跨學科融合在地理教學中的應用*
——以高考地理試題為例

吳佑娟

(湛江市麻章區第一中學 廣東湛江 524000)

一、跨學科融合教學的時代意義

新高考政策下,學生選科打破了原有非理即文的學科組合方式,可以對學科進行自由組合,這在一定程度上加強了地理學科與物理、生物、化學、數學等關系密切的學科之間的關聯,同時也讓跨學科融合培養人才變得更加必要和可行。日常教學發現,用單學科知識解決單學科問題,對大多數學生而言是理所當然的思維方法,但用跨學科知識、思維解決單學科或多學科問題則是很多學生欠缺的思維能力。新高考評價體系背景下的高考地理試題側重核心素養立意,重點考查學生運用知識、思維、方法解決復雜真實情境和問題的綜合素養。作為高等教育選拔人才的主要途徑,高考所考查的學科核心素養主要是通過學生的答題思維反映出來。因此在教學中運用跨學科融合培養學生解答試題、解決問題的能力是很有必要的。

《義務教育地理課程標準(2022年版)》首次提出“跨學科主題學習”的要求,并指出“地理課程跨學科主題學習是……運用并整合其他課程的相關知識和方法,開展綜合學習的一種方式”,要求“用跨學科的思維與方法認識世界”。由此可見,跨學科融合教學是未來一定時期內的教育時代背景。相比義務教育階段注重在學生感知、形象思維的基礎上運用多學科相關知識與方法開展主題式綜合學習而言,高中階段則側重于融合科學、技術、工程、藝術、數學等多學科開展研學、實踐活動,即當前流行的“STEAM”教育理念,注重培養學生的綜合思維與地理實踐力。本文所指的跨學科融合是基于地理問題解決的需要,綜合運用高中階段各學科的知識、思維與方法對真實世界、復雜問題進行分析、綜合、評價與遷移應用等。跨學科融合在教學中的應用有利于培養學生的綜合思維素養。地理學角度的綜合思維是指人們運用綜合的觀點認識地理環境的思維方式和能力,是地理學科獨特的學科核心素養之一。高中階段學習備考任務重,多數學校開展跨學科研學實踐或實驗的條件不足,在課堂教學中運用多學科知識、思維與方法培養學生綜合思維能力是培養跨學科能力的重要途徑。基于此,筆者經過實踐,認為在地理試題講評時運用跨學科知識、思維與方法可以有效培養和提升學生的地理綜合思維與跨學科能力。

二、數學思維方法在地理試題中的融合應用

(一)運用數學關系式法分析比值或差值類陌生地理概念,培養學生要素綜合思維能力

示例1:相對濕度是空氣中實際水汽壓與同溫度條件下飽和水汽壓的比值,用百分數表示。圖1示意我國某大城市1975～2015年城區和郊區各月平均相對濕度。造成城區與郊區相對濕度差異的主要原因是城區較郊區( )

圖1 高考真題原圖

A.氣溫高 B.蒸發(騰)強

C.降水量大 D.綠地面積大

本題中的“相對濕度”是一個比值類概念。首先運用數學等量關系式法構建比值類數學關系式,即相對濕度=(實際水汽壓/飽和水汽壓)*100%。將實際水汽壓、飽和水汽壓與相對濕度三者的要素關系轉化為分子、分母與比值之間的數量關系。其次該設問為類比設問,需要運用類比思維對兩個不同地理事物進行比較,根據它們的一系列屬性(空間分布、特征、性質、組成要素等)異同推出其他結論(影響因素、產生條件、形成過程等)。根據圖中城區與郊區在不同時段相對濕度的結果類比,運用地理知識推出影響該結果的主要因素——城區與郊區的空間氣溫差異。結合物理知識可知,氣溫越高,則飽和水汽壓越高。運用數學的“分母越大,分子越小,比值越小”的數量關系原理,將以上信息綜合分析可知城區相對濕度(比值)小,主要是城區氣溫高于郊區,導致飽和水汽壓(分母)大,硬底化面積大導致實際水汽壓(分子)小。

在情境中出現多學科關聯的陌生概念或名詞是高考試題命題的創新性、綜合性表現之一,正確解讀陌生概念或名詞是解答此類試題設問的關鍵。對于類似“什么(地理概念)是某一數值與另一數值的比值、差值或距平”等數值類地理概念,在解題時可根據地理概念中要素的數量關系建立相應的數學等量關系式,如a=b/c或者a=b-c等,將要素關系轉化為數量關系,綜合運用與該陌生概念相關的跨學科知識,建立陌生概念與其他要素或地理事象之間的關聯,在始終保持等量平衡關系的基礎上綜合分析即可得出答案。數學等量關系式思維方法除用于上述數值類陌生地理概念情境類試題外,還可以廣泛用于人口統計分析、城市化水平變化分析、水量平衡關系應用、增長率與數量變化關系分析等。如2022年普通高考全國乙卷第1題(試題詳見2022年高考真題)分析人口的變化特點,需要根據材料信息建立①人口總量=中心城區人口數量+中心城區以外地區人口數量②中心城區人口比重=中心城區人口數量/總人口數量兩個等量關系式,進而根據表格數據分析得出結論。這類型題目具有要素關系復雜、數量動態變化、結果分析多維等特征。運用數學等量關系式、類比思維等思維方法能快速理清要素關系,順利化解解題障礙,在幫助學生高效解題的同時,培養學生運用跨學科思維方法構建要素關聯、綜合要素分析的思維能力。

(二)運用數形結合法提升學生空間感知與分析能力,培養時空綜合思維能力

示例2:2021年10月16日,神舟十三號載人飛船在酒泉衛星發射中心成功發射,將我國3名航天員順利送入距離地表約400 km的中國空間站。2022年4月16日,航天員安全返回地球。駐留期間,酒泉衛星發射中心發射塔與廣州市區廣州塔兩地每天正午太陽高度的差值( )

A．先變大后變小 B．先變小后變大

C．持續不斷變大 D．始終保持不變

此題考查正午太陽高度角的年變化幅度,涉及時間變化、數值變化、空間類比等復雜關系。解題時可運用數學中的數形結合法,首先畫出太陽直射點移動軌跡示意圖,標出航天員駐留期間太陽直射點的移動軌跡及廣州與酒泉的緯度相對位置關系圖(如圖2),并以冬至日為例,將酒泉、廣州兩地冬至日的正午太陽高度角標示出來。

圖2 廣州、酒泉正午太陽高度差值圖解

借助圖2,運用正午太陽高度角的時空變化規律與計算方法的知識可以將設問“兩地每天正午太陽高度的差值”這一數值轉化為直觀的圖形,即圖中的(b-a)部分,實際就是分析廣州與酒泉兩地之間的緯度之差,而兩地之間的緯度之差是不會隨時間變化的,由此本題順利解答。

數形結合法是將試題中的數量(或要素)關系轉化成圖形的思維方法。它能將抽象思維轉化為形象思維,能使復雜的地理問題得以簡化?！皵怠笨捎脕砻枋龅乩硪?“形”能反應地理空間、時間的變化或相互關系,數形結合能更直觀地表示地理要素與時間、空間的變化的相互關系或要素之間的關系。運用數形結合法實施地理教學能有效培養學生的要素綜合與時空綜合思維能力。尤其對于地球運動、大氣運動、地理環境的整體性與差異性等時空綜合性強、學習難度較大的內容,運用數形結合法可有效降低學習難度,提高學生的空間感知能力。如利用線段或圓弧表示晝長與夜長,既能引導學生從時間和空間的角度理解晝長與夜長的時空概念,又能從時間長短、空間范圍角度順利推導出晝長、夜長的計算公式。此外,地形剖面圖、等值線圖、坐標統計圖等都是典型的數形結合在地理學科中的體現。

不同類型圖表可反應要素與要素、要素與時間、要素與空間、時間與空間等多個要素與時空的相互關系,運用數形結合法教學有利于提高學生圖文轉換的能力,培養學生解讀和獲取地理信息的必備關鍵能力。對數形結合類圖表的解讀往往需要運用多學科的知識與思維方法對地理要素與時空進行比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括,運用數形結合法能有效培養學生的要素綜合與時空綜合思維能力。

三、跨學科知識在地理試題中的融合應用

運用跨學科知識理解跨學科名詞或概念,可以培養學生區域綜合思維能力。

示例3:溶解氧是指溶解在水體中的分子態氧,其含量變化與水溫、鹽度、有機物質分解和生物活動等相關。自上世紀50年代以來,長江口外海域水體溶解氧低值區的面積和強度不斷增加,夏季尤其顯著,對海洋生態環境產生了許多現實和潛在影響。分析長江口外海域水體溶解氧低值區在夏季強度顯著增加的原因。

試題中的“溶解氧”是一個跨地理、化學、生物、物理等多學科的名詞。解答時需關注材料中的概念描述并借助其他學科的知識理解溶解氧與水溫、鹽度、有機物質分解及生物活動的關系。運用生物、化學、物理、地理等學科知識可獲取以下信息:水中的氧氣主要來源于大氣壓力作用下氧氣向水中的滲透溶解,以及水生生物光合作用釋放出的氧氣;氣體的溶解度隨溫度升高而減小,故溫度越高時,水中溶解氧越少;水生植物多,光合作用強會增加溶解氧;生物活動頻繁時呼吸作用強,有機質分解快,則會加快溶解氧的消耗;表層水體鹽度低,密度小,與深層水體垂直交換少,使得深層水體含氧量減少。綜合以上信息構建要素關聯,再針對“長江口外海域”這一特定區域在“夏季”這一特定時段的水溫、鹽度、生物活動等要素特征進行綜合分析即可。

地理學科的綜合性特征使得地理試題中更容易出現跨學科知識。核心素養背景下的新高考評價體系提高了對高考創新性、綜合性的要求,也使得跨學科陌生名詞或概念在高考試題中出現的頻率呈現上升趨勢。對跨學科陌生名詞或概念可按照以下思維路徑分析:找出概念的定性描述——是什么(關聯相關學科知識);從概念描述中找出其在哪里(區域認知),其產生、形成或分布、變化等與哪些要素相關(建立要素、時空關聯);其有何作用、意義或影響(因果關聯)等。之后再結合試題中的具體區域、時間等信息進行區域綜合分析,解答試題。例如2022年普通高考全國甲卷第44題中的“多氯聯苯”。材料沒有說明多氯聯苯是什么,只說明“曾被廣泛使用,美國某湖存在多氯聯苯污染,要求分析魚類體內多氯聯苯的來源并列出應采集的樣品種類及采樣點的位置”(題目詳見2022年高考真題)。解題時需要運用化學知識了解多氯聯苯的化學成分是什么,從而幫助理解它可能會在生產生活的哪些方面使用?運用生物和地理知識分析多氯聯苯在自然界中的循環過程以幫助理解它可能會在哪些地方殘留或帶來什么危害,進而輔助解答此題。地理試題中的陌生名詞或概念的出現能體現地理試題的創新性、綜合性,也加大了考生審讀情境材料的心理難度。靈活運用跨學科知識準確理解陌生名詞或概念能提高學生解讀或獲取地理信息的效率,培養學生的區域綜合思維能力。

四、地理跨學科融合教學建議

(一)提升教師的跨學科融合教學意識與跨學科能力素養

跨學科融合教學既是一種教學方法,也是一種教學理念。隨著跨學科主題學習被寫入義務教育課程標準,跨學科融合教學將會受到更加廣泛的重視。教師要逐步提高跨學科融合教學的意識,重視引導學生養成運用跨學科知識、思維與方法分析和解決地理問題的意識與習慣。而教師自身的跨學科能力也影響教師的跨學科融合教學效果?？鐚W科教學既需要教師具備多學科的本體性知識,又需要教師具備整合跨學科資源、實施跨學科教學的能力,對多數教師而言這是一個全新的挑戰。教師要自覺通過各種途徑提升自身的跨學科能力與素養。

(二)跳出學科局限,強化學科關聯與融合

地理是典型的多學科交叉的綜合性學科,與其他學科存在大量共通的跨學科知識。如地理學科中的植被、土壤、生態環境保護等內容與生物學科的種群與群落、生態系統及其穩定性等內容存在眾多交叉知識。除生物學科外,地理與物理、化學、數學、政治、歷史等學科都存在較多跨學科共通知識,教師在教學時應充分挖掘教材中的跨學科內容,跳出學科局限,以跨學科的視角挖掘學科關聯,構建跨學科融合教學方案,培養學生跨學科意識與思維。

(三)跨學科融合要與核心素養的培養有效結合

跨學科融合教學的最終目標是助力學生核心素養的培養。在教學中首先要明確教學所需達成的核心素養目標是否需要借助其他學科的知識,不能只是為了增加課堂趣味串聯其他學科知識或思維方法。應通過思考達成核心素養目標的教學路徑來確定如何構建跨學科融合的整體教學框架。

(四)跨學科知識、思維與方法的選擇與融合要適度

由于不同學科對跨學科共通知識與思維方法研究的側重點不同,在專業術語的表述上也存在較大區別。這也是學生在學習時不能很好地運用跨學科共通知識輔助解決地理問題的原因之一?？紤]到高中學生的認知水平與思維能力等,高考試題中的跨學科知識都是以基礎的跨學科共通知識或者學科常識性知識為主,常被學生的單學科思維忽略。因此基礎教育階段的跨學科融合應側重于引導學生形成運用跨學科的思維方法分析和解決問題的意識與習慣,在學習與實踐中培養跨學科綜合思維能力。因此跨學科融合教學中,教師應選擇合適的內容,注意融合應用的角度與深度等,切忌在教學中,過度宣講其他學科高深的知識與方法。