基于科學(xué)教育視角的高考地理試題解讀與教學(xué)啟示

摘 要：本文從科學(xué)教育的視角對(duì)2024年高考全國甲卷文科綜合第44題進(jìn)行解讀和分析，試題情境設(shè)置與試題的思考、分析和解決過程體現(xiàn)了科學(xué)素養(yǎng)，彰顯了科學(xué)教育在地理教學(xué)和問題解決過程中的重要性，有利于促進(jìn)學(xué)生地理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。由此，本研究得出如下地理教學(xué)啟示：發(fā)揮地理教學(xué)中科學(xué)教育的作用；注重地理教學(xué)中科學(xué)思維的培養(yǎng)；踐行以探究實(shí)踐為主的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教育；高考地理；試題解讀；教學(xué)啟示

中圖分類號(hào)：G633.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5207（2025）01-0036-04

科學(xué)教育是實(shí)現(xiàn)科教強(qiáng)國的重要途徑，是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的先導(dǎo)性工作，是實(shí)現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)［1］。地理學(xué)科作為科學(xué)課程的重要組成部分，一方面理應(yīng)扛起科學(xué)教育的大旗，另一方面應(yīng)通過科學(xué)教育的理念和方法深化學(xué)生對(duì)地理知識(shí)、原理、規(guī)律的學(xué)習(xí)和理解，促使學(xué)生更好地去發(fā)現(xiàn)、探究地理現(xiàn)象和規(guī)律。2024年全國高考甲卷文科綜合第44題是一道融入科學(xué)教育思想、方法的地理試題，對(duì)高中地理教學(xué)滲透科學(xué)教育起著重要的導(dǎo)向作用。

一、原題呈現(xiàn)

試題出處為2024 年高考文科綜合全國甲卷第 44 題，具體如下。

［選修 6：環(huán)境保護(hù)］我國西北某地年降水量300毫米左右。某研究小組在“以水定綠”思想指導(dǎo)下，探索通過條帶狀種植灌木和草本植物防風(fēng)阻沙的合理方式。表1對(duì)比了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)中常用灌木與草本植物的特征。

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索當(dāng)?shù)厮Y源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式。（10分）

二、科學(xué)教育視角下的高考地理試題解讀

1.科學(xué)教育的本質(zhì)內(nèi)涵

科學(xué)教育是通過以自然科學(xué)為主要內(nèi)容的課程對(duì)學(xué)生群體和社會(huì)公民進(jìn)行的教育教學(xué)活動(dòng)，既包括對(duì)科學(xué)及科學(xué)知識(shí)的理解和科學(xué)思維方法，也包括運(yùn)用科學(xué)知識(shí)方法解決實(shí)際問題的能力、科學(xué)態(tài)度、情感和價(jià)值觀，它主要通過科學(xué)綜合課程和物理、化學(xué)、生物、地理等分科課程實(shí)現(xiàn)?？茖W(xué)教育就是要通過科學(xué)學(xué)習(xí)和體驗(yàn)完整的科學(xué)實(shí)踐過程培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家、工程師一樣認(rèn)識(shí)自然、理解世界，并掌握科學(xué)的思維方法和實(shí)踐方式解決問題，運(yùn)用科學(xué)的概念、原理和規(guī)律詮釋世界?？茖W(xué)教育以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為最終目的，鄭永和教授認(rèn)為科學(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)內(nèi)容、探究實(shí)踐、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面內(nèi)容［2］?？茖W(xué)內(nèi)容是指科學(xué)概念、規(guī)律、原理等方面的知識(shí)及理解；探究實(shí)踐倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)、工程實(shí)踐的過程；科學(xué)思維是利用分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、模型構(gòu)建、科學(xué)推理與論證等科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)、探究自然本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律的方式；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，是在理解科學(xué)技術(shù)與自然、社會(huì)的關(guān)系基礎(chǔ)上，形成的探索自然的內(nèi)驅(qū)力和孜孜不倦、嚴(yán)謹(jǐn)求是的科學(xué)態(tài)度，敢于質(zhì)疑批判和善于反思創(chuàng)造的創(chuàng)新精神，恪守倫理道德規(guī)范和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感。

2.試題解讀

本題以“山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理”生態(tài)戰(zhàn)略思想和我國生態(tài)脆弱地區(qū)的“以水定綠”生態(tài)治理理念為背景；以“探索我國西北某地防風(fēng)阻沙的合理方式”為情境材料；以“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索最佳阻沙效果的灌草種植方式”為情境任務(wù)，考查植被的功能、生態(tài)環(huán)境的整治等地理必備知識(shí)，考查學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知、綜合思維、人地協(xié)調(diào)觀和地理實(shí)踐力等地理核心素養(yǎng)。在知識(shí)內(nèi)容上體現(xiàn)了基礎(chǔ)性和綜合性；在問題設(shè)置上體現(xiàn)了開放性；在問題解決方面體現(xiàn)了應(yīng)用性；在考查形式上體現(xiàn)了創(chuàng)新性。情境的設(shè)置和試題的思考、分析和解決過程體現(xiàn)了科學(xué)探究實(shí)踐的思維方法，彰顯了科學(xué)教育在地理學(xué)科中的重要性，通過“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)思維和方法抓手實(shí)現(xiàn)從解題到解決問題的轉(zhuǎn)變（表2）。

3.試題分析

本題任務(wù)為“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索當(dāng)?shù)厮Y源約束下最佳阻沙效果的灌草種植方式”，應(yīng)全面呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的基本要素，包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材、實(shí)驗(yàn)（環(huán)境）條件及注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)操作步驟、數(shù)據(jù)處理與分析（表3）。

本題也旨在引導(dǎo)學(xué)生突破“灌木比草防風(fēng)阻沙的效果好”的經(jīng)驗(yàn)和思維定勢(shì)，以及“植被綠化就會(huì)產(chǎn)生正向生態(tài)效應(yīng)”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，辯證看待綠化的生態(tài)效應(yīng)，用科學(xué)的態(tài)度和思維方法認(rèn)識(shí)“不當(dāng)綠化可能會(huì)造成生態(tài)功能次生退化的風(fēng)險(xiǎn)”以及“充分遵循自然生態(tài)水文規(guī)律和植被—水文—風(fēng)沙關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)綠化，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量治理和治理的可持續(xù)性”的生態(tài)環(huán)境觀和治理觀，提高學(xué)生在特定條件下探尋地理規(guī)律和解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。

三、教學(xué)啟示

1.發(fā)揮地理教學(xué)中科學(xué)教育的作用

自然地理規(guī)律與原理本身是科學(xué)知識(shí)的重要組成部分，其發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證、應(yīng)用過程是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用的重要組成部分。自然地理和物理、化學(xué)、生物等科學(xué)課程在思維方法和理性邏輯上具有相通性，在科學(xué)大概念（如“物質(zhì)與能量”）上也是相通的，在一些知識(shí)內(nèi)容上也相互關(guān)聯(lián)，因此，科學(xué)教育可為地理學(xué)習(xí)、探究提供知識(shí)支撐、思維方式和方法論基礎(chǔ)。在地理教學(xué)過程中將地理問題精心設(shè)計(jì)成科學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生重演科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程或模擬科學(xué)探究的完整過程，像科學(xué)家一樣去觀察和思考世界，提出假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—操作實(shí)驗(yàn)—檢驗(yàn)假設(shè)—得出結(jié)論。在“簡(jiǎn)約化”的發(fā)現(xiàn)、探究過程中，促使學(xué)生在觀察比較、測(cè)量分析、實(shí)驗(yàn)推理、科學(xué)論證等方面的能力增強(qiáng)，有效促進(jìn)學(xué)生地理思維力和問題解決能力的發(fā)展?？茖W(xué)本身重視理性思維、探究實(shí)踐和質(zhì)疑創(chuàng)新，科學(xué)思維有利于促進(jìn)區(qū)域認(rèn)知和綜合思維等地理思維方式的發(fā)展；科學(xué)探究與實(shí)踐能增強(qiáng)地理實(shí)踐力；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任則能更深刻地筑牢人地協(xié)調(diào)觀等價(jià)值觀念?？梢?，科學(xué)教育有利于促進(jìn)學(xué)生地理核心素養(yǎng)的形成。

本題通過“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索當(dāng)?shù)厮Y源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式”情境任務(wù)設(shè)置，使學(xué)生在充分認(rèn)識(shí)區(qū)域特定環(huán)境條件下和植被性狀特征及其功能等生物跨學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上，像科學(xué)家一樣通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理論證植被（種植方式）、水文（水資源）、土壤和大氣（風(fēng)沙）等地理要素之間的微妙約束關(guān)系。從探尋最佳阻沙效果的灌草種植方式的科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生能充分認(rèn)識(shí)人類通過科學(xué)技術(shù)尋找解決人類所面臨問題的新方法的途徑以及在科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用背景下人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生的正向干預(yù)和影響，區(qū)域認(rèn)知、（要素）綜合思維和人地協(xié)調(diào)觀等地理思維在地理實(shí)踐的基礎(chǔ)上有機(jī)融合，促成學(xué)生地理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.注重地理教學(xué)中科學(xué)思維的培養(yǎng)

科學(xué)思維是科學(xué)素養(yǎng)的核心要素，也是培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。常見的科學(xué)思維包括比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、控制變量與主變量法、元認(rèn)知和自我調(diào)控、科學(xué)推理和論證、科學(xué)建模等。比較是根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)確定探究對(duì)象共同點(diǎn)和差異點(diǎn)的邏輯方法，科學(xué)的比較通常要異中找同、同中找異，即從表象差異大的事物找出本質(zhì)相同點(diǎn)，從表象相似的事物找出本質(zhì)差異點(diǎn)；分類是在比較的基礎(chǔ)上，根據(jù)事物的本質(zhì)特征將事物分門別類，科學(xué)的分類有利于使繁雜信息條理化、系統(tǒng)化，有利于揭示和掌握事物的內(nèi)在規(guī)律，為人們發(fā)現(xiàn)事物和預(yù)見事物發(fā)展方向提供向?qū)В环治鍪前蜒芯繉?duì)象分解成簡(jiǎn)單的部分或步驟，對(duì)各部分或步驟分別加以考察和研究，從中找出事物的內(nèi)在矛盾和本質(zhì)聯(lián)系，從感性具體走向抽象本質(zhì)的過程；綜合與分析是對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，是將研究對(duì)象相互聯(lián)系的各部分、各要素或各步驟進(jìn)行概括、總結(jié)，綜合成整體的思維過程，也是從抽象走向理性具體的過程；歸納是從個(gè)別、特殊事物、現(xiàn)象或規(guī)律推出一般、普遍的結(jié)論，可從個(gè)別、特殊的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中提出科學(xué)猜想或假說，并用實(shí)踐數(shù)據(jù)和邏輯方法進(jìn)行論證、判偽，從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中得到的結(jié)論，要通過觀察、實(shí)驗(yàn)、分析等方法進(jìn)行檢驗(yàn)和修正；演繹和歸納是對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，是從一般事物或現(xiàn)象的普遍性原理、規(guī)律推出個(gè)別、特殊事物或現(xiàn)象的特征和規(guī)律，可做出科學(xué)預(yù)見；控制變量與主變量法是在紛繁復(fù)雜的多要素、多變量中通過控制某些要素變量，研究另外要素變量或主要要素變量的方法，它可將問題化繁為簡(jiǎn)；元認(rèn)知和自我調(diào)控是對(duì)自我思維過程中的認(rèn)知和自我調(diào)控能力，有助于在解決問題過程中優(yōu)化思維和方法；科學(xué)推理和論證是對(duì)現(xiàn)實(shí)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行邏輯推理，建立現(xiàn)象與目標(biāo)問題之間的因果聯(lián)系；科學(xué)建模是基于大量事實(shí)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)構(gòu)建解釋模型，揭示事物的本質(zhì)屬性、相互關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律。在地理教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用多種思維和跨學(xué)科思想方法探究，擺脫思維定勢(shì)、大膽創(chuàng)新，積極探索新思路、新方法，積極主動(dòng)發(fā)現(xiàn)新問題、探尋新規(guī)律、得到新結(jié)論，促成創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的形成［3］。

設(shè)計(jì)本題實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，需要對(duì)不同灌草種植方式進(jìn)行分類；其次，在實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程中不僅需要基于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)條件（如水資源）進(jìn)行控制，還需要對(duì)不同灌草種植方式的阻沙效果進(jìn)行比較、分析，并利用科學(xué)邏輯推理的方式找出灌草種植方式與阻沙效果之間的關(guān)聯(lián)性；最后，對(duì)不同灌草種植方式的阻沙效果進(jìn)行綜合、歸納，找到最佳阻沙效果的種植方式。另外，在獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還可通過數(shù)學(xué)方法找到在水資源約束條件下不同灌草種植方式與大氣沙塵運(yùn)動(dòng)之間的數(shù)量關(guān)系，構(gòu)建出它們之間的科學(xué)模型。

3.踐行以探究實(shí)踐為主的教學(xué)方法

探究實(shí)踐是連接理論和實(shí)踐的“橋梁”，是理論與實(shí)踐之間的“轉(zhuǎn)化器”，也是進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用和知識(shí)再造的“孵化器”。探究實(shí)踐是在科學(xué)思維的指引下通過觀察發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)施實(shí)驗(yàn)—獲取數(shù)據(jù)—分析數(shù)據(jù)—交流評(píng)估—解決問題的過程探索自然現(xiàn)象和自然規(guī)律的方法和行動(dòng)，并在技術(shù)、工程應(yīng)用過程中拓展探究途徑和體現(xiàn)科學(xué)價(jià)值。開展探究實(shí)踐要從觀察和提出問題開始，以地理科學(xué)問題為中心，注重激發(fā)學(xué)生興趣和自主參與，重視資料和數(shù)據(jù)的收集、分析、歸納、總結(jié)及合作與交流［4］。Wrw/G92mmY1hJ/Q4Wjfn2TncvaLTt93gmP/shIcMxCw=探究實(shí)踐貴在模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)的全過程，在科學(xué)的發(fā)現(xiàn)過程中科學(xué)素養(yǎng)和地理素養(yǎng)得到自然而深刻的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)探究實(shí)踐的教學(xué)方法有很多，其中，比較有效的是項(xiàng)目式教學(xué)，項(xiàng)目式教學(xué)是以真實(shí)地理情境問題為依托，通過確定項(xiàng)目任務(wù)、制定實(shí)施方案和計(jì)劃、項(xiàng)目實(shí)施、評(píng)估反饋、展示分享等環(huán)節(jié)和步驟實(shí)施教學(xué)的一種教學(xué)方式［5］，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生在主動(dòng)合作完成項(xiàng)目的過程中實(shí)現(xiàn)地理科學(xué)思維的培養(yǎng)、理論與實(shí)踐的結(jié)合。

本題可采用項(xiàng)目式探究實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)：①呈現(xiàn)項(xiàng)目背景，根據(jù)項(xiàng)目需求提出問題，本題主體背景是“西北某干旱地區(qū)風(fēng)沙危害大”，項(xiàng)目需求及問題是“探索當(dāng)?shù)厮Y源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式”；②根據(jù)問題需要確定任務(wù)，本項(xiàng)目任務(wù)有“設(shè)定灌草種植方式”“測(cè)量空氣中沙塵運(yùn)動(dòng)”等；③通過查閱資料、調(diào)查訪問等方式進(jìn)行“前期研究”，如了解灌木和草的性狀特征以及根據(jù)植被地帶性原理選擇適合當(dāng)?shù)胤N植的灌木和草類植被；④根據(jù)問題、任務(wù)及前期研究，提出研究方案，討論和選擇最優(yōu)“設(shè)計(jì)方案”，本項(xiàng)目以實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行研究；⑤實(shí)施實(shí)驗(yàn)，合理布置試驗(yàn)田、儀器設(shè)備等實(shí)驗(yàn)設(shè)施器材，科學(xué)操作實(shí)驗(yàn)，獲取數(shù)據(jù)；⑥對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，構(gòu)建科學(xué)（數(shù)學(xué)）模型并進(jìn)行評(píng)估，得出結(jié)論，若結(jié)論與已有科學(xué)原理或現(xiàn)實(shí)嚴(yán)重不符，需要回到第四步，對(duì)方案和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢視、重新設(shè)計(jì)和實(shí)施，反復(fù)迭代，直至可信可靠；⑦“展示交流”，將研究過程和結(jié)果撰寫成研究報(bào)告，并進(jìn)行展示和交流，反思項(xiàng)目學(xué)習(xí)的收獲（圖1）。通過項(xiàng)目式探究實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施，經(jīng)歷科學(xué)發(fā)現(xiàn)（水資源約束條件下不同灌草組合方式的阻沙效果）和問題解決（尋求水資源約束條件下最佳阻沙效果的灌草組合方式）的過程，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

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