分析能力的形成,一般需经过“建立地理表象——觉察各地理要素空间的联系——发现空间分布规律——形成意义建构”这一认知过程。
  数字星球系统中的数字视像圆球体屏幕可展示数十张地图,系统内部装备的软件系统支持跨平台、跨媒体服务,装上Google earth客户端、连上互联网,几乎可以呈现初中地理学习所涉及的一切地理信息,还能运用高亮显示、动态变幻等方式凸显关键地理信息,用数据分析工具帮助学生分析地理信息,从而引导学生掌握发现地理事物空间分布规律的技能,提高空间关系分析能力。
  3 促进空间能力发展的地理学习策略创新
  综上所述,数字星球系统在促进学生空间能力发展方面具有无可比拟的优势。通过实践,我们进一步认识到:基于数字星球系统创新教学策略的主要途径,在于落实课程标准,联系学生实际,发挥系统优势;从任务驱动、支架引路、学以致用三个方面入手,创设教学情境,激发学习内驱力,促进知识建构,推动学生空间认知能力发展。   任务驱动,提高空间定位能力 任务驱动的主旨,在于激发学生的好奇心、求知欲,增强学习内驱力。我们在应用任务驱动策略方面的创新实践,体现在有一个设计学习任务的独特视角——整合的视角,要求贯通课程要求、激发兴趣和发挥数字星球系统助学优势,使每个任务都具备目的明确、生动有趣、促进学习的效能。
  案例概述:应对“在地球仪上确定某地点的经纬度”这条课程标准的学习任务设计,主要包含如下关键环节。第一步,前端分析,包括课标分析(按知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个维度,把“在地球仪上确定某地点的经纬度”这条课程标准分解为4个微型知识点和能力点,由此确定评价标准,并将它们凝练成一个情境主题)、学生分析(包括七年级学生的知识基础、兴趣爱好、动手能力等)、学习环境分析(理解数字星球系统的教学优势)。第二步,任务设计,按上述情境主题设计任务——角色扮演活动“2016,条条大路通里约”。以2016里约奥运会为背景,要求学生扮演俄罗斯、法国、几内亚等20多个国家的代表,应用数字星球系统支持学习,找出自己出发地的经纬度,说出由出发地到里约,穿越的主要大洲和大洋。第三步,教学实施,包括自主学习、小组讨论等。
  教学反思:通过课堂观察,我们发现学生对学习任务很感兴趣,很乐于和同学一起努力思考用经纬网定位的方法,当听到同伴提出不同意见时,他们会邀请对方一起再次观察球面地图,或上网搜查资料,寻找确切的论据,完成学习任务。课堂实践令我们感悟:应用任务驱动策略,引导学生基于数字星球系统展开有意义的地理学习,能够激发学生的好奇心,增强学习动机,引发主动学习,不但能引导学生在完成特定任务的过程中掌握空间定位技能,还能够培养学生探究精神,有益于空间能力可持续发展。
  支架引路,提升空间觉察能力 地理空间分布的觉察能力的形成,是地理空间观察能力、想象能力和概括能力三位一体相互融合相互促进的结果,而地理空间观察方法与技能,则是生成地理空间分布的觉察能力的基础。与教师相比,学生是地理空间观察方面的新手,相对缺乏地理空间观察方法与技能,为此,教师就需要为学生搭建“脚手架”,帮助学生掌握地理空间观察方法与技能,促进地理空间分布的觉察能力的发展。我们应用“支架引路”策略的创新实践,是用学习任务单做学习支架,通过层层递进的问题导向,引导学生掌握有序观察、合理想象、发现规律的技能。
  案例概述:在海陆分布这一节,应对 “知道板块构造学说的基本观点,说出世界著名山系及火山、地震分布与板块运动的关系”这一条课程标准,我们设计了这样的观察活动:让学生观察数字星球系统展示的大陆漂移3D球面动画,将观察结果填入空白的六大板块分布示意图。在他们经过小组讨论,分享观察结果以后,让他们凭记忆画出概念地图,比较填充图和概念地图的差异,并能够说明用什么方法更简洁清晰地表达板块分布特征。
  教学反思:应用 “支架引路,提升空间觉察能力”的教学策略,有助于学生迅速领悟地理空间观察技能要领,学会有序观察地理事物空间分布展开范围,概括地理事物排列现状特点,从而促进空间觉察能力发展。
  学以致用,提升地理空间关系分析能力 运用所学地理知识、方法和技能,借助工具和软件,解决实际地理问题,在提高学生空间关系分析能力方面具有举足轻重的作用。应用“学以致用”的教学策略,有助于引导学生展开解决实际问题的学习活动。
  我们从两个方面实施“学以致用”的教学策略。第一,深度开发系统应用范围。我们将数字星球系统的球面信息展示功能和网络互连功能相结合,创建可视化分析工具,支持学生用不同的方式阅读、分析和交互地图信息,支持学生通过数据分析解决问题。第二,设计学习情境。我们选择了与国计民生息息相关的PM2.5空间分布问题,引导学生通过认识身边的地理现象,提升地理空间关系分析能力。
  【案例概述】应对内容标准举例“说出某国家在自然资源开发和环境保护方面的经验、教训”。我们设计了以“探究PM2.5分布规律”为主题的学习任务,基本流程为:第一步,空间定位,学生观察全球PM2.5分布图,找出PM2.5浓度较高区域,将它们记录在空白地图A上;第二步,收集信息,用数字视像圆球体屏幕展示带经纬网的大洲地图,让学生们找出PM2.5浓度较高区域的经纬度,继续标注在空白地图A上;第三步,收集信息,用数字视像圆球体屏幕展示世界地形图、世界气候分布图,让学生们找出PM2.5浓度较高区域的气候类型,再次标注在空白地图A上;第四步,收集信息,应用互联网,查询PM2.5浓度较高区域的工业部门分布,再一次标注在空白地图A上;第五步,数据分析,列表,分析叠加在空白地图A上的地理信息,寻找PM2.5浓度升高与某区域自然环境(地形、气候)和人文环境(工业部门)之间的联系;第六步,画思维导图,概括PM2.5在地球上的分布规律;第七步,小组合作,制作PPT,展示学习成果;第八步,交流学习成果,各组发表自己的观点,同学间、师生间讨论、辨析,汲取不同观点,形成有个人特点的知识建构。
  【教学反思】“学以致用”可以引导学生通过直接经验和与他人交流的间接经验进行知识建构。我们观察到,源于生活的任务设计,能激发学生的探究动力。当学生投入到有导向性的数据分析和可视化活动中时,他们会看到更多不同的地理现象,这些现象会引发更多的疑问,使每个学生找到自己感兴趣的探究话题,为了解决问题,他们会主动应用数字星球系统的多种功能搜集地理信息,通过主动发现、分析和可视化更多的数据,建构自己的知识。学生们还会通过可视化作品(填充图、PPT、Word文档等)与老师、同伴讨论自己的问题,汲取建议,帮助自己建构知识,掌握空间关系分析技能。最后,通过全班交流,可以促进每个学生反思自己的学习过程,丰富空间关系分析思路,提升关系分析能力。所以说,“学以致用”是基于数字星球系统,提高空间关系分析能力的有效策略。
  4 总结
  数字星球系统在促进学生地理空间能力发展方面具有无可比拟的优势。本文提出“任务驱动、支架引路、学以致用”的创新应用,能够激发学生的好奇心,增强学习动机,引发主动学习。有助于学生迅速领悟地理空间观察技能要领,学会有序观察地理事物空间分布,概括地理事物排列现状特点等,大大提高了学生空间能力发展的培养效能。
  参考文献
  [1]袁孝亭,王向东.重视地理学科的核心能力与地理观点培养[J].课程·教材·教法,2003(10).
  [2]徐志梅,袁孝亭.运用GIS培养中学生地理空间能力[J].中国电化教育,2010(8).
  [3]单昭伟,数字星球系统在高中自然地理教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(5).
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其他文献