時空耦合思想融入高中地理過程類問題探究的教學策略*
——以“東北黑土脆弱區的綜合治理”為例

張艷梅

（福建省廈門集美中學, 福建 廈門 361021）

地理事象主要是指從地理學視角所觀察到的地理事物和現象，是時間要素與空間要素共同作用的產物。不同的空間要素對地理事象的作用強度不同，使地理事象形成的速度不同。某種地理空間要素的異變，也可能產生不同的地理事象。空間要素對地理事象影響的時間長短不同，產生的累積效應不同，累積的量超過一定的閾值時，地理過程發生變化，進而產生多樣化的地理事象。在核心素養背景下，高中地理教學應該重視對“地理過程”的剖析，引導學生探究地理事象的發生、發展和演變過程，從而促進學生對于地理過程類問題的深度認知能力的提升。時空耦合思想融入高中地理過程類問題探究的思維路徑如圖1所示。

圖1 時空耦合思想融入地理過程類問題探究的思維路徑

生態脆弱區的形成是在區域內空間要素的相互作用下，由于生態系統結構不穩定，自我修復能力差，而遭受生態退化的潛在威脅的結果。不合理的人類活動改變了某個空間要素的強度或作用過程，使整個空間要素系統穩定性變差，產生了生態環境問題。在時間要素的累積作用下，生態環境問題不斷加劇，進而演變成為生態脆弱區。對生態脆弱區的治理伴隨著人地關系的改變及經濟技術水平的不斷改進，進而正面影響生態脆弱區的綜合治理過程。

我國東北地區是世界上重要的黑土分布區，也是我國重要的商品糧基地。經過長時間的開墾，東北地區黑土退化嚴重，成為黑土脆弱區，給生態環境及經濟社會帶來了嚴重的問題。本文以“東北黑土脆弱區的綜合治理”為例，從黑土的形成、退化及綜合治理過程進行深度剖析，探究在高中地理教學中培養學生對地理過程類問題的深度認知能力的方法。

一、基于時空要素耦合視角，多要素綜合說明東北黑土形成過程

時間和空間要素是影響地理事象形成、發展與演變的主要因素。空間要素關注的是區域內的自然環境要素與人文環境要素及其相互影響。時空耦合思想從時間累積視角分析空間要素對地理事象的形成與發展的影響，從時間序列角度分析地理事象形成與發展的演變過程，關注時間要素的特殊節點。

1.基于空間要素，多要素綜合說明影響黑土形成的機制

空間要素是空間中的自然與社會經濟要素。在分析地理事象的形成過程中，首先需要羅列出具體的空間因素，進而分析這些因素對地理事象的形成、發展與演變過程的影響。

情境：黑土地是世界上最肥沃的土壤，有“一兩土二兩油”的比喻，在我國主要分布在黑龍江省、吉林省、遼寧省和內蒙古自治區。

問題：結合土壤形成的主要因素，從收支平衡的角度說明影響黑土形成的主要因素。

基于空間要素分析東北地區黑土的形成，主要從黑土的堆積與侵蝕作用入手，結合收支平衡理論，可知黑土的形成是因為其堆積作用大于侵蝕作用，進而分析自然要素及人為要素對黑土堆積與侵蝕作用的影響。

2.時空要素耦合，結構化呈現東北黑土形成過程

空間因素影響地理事象的發展方向與速度，時間要素對地理事象的形成與發展形成累積效應，當累積的量超過一定閾值，可能會使地理事象發生變化，進而形成新的地理事象。從空間要素來看，早期人類活動對黑土形成過程的影響作用較小，黑土的形成主要受制于自然地理要素的系統作用，在長時間的累積作用下，黑土的厚度不斷加深，改變著土壤肥力，形成了深厚而肥沃的黑土地。

情境：黑土形成過程緩慢，在自然條件下形成1厘米厚的黑土層需要200～400年。

問題：東北地區黑土形成速度較慢，從時間要素說明東北地區形成深厚黑土地的主要原因。

從時間序列來看，早期人類對自然環境的改造作用相對較弱。東北地區緯度相對較高，氣候寒冷且低溫期較長，故人類活動對東北地區的干預作用相對較弱，使東北地區的黑土堆積作用大于侵蝕作用。在長時間的累積作用下，東北地區的黑土層厚度不斷加深，逐漸形成了深厚的黑土層。東北地區黑土地形成過程的結構化思維如圖2所示。

圖2 東北地區黑土形成過程的結構化思維

黑土是東北地區的氣候、地形、成土母質及生物等自然要素及人類活動對黑土堆積作用與侵蝕作用的影響及黑土腐殖質化或礦物質化的過程綜合作用的結果。在空間要素的影響下，東北地區的黑土堆積作用大于侵蝕作用，但東北地區由于氣溫低，成土過程緩慢，黑土承受著雨水濺蝕、風力侵蝕、流水侵蝕、凍融侵蝕等作用，因此黑土的成土速度較慢，平均每形成1厘米厚的黑土層大概需要200～400年。

3.區域背景分析，說明東北黑土退化潛在風險

地理事象是隨著時間推移而不斷發生變化的。從自然要素角度分析，東北地區的黑土處于不斷的累積過程之中。但是，目前東北地區出現了嚴重的生態環境問題。

情境：東北黑土區地形特點為坡緩、坡長較長。黑土土質疏松、抗侵蝕能力弱。近年來，東北黑土地退化嚴重，東北黑土區表層土壤每年流失3～10毫米，平均土層厚度已由20世紀50年代的60～70厘米下降至目前的20～30厘米。[1]

問題：結合東北地區的自然背景，說明其對黑土退化的潛在影響。

黑土土質疏松，抗侵蝕能力較弱。東北地區以溫帶季風氣候為主，冬春季多大風，表層黑土面臨著風力侵蝕的威脅。春季凍土層尚未融化，大量的季節性積雪融水不易下滲，形成坡面徑流；夏季降水較多且較為集中，雨水濺蝕對表層黑土的侵蝕作用明顯，降水強度較強且持續時長較長時，可能形成大面積的坡面徑流。故東北地區的黑土承受著風力侵蝕、流水侵蝕、凍融侵蝕等作用，存在著嚴重的退化風險。東北地區黑土存在潛在退化風險的結構化思維如圖3所示。

圖3 東北地區黑土存在潛在退化風險的結構化思維

二、系統性思想探尋主導變量，剖析東北黑土脆弱區演變過程

地理環境中的要素是相互關聯的，某個要素的變化可能會導致其他要素變化，進而導致生態系統結構發生改變。東北黑土區經歷了“具有退化的潛在威脅，到逐步退化產生生態環境問題，再到成為生態脆弱區”的過程。探究誘發這個過程產生的主導變量，可為東北黑土脆弱區的綜合治理提供方向。

1.結合真實生產情境，厘清東北黑土地“變瘦”“變薄”過程

教學中真實情境的引入可以引導學生用地理的視角觀察地理現象，關注地理事象的變化，進而用所學的地理知識解釋地理現象，促進地理學科與生產生活實際的深度融合。

情境：自20世紀50年代以來，我國不斷地開發、利用東北黑土地。東北地區的農民多采取順坡壟作的耕種方式。順坡壟作，又叫順坡種植，是指壟的方向和坡向平行的種植方式，

問題：說明東北地區采取順坡壟作對黑土“變瘦”“變薄”的不利影響。

東北地區發展農業的同時，一方面改變了地表植被狀況，將自然植被更替為人工植被，減少了植被對土壤的補充，改變了黑土的供養平衡狀況，使有機質由累積大于消耗轉變為累積小于消耗。東北地區以溫帶季風氣候為主，夏季降水充足。為了便于排水以及農作物的通風和采光，東北地區的農民采用了順坡壟作的耕種方式。但順坡壟作的壟溝在雨季利于排水的同時，也增加了坡面徑流的匯集，增加了坡面徑流對黑土表層的侵蝕，使東北黑土不斷“變瘦”“變薄”。

情境：東北地區的傳統耕作方式以淺耕為主（耕作深度在20厘米以內），通過犁鏵或旋耕翻松土壤，以達到疏松耕層土壤目的，但也因此形成了堅硬的犁底層。

問題：結合東北地區的傳統耕作特點，說明其對加劇黑土“變瘦”“變薄”的不利影響。

經過長期的耕作，東北地區的自然土壤不斷熟化，形成人工土壤。自然土壤中的有機質層及剖面結構發生改變，逐漸形成了緊實的犁底層及疏松的耕作層。犁底層的形成改變了其與耕作層之間水分與養分的遷移過程，不利于地表水體的下滲，使雨季或融雪季節坡面徑流對表層土壤的侵蝕增強；耕作層的土壤不斷被翻松，進一步降低土壤的抗侵蝕能力，加劇表層土壤被侵蝕的程度，加劇了黑土“變瘦”“變薄”的程度。

2.創設良好結構情境，查明東北黑土地“變硬”過程

結構良好情境是指能用學生所學知識解釋的問題情境。東北地區的黑土不斷退化，呈現出變“薄”、變“瘦”與變“硬”的狀況，引導學生從變“薄”、變“瘦”與變“硬”之間關聯的視角去查明東北地區黑土地的退化過程。

情境：為了補充土壤肥力，東北地區的化肥施加量不斷增多，使東北地區黑土地不斷板結，黑土地“變硬”狀況愈發嚴重。

問題：說明東北地區化肥增加對黑土地“變硬”的不利影響。

因為東北地區黑土不斷“變瘦”“變薄”，黑土地的生產力逐漸下降。為了保證黑土地農作物產量的穩定，東北地區的農民需要不斷增施化肥。化肥的過量使用使黑土地資源遭到污染，同時使土壤產生板結現象，土壤不斷“變硬”，污染及板結的土壤使微生物生存環境變差，微生物數量減少。東北地區形成黑土脆弱區的結構化思維如圖4所示。

圖4 東北地區形成黑土脆弱區的結構化思維

3.創設不良結構情境，摸透東北黑土地“傷痕累累”過程

教學過程中創設復雜程度不同的結構不良問題情境，使得問題與真實情境相關聯，從而促進學生運用地理思維解決現實中的問題，培養學生創新素質和地理實踐能力。[2]東北地區地形以平原為主，坡度較小，流水侵蝕程度理應較輕，教學中創設了東北地區侵蝕溝形成的不良結構情境，引導學生思考真實情境下的地理問題。

情境：東北黑土區地形特點如圖5所示，為緩坡、坡長較長。東北黑土分布區形成了數萬條侵蝕溝，且呈加劇發展的態勢。

圖5 東北地區地形特點示意圖

問題：假設A、B、C三地降水強度與時長相同，坡度相同，比較A、B、C三地地表徑流的差異。說明東北黑土區的坡型（凹坡或凸坡）與坡長對侵蝕溝形成的影響。

東北地區地形以緩坡為主，坡度較小，但坡長較長。在降水強度較大及降水時長較長的時期，坡長越長，坡面徑流的匯集量越大，坡面徑流的侵蝕作用越強。東北地區緩坡長，且黑土較為疏松，抗侵蝕能力較弱，使沖溝不斷發育，進而形成侵蝕溝。坡型也是影響土壤侵蝕的一個重要因素，在凹形坡，坡面徑流的流速加快，匯集量增多，加劇成為侵蝕溝的可能。侵蝕溝的數量不斷增多，使耕地數量減少，農業發展機械化難度加大，人們將不太適宜開墾的土地作為耕地資源，又進一步加劇了東北黑土脆弱區形成的可能。

從系統的角度分析，伴隨著東北黑土脆弱區的脆弱程度不斷加深，范圍不斷擴大，東北地區旱災及洪澇災害的頻次不斷增多，空氣質量及水資源質量不斷下降，給當地及周邊地區的生態環境造成了極大的威脅，同時威脅著我國的糧食安全。東北黑土脆弱區發展過程的結構化思維如圖6所示。

圖6 東北黑土脆弱區發展過程的結構化思維

三、追求人地和諧發展，探討東北黑土脆弱區綜合治理過程

人地和諧發展是自然環境與社會經濟環境發展的最終目標。在生態文明建設的今天，東北地區不斷改進耕作方式，填埋侵蝕溝，制訂相應法規，對東北黑土脆弱區進行綜合治理，以使其永續利用，實現人地和諧發展。

1.優化耕作方式，調整黑土地供養失衡過程

為了改善黑土地退化的狀況，東北地區不斷優化耕作方式，從“順坡壟作”到“橫坡壟作”，從“淺耕”到“深耕”或“少（免）耕種”，推行“秸稈還田”，使表層土壤的侵蝕狀況不斷減輕，改善黑土地供養失衡狀況。[3]

情境：橫坡壟作是壟的方向和坡向相互垂直，大致沿坡面等高線起壟種植的一種種植方式。

問題：說明與順坡壟作相比，東北地區采取橫坡壟作對減輕黑土表層侵蝕的積極影響。

隨著農業生產技術的改進，東北地區的農民改進了耕作方式，改順坡壟作為橫坡壟作。與順坡壟作相比，橫坡壟作改變了坡面徑流的方向，增加了坡面徑流的下滲，一定程度上減少了坡面徑流的流量。但是遇到某些年份，降水的強度較大，降水的時長較長，橫向的壟溝匯集水量過大有可能會沖垮壟坎，使更大量的坡面徑流匯集，可能會更大程度上加大坡面徑流侵蝕，使表層土壤侵蝕更加嚴重，甚至可能會形成侵蝕溝，黑土地資源的質量進一步下降。

情境：近年來，東北地區改變了“淺耕+秸稈直接覆蓋還田”耕作方式，采用了“深耕（耕作深度在20厘米以上）+秸稈留茬還田”或“少（免）播種，秸稈還田”等技術，既提高作物產量，又促進了黑土資源的永續利用。

問題：與“淺耕+秸稈直接覆蓋還田”技術相比，說明“深耕+秸稈留茬還田”技術對黑土資源永續利用的積極影響。

隨著對生態環境問題重視程度的不斷提高，東北地區農業生產技術不斷改進，與“淺耕”相比，“深耕”可以增加犁底層的深度，利于雨季時地表水的下滲，減輕坡面徑流對表層土壤的侵蝕，同時利于作物從底層土壤中獲取水分，增強作物的防旱抗澇能力。“秸稈留茬還田”與“秸稈直接覆蓋還田”均可以補充土壤中虧損的養分并減輕土壤侵蝕狀況，但前者對東北地區春季地溫的回升影響相對較小，對東北地區農作物播種期影響較小，更有利于恢復東北黑土地的生產力。

2.制定相應法規，縮短黑土地綜合治理進程

為了切實保護黑土地，縮短黑土地的綜合治理進程，我國制定了相應的法律法規。

情境：近年來，我國出臺了關于東北黑土地保護的相關法律法規，從黑土地保護、利用和修復等角度對東北黑土脆弱區進行綜合治理。

問題：說明法律法規對加快東北黑土脆弱區綜合治理的積極影響。

相關法律與法規的制訂與落實，使資金、技術真正落實到黑土地資源恢復與保護過程中，懲治盜賣黑土資源的不法分子，確保黑土地資源的綜合治理真正落到實處，加快東北黑土脆弱區的生態修復，利于縮短黑土地的綜合治理進程。東北黑土脆弱區綜合治理過程的結

構化思維如圖7所示。

圖7 東北黑土脆弱區綜合治理過程的結構化思維

東北黑土地經歷了“黑土資源的累積大于侵蝕的過程”“人類不合理的利用導致的生態脆弱區的形成與發展過程”及“生態脆弱區的綜合治理過程”，不同的地理過程是空間要素與時間要素相互作用的產物，用時空耦合視角看待地理事象的發生、發展與演變，分析其主導變量及衍生變量，進而分析其對地理過程的影響，不斷提升時空耦合視角下對地理過程性問題的深度認知能力。

四、應用時空耦合思想，探討生態脆弱區形成與演變過程

高中地理教學中遷移應用已有知識或原理，用于解決其他類似或相關情境的地理問題，可以使教學提質增效。將“黑土脆弱區”的分析方法遷移應用到其他類型或地區的生態脆弱區，如黃土高原的水土流失、喀斯特地區的石漠化及西北干旱半干旱地區的沙漠化、華北地區的鹽堿化等，引導學生認識從“具備生態脆弱區的潛在可能”到“生態脆弱區的形成與發展”再到“生態脆弱區綜合治理”的過程，使學生對區域內的空間要素的系統性及時間要素的累積變化與突變進行疊加分析，層層遞進，在已有的認知的基礎上進行意義建構，不斷完善對生態環境問題的深度認識。時空耦合視角下生態脆弱區形成、發展與綜合治理過程的結構化思維如圖8所示。

圖8 時空耦合視角下生態脆弱區形成、發展與綜合治理過程的結構化思維

總之，基于時空耦合思維對地理過程類問題的深入探討不僅適用于各類生態脆弱區的綜合治理問題的分析，而且可以將其拓展應用于大氣的受熱過程、水循環過程、地表形態改變過程、湖水鹽度變化過程與巖石圈的物質循環過程等，使學生通過對相關問題系統的動態性分析，不斷提高學生對地理學科問題的深度認知，并將其應用于解決現實中的地理問題，不斷提高地理學科的育人價值。