計(jì)算機(jī)環(huán)境中虛擬地理實(shí)踐活動(dòng)的開發(fā)探索*
——以人教版“地貌的觀察”為例

蔡葉斌 華守汶

（1.江蘇省昆山中學(xué),江蘇 蘇州 215300;2.江蘇省昆山震川高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215300）

地理實(shí)踐活動(dòng)以其情境的劣構(gòu)性和過程的真實(shí)性成為培育學(xué)生地理學(xué)科素養(yǎng)的良好載體。在《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）注重實(shí)踐探索、辯證思維的理念下，實(shí)踐活動(dòng)優(yōu)勢突出，模型制作與演示、野外觀測與實(shí)驗(yàn)、社會(huì)調(diào)查與考察等活動(dòng)在各類地理教學(xué)中被廣泛運(yùn)用。[1]

將教學(xué)環(huán)境轉(zhuǎn)移至計(jì)算機(jī)教室開展虛擬地理實(shí)踐活動(dòng)有以下優(yōu)勢。一是實(shí)踐主體轉(zhuǎn)換。每位學(xué)生配備獨(dú)立計(jì)算機(jī)開展實(shí)踐，改變了由教師操作軟件開展實(shí)踐的形式。二是實(shí)踐環(huán)境易得。每所學(xué)校均配備有軟硬件設(shè)施，改變了考察類實(shí)踐活動(dòng)需走出校園的既往形式。三是實(shí)踐過程可量化。學(xué)生利用信息化工具獲取精確結(jié)論，改變了既往實(shí)踐注重觀察、描述的形式。

一、基于課程標(biāo)準(zhǔn)與教材深度開發(fā)實(shí)踐活動(dòng)

新課標(biāo)指出，地理實(shí)踐力指人們在考察、實(shí)驗(yàn)和調(diào)查等地理實(shí)踐活動(dòng)中所具備的意志品質(zhì)和行動(dòng)能力，是高中地理學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一。人教版教材在教學(xué)過程中注意情境的鋪設(shè)，在導(dǎo)入、活動(dòng)、自學(xué)窗等欄目中設(shè)有案例。這些情境與案例有利于培養(yǎng)學(xué)生的深度思維與辯證思維，也是開發(fā)實(shí)踐活動(dòng)的良好文本。

1.優(yōu)選實(shí)踐課程案例

計(jì)算機(jī)環(huán)境可以超越一般時(shí)空尺度進(jìn)行模擬、再現(xiàn)，也可以通過確立常量、改變自變量測定因變量來定量分析案例。在選擇案例時(shí)，教師應(yīng)選取具備實(shí)踐性的課例。以人教版必修《地理1》（以下簡稱“必修1”）為例，“宇宙中的地球”“植被”等都是實(shí)踐性較強(qiáng)的課例，能夠成為優(yōu)質(zhì)實(shí)踐課程開發(fā)的基礎(chǔ)（見表1）。

表1 人教版教材中虛擬實(shí)踐活動(dòng)案例舉例

例如，人教版必修1“地貌的觀察”，教科書以詹天佑設(shè)計(jì)“人”字型鐵路考察過程為案例，通過選取適宜角度觀察，感悟人類適應(yīng)自然環(huán)境的智慧以及觀察地貌視角的多元性，展示了地貌觀察的順序、內(nèi)容以及注意點(diǎn)。在該課例中，教師可以利用地圖遨游的方式，引導(dǎo)學(xué)生完成地貌觀察的實(shí)踐，這成為開展計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)踐活動(dòng)的良好情境。

2.厘清實(shí)踐情境主線

計(jì)算機(jī)環(huán)境下的地理實(shí)踐活動(dòng)可以按照虛擬空間與實(shí)踐形式進(jìn)行主線架構(gòu)。虛擬空間能突破空間限制，在更大尺度層面開展觀察考察活動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)主線時(shí)可按照一定順序，如“國家—地方”“宏觀—微觀”“整體—局部”，幫助學(xué)生從整體上構(gòu)建地理環(huán)境。虛擬時(shí)間亦可突破時(shí)間限制，在更廣時(shí)間尺度演示要素的變化，幫助學(xué)生厘清現(xiàn)象的演化，促成知識(shí)的深入掌握。

“地貌的觀察”課例中，學(xué)生可以借助多種計(jì)算機(jī)虛擬軟件對(duì)八達(dá)嶺地區(qū)進(jìn)行觀察與測定，感受詹天佑觀察地貌時(shí)的視角，形成“觀察—小結(jié)—修正—?dú)w納”的學(xué)習(xí)路徑。

雙線貫穿的形式使計(jì)算機(jī)環(huán)境下的地理實(shí)踐活動(dòng)更真、更實(shí)、更有條理。

3.設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)問題鏈

虛擬地理實(shí)踐活動(dòng)的開發(fā)面臨著大量劣構(gòu)情境與問題，對(duì)問題的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到學(xué)生深度思維的培養(yǎng)，因此在實(shí)踐活動(dòng)過程中教師應(yīng)精選問題并設(shè)計(jì)問題鏈。

筆者展示青龍山車站“人”字型鐵路周邊等高線示意圖（見圖1），并提出問題。（1）圖示區(qū)域內(nèi)最大的相對(duì)高度約為多少？（2）1至4段路程中哪段最陡峻，為什么？（3）AB段坡度較大，鐵路線如何降低坡度？試設(shè)計(jì)并說明理由。

圖1 青龍山車站周邊等高線示意圖

教師通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生利用等高線地形圖觀察地貌，掌握地理觀察基本方法與描述指標(biāo)，并進(jìn)一步代入詹天佑視角，得出“相對(duì)高度不變的情況下，可以通過延長路程降低整體坡度”的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)“人”字型鐵路設(shè)計(jì)的精妙。

二、突出計(jì)算機(jī)環(huán)境下開展實(shí)踐活動(dòng)的優(yōu)勢

1.實(shí)踐平臺(tái)的選擇

考慮到高中生的知識(shí)體系與層次，計(jì)算機(jī)環(huán)境中的地理實(shí)踐軟件選取不宜過于專業(yè)化，可選取通俗易懂、操作簡單的軟件。因此，筆者選取百度地圖、Bigemap等常用地圖軟件，助力課程任務(wù)的完成。同時(shí)，將實(shí)踐活動(dòng)場域設(shè)置于計(jì)算機(jī)教室環(huán)境，學(xué)生既能利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行獨(dú)立自主生成，又能在教室環(huán)境利用分組、討論等學(xué)習(xí)方式完成學(xué)習(xí)任務(wù)，深度融合學(xué)生個(gè)體活動(dòng)與班級(jí)授課環(huán)境。[2]

2.平臺(tái)功能的使用

在教學(xué)過程中，教師簡單介紹軟件功能并讓學(xué)生進(jìn)行定位操作，以此開啟“詹天佑京張鐵路線路考察”的情境，同時(shí)讓學(xué)生思考“如何描述該區(qū)域的地貌，并分析鐵路在何處進(jìn)入山區(qū)”（見圖2）。

虛擬實(shí)踐活動(dòng)能夠根據(jù)學(xué)生知識(shí)水平及課程要求，設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的實(shí)踐目標(biāo)。在“地貌的觀察”一節(jié)中，坡度的觀察與計(jì)算是重要的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生利用測距功能可以達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，真切感受坡度變化對(duì)人類活動(dòng)的影響。

例如，學(xué)生通過衛(wèi)星地圖進(jìn)行測距（約1700米），再利用海拔數(shù)據(jù)（圖1中A、B兩點(diǎn)）計(jì)算出青龍山車站段的坡度，具體過程如下。

相對(duì)高度=654米-554米=100米；坡度=1/17≈0.058823≈59‰；坡度角≈3.365°。

通過以上計(jì)算可得出，青龍山車站段已超越一般火車爬坡極限（坡度約25‰），必須降低坡度。

3.具身認(rèn)知的推動(dòng)

具身認(rèn)知理論認(rèn)為，認(rèn)知來源于身體、大腦、環(huán)境的互通，所以地理教學(xué)活動(dòng)的開展應(yīng)基于具體教學(xué)情境。利用虛擬實(shí)踐活動(dòng)的動(dòng)眼看、動(dòng)手做、動(dòng)腦算、動(dòng)嘴辯過程，讓學(xué)生身心并用，有效提升地理學(xué)科核心素養(yǎng)水平（見表2）。

表2 具身認(rèn)知理論下課程問題設(shè)計(jì)

三、明晰活動(dòng)開展過程中的注意事項(xiàng)與評(píng)價(jià)體系

雖然開展虛擬實(shí)踐活動(dòng)的場域是學(xué)生熟悉的教室，但學(xué)生仍應(yīng)明晰注意事項(xiàng)。同時(shí)，在教學(xué)活動(dòng)開展過程中，教師可嘗試增加過程性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力，提高對(duì)學(xué)生實(shí)踐意志品質(zhì)的關(guān)注度。

1.關(guān)注活動(dòng)開展的限制條件

計(jì)算機(jī)環(huán)境中的虛擬實(shí)踐活動(dòng)仿真性強(qiáng)，且可量化、可評(píng)價(jià)，但在實(shí)踐過程中，需要關(guān)注以下幾點(diǎn)。一是注意覆蓋性，如地圖實(shí)景軟件是否可以覆蓋整個(gè)考察線路，若無法覆蓋可采用多種實(shí)踐軟件結(jié)合的方式。二是注意視角選擇，前述案例往往采用高視角進(jìn)行宏觀觀測，缺乏基于地面的平視觀測，在設(shè)計(jì)過程中需要關(guān)注。三是注意操作性，部分學(xué)生地理信息素養(yǎng)相對(duì)較弱，需要進(jìn)一步優(yōu)化引導(dǎo)環(huán)節(jié)。

2.關(guān)注各類事項(xiàng)的提前告知

相較于傳統(tǒng)野外實(shí)踐活動(dòng)，虛擬實(shí)踐活動(dòng)提高了安全性。但在實(shí)踐活動(dòng)開始前，教師仍須告知學(xué)生各類注意事項(xiàng)，如小組分組與組長的確定、計(jì)算機(jī)與各類軟件的基本操作、緊急情況（如斷電、死機(jī)）下采取的措施等，以保障實(shí)踐活動(dòng)的順利開展。

3.關(guān)注評(píng)價(jià)體系的優(yōu)化實(shí)施

各類理論與實(shí)踐證明，在實(shí)踐活動(dòng)中進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)有利于學(xué)生綜合能力的提升、個(gè)性化的發(fā)展，是新課程理念下重要的教學(xué)思想。以本課為例，在教學(xué)過程中教師可以按照各環(huán)節(jié)嘗試過程性評(píng)價(jià)，完善評(píng)價(jià)體系，并通過自評(píng)、小組互評(píng)與教師評(píng)價(jià)獲取客觀可信的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)（見表3）。

表3 “地貌的觀察”過程性評(píng)價(jià)量表

目前，部分高校基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展了地理實(shí)習(xí)，取得了一定效果。在高中階段，亦可以通過計(jì)算機(jī)環(huán)境優(yōu)選實(shí)踐軟件，在時(shí)間、難度、過程可控的前提下開發(fā)地理實(shí)踐活動(dòng)，強(qiáng)化地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。