高中地理大概念與VR技術融合教學研究

代正嬌 李亦秋

摘 要：新一輪課程改革對核心素養的培養提出了新要求，大概念和信息技術成為落實核心素養培養的重要渠道，但大概念的學習具有一定抽象性，利用VR技術創設仿真情境能夠彌補學生空間知覺能力不足的短板。本文以“喀斯特地貌”為例，用學科大概念統攝課程內容，以VR仿真情境作為活動載體，遵循“情境—問題—探究—遷移”學習路徑，探討大概念和VR技術有機融合的可行性，促進地理核心素養培養的落實。

關鍵詞：大概念;VR技術;喀斯特地貌

中圖分類號：G633.55? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1005-5207（2022）08-0046-05

教育信息化時代的到來，促使信息技術成為教育教學實踐的重要工具。《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）強調借助大數據、人工智能、“互聯網+”等信息技術促進地理學習的拓展和深入[1]。虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是利用計算機的可視化功能將現實世界虛擬化的新型信息技術[2]，采用VR技術中的可視化功能生成仿真地理環境，實現交互式觀察和分析，是未來教育發展的必然趨勢。

大概念是一種抽象概括，具有隱晦性特征，可在真實情境中結合具體知識線索解決具體問題并理解其本質。但在實際教學中受限于時空環境，并非所有教學過程都有提供真實情境的機會，針對此情況，迫切需要創造代替真實情境的仿真地理環境。鑒于VR技術在還原和模擬真實環境方面的優勢，本文以“喀斯特地貌”為例，設置“情境—問題—探究—遷移”的學習路徑，探討大概念與VR技術的有機融合。

一、VR技術與大概念教學融合分析

1.VR技術模式

目前VR技術在地理教學中的應用主要有兩種模式：一種是通過對無人機拍攝的360°全景影像進行建模，制作成虛擬教學場景，根據教學需求，利用軟件完成教學場景的專業定制（圖1），本文主要采用該模式;另一種是利用手機直接拍攝VR影像。

2.VR技術和大概念教學的融合模式

大概念教學以情境作為載體，在教學過程中需要聯系實際創設“大情境”，而地理學研究的綜合性和地域性給地理大概念教學的情境創設帶來一定難度。VR技術可以生成便捷且仿真的地理情境，例如，呈現大尺度地理環境、呈現無法親身體驗的災害過程、呈現長時間和瞬時地理過程[3]，幫助學生在外部環境的交互、沉浸和直觀感知下系統建構知識，既有利于學生對教學內容形成“長時記憶”，又能吸引學生進行深度探究。本文嘗試以VR技術所呈現的情境為活動載體，用大概念統攝課程內容，在VR情境中滲透對大概念的理解，落實地理核心素養的培養目標（圖2）。

二、基于大概念引領的教學背景分析

1.教材分析

“喀斯特地貌”一課以喀斯特地貌的概念為起點，通過“地表喀斯特地貌的演變過程”具體介紹喀斯特地貌的次級地貌類型，最后通過設置活動讓學生認識喀斯特地貌與人類活動的關系。從教材分析中可以確定“地貌”的概念。基于大概念理論，大概念可以概念的形式出現，但只有當概念具有體系化的思想、觀點或看法時，才能稱之為大概念。對于“地貌”概念，以事實層面的知識“廣西、貴州、云南等地喀斯特地貌最為典型”為基礎尋其原因，主要是由于貴州等地降水較多且分布有廣泛的可溶性巖石，據此可提煉出“喀斯特地貌是降水和巖石等綜合作用下的結果，且仍然處在變化之中”，上升為統整性概念——“地貌是地理要素綜合作用的結果，且仍然處在變化之中”。同時，由于地表環境與人類活動息息相關，在一定程度上一個地區的地貌形態會影響當地的生產和生活，這涉及地理核心素養——人地協調觀。人地協調觀從宏觀角度強調人與自然和諧發展的重要性和途徑，具有統攝性大、解釋力強的特點，也可以將其看作本節課的大概念（圖3）。

大概念的確定有助于形成教學內容結構化，確定哪些內容值得教、哪些內容需要學生理解。在“喀斯特地貌”的學習中，最重要的不是學習喀斯特地貌及相關次級地貌類型的具體概念，而是讓學生真正了解喀斯特地貌的形成過程以及喀斯特地貌如何影響人類生產生活，形成“地貌是地理要素綜合作用的結果，且仍處于變化之中”和“一個地區的地貌會影響當地的生產和生活”的概念。遵循此邏輯，建立教學內容的整體結構（圖4）。

2.學習目標確定

在大概念教學中，學習目標的設立要立足于學生的深度學習，并有助于學生形成遷移思維，通過目標的完成度判斷學生大概念的建構程度。根據課標要求、學生已有知識和主題內容，確定具有操作性、遷移性的學習目標。“喀斯特地貌”課標的要求是“通過野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，描述其景觀的主要特點”[1]。首先解釋概念，地貌是指固體地球表面形態特征。其次，通過對大概念的表征和描述，圍繞教學內容特點，確定本節課學生需要掌握的必備知識和關鍵能力。最后，結合生活實際形成具有現實意義的學習目標體系，主要分為遷移應用、理解意義和掌握知識三個層面[4]（表1）。

3.評價活動設計

評價活動是大概念教學中的重要環節，與傳統教學不同，大概念教學理論中評價活動要先行，可以從表現性任務與數據考核兩方面對評價指標進行設計[5]。表現性評價通常用情境設問，以真實的實踐任務反映學生的學習結果;數據考核通常采用隨堂測驗、開放式問答、課后作業等方式了解學生的學習情況。結合大概念理論，以“喀斯特地貌”為例設計如下評價指標（表2）。

大概念教學不僅注重學生互評，更注重自評。為更好地呈現大概念教學成果，將地理核心素養的培養目標轉換為自我評價量表（表3），在課前呈現給學生，讓學生在教學前、中、后期都可以利用自我評價量表進行自評。

三、大概念與VR技術融合教學實踐路徑

新課標明確提出進一步精選學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實[1]。為此，本文確定了大概念與VR技術融合的“情境—問題—探究—遷移”學習路徑，將知識和原理遷移到VR仿真情境中，在開放性的仿真情境中整合具有邏輯性的問題，引導學生在問題的探究中促進“喀斯特地貌”大概念的建構和地理技能的提升，并重視培養學生在地理新情境中的遷移應用。

1.VR場景呈現

大概念具有抽象性，利用VR技術強大的仿真功能再現真實地理情境，能夠彌補學生空間知覺能力的不足。新課標提出情境要具有真實性、開放性和復雜性，通過運用VR技術進行場景復原、情境再現，將貴州經典的喀斯特地貌景觀以三維虛擬的方式展示（圖5），通過拖動鼠標切換視角，讓學生在多角度感受喀斯特地貌的過程中提升對地理事象動態過程的觀察和預測能力，以喀斯特地貌為切口剖析多種地理要素對其演變過程的作用及生產生活的影響。

2.確定地理問題

大概念是隱藏在瑣碎知識背后的原理性知識，可通過問題鏈的進階挖掘大概念背后的本質。圍繞本節課的核心任務，提出核心問題“如何提高貴州喀斯特地貌區經濟的可持續發展？”，以喀斯特地區的可持續發展為主線，秉持“在哪里？是什么？為什么？怎么了？怎么做？”的認知規律，將核心問題分解成喀斯特地貌的分布、類型、形成過程以及目前存在的問題和合理利用等（圖6），幫助學生在頭腦中逐步搭建貴州喀斯特地貌區經濟可持續發展的思維框架，在認識喀斯特—分析喀斯特—助力喀斯特的過程中，加深學生對喀斯特地貌的區域認知，強化學生對喀斯特地貌空間差異的觀察、概括和歸納能力，提升對該地貌空間動態過程演變的推理預測能力，以此塑造綜合地理思維。同時，貴州喀斯特地貌區經濟的可持續發展歸根結底取決于人們是否能正確認識人地關系，可在探究經濟的可持續發展中幫助學生形成對人地關系的理性認識。

3.引導探究活動

針對本節課的具體問題，利用VR技術設置相應的情境，教師提供VR全景圖、模型圖讓學生通過自主體驗建構對知識的理解，在VR情境中由淺入深地完成學習任務，在活動探究中建構喀斯特地貌的大概念體系（表4）。

以上探究活動是在VR技術提供的虛擬仿真情境中交互產生的，可以消除自然環境、經濟成本以及疫情的限制，既是實現大概念教學的有效途徑，又是培養學生地理核心素養的有力延伸。探究活動緊扣地理現象、地理過程和地理聯系，采用問題解決的方式激發學生的探究興趣。在前兩個活動“欣賞”和“分析”喀斯特地貌中，借助VR全景圖、模型圖等素材，從全國范圍內建構喀斯特地貌背景，實現對喀斯特地貌由面到線、由線到點的分析，幫助學生從直觀感受上升到理性分析。在第三個活動“利用”喀斯特地貌中，以“圖文”為依托，了解貴州省地表全貌，對貴州省已開發的喀斯特地貌資源進行評價，同時以游戲化的方式促進學生正確對待喀斯特地貌與人類的關系，鼓勵學生為喀斯特地貌區經濟的可持續發展提出合理建議，實現以“題”（主題化）學“知”，以“知”促“生”（生活化）的目的。

4.實現遷移應用

大概念的建立需要經過“具體—抽象—具體”的循環過程[4]。“地貌是地理要素綜合作用的結果，且仍然處在變化之中”與“一個地區的地貌形態會影響當地的生產和生活”等概念需要一定數量的具體案例支撐，支撐情境越多，遷移性則越強。為此，通過VR技術創設“黃河流域——黃土高原的前世今生”情境，以黃土高原的昨日、今日和明日為線索，利用VR+ Google earth呈現黃河上中下游的景觀，再現昨日黃土高原的虛擬仿真情境，使生成于具體情境的大概念再次回到具體情境中，從而幫助學生在多樣化的情境中不斷深入地理解地理知識，真正實現教學的能力指向和素養導向。

四、總結反思

當前，學科大概念已經成為課程改革的重要關注點。以大概念為導向的VR課程為教師提供了全新的教學思路和可操作模式，使學生的學習從封閉的課堂走向開闊的仿真情境，打破了課堂教學的局限性，增強了地理課程的開放性，凸顯出在真實情境中探究問題的特點。VR技術作為輔助工具，大概念用于強化思維，引導學生圍繞大概念，在VR仿真情境的探究過程中實現“虛實結合、相互補充”的教學，落實地理核心素養的培養。但大概念與VR技術的融合是個緩慢的探索過程，教師需要轉變思維定式，提升運用VR技術，促進VR課程達到理想的效果。

參考文獻：

[1] 韋志榕，朱翔.普通高中地理課程標準（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[2] Kinsland G L， Borst C W. Visualization and interpretation of geologic data in 3D virtual reality[J]. Interpretation， 2015， 3（3）： SX13-SX20.

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[4] 劉筱清.基于大概念教學的單元目標設計與教學實施——以“自然環境的整體性與差異性”為例[J].地理教育，2022（2）：12-15.

[5] 邵朝友，韓文杰，張雨強.試論以大觀念為中心的單元設計——基于兩種單元設計思路的考察[J].全球教育展望，2019，48（6）：74-83.