基于深度學習的“太陽視運動原理”教學

張柳青

（浙江省蕭山中學, 浙江 杭州 311200）

一、深度學習的內涵和教學策略

深度學習是相對于表層學習、機械學習、無意義學習而言的，它強調學習者對知識的同化、順應和遷移，即對新知識的深度理解和自我建構。[1]深度學習要求學生能夠做到理解性的學習、批判性的思考、主動的知識建構、有效的知識遷移及真實問題的解決。[2]

在教學中，深度學習的關鍵是教師基于學生的發展水平，設計基于真實情境的問題和任務。學生在解決問題的過程中，通過反思和評價發展自己的知識、技能和素養。[3]

基于以上觀點，筆者認為，深度學習的主體是學生，關鍵的引導者是教師。教師可以在教學中通過有效的情境創設和問題設計，引導學生深度參與、深度理解、深度拓展，促使學生有深層次的體驗和思考，并最終實現知識的遷移和運用（見圖1）。

圖1 基于深度學習的教學策略和學習結果

二、基于深度學習的“太陽視運動原理”教學

1.情境創設

建構主義理論認為，知識是學習者在一定情境下，借助教師或學習伙伴的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得的?！疤栆曔\動原理”的關鍵知識點是太陽的周日視運動規律。傳統教學方法側重理論講授，學生普遍認為其抽象、枯燥、難以理解。從建構主義理論出發，需要將這部分知識分解成一個個小問題，即“知識問題化”，并將這一系列問題編排到一個情境中，即“問題情境化”。結合本課的核心知識，筆者創設了如下情境。

小雪家位于杭州（30°N，120°E），他們正在裝修新房，媽媽準備讓小雪自己挑一間房作為臥室。小雪一直希望新房間能夠滿足這兩個條件：清晨的第一縷陽光能夠照進她的臥室，每天的最后一縷陽光也是從她的窗口退去。下圖是小雪家的戶型圖（見圖2），請你幫助小雪在1、2、3號房中挑選最合適的房間。

圖2 小雪家的戶型圖

在日常生活中，房間位置不同，其光照條件不同。學生要選擇合適的房間，就需要明確當地太陽在一天內以及一年內的方位變化，即本課的核心知識——太陽的視運動規律。借助這個常見的生活情境展開教學，不僅有助于激發學生探究興趣，也有助于學生在習得這一知識后將其應用到相似的生活場景中。

2.問題設計

情境創設最大的作用是幫助學生主動、高效地投入到新知識的學習中。而進一步幫助學生理解和體驗新知識的，則是一個個引領學生探索下去的問題。筆者延續本課的主題情境，結合核心知識，設置了一系列的問題鏈，引導學生思考（見表1）。

表1 “太陽視運動原理”的問題設計（部分）

本課的關鍵知識有兩個：一是判讀某地某日日出、日落、正午的太陽方位，二是繪制某地某日的太陽視運動軌跡。核心任務1和2的設計分別對應這兩個關鍵知識點的學習。筆者將這兩個任務作了問題分解，并設計了一定的梯度，由易入難，用已知推未知，以減輕學生負擔。

3.深度參與

在“學習金字塔”理論中，不同教學活動的學習留存率由高到低排序為：教給他人 ＞ 實際演練 ＞ 小組討論 ＞ 教師示范、演示 ＞ 聲音、圖片刺激 ＞閱讀 ＞聽講。在“太陽視運動原理”教學中，筆者增加了實際演練、小組討論等教學活動，以增加學生深度學習的體驗，加深其對知識的理解和記憶。

(1)實際演練

“以夏至日為例，當地太陽視運動軌跡如何繪制”這一探究活動，通過讓學生現場演示的方式，增強學生的體驗。

當學生能夠正確判斷30°N地區日出、日落、正午的太陽方位后，筆者便引導學生演示現實中的太陽視運動軌跡。學生演示時，暴露了很多問題，主要有以下三種（見圖3）。

圖3 錯誤的太陽視運動軌跡示意圖

錯誤1：日出、日落方位偏北角度過大。

錯誤2：正午太陽高度角偏小。

錯誤3：日出、日落方位的偏北角度不一致。

教師針對這三處錯誤一一講解，然后和學生一起繪制正確的太陽視運動軌跡圖（見圖4）。此活動旨在使學生更精確地把握日出、日落、正午的太陽方位，加深其對太陽視運動的理解。

圖4 正確的太陽視運動軌跡圖

(2)獨立思考、小組討論

小組討論有助于學生在交流過程中獲得新的知識、生成新的觀點。但如果沒有經過獨立思考就立即展開小組討論，可能會出現兩種情況：一是部分思維敏捷的同學在小組討論中迅速輸出觀點，而反應較慢或者學習懶散的學生便會淪為聽眾；二是組內成員未經充分思考就展開討論，小組討論也會淪為形式。因此，在小組討論前要保證每個學生進行了充分的獨立思考。

4.深度理解

筆者認為可以通過設計思維沖突、組織學生總結歸納、引導學生舉一反三等幾種方法來加深學生對知識的理解。

(1)思維沖突

設計思維沖突點，有助于學生在思辨過程中明確現有問題與過往經驗之間的區別與聯系，明確錯誤思路與正確思路的差異，從而在思辨中加深理解。例如，在太陽視運動教學中，學生在“判定30°N地區日出日落的太陽方位”時產生了思維沖突，這時筆者便抓住機會進行引導、點撥，以幫助他們更好地理清思路。

問題：30°N地區，日出、日落時太陽位于何方？

觀點1：正東升，正西落。

觀點2：并不一定是正東升正西落，有時候會偏南，但不會偏北，因為太陽直射點始終在30°N以南。

觀點3：有時候是正東升正西落，有時候會偏南，也有時候會偏北，因為曾經看到過太陽從西北落下。

以上三種觀點都來自學生過往的經驗，三者的分歧也是學習經驗和個人理解的差異導致的。持有觀點1的學生想法比較簡單，即“太陽東升西落”，沒有具體問題具體分析。持有觀點2的學生在學了“太陽直射點最北到達23.5°N”后，便簡單認為太陽始終在當地以南，這屬于知識的誤用。持有觀點3的學生，由于曾經見過西北日落，其答案更接近正確答案，但也不明白不同時期日出日落太陽方位不同的原因。因此，教師需對這三種答案作評價，并引導學生關注生活，繼續帶領學生探究太陽方位的判讀方法。

教師：首先，事實勝于雄辯，同學們在生活中要多留心觀察，有時候生活經驗也能幫助大家解題。其次，我們對生活中的現象也要多加思考。日出日落的太陽方位能否根據太陽直射點的位置判定？太陽直射點是地球表面太陽高度角為90度的點，是地心日心連線與地球球面的交點，而太陽方位則是觀測地觀察到的太陽光線來的方向（見圖5）。因此不能根據直射點與觀測點的位置關系簡單判定日出日落的太陽方位。

圖5 北半球夏季某日太陽光照圖

解開思維沖突點后，教師便可進一步引導學生依據“經線指南北，緯線指東西”，在圖中判讀日出日落時太陽的方位。

(2)總結歸納

具有普遍規律的知識點，往往可通過觀察、歸納的方法得到。同時，在運用此類知識解題時，往往也可以總結出一些經驗。教師可讓學生先自主歸納、總結，再交流修改，這樣學生的理解和體悟就會更深刻。下表為學生歸納的太陽直射點位置與全球各地太陽日出日落方位的關系（見表2）。

表2 太陽直射點位置與各地日出日落太陽方位的關系

教師以夏至日40°N某地為例，為學生總結某地某日太陽視運動軌跡繪制的一般思路（見圖6）。

圖6 太陽視運動軌跡繪制的一般思路

(3)舉一反三

如果說歸納總結是內化和建構知識的過程，那舉一反三則是進一步完善已建構知識的過程。通過對理論的舉一反三，學生可以更清晰地認識該理論的適用條件。在太陽視運動教學中，筆者設計了幾處舉一反三的問題，以拓寬學生思維、加深學生理解。

問題1：觀察圖5，全球哪些地區日出、日落方位和30°N一致？其余地區日出日落方位的情況如何？（觀測地的舉一反三）

問題2：圖5為太陽直射北半球的情況，那么太陽直射赤道、直射南半球時，各地情況如何？（觀測日期的舉一反三）

問題3：能否運用日出日落太陽方位的判讀方法，對圖5中不同緯度的正午太陽方位進行判讀？（方法技巧的遷移）

5.深度拓展

深度拓展是在學生掌握本課核心知識后，教師從能力提升的角度增設的環節。深度拓展的內容可以延續原有的情境，也可以是一個全新的情境；可以是習題的訓練，也可以是學習任務的安排。教師可根據學情和教學進度將此內容安排在課堂中或者課后。

(1)習題拓展

針對本課主題，筆者設計了幾組深度拓展的題目，供學生進一步思考。

題組1：如果小雪家位于?？冢?0°N），一年中太陽終日位于北方的情況，大約歷時多少天？一年中太陽終日位于南方的情況，大約歷時多少天？

設計意圖：?？诰暥鹊奶厥庑?，導致其一年中既有太陽終日位于北方的情況（直射點位于20°N～23.5°N），又有太陽終日位于南方的情況（直射點位于0°～23.5°S）。此題組的練習，有助于學生對南北回歸線之間地區的太陽視運動進行更多思考。同時，學生還需要計算這兩種情況的持續天數，可以鞏固地球公轉的相關知識。

題組2：小雪的舅舅在北極的黃河考察站（79°N）工作，國慶節當日，黃河站的國旗竿影朝向和長度如何變化？剛剛出現極晝的當天，國旗竿影朝向和長度又如何變化？

設計意圖：極圈內的太陽視運動情況與30°N地區有很大區別，學生并不熟悉這種情況。國慶節當日，太陽直射點已位于南半球，黃河站是否還處于極晝？剛剛出現極晝的地區，太陽周日視運動如何變化？這些問題都具有一定的難度和迷惑性。本題旨在借用黃河站國旗的竿影朝向和長度變化，引導學生對極圈內的太陽視運動進行深入的思考。

題組3：小雪家位于杭州（30°N，120°E），小雪的阿姨定居在悉尼（34°S，151°E）。元旦當日兩家人視頻通話，通話時北京時間為9:00，當時小雪家太陽位于______方位，阿姨家太陽位于________方位。

設計意圖：此題融合了地方時計算和太陽方位判讀兩個知識點。通話時，小雪家地方時約9:00，阿姨家地方時約11:00。因此，這不是日出、日落、正午時太陽方位的判讀，需要學生充分掌握元旦當日兩地的太陽視運動軌跡，且屬于兩地分處兩個半球的復雜情況。本題旨在通過較為復雜的設定，幫助學生抓住太陽視運動規律的本質，提高學生綜合運用知識的能力。

(2)學習任務

針對本課主題，筆者設計了一些課后任務，供學生進一步探究。

任務1：搜集一個生活中涉及到本課知識的案例，并講清其中原理。

任務2：根據本課所學的知識，設計一組題目，并附上答案和解析。

任務3：嘗試改良現有的太陽視運動圖，使其更為直觀或者更為簡潔。

三、實踐總結與反思

1.實踐總結

本課立足于對深度學習的理解，旨在讓學生在深層次的學習體驗和思考中，獲得有意義的知識建構，并學會知識的遷移和運用。

在教學策略上，本課著眼于五個關鍵點：教學設計中的情境創設、問題設計，教學活動中學生的深度參與、深度理解、深度拓展。

在教學思路上，本課依托一個情境（幫助小雪選房間）展開，通過兩個主線任務（小雪在兩種不同訴求下的房間選擇）將核心知識問題化。在教學過程中，通過加入實際演練、獨立思考、小組討論等學習活動提高學生的參與度；通過設計思維沖突、組織學生歸納、引導學生舉一反三，促進學生深度理解；通過設計原創習題和學習任務，促進知識的深度拓展。

實踐表明，學生對這樣的教學方式接受度較高。大部分學生能夠準確判讀某地某日的日出、日落、正午的太陽方位，能夠正確繪制相應的太陽視運動軌跡，并能在不同情境下應用知識。

2.改進策略

從地理實踐力的培養來看，如果師生能夠提前搜集一年中不同日期的太陽方位或日影的影像資料，再應用到課堂中，學生的體驗感會更強。

在信息化的背景下，如果能結合數字資源、模擬交互軟件等現代信息技術手段，演示指定條件下的太陽視運動軌跡，則可以讓學生獲得更直觀更深刻的學習體驗。