PBL與GIS深度融合創建高效地理課堂的探究*

鄢銀銀，孫 群，閆明智

（1.張家港市沙洲中學，江蘇 蘇州 215000；2.宜興市第二高級中學，江蘇 無錫 214000）

當前，信息科技正飛速發展，信息化浪潮席卷全球，顛覆著各個領域，教育領域也深受影響。從發展時期來看，我國教育信息化已從“1.0版本”邁向“2.0版本”，即從關注教育基礎建設、教育設備配套、教育技術應用到關注教學模式變革、教學技術創新、教學技術融合，這推動了整個教育生態的重構。對于地理學科而言，也應站在新時代的歷史方位，順應信息化浪潮，釋放信息技術活力，從學科底層邏輯出發探索信息技術支持下高效課堂創建的新模式與新樣態。

一、PBL與GIS深度融合的適切性與必要性

Problem-Based Learning簡稱為PBL，漢譯為問題式教學，源自1969年美國醫學中的神經學教育領域，是以建構主義學習理論、信息加工理論以及認知心理學為理論基礎建立起來的教學模式，在20世紀80年代引入中國［1］。PBL的具體概念在學術界沒有統一說法，但筆者的理解更傾向于：PBL是一種以學生為主體，以能引發學生深度思考的真實問題情境為前提，通過設置劣構問題鏈，以小組協作形式探尋問題解決方案，形成相應學科思維、學科素養、學科價值觀的新型教學模式［2］。

GIS即地理信息系統，是Geographical Information System的英文縮寫，20世紀50年代出現，60年代被正式提出［3］。主要通過對地理數據的采集、存儲、處理、分析、檢索解決相關地理問題，因其強大的信息處理能力，被廣泛應用于生產生活中的一百多個領域［4］。在教育領域，1992年Robert Tinker首次嘗試將GIS與基礎教育進行結合［5］。

PBL教學注重學生對真實情境問題的主動協作探究，強調真實情境的創設、劣構問題的設置、小組的協作探究。而GIS作為地理學科核心軟件，具有強渲染、可操作以及廣交互等特性，可將GIS對真實問題情境動態模擬性能融入PBL情境創設中；將GIS對地理數據的個性化編輯、處理、分析功能融入PBL劣構問題鏈梯級設置中；將GIS的互動、共享、反饋特質融入PBL活動探究中。由此可見，PBL與GIS有較強的適切性（圖1），將兩者深度融合形成新的教學模式，是構建高效地理課堂的有效途徑。另外，在全球疫情常態化與教育信息2.0的實施與推進過程中，各校基礎設施與教師信息化素質在不斷提升，將信息技術與新型教學模式深度融合以創建更高效的地理課堂將成為未來發展的必然趨勢。

圖1 PBL與GIS適切性分析

二、PBL與GIS深度融合構建高效地理課堂教學模式及案例設計

基于對PBL與GIS深度融合的適切性與必然性分析，筆者以“地貌的觀察”一課為例對此種新型教學模式進行探索（圖2）。課例以課程標準為起點，以“奧維互動地圖”為技術支撐，在課前準備環節對學情進行詳細分析、對探究小組進行科學配置、對研究區域進行量身選取、對教學目標進行分層預設，在課堂生成環節注重真實情境創設、關注劣構問題設置、體現小組協作探究，在課后拓展環節激勵學生創造性表達、鼓勵軟件平臺互動評價。

圖2 PBL與GIS深度融合教學模式

1.師生互建的課前準備

（1）課標解讀、學情分析、教學組織

“地貌觀察”一節是舊教材中未出現的內容，對應課標原文為：“通過野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，說明其景觀的主要特點”。課標行為動詞是“通過野外觀察或運用視頻、圖像”，故本節內容選用GIS相關軟件真實模擬野外環境開展地貌觀察活動，行為條件“識別”“描述”在布魯姆（Bloom）認知領域教育目標分類中屬領會層次，彰顯了地理實踐力培養的重要性。另外，蘇州市高中生在疫情網課期間，基本能操作計算機和各類學習軟件，具備一定信息技術能力，較為適應新的教學模式。教學組織方面，筆者根據男女均衡、強弱搭配、性格互補的原則搭建了組內合作、組外競爭的“圍坐式學習社區”。

（2）區域選定、軟件選擇、教學目標預設

本課例選擇學生家鄉的穹窿山作為虛擬野外地貌觀察地，結合學生關于“軟件使用意向”的問卷調查，最終選用“奧維互動地圖”作為操作軟件。穹窿山位于江蘇蘇州西郊吳中區西北部，是蘇州的最高峰，也是蘇州市唯一的自然保護區，地屬北亞熱帶南緣，山體呈北西走向。

“奧維互動地圖”是北京元生華網公司開發并發行于2015年的多功能地圖設計軟件。該軟件集成了多源影像數據，能在3D模式下輕松查看觀察區地形地貌，內置點、線、面工具能編輯處理軌跡剖面圖和等高線地形圖，強大的設計功能可制作路書與好友實時共享，擁有統一的數據庫格式實現蘋果手機、安卓手機、電腦等主流平臺上的完美互通。

基于以上綜合分析可將教學目標預設為：①能通過“奧維互動地圖”三維場景實時漫游功能從不同尺度辨別地貌類型（區域認知）；②能根據“奧維互動地圖”中的海拔、坡度、面積、3D景觀圖等信息描述穹窿山地貌特征（綜合思維）；③能使用“奧維互動地圖”獲取穹窿山高程信息制作等高線地形圖與地形剖面圖（地理實踐力）；④能綜合多源信息分析穹窿山周邊地形對其地理要素和人類活動的影響（人地協調觀）。

2.生生互動的課堂生成

生成是學生在教師預設的教學任務中，調動自身知識儲備積極主動地進行深度思考，進而與同學、教師間發生思維碰撞，衍生新問題的動態過程。PBL與GIS深度融合的課堂主張使用地理信息技術創設真實情境、設置梯級劣構問題、組織小組探究，另外，還鼓勵學生以同伴互助的方式操作軟件進行創造、表達、呈現，進而突破思維障礙、填充知識框架、達成學習目標。本課例的行為主體為學生，教師在整個生成性探究活動中充當搭建學習支架的角色。教學環節設計的主導思想是借助“奧維互動地圖”，在常規教室內完成一次虛擬地理野外考察，融入研學旅行思想意識，促進課堂生成。基于此，筆者將課堂主線環節呈現如表1所示。

表1 PBL與GIS深度融合實施案例

3.生生互助的課后拓展

學習生成的成果需進行一定鞏固拓展并予以創造性表達，因此，課后設置情境背景相似、素養水平相同的探究性小組作業尤為重要。在授課結尾處筆者設計了“興趣地虛擬野外地貌觀察”的課后實踐活動。要求以共同興趣地（天山、泰山、廬山、玉龍雪山等任選）為標準劃分小組，借助“奧維互動地圖”繪制虛擬考察軌跡后進行路線的合理規劃并寫一份盡可能詳細的研學旅行計劃書。完成任務后生生與師生間繼續使用“奧維互動地圖”的好友共享功能進行互動評價。

三、啟示與建議

1.注重情境創設的真實性

在PBL教學模式中，營造出一個與學生生活相關并能點燃其探究欲望的各種非預測性的、復雜性的真實問題情境是順利實施的前提［6］。這要求教師提供經過思考、挖掘、整合、創新的生活化情境，以驅動學生發揮主觀能動性完成學習的意義建構，進一步促使學生完成知識的內化遷移，直至解決現實情境中的真實問題。當前，學生的學習活動主要在教室，真實情境的創設存在較大難度，因此，技術類資源實現情境模擬達到近似真實的效果是激活學生思維、提高課堂效率的良策。而GIS軟件種類繁多，筆者通過整理比較后推薦5款高效、易學、易操作軟件，結合人教版新教材中涉及的重難點知識提出對應實施建議（表2）。此類軟件能渲染、模擬真實的地理環境，適用于現象類、原理類、成因類地理知識的講解，尤其是自然地理部分。

表2 強渲染性軟件融入情境創設

2.關注問題設置的劣構性

在PBL教學模式中，強調以問題為中心，該模式中的問題即劣構問題，具有結構不良、解決過程動態、解決途徑多樣、主觀能動性強等特點［7］。這要求教師在教學設計過程中應注重劣構問題的設置，一方面，問題的設置應符合學生個體習慣，滿足個性化教學；另一方面，問題的設置應具有一定挑戰性且在學生最近發展區內。除此之外，問題的設置應具有一定趣味性和開放性，促使學生組織已有經驗進行知識重構，進而形成師生與生生間的思維碰撞，激發深度思考達成問題解決，從而促進學生高階思維的發展［8］。而在現有的大班制教學中想要做到個性化教學很難，問題的設置往往目標明確，解決過程和途徑單一，學生主觀能動性很難得到發揮。基于此，本文將GIS融入PBL教學模式中可為學生提供多種圖源數據，學生對圖源數據的深加工是自由且具差異性的，在操作軟件處理地理數據過程中可進行自我解釋和內化從而構建個性化的劣構問題圖式，通過小組間交流與分享修正已有的圖式信息以達到對劣構問題的深層理解，從而獲得專屬的個性化圖式。筆者結合人教版新教材中涉及的重難點知識總結出相應軟件功能特性與軟件融入建議（表3），此類GIS軟件兼備操作性與共享性特點，適用于具有問題邏輯起點的地理大單元教學。

表3 可操作性軟件融入劣構問題設置

3.體現小組協作的探究性

在PBL教學模式中，小組協作是核心，協作過程應突出學生主體地位，讓每位學生在協作過程中不僅學習到學科知識，更能得到能力與素養的提升［9］。這要求教師在組織教學活動時應注重活動的探究性，支持小組間的積極互動、啟發學生有差異的思考、引導學生在元認知基礎上提問。然而，在傳統課堂環境下存在學習資源有限、學習方式單一、探究活動受時間空間限制、師生與生生間的交流協作缺乏等問題。因此，GIS對PBL的支持主要體現在資源、技術與管理等多個方面，可提供豐富資源增大信息在師生與生生間的傳遞密度，可激活課堂給予學生操作與展示自己的軟件平臺，可搭建教師—學生—知識間的隱性橋梁，從而在資源整合、協作互助與創新應用中完成學習任務。而具有上述廣交互性的GIS軟件應用建議，筆者已結合人教版新教材涉及的重難點知識整理如下（表4），此類軟件適用于對地理事物的分布規律、發展變化以及影響因素的探究，尤其是人文地理與區域地理部分。

表4 廣交互性軟件融入活動探究

四、結語

在教育部推動《教育信息化2.0行動計劃》的時代背景下，一線地理教師應抓住契機，進一步提高自身教育信息化水平，為創建技術支撐下的地理高效課堂做準備。另外，疫情常態化現狀下，學校大都配置了良好的網絡、智慧教室和電腦教室等，這為創新型高中地理課堂順利實施提供了可能性。本研究作為PBL與GIS深度融合的初步探究，旨在分享PBL與GIS深度融合創建高效地理課堂的方法、途徑與實施建議，還存在諸多不足。未來的研究可橫向擴大覆蓋面，增添更多教學案例，也可縱向使用弗蘭德斯互動分析系統等對教學效果進行過程性評價，或結合SOLO分類理論對學生思維結構進行表現性評價，以此探索更高效的地理課堂、構建新時代教育的新模式與新生態［10］。