地理核心素養視閾下的問題式教學實踐研究

歐善國，何善波，謝維斯

《普通高中地理課程標準（2017 年版）》提出了要重視問題式教學的運用，旨在通過以學生為主體的教學理念、以真實情境創設的教學載體、以探究促進思維發展的教學方式培養學生人地協調觀、綜合思維、區域認知和地理實踐力等四大地理核心素養。高中地理課程教學內容涉及了諸多氣象知識，依托氣象主題性課程教學資源，基于問題式教學開展相應的氣象問題式教學研究非常有必要。本文從一名氣象科學傳播者角度，結合廣州市氣象科普教育基地的實踐活動案例，探究氣象問題式教學實踐如何促進學生核心素養的培養，旨為氣象科學傳播者和地理學科教師提供新的思路。

1 開展氣象問題式教學的意義

氣象是一門多學科融合的科學，氣象知識包含在普通高中地理課程內容之中，氣象科學教育亦是中小學科技教育內容之一，其實踐性的特征對中小學生的實踐能力、創新能力具有促進作用，氣象教育有利于發展學生的地理核心素養。

氣象與學生的生活緊密相關，天氣現象、物候現象奇幻多變，充滿神秘感，這種“若即若離”的感覺容易激發學生探究興趣，是實施教學的有利前提條件。氣象科普資源豐富，截至2019 年底，我國共有300 余個全國氣象科普教育基地，不少地區氣象局也建立了地方氣象科普基地、氣象站開放給學生參觀學習和開展實踐活動，部分地區已經依托氣象科普資源成功開發了實踐課程，如廣州市氣象科普教育基地每年都舉辦全市性的廣州市氣象與科普生活知識實踐活動，深受師生喜愛，大大地提升了學生的地理實踐力。氣象科普網站、微信號都有大量科普文章解釋社會熱點問題、分析重大天氣過程變化，中央氣象臺等網站提供從地面到高空的各種天氣數據圖，可以充分利用這些資源，在地理課堂上由老師指導學生充當預報員角色分析天氣形勢做出天氣預報、解釋社會熱點問題，加強學生綜合思維培養。利用氣候數據，學生可以了解當地氣候特點、氣候資源，分析特色農產品氣象生長環境條件等，利于加深區域認知。霧霾、沙塵暴、臺風、暴雨等氣象災害成因與發展規律，不僅是學校安全教育的重要內容，更是學生建立人地協調觀的生動教材。

2 開展氣象問題式教學的策略

問題式教學是以問題情境統領學習內容的一種教學方式，通過學生對問題發現與解決過程中的體驗與感受來完成主動建構，其理論依據來源于建構主義，即人們如果想實現對所學知識的意義建構，最有效的方法是親自到現實世界的具體環境去感受與體會。問題式教學創設了與學生生活緊密聯系的真實教學情境，貼合學生的認知水平，有利于喚起學生解決問題的興趣，激發學生思考的積極性，也有利于學生從認知水平出發，發現未知，逐漸深入探究，從而創造性地解決問題。因此，問題式教學成功與否的關鍵在于真實情境問題的創設。

天氣現象、物候現象等真實感強，學生可以切身感受到，而且天氣現象多種多樣、各地氣候有很大的差異，因此基于氣象的真實性環境易創設，可挖掘的生活題材豐富。隨著信息技術迅猛發展，氣象無論在業務、科研方面都取得了豐碩的成果，這些成果大多數是基于社會熱點和服務生產生活需求而取得，充滿時代氣息，通過處理可以轉化為鮮活的氣象問題式教學素材。課程標準提出所選情境要貼近學生知識水平、生活實際和社會現實，使學生理解情境，因此氣象業務和科研成果在轉化為問題式教學素材時需要先把“抽象業務問題”轉化為“具象生活問題”，在此基礎上設計“是什么、為什么、怎么做”的縱深遞進式問題鏈，讓問題落在學生的“最近發展區”，制造新認知對象和原有認知背景間的沖突，激發學生的探究興趣。問題式教學的一般操作流程包括情境創設、問題設計、分析解決、展示評價等主要環節，氣象問題式教學同樣需要類似流程，只不過氣象部門相對于老師、學生作為第三方，在流程的各環節都需要老師和學生的反饋，因此氣象問題式教育流程如圖1所示。

氣象問題式教學的關鍵在于情境創設與問題設計環節，可遵循以下策略：

1）素養導向原則。依托氣象主題教學資源的情境創設要納入到高中地理課程目標及課程體系之下，將其作為對學校課程的重要補充內容，其目標是對學生地理核心素養的培養。問題情境的創設要依據課標條目，一是明確情境的主要教學內容，二是明確情境的具體培養目標，從而提升氣象問題式教學的效用。

2）易于認知原則。情境創設與問題設計要符合高中生的認知水平，將繁難抽象的氣象情境簡化，可與學生所熟悉的生活情境相結合，知識內容應接近教材，但要高于教材，這樣的情境才有利于激發學生的探究興趣，這也是探究的前提條件。

3）凸出實踐原則。氣象是一門實踐性很強的學科，對學生實踐的要求與地理核心素養的培養方向一致。凸出實踐原則，也有利于彌補當前中學地理實踐活動開展薄弱的短板，有利于促進學生動手能力的提升，促進其創新思維的發展。實踐活動的設計既可遵循高中地理課程標準的規范要求和內容特征，也可進行跨學科的融合設計。

3 氣象問題式教學案例舉隅

3.1 聚焦生活，樹立和諧的人地協調觀

3.1.1 情境創設

中國傳統建筑有“天人合一”的建筑哲學，是我國勞動人民在幾千年的生產生活實踐中總結的因地制宜的人地協調觀。氣候是影響建筑的自然環境因素之一，如果要為即將購置房產的廣州市民提供建議，試從廣州地區氣候的角度分析購置、裝修房產的注意事項。

3.1.2 課標依據

選擇性必修2 區域發展：2.2 結合實例，從地理環境整體性和區域關聯的角度，比較不同區域發展的異同，說明因地制宜對于區域發展的重要意義。

圖1 氣象問題式情境教學流程

3.1.3 氣象數據處理

主要任務：利用氣象數據，繪制圖表，科學地解釋、論證問題。

1）前往廣州市氣象部門獲取廣州市的氣象資料，包括降水、氣溫、盛行風向等資料。

2）運用計算機制圖軟件（如WPS 表格軟件）對獲取的氣象資料進行制圖表達，得到廣州地區盛行風玫瑰圖（圖2）和廣州地區常年逐月氣溫曲線和降水量圖（圖3）。

圖2 廣州地區盛行風玫瑰圖

3）解讀氣象數據，分析問題，得出結論。

3.1.4 問題設計

1）廣州地區屬何種氣候類型？

2）廣州居民一般喜歡購買哪個朝向的房子？為什么？

3）廣州居民一般選擇什么季節進行室內裝修？

4）一般來說，空氣濕度小有利于室內裝修，為什么不選擇12 月、1 月裝修？

3.1.5 分析與解決

1）廣州地區的氣候炎熱，冬無嚴寒，降水充沛，屬海洋性亞熱帶季風氣候。

2）廣州居民喜好購買南北向利于室內空氣流動的房子，以南向的房子最佳，因為廣州地區的主導風向為南北風，南北向房子利于通風。此外，朝南的房子冬天受太陽照射較溫暖，夏天不受太陽照射較涼爽，比較節省空調電費。

3）廣州居民比較喜歡安排在國慶后這段時間進行室內裝修，進入秋天后，氣溫降低，濕度降低，建筑材料易干結，有利于工人施工，也有利于提升工程質量。

4）12 月、1 月是冬季，也是春節前期，氣溫相對比較冷，施工進度會比較慢，且裝修一般需要2—3 個月，1 月接近春節，裝修工會提前回家，工時會容易延誤。

圖3 廣州地區常年逐月氣溫曲線和降水量圖

3.1.6 設計意圖

1）建筑文化是中國優秀傳統文化的組成部分，以建筑文化為切入點，以買房裝修的生活化情境為探究載體，從高中學生的認知水平出發，運用廣州地區的氣象資料，探究氣象背景下的人地協調問題，樹立和諧的人地協調觀。

2）注重地理學科“發現問題——論證問題——解決問題”的思維過程訓練，有利于提升學生的創新思維能力。

3）注重地理實踐能力的訓練，對獲取的地理信息進行計算機處理，提煉出可利用的有效信息，有利于提升地理實踐力。

3.2 剖析現象，發展區域認知和綜合思維

3.2.1 情境創設

廣東、福建是相鄰的兩個省份，在夏秋季節常常會出現一個省酷熱難當、另一個省狂風暴雨氣溫涼爽的“冰火兩重天”現象，這種現象好比兩個省分別處于“空調室內機”區域和“空調室外機”區域。

3.2.2 課標依據

選擇性必修1 自然地理基礎：1.4 運用示意圖，分析鋒、低壓（氣旋）、高壓（反氣旋）等天氣系統，并運用簡易天氣圖，解釋常見天氣現象的成因。

3.2.3 氣象數據統計

通過網絡查找2018 年9 月16 日臺風“山竹”預報圖，并查找廣東省廣州市、江門市、湛江市與福建省福州市、寧德市、泉州市等城市16 日、17日的天氣數據，并繪制表格做記錄。

3.2.4 問題設計

1）9 月16 日、17 日廣東、福建兩省的“冰火兩重天”天氣現象是如何形成的？

2）“冰火兩重天”天氣現象會在西北內陸出現嗎？請分析原因。

3）當廣東地區“空調室內機”區域在狂風暴雨時會出現短暫的風平浪靜，此時可以到海邊盡情地玩嗎？

3.2.5 分析與解決

1）“冰火兩重天”天氣現象是由臺風（熱帶氣旋）造成的。臺風（熱帶氣旋）是一種強大而深厚的熱帶低壓天氣系統，其發展強烈的時候，強烈的上升氣流造成大范圍的強降水，所以廣東地區氣溫相對較低，有涼爽感覺，而福建地區處于熱帶氣旋外圍的高壓區，下沉氣流容易造成晴空高溫天氣，所以有室外機“熱桑拿”感覺。

2）這種天氣現象不會再西北內陸出現，因為熱帶氣旋是發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋，它的生成和發展需要海溫、大氣環流和大氣層三方面的因素結合。

3）不可以，因為此時有可能處于臺風眼，風眼是位于熱帶氣旋旋轉中心的相對平靜區域，臺風眼過后會再次大風強降水天氣，存在安全風險。

3.2.6 設計意圖

1）臺風天氣多發于我國東南地區的夏秋時節，通過對臺風天氣的發生區域、造成的影響的探究來提升學生的區域認知和綜合思維，形成全面、動態、聯系地分析問題的思維。

2）臺風災害教育是中學重要的防災減災教學內容，我國東南沿海地區的居民需掌握正確閱讀天氣預報的方法，形成防災減災的意識與能力。

3.3 運用信息化技術，提升地理實踐力

3.3.1 情境創設

在廣州東湖公園放飛溫度遙感探測無人機，獲取遙感探測數據，進行地理環境分析。

3.3.2 課標依據

1）地理1：1.6 運用示意圖等，說明大氣受熱過程與熱力環流原理,并解釋相關現象。

2）選修9 地理野外實習：9.2 運用地理工具在野外進行定向、定位并獲取野外地理信息。

3.3.3 氣象實踐

主要任務：提前對廣州東湖公園進行實地勘測，選好無人機放飛地點，做好工作預案；選擇晴好天氣進行無人機氣象數據采集，并完成數據處理。

1）實驗場地周邊安全范圍設置。

2）無人機起飛前靜態檢查。

3）無人機地面通電，檢查通信鏈路連接，數據接收、飛機控制是否正常。

4）無人機起飛，高度200 米，機頭正北，按規劃航線勻速巡航，每間隔5 秒拍攝紅外相片一張。

5）同步在地面設置草面、土地、水面、水泥地面、瀝青地面等不同下墊面的實測點，由觀測員進行地溫實測并記錄數據。

6）無人機完成航線，回到起飛點，降落回收，斷電。

7）下載航拍照片，進行人工拼接并反演溫度，得到廣州東湖公園無人機溫度遙感探測圖（圖4）。

8）分析實驗數據。

3.3.4 問題設計

1）湖面、湖邊馬路、植物帶哪個溫度最低，哪個最高？

2）不同下墊面出現溫差的原因是什么？

3）已學過的哪個天氣現象也是同一原因造成的？

4）利用圖4 觀測結果分析熱島效應的成因。

5）如何緩解熱島效應現象？

3.3.5 分析與解決

1）湖面溫度最低，湖邊馬路溫度最高。

2）出現溫差原因是各下墊面的比熱容值不同，比熱容是熱力學中常用的一個物理量，表示物體吸熱或散熱能力，指單位質量的某種物質升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量。比熱容越大，物體的吸熱或散熱能力越強。相較于馬路和植物，水的比熱容最大，所以溫度較低，而相較于水和植物，馬路路面的比熱容最小，所以溫度最高。

圖4 廣州東湖公園無人機溫度遙感探測圖

3）海陸風現象也是因為海水與陸地的比熱容導致海洋-陸地間的氣溫差而造成的。

4）由于城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊區的土壤、植被具有更大的吸熱率和更小的比熱容，根據圖4 探測結果，使得城市地區升溫較快，并向四周和大氣中大量輻射，造成了同一時間城區氣溫普遍高于周圍的郊區氣溫，高溫的城區處于低溫的郊區包圍之中，如同汪洋大海中的島嶼，人們把這種現象稱之為城市熱島效應。

5）利用水的比熱容大的特性，城市要多建人工湖，植樹，種草等增大水的面積；將部分高耗能產業遷往郊區，控制機動車輛的出行，減少二氧化碳等溫室氣體的排放；改善居民能源消費結構，減少化石能源的使用和加大對太陽能等清潔能源的使用。

3.3.6 設計意圖

動手實踐是氣象問題式教學的一個重要特征，學生運用無人機等先進的技術手段獲取地理信息進行問題探究，形成深度學習過程，有利于提升地理實踐力和創新思維。

4 總結與展望

創建問題情境實施氣象問題式教學，能夠大大地豐富高中地理課程資源，革新高中地理課堂教學方式，促進學生通過探究形成深度學習，提升學生的動手能力，從而形成創新思維，實現地理課程的育人價值。

氣象科普基地等氣象課程資源提供者過去更多地是進入校園送活動、送課，如今更多的機會將是迎接師生的研學。隨著研學旅行深入推進，氣象科普基地發展成為研學基地勢在必行。基于學校發展學生核心素養的需要，抓緊開發科普基地研學資源，讓學生通過研學活動開展氣象情境下的問題探究、實踐活動，是擺在氣象科學傳播工作者面前的一項緊迫任務。而作為地理老師，要充分認識“課程資源絕不僅限于教材，也絕不僅限于學校內部”，積極思考如何善用氣象科普基地的資源，依據地理新課程改革的方向和理念，探索培育學生學科核心素養的有效途徑。