具身場域下地理空間思維可視化教學探索*
——以“熱力環流”為例

俞 瓊

（上海市青浦高級中學，上海 201799）

地理學科是研究地理環境與人類活動關系的一門學科，空間是地理學研究的主體，地理空間思維能力的培養是地理教學中的難點之一。我們的身體時時刻刻都處于一定的真實空間中，但真實空間是復雜的、動態的、不可見的，對學生而言，是身處其中不自知的、身體體驗不顯性的、空間結構不明確的，是缺少了身體多感官體驗、感知、互動與合作的，學生很難獲得空間感知、進行空間表征和空間推理。在實際教學中，也有教師把地理空間思維能力簡單地等同于讀圖技能，認為地圖教學就是地理空間思維的教學，對培養學生地理空間思維缺少著力點、突破口與“腳手架”，地理空間教學是很多教師不敢觸碰但無法回避的“痛點”和難點。

具身認知理論主張身心合一，它強調認知來源于身體進行感知運動時的各種體驗，即身體和周圍環境在交互作用的體驗中產生認知。在地理實踐力的培養中，身體的感受狀態和感受情況決定了認知的形成和認知結構的建構，具身認知所主張的“建構”正是指身體與環境的嵌入耦合。學生通過感受系統與地理空間的連接，豐富對空間特征的理解，生成具身空間，提升空間感知，形成地理空間思維。因此，教師要將真實的不良情境進行結構化再造，通過要素篩選和空間優化，在真實空間和具身空間之間營造具身場域，對置身于場域中的學生主體產生影響。本文以高中地理必修一“熱力環流”為例，運用具身認知理論，探討具身場域下高中生地理空間思維能力培養的實踐路徑。

一、具身場域與地理空間思維能力

具身場域是基于具身認知理論而提出的概念。具身認知所主張的“建構”是指身體與環境的嵌入耦合，在身心融合過程中包含了心智嵌入大腦、大腦嵌入身體、身體嵌入環境的多種內嵌。這種在身體與環境融合過程中產生的多種內嵌性的、互動性的、綜合性的學習環境就構成了具身場域。

具身場域是以學習者為中心，身體感官系統融入環境中，通過目標、活動、資源的動態支持，構成具身學習環境（圖1），實現地理事象、空間屬性和空間思維可視化，幫助學習者感知空間知識、生成空間思維、建立思維模型，學以致用，發展地理空間思維。

據此，在“熱力環流”教學中，將空間可視化作為基本線索進行課堂教學設計（圖2）。通過模擬實驗、地理學具等創設動態地理事象可視化的條件，實現空間屬性、空間關系、空間動態運動過程及不同維度空間視角的可視化，突破“熱力環流”教學難點。

二、具身場域下的“熱力環流”教學實施

針對抽象的地理事象，通過營造合適的具身場域，使學生的不同器官感受不同的信息，讓學生在課堂上用眼觀察、動手實踐、動腦思考、開口表達，循序漸進地培養其直觀的、動態的、立體的、宏觀的地理空間思維能力。

1.提取空間屬性，實現空間定位可視化

在教學中，學生對氣壓的概念（氣壓是指某一高度單位面積上空氣柱的重量）一知半解，而“同一水平面高壓流向低壓，產生風”的概念更是晦澀難懂，基本概念的缺失對學生理解熱力環流帶來了很大障礙。究其原因在于大氣的不可見及概念原理的抽象性，因此，解構出地理事象的空間屬性，將氣壓、高壓流向低壓等概念形象化和可視化，有助于學生理解抽象空間概念。

“同一水平面上空氣由高壓流向低壓，產生風”這一原理內隱著空間方位、空間形態、空間過程等空間屬性。據此，設計了吸耳球演示實驗（圖3），營造具身場域，通過直觀感知幫助學生認識“風在哪里？”和“風是什么樣子的？”兩大基本問題。

①擠壓吸耳球，對準蠟燭燭焰后蠟燭熄滅：幫助學生直觀感知氣壓變化和大氣水平運動——風，并推測高壓和低壓的空間比較，建構“風是高壓流到低壓”的空間關系。

②抬高吸耳球，擠壓吸耳球后蠟燭未熄滅：幫助學生進一步進行空間定位，最后抽象概括出“同一水平面高壓流向低壓，產生風”的空間過程。

2.模擬動態空間事象，實現空間過程可視化

地理學科所研究的空間是動態變化的，但教材提供的空間示意圖往往是靜態的，學生難以形成時空觀念，難以在頭腦中正確把握地理現象的運動變化規律，難以將抽象的空間轉化為頭腦中的具體空間。

設計造風模擬實驗，借助簡易可得的材料和實驗方法可模擬自然界中動態的地理空間事象，利用其直觀性特征，實現地理現象動態過程和要素聯系的可視化，幫助學生明確地理要素的空間關系和空間動態過程，引導學生準確描述、分析、歸納空間動態過程及其規律（表1）。

表1 造風模擬實驗

上述造風模擬實驗利用了燭焰偏移和紙蛇轉動等現象，創設了水平方向和垂直方向大氣運動的可視化過程，學生通過空間感知、空間表征和空間推理的過程，在頭腦中形成熱力環流的形成過程。同時通過點燃蠟燭模擬近地面大氣受熱情況，引導學生進行過程分析并確認其關聯要素以及關聯要素與地理空間存在的關系，推導出風的形成過程和根本原因。通過造風模擬實驗幫助學生更立體直觀地認識“大氣怎樣運動？”和“大氣為什么運動？”兩大基本問題。

3.建構空間模型，實現空間結構可視化

空間思維模型是對地理事物概括的可視化表征手段，反映地理事象的空間要素、空間組合和空間結構等，反映地理事物及地理要素的結合和聯系。

在造風模擬實驗基礎上，通過填圖、繪圖活動，引導學生進行熱力環流的空間形態的再解析，通過多要素的疊合和聯系，建立起熱力環流規律的可視化表達方式，從而建構熱力環流空間模型（圖5）。

在該空間模型中，包含對空間概念屬性的重構整合，即①空間組合：水平和垂直方向；②空間要素：氣溫、氣壓、氣流；③空間結構：等壓面“高凸低凹”、近地面和高空氣壓相反等方面。該模型是對大氣運動成因與基本規律的抽象化表述，表達了近地面和高空的溫壓關系和氣壓關系，呈現了水平方向和垂直方向大氣的運動，并用點、線、面等形式，對多地理要素在空間上的狀態進行排列組合，將地理事象和規律結構化。

4.創設時空情境，實現空間轉換可視化

俞立中先生認為在所有基礎教育課程中，只有地理學講宏觀空間概念，關注空間格局、時空關系及其相關性。對空間格局的觀察力，是在觀察確定各事物的空間位置關系等學習過程中形成的一種學科能力品質。

在“熱力環流”實例中，教師創設了不同區域尺度因地面熱量變化引起的空間運動的視覺情境，幫助學生運用空間模型遷移應用，解釋地理現象。

從學生生活中的海陸風、山谷風、城市風等局地小氣候的生活觀察和描述開始，思維的空間視角尺度逐步拉大，從局地到海陸，再擴展至全球，引導學生以不斷放大的時空思維邏輯逐步完成解釋，即遵循“局地—海陸—全球”的時空思維邏輯（圖6）。用縱貫地方、區域乃至全球的自然視野來看待熱力環流規律和現象的整體性，體會地理學“區域”研究的獨特視角，形成空間推理，提升空間思維能力。

三、具身場域下的地理空間教學策略

1.解構空間思維，完成地理空間教學設計

依據空間認知層次即空間感知—空間表征—空間推理的逐級遞進，將地理空間知識解構出六大地理空間屬性（方位、距離、尺度、形態、作用、過程），使空間關系逐漸清晰化、系統化和結構化，逐步形成八大地理空間思維，即空間定位思維、空間轉換思維、空間解構思維、空間疊合思維、空間關聯思維、空間計算思維、空間建構思維和空間類比思維，促使地理空間認知不斷深化、升華，用以解決實際情境問題（圖7），使混雜于其他地理知識中的地理空間知識得以凸顯，便于采用相應的教學方法準確地進行匹配，從而完成地理空間教學設計，提高地理空間思維教學的針對性。

2.營造具身場域，實現地理事象可視化

具身場域的營造需借助真實空間場景或教學資源、實物、身體、技術等支持，如使用地理專用教室、自制學具、模擬實驗、情景劇、手勢、地理信息技術等工具構建空間場景。營造的具身場域需要符合以下特點：第一，要根據教學內容確定具身場域。第二，該環境或空間中的教具與所探討的地理現象相關。第三，有明確的活動設計解決相關地理問題。第四，活動設計有利于學生的體驗、多感官參與，感受地理事象的發生、發展等過程。第五，具身場域往往創造的是三維的、立體的，與真實環境接近的模擬場景。

3.多感官體驗策略，提升地理空間思維

多感官體驗策略多應用在比較陌生的地理現象或比較抽象的地理空間知識的學習中。身體各器官的活動與大腦的思維密切相關，通過感知獲得對地理空間關系、空間形態、空間運動等空間屬性的直觀認識，其實施步驟包括：第一，設計具身感知空間；第二，在具身活動中體驗感知；第三，建構生成空間思維模型；第四，新情境下實踐應用。以具身實驗為例，過程涉及教師教程和學生學程兩部分，各自包括相對應的四個環節，可按照創設具身情境—調用具身認知—建立思維模型—實踐應用檢驗的教學過程依次展開（圖8）。