高中地理深度學習的三階段

陸才穩 孫漢群

摘要：探究深度學習與基于問題式教學的高中地理核心素養培養之間的關聯，并以高中地理選擇性必修內容——時差教學為例，借助谷歌地球場景提供的多樣化情境支持，提出關注不同支持場景下的深度學習階段，即簡單場景下深度學習之初建階段、復雜場景下深度學習之改造階段和開放場景下深度學習之重組階段，給出高中地理核心素養培養建議。

關鍵詞：深度學習;高中地理;核心素養;問題式教學;場景

深度學習衍生于學習理論兩大流派中的認知主義，與有意義學習、圖式理論和建構主義理論等血脈相連[1]。近年來由于深度學習在機器學習領域尤其是智能計算方面得到飛速發展，又進一步刺激研究心理學和教育學的學者們更加關注深度學習在人類學習中的再研究。高中地理核心素養主要包括人地協調觀、綜合思維、區域認知和地理實踐力，是學生通過科學學習逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[2]，教師運用深度學習理論來指導學生學習有助于地理學科育人。

一、深度學習與場景支持的問題式教學

深度學習提倡主動性、批判性的有意義學習，要求學習者在真實社會情境和復雜技術環境中，通過深度加工知識信息、深度理解復雜概念，主動建構個人知識體系并有效遷移應用到真實情境中解決復雜問題，得以促進全面學習目標的達成和高階思維能力的發展[1]。

谷歌地球為高中地理深度學習提供有價值的支持場景。谷歌地球是地理信息技術的重要集成工具，恰當應用其提供的全球定位、遙感和圖層選擇查詢地理信息等功能，利于學生在不同尺度地球表面系統的不同“真實社會”場景間切換，有助于高中生地理核心素養的形成。谷歌地球場景給出直觀的、立體的、可調整尺寸和視角的帶有海量地理數據的幾何體，有助于高中生建立形與數的聯系，借助幾何直觀理解問題，運用空間想象認識事物[3]。

問題式教學以“問題發現”和“問題解決”為要旨，問題的確定應考慮與實際情境相關聯[2]。設計具備豐富思維含量的地理問題，利于促成學生建立與問題相關的知識結構，并達成由感性認識地理事物到理性領會地理規律再到科學解決真實社會問題。結合《普通高中地理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）要求，在相應場景開展問題式教學活動地理核心素養水平等級劃分，以“情境”向度和“深廣度”向度[4]為參照加以闡述。

二、基于核心素養培育的高中地理深度學習三階段

“新課標”將地球運動內容調整至選擇性必修模塊，是具備一定地理和數學基礎的高二選修地理學生學習內容，這對以問題引領學生在谷歌地球場景中開展深度學習、提升高中地理核心素養更加有效。針對高中生的認知規律及數學知識儲備，依據高中地理選擇性必修對時間概念的認識從淺至深的要求，借助谷歌地球提供的支持場景，將“現在幾點”這一核心問題的深度學習分為初建、改造和重組三個階段，并在不同階段給出問題鏈建議和對應的高中地理核心素養培養層級。

1.??? 簡單場景的深度學習知識初建

體現知識建構的深度學習，并不排斥有良性結構的簡單問題。相反，預備與激活先期知識能夠為其解決問題提供腳手架[1]。晝夜現象、晝夜交替和地方時是時差教學的基礎知識，從一個坐標點的地方時到該點所在的那一條經線的地方時，需要學生將認知視角從點狀地理事物轉變到規則的、理想化的線狀地理事物。應用谷歌地球的全球視角有助于學生在觀察中感受晝夜現象、晝夜交替的產生原因及差異，并借助白天的上下午劃分和黑夜的上下半夜劃分，明確0點和12點所在區域的集合特征，理解地方時與經線的關系。由經緯度坐標點到某一條經線，需要由點到線的直觀想象能力，助于學生理解地方時。

（1）???? 場景支持

時差換算對空間認知要求較高，若使用非春分日和非秋分日的光照圖，涉及極晝和極夜現象引起的極地附近部分地區以視太陽計時的困惑，故不宜將其他日期對應的晝夜不等長引入初次的課堂教學。再考慮選取日期盡量聯系學生身邊生活以及本課時的時區劃分教學內容，可選用距教學日期較近的二分日，如2019年3月21日0°經線地方時為0點對應的谷歌地球光照圖作為觀察對象。同時，選用南極上空觀察同一日的谷歌地球光照圖，便于從不同空間視角歸納晨昏線的運動特征。

①調整谷歌地球的視角，使0°經線位于面向觀測者一面的正中，太陽直射另一面正中。為便于學生觀察晝夜半球的差別以及便于推導出所視地球半球恰好是全部的夜半球，使太陽可見。

②保持日期和太陽直射經線不變，調整谷歌地球的視角，使南極點位于觀測者一面的正中。為便于學生觀察晨昏線，使經緯網不可見。

（2）???? 問題設計

地方時的正確理解離不開對晝夜現象和晝夜交替的基本認知。設問時借助谷歌地球提供的場景區分晝夜現象和晝夜更替，有助于學生理解晨昏線移動的方向及原因，理解地方時的產生及地方時差的換算。

①找出所有處于子時的地點。構成這些地點集合的名稱是大家熟悉的地理事物，它是什么？

②所見半球，處于上半夜的是什么經度范圍？處于下半夜的是什么經度范圍？

③0°經線和15°E經線誰早誰晚？早或者晚了多少？說說你的判斷理由。0°經線和15°W經線呢？

④地方時6點的90°E和地方時5點的75°E

誰更早？在生活中，6點和5點哪個時間早？

⑤說說晨昏線的移動方向及產生原因。

（3）???? 素養培養

基于谷歌地球的地方時問題式教學場景，對應四大地理核心素養的“情境”向度的等級是“簡單、熟悉的地理事象”“給定的簡單地理事象”。而“深廣度”向度的等級，從人地協調觀而言，是“人類活動要在一定的地理環境中開展”等要求;從綜合思維而言，是“能從兩個要素相互作用的角度進行分析”等要求;從區域認知而言，是“能夠認識和歸納區域特征”“能夠從區域的視角認識給定簡單地理事象”等要求;從地理實踐力而言，是“能夠進行細微觀察“”能夠在他人的幫助下使用工具”等要求。

2.??? 復雜場景的深度學習知識改造

僅僅擁有簡單的淺層知識不足以完全支持復雜問題的解決，還要引導學生積極地在具體情境的社會實踐中來建構意義并解決問題[1]。從地方時到區時，需要學生將認知視角從線狀地理事物轉變到規則的、理想化的面狀地理事物。應用谷歌地球的全球視角場景，引導學生用歸類的數學思想解決地理問題，有利于學生理解24個時區與地球形狀的關聯。由經線到時區，需要由線到面的直觀想象能力，有助于學生認識時區，理解區時。

（1）???? 場景支持

時區的劃分，須結合麥哲倫及同伴環球航行路線理解國際日期變更線引入的緣由，結合地球形狀理解時區的恰當個數、24個時區的分布，國際日期變更線的彎曲表現及原因。

①查找清晰、圖幅大小恰當的麥哲倫及同伴環球航行圖，利用圖像疊加功能將其疊加于谷歌地球。

②制作二十四時區分布圖，注意東西十二區的處理，將其疊加于谷歌地球，設置恰當的透明度，使0時區的中央經線與谷歌地球底圖的本初子午線重合。

（2）???? 問題設計

區時的正確理解離不開對時區和國際日期變更線引入必要性的了解，也離不開對時區和國際日期變更線分布的認識。借助谷歌地球提供和麥哲倫全球航行和二十四時區分布場景，有利于學生在場景中形成空間認知，增強時區換算的能力。

①麥哲倫船隊航行至出發點時，記錄的累積日期天數與出發地記錄的累積日期天數有什么差別？

②說出24個時區的分布。思考不同時區和東西12區的時間及日期換算情況。

③觀察180°經線經過的陸地。對照實際，國際日期變更線，交流其彎曲的必要性。

④思考全球最先進入新年（1月1日）的時區。

⑤當北京所在的東8區的區時是2019年3月21日8點時，紐約所在的西5區的區時是何時呢？探討并交流可以采用的換算方法并比較優劣。

（3）???? 素養培養

基于谷歌地球的區時問題式教學場景，對應四大地理核心素養的“情境”向度的等級是“給定的復雜的地理事象”，而“深廣度”向度的等級，從人地協調觀而言，是“認識地理環境對人類活動的影響”等;從綜合思維而言，是“綜合各要素系統分析其相互影響、相互制約的關系”等;從區域認知而言，是“從空間—區域尺度、區域特征、區域聯系等認識區域”等;從地理實踐力而言，是“能夠有自己的想法，有克服困難的勇氣和方法”等。

3.??? 開放場景的深度學習知識重組

促進知識向真實生活情境遷移，最終解決結構不良的真實開放的問題是深度學習的必然歸宿。從區時到法定時，需要學生將認知視角從規則的、理想化的面狀地理事物轉變到不規則的、生活化的面狀地理事物。應用谷歌地球的地區視角場景，引導學生用演繹的數學思想解決地理問題，有利于學生理解法定時與行政區等特殊區域的關聯。將朝鮮時間（不同于平壤所在時區時間）在谷歌地球上表達，有助于學生理解法定時與政治因素的密切關聯。由時區到行政區，需要由規則到不規則幾何圖形的直觀想象能力，助力學生理解法定時。

（1）???? 場景支持

法定時與行政區的關聯，適合借助谷歌地球提供的場景，讓學生體驗具體案例中不同國家或地區在特定區域、不同時期采用的時間標準。選擇典型的區域如中國、印度、尼泊爾、俄羅斯等所采用的計時為場景，引導學生關注法定時的多樣性以及影響因素的多元性。

①在谷歌地球上添加北京、烏魯木齊、莫斯科、新德里、加德滿都、平壤、首爾、東京等地標，注意調整地標的尺寸和顏色，保證可視性。

②調整谷歌地球視角，定位至中國長城站，顯示其位置（62°13′S，58°58′W）及站點景象。

（2）???? 問題設計

法定時的正確理解離不開對具體區域采用的當地時間的廣泛認識。要在問題設計中引導學生發現世界真實的區時應用與理論上的24時區的差異，并促成學生了解特殊時間標準變換的多元因素。學生能通過地標所在時區和實際所用時區的對比、俄羅斯高考時間的特殊調整、近年平壤時間計時標準的變更、美加澳的夏時制以及極地科考站采納區時等因地因時出現的多樣的、動態的區域計時方式，理解由于政治、經濟、文化和資源等多因素疊加對區域計時的影響。

①說出北京、新德里、加德滿都、莫斯科和平壤的位置及所在的時區。結合世界行政區地圖和世界時區分布示意圖，找出中國、印度、尼泊爾、俄羅斯和朝鮮的位置，說說其所采用的時區。

②俄羅斯全國高考采用統一命題，但其國土廣袤，國內采用多個時區計時。猜測俄羅斯教育部門采納的開考時間安排、相應理由以及可能帶來的麻煩。

③2015年8月15日，朝鮮迎接解放70周年，棄用東9區時間，改用東8.5區標準時間，并命名為“平壤時間”;2018年朝韓首腦會晤，金正恩看到現場掛著的分別指示平壤時間和首爾時間的兩個時鐘后，“很心痛”，朝鮮將從2018年5月5日起啟用修改后的平壤時間，以東9區標準時間為準。交流討論對朝鮮更改國內時區的看法。

④夏令時英文譯作Daylightsaving，2018年采用夏令時的部分國家中，美國和加拿大采用時段是3月11日-11月4日，而澳大利亞采用時段是2017年10月7日-2018年4月1日。交流討論這些國家采用夏令時的影響。

⑤觀察長城站的經緯度坐標，思考其所在的時區，并交流討論不同國家南極科考站適合共同使用的計時時區及原因。

（3）???? 素養培養

基于谷歌地球的法定時問題式教學場景，對應四大地理核心素養的“情境”向度的等級是“現實中的區域地理問題”。而“深廣度”向度的等級，從人地協調觀而言，是“理解區域中人口、資源、環境、發展之間的相互關系”等;從綜合思維而言，是“運用要素綜合、時空綜合、地方綜合的分析思路，對其進行系統性、地域性的解釋”等;從區域認知而言，是“運用認識區域的方法和工具進行分析，能夠較全面地評析某一區域決策的得失”等;從地理實踐力而言，是“能夠有自己的想法”“能夠提出有創造性的想法”等。

參考文獻：

[1]?? 張浩，吳秀娟.深度學習的內涵及認知理論基礎探析[J].中國電化教育，2012（10）.

[2]?? 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]?? 中華人民共和國教育部.普通高中數學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]?? 韋志榕，朱翔.普通高中地理課程標準（2017年版）解讀及其應用與推廣[M].北京：高等教育出版社，2018.

【責任編輯 王穎】