培養科學論證能力的地理概念進階教學

李洪霞

摘 要：教學中將學習進階理論與科學論證進行整合，有助于概念生成和思維訓練。文章基于已有研究構建了地理概念進階路徑和科學論證進階框架，并以“大氣的受熱過程”概念教學為例，將二者進行有機整合，旨在為科學論證融入概念教學提供理論依據和實踐案例。

關鍵詞：學習進階;概念教學;科學論證;有機整合

在地理教學中如何讓學生科學、準確、系統地掌握地理概念是概念教學中的重要環節[1]。基于學習進階理論的概念教學注重由簡單到復雜、由淺入深的逐步生成概念過程，有利于訓練學生分析、歸納和綜合的能力。科學論證是一種重要的科學思維方式，如何將科學論證有機融入概念教學是地理教學實踐中迫切需要研究和解決的問題。本文以“大氣的受熱過程”的概念教學為例，培養學生的科學論證能力，旨在為科學論證融入概念教學提供理論依據和實踐案例。

一、基于學習進階理論構建概念進階路徑

1.學習進階理論

學習進階是學生在各學段學習同一主題概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列[2]。學習進階的組成要素包括進階起點（開始理解某個概念之前掌握的知識的描述）、進階目標（最終期望獲得的知識或技能）、進階維度（聯系更多的概念及相關主題，從不同方面達成對整個知識的掌握）、進階水平（對知識形成的過程所要經歷的適當的、前進的理解步驟）。可見，學習進階理論能根據學生情況、學習內容，以及學習目標來反映需要學習的概念和要達到的思維水平。

2.概念進階路徑構建

要提高概念教學的針對性，就應該在概念教學過程中對學生概念理解水平進行精準診斷，并依據診斷結果及時調整課堂教學內容。而概念進階有助于對概念理解水平進行精準診斷，從而提高地理概念教學的有效性。

筆者在學習郭玉英教授提出的基于認知復雜度的學習進階理論框架后[3]，構建了高中地理概念學習進階路徑（圖1）。

二、基于地理學科學論證的概念進階架構

1.地理學科學論證的進階框架構建

學生面對未知的地理學問題，基于事實和推理提出自己的觀點后，在已有的知識儲備基礎上，基于證據進行科學的、實質性的推理，是解決地理學問題的必備素養，再利用反駁、論證等方式向他人主張自己觀點的合理性和科學性，是其科學思維水平的重要體現。

科學論證結構包括觀點、推理、事實證據、理論依據和反駁。筆者根據高中地理的學習特點，結合地理概念進階框架，構建了地理學科學論證的進階框架（圖2）。

2.概念構建與科學論證的整合

基于學習進階理論和整合發展理念，以地理學概念構建進階路徑和科學論證進階框架為基礎，對概念構建與科學論證進行有效整合。教學實踐中以地理學概念構建進階路徑為主線，在概念構建的關鍵點上引導學生提出恰當的觀點，并組織學生依據科學論證進階框架開展論證活動，促進學生概念構建與科學論證能力的協同發展，有利于學生邏輯推理能力和批判性思維的培養。

三、實施概念進階教學，提升學生科學論證能力

1.構建“大氣的受熱過程”概念進階路徑

“大氣的受熱過程”為人教版高中地理必修1第2章第1節第1個概念，有承上啟下的作用。大氣的受熱過程是一個復雜的能量傳遞過程，而教材呈現的資源很少，且缺乏與實際生活相聯系的具體情境，以至于機械地“教教材”很難有真正意義上的概念構建，不利于核心素養的培養。因此，筆者基于學習進階理論，注重概念的生成，對教材內容進行重新整合，從實際生活中具體的事實和經驗出發，構建了“大氣的受熱過程”概念進階路徑（圖3），學生對這樣的教學設計更感興趣也更容易理解，同時，將“用教材教”落到實處，也有利于概念的構建理念和地理學核心素養的落實。

2.基于概念進階教學，提升學生科學論證能力

（1）事實經驗與映射。教學時，首先組織學生交流生活中的事實經驗：白天較暖和，夜晚較涼爽;夏季較暖和，冬季較寒冷;太陽光照強的地方較暖和，太陽光照弱的地方較涼爽……然后教師展示本地區一天內的氣溫變化資料，引導學生繪制氣溫日變化曲線圖，并說出某地氣溫的日變化規律。最后歸納總結出氣溫日變化與太陽輻射之間的關系：太陽輻射強時一般氣溫較高，太陽輻射弱時一般氣溫低。

（2）關聯。此時引導學生思考：生活中太陽輻射強時為什么一般氣溫較高？空氣被加熱的能量來自哪里？從而推出太陽輻射能是地球大氣和地表最重要的能量來源。太陽是直接加熱空氣嗎？近地面大氣主要、直接的熱源是太陽還是地面？通過教師給出的學習資源，包括輻射的概念和定律，太陽輻射、地面輻射、大氣輻射的含義以及太陽輻射波長范圍圖，大氣組成成分及各成分對太陽輻射、地面輻射的具體作用，設計層層遞進的問題串，引導學生得出：由于太陽輻射為短波輻射，地面輻射為長波輻射，而近地面大氣主要吸收長波輻射。教師引導學生大膽提出假設：地面是近地面大氣主要而直接的熱源。為培養學生的科學論證能力，教師要求學生依據地理學科學論證的進階框架分組進行論證。

觀點：地面是近地面大氣主要且直接的熱源。

事實依據：山體海拔越高，離太陽越近，但氣溫越低。

理論依據：太陽輻射為短波輻射，地面輻射為長波輻射，而近地面大氣主要吸收長波輻射。

推理過程：為什么地面是近地面大氣主要且直接的熱源？學生依據學習資源，圍繞以下問題串開展自主學習：①什么是輻射？輻射的重要規律是什么？描述太陽輻射、地面輻射、大氣輻射的含義，并指出它們的波長長短有何不同，為什么？②太陽輻射通過哪些環節被削弱了？這些削弱作用是否具有選擇性？參與作用的大氣成分有哪些？這與地球表面白天溫度不太高有關嗎？③大氣對太陽輻射最強的可見光有吸收作用嗎？大氣中的哪些成分對地面長波輻射強吸收？④大氣輻射的大部分熱量去哪了？對地面有什么意義？與地球表面夜間溫度不太低有關嗎？再組織學生小組合作探究，并構建“大氣的受熱過程”推理過程圖解，如圖4所示。學生通過自主學習和合作探究相結合，基于證據進行了科學的、實質性的推理，整個過程環環相扣，訓練了學生的理性思維，利于培養學生的核心素養。

反駁：太陽輻射不是近地面大氣主要且直接的熱源，而且大氣受熱過程中地表先增溫，近地面大氣后增溫。

（3）概念。教師引導學生總結歸納出“大氣的受熱過程”，并用規范的地理學語言進行闡述：太陽輻射能在傳播過程中部分被大氣吸收或反射，大部分到達地面，并被地面反射和吸收。地面吸收太陽輻射而升溫，同時又以長波輻射的形式把熱量傳遞給近地面大氣。近地面大氣吸收地面輻射后增溫，大氣逆輻射將熱量返還給地面起到保溫作用。

（4）整合。通過學習，學生對太陽輻射、地面輻射、大氣逆輻射等重要概念之間的聯系有了一定認識，再通過小組合作探究構建概念系（圖5），進一步補充完善“大氣的受熱過程”這一概念，同時讓學生思考：如果地面性質不同（如海洋、陸地等），冷熱不均對大氣有影響嗎？從而引出即將學習的熱力環流等概念。經過“整合”，可以清晰地看到具體概念在概念體系中的地位，理清概念構建的邏輯線索，明確構建概念的影響因素，根據學生課堂中的具體表現及時調整教學內容。因此，基于學習進階的教學內容整合能為教師進行教學設計與教學實踐提供理論依據，以理性認知作為教學實踐的基礎，可以較大程度提升課堂教學設計的科學化水平。

教學實踐中，教師首先理清地理學概念或地理學規律的學習進階路徑，然后梳理出要研究的核心問題，再圍繞核心問題提出論證觀點，最后引導學生依據科學論證框架進行科學論證。論證中的反駁要素不僅能培養學生的科學思維品質，還能培養學生的質疑精神，幫助學生深入理解核心問題，構建核心概念。這樣的深度學習有助于培養學生的科學論證能力、質疑創新等思維品質和關鍵能力。

參考文獻：

[1] 陳實，張志平.地理概念教學的再認識[J].地理教育，2009（03）：63-64.

[2] 劉晟，劉恩山. 學習進階：關注學生認知發展和生活經驗[J]. 教育學報，2012，8（02）：81-87.

[3] 弭樂，郭玉英. 概念學習進階與科學論證整合的教學設計研究[J]. 課程·教材·教法，2018，38（05）：90-98.