基于科學(xué)可視化的高三地理教學(xué)設(shè)計探究

沈蘭蘭

摘要：科學(xué)可視化在解釋自然科學(xué)概念、模擬自然科學(xué)過程時有獨特的優(yōu)勢，具有提升學(xué)生學(xué)習興趣、提升教學(xué)效率、增強探究性等方面的價值，同時符合學(xué)校進行教育信息化建設(shè)的規(guī)劃。科學(xué)可視化技術(shù)具有以下四個特征：形象化、交互性、多維性、趣味化。若將科學(xué)可視化融入到高三地理復(fù)習課堂中，使其常態(tài)化并被師生所接受，就必須科學(xué)、合理、有效地組織和規(guī)劃教學(xué)流程以及教學(xué)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：科學(xué)可視化高三地理教學(xué)設(shè)計

近年來，推動教育信息化2.0時代，基于人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)助力課堂教學(xué)已成為教育工作者的共識。教育信息化下的新的教育產(chǎn)物，如科學(xué)可視化、人工智能、虛擬課堂、“在線課堂”、智慧課堂等應(yīng)運而生，重點突出個性化、信息化、數(shù)據(jù)化、智能化的學(xué)習過程。科學(xué)可視化能夠提升學(xué)生學(xué)習地理學(xué)科的興趣、提升教師課堂教學(xué)效率、加強學(xué)生探究性學(xué)習能力，同時符合學(xué)校進行教育信息化建設(shè)的規(guī)劃。因此，可將科學(xué)可視化融入到高三地理復(fù)習課堂中，使其常態(tài)化并被師生所接受。本文以“常見的天氣系統(tǒng)”為例，詳細闡述基于科學(xué)可視化的高三地理復(fù)習教學(xué)設(shè)計。

一、科學(xué)可視化的內(nèi)涵

科學(xué)可視化是一門研究如何利用視覺表征促進學(xué)生群體知識傳遞和課堂生成創(chuàng)造的學(xué)科，它的發(fā)展趨勢正由靜態(tài)向動態(tài)、抽象向具體、瞬時向連續(xù)、一維向多維轉(zhuǎn)變。大量的科學(xué)可視化素材及應(yīng)用技術(shù)，一方面為學(xué)生提供思維可視化的支架和導(dǎo)航，另一方面還可以幫助學(xué)生對知識進行復(fù)雜構(gòu)建及解決疑難問題。信息化時代下的科學(xué)可視化技術(shù)和素材不斷發(fā)生變化，從以靜態(tài)展示到動態(tài)演示，從以表格、圖片為主到以多媒體動畫、仿真為主，再到現(xiàn)在演變?yōu)榻换バ愿鼜姷目梢暬夹g(shù)和素材。與此同時，技術(shù)帶來的人機交互能力也在不斷提升，一些交互式的可視化技術(shù)，如VR、AR、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等信息化技術(shù)開始在中小學(xué)課堂教學(xué)領(lǐng)域中逐步應(yīng)用。

二、科學(xué)可視化教學(xué)設(shè)計

筆者通過相關(guān)文獻和平臺的查閱，如北斗導(dǎo)航地理基礎(chǔ)教育系統(tǒng)、中國科技大學(xué)火花學(xué)院等，選定高三復(fù)習教學(xué)內(nèi)容“常見的天氣系統(tǒng)”。具體實施框架如下（見圖1）：

課前分析：根據(jù)《普通高中地理課程標準（2017年版）》關(guān)于“常見的天氣系統(tǒng)”要求，學(xué)生不僅要理解冷暖氣團、冷暖鋒等基本概念，還要學(xué)會分析其成因、空間分布、大小尺度變化規(guī)律等。學(xué)生能結(jié)合具體情境，根據(jù)地圖識別氣旋、反氣旋的空間分布，判斷中心氣流的運動狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上分析其對天氣產(chǎn)生的影響。本節(jié)課要求學(xué)生能根據(jù)題目繪制相關(guān)示意圖，如鋒面、氣旋、反氣旋等，探討各種天氣系統(tǒng)在不同時段對天氣影響的差異。縱觀近五年全國卷高考地理真題，就這一知識點而言，高考的命題特點主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.以天氣變化數(shù)據(jù)圖、天氣系統(tǒng)示意圖、等溫線圖、等壓線圖等一些等值線圖為背景，考查天氣系統(tǒng)的類型、成因、空間分布特征、大小尺度運動變化及其對天氣產(chǎn)生的影響;2.以局部等壓線圖、天氣預(yù)報數(shù)據(jù)等為背景，考查天氣系統(tǒng)的發(fā)展變化及其對生產(chǎn)生活的影響。在“常見的天氣系統(tǒng)”知識點中，高三文科生在一輪復(fù)習中很難做到面面俱到，在具體情境中，學(xué)生往往很難將所學(xué)的知識靈活運用。在枯燥疲乏的知識點復(fù)習中，如果能運用科學(xué)可視化技術(shù)及豐富的素材，可以減輕高三學(xué)生備考壓力，加強對知識點的理解。

課中活動：由于筆者執(zhí)教單位已經(jīng)覆蓋了智慧課堂技術(shù)，借助該平臺，學(xué)生在課前完成練習，并在平臺上提交作業(yè)。通過大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)反饋結(jié)果進行課堂教學(xué)的設(shè)計，做到教學(xué)決策數(shù)據(jù)化。在教學(xué)過程中，教師可以運用中國科技大學(xué)火花學(xué)院提供的科學(xué)可視化素材進行課堂教學(xué)，對現(xiàn)有知識層面進行拓展，科學(xué)可視化素材均是采用AR技術(shù)和3D模型展示常見的天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。縱觀近五年的高考地理真題，學(xué)生對天氣系統(tǒng)、鋒面氣旋的時空變化、大小尺度變化難以分辨，無法靈活調(diào)動知識進行解題，現(xiàn)具體闡述以下兩個教學(xué)案例。

案例一：天氣系統(tǒng)識別與天氣狀況的判定

科學(xué)可視化資源與形式：提供的基礎(chǔ)信息圖層分別為世界氣壓中心圖、世界海陸分布圖、世界政區(qū)圖、中國政區(qū)圖等;提供基礎(chǔ)判定圖層分別為氣壓中心周邊水平方向風向、氣壓中心垂直方向氣流運動及天氣狀況，高壓脊線、低壓槽線，冷鋒鋒面、暖鋒鋒面等。

科學(xué)可視化技術(shù)選擇：借助科大訊飛智慧課堂平臺，學(xué)生利用平板，分組同屏展示解題結(jié)果。實際等壓線圖復(fù)雜多變，學(xué)生根據(jù)具體情境可嘗試在平板上繪制等壓線圖，并可在低壓中心、高壓中心圖上自主判定水平風向、垂直氣流運動方向等。

科學(xué)可視化技術(shù)具體應(yīng)用：通過展示以上科學(xué)可視化的素材，教師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習基本的天氣系統(tǒng)知識，學(xué)生可以在平板上任意切換地理圖層，對天氣系統(tǒng)的時空尺度有了更清晰的認識，所執(zhí)教班級的學(xué)生解答對應(yīng)高考題時較為輕松，大大提高了課堂效率。同時，有了直觀、動態(tài)的展示，學(xué)生還可以進行知識遷移，以解決以下問題：1.季節(jié)判定;2.天氣系統(tǒng)判定;3.風向判定;4.降水位置判定;5.判斷風速;6.空氣運動方向（水平方向、垂直方向）判定。

案例二：鋒面氣旋的變化過程

科學(xué)可視化資源與形式：提供的基礎(chǔ)信息圖層分別是世界海陸輪廓圖、世界政區(qū)圖、北美及亞歐大陸鋒面氣旋等壓線圖、氣旋（臺風）等壓線圖，以及鋒面氣旋的產(chǎn)生、發(fā)展、消亡過程圖。學(xué)生點擊后可察看風向、降水位置、冷暖鋒鋒面等信息等。

科學(xué)可視化表征方法：學(xué)生利用平板在低壓氣旋等壓線圖上可拖拽位置、設(shè)置地點間自動連線，可自動模擬生成不同地點間冷暖氣團的過境情況。

科學(xué)可視化技術(shù)選擇：借助科大訊飛智慧課堂平臺，學(xué)生利用平板，分組同屏展示解題結(jié)果。

科學(xué)可視化技術(shù)應(yīng)用：通過展示以上科學(xué)可視化素材可以動態(tài)演示低壓中心氣流的運動狀態(tài)，生動形象地展示氣旋在南半球和北半球的不同情況及氣旋控制下的天氣。直觀、動態(tài)的模擬圖展示，可以提高課堂效率，突出本節(jié)課重難點知識，學(xué)生能根據(jù)具體情境判斷鋒面移動的時空變化過程，如鋒面移動1→鋒面移動2→鋒面移動3。

三、科學(xué)可視化教學(xué)評價

本節(jié)課融入了大量的科學(xué)可視化素材，增強了課堂趣味性，提高了課堂效率，緩解了高三考生備考的壓力。本節(jié)課打破了傳統(tǒng)教學(xué)，運用了很多科學(xué)可視化素材，課堂互動性強，通過科學(xué)可視化方法可以建立地理的視覺表征，提升學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，一線教師更應(yīng)注重應(yīng)用科學(xué)可視化的素材來拓展學(xué)生思維，應(yīng)用新的教學(xué)工具和方法來提高地理課堂的效率。以上教學(xué)案例

是筆者在高三地理復(fù)習中的嘗試，一定程度上突破了教學(xué)重難點，使抽象知識生動具體，易于理解和掌握，大大提高了課堂效率。傳統(tǒng)的高三復(fù)習課枯燥乏味，題海戰(zhàn)術(shù)耗時多、效率低。而基于科學(xué)可視化的高三地理教學(xué)，可以做到精準化，避免學(xué)生重復(fù)盲目做題，幫助其理解抽象的自然地理知識。

通過實踐研究，筆者認為科學(xué)可視化技術(shù)運用到高中地理課堂中具有以下四個特征：1.形象化，能直觀形象地呈現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)模型。2.多維性，學(xué)生能清晰了解自然地理知識的多個屬性，充分展示了地理學(xué)科的空間變化、尺度變化、要素變化。3.交互性，實現(xiàn)人與機器的交互，增強真實感。4.趣味化，增強趣味性，緩解了高三考生的備考壓力。

參考文獻：

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責任編輯：唐丹丹