指向綜合思維培養的交互式圖層疊置學件設計與實踐

摘 要：綜合思維是地理核心素養之一，也是地理學科最基本的思維方式。在實踐中發現，對圖層進行疊置操作有利于學生綜合思維的培養。依據課程標準，設定與核心素養水平相匹配的進階任務，指導學生進行圖層疊加與拆分操作，可有效培育其綜合思維。通過實踐證明，該學件不僅有助于實現綜合思維的可視化培養，還支持云端圖層交互操作，極具現實指導意義和應用價值。

關鍵詞：綜合思維；圖層疊置；進階式

中圖分類號：G633.55 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5207（2024）12-0049-06

一、問題提出

地理學是兼具自然與人文的綜合性學科，地理概念、事物、現象、原理、問題的認識或理解，都要求學生具備一定的綜合思維素養。綜合思維是地理核心素養之一，指人們運用綜合的觀點認識地理環境的思維方式和能力，是學生用全面、辯證、綜合的視角分析和闡釋地理事象發生過程和發展規律、探究協調區域人地關系的重要地理思想和方法，也是地理學科最基本的思維方式。

綜合思維包括要素綜合、時空綜合和地方綜合3個維度。要素維度的綜合分析，即從不同地理要素綜合的維度，認知地理事象的形成和發展是多方面因素共同作用的結果，進而理解地理環境的整體性特征；地方維度的綜合分析，即從地方綜合的維度，探究自然、社會、經濟等各因素對特定地域人地關系系統產生的影響，從而對地域性鮮明的地理特征和人地關系問題做出簡明扼要的解釋；時空維度的綜合分析，即從時空綜合發展的維度，認識到地理事象是在特定的地域空間和時間尺度條件下，不斷產生、發展和演進的 ［1-2］（圖 1）。但實際教學中綜合思維培養卻存在一些問題，下面以“農業區位”一課中師生的問答情況進行舉例說明。

教師：“水稻是長江三角洲平原的主要農作物，請歸納為什么這里盛產水稻？”

學生A：“長三角地區降水充沛為水稻種植提供了水源；深厚的黑土為水稻種植提供了肥沃的土壤；長江三角洲平原人口眾多，為水稻種植提供了充足的勞動力。”

教師：“很好，從你的答案中可以概括出降水、土壤、人口等區位因素，但區位分析需要更準確。肥沃的土壤的確是水稻種植所需要的，但黑土主要集中在東北而不是長江三角洲平原。同時，對人口因素的分析也需要與時俱進，現在長江三角洲平原的水稻種植主要依托成熟的經驗和農業技術，對農業勞動力的需求已經減少，與人口因素的關系主要在于長三角地區人口稠密，市場需求大。”

教師：“除此以外，其他同學是否還有補充？”

學生B：“長江三角洲平原不僅降水充沛，且熱量也較充足，雨熱同期的氣候非常適合水稻種植；同時，平原地形也有利于大規模的農業耕作。”

教師：“不錯，從你的答案中還可以歸納出氣候、地形因素。氣候因素不僅包括降水，還有氣溫，所以氣候表述更有概括性。”

教師：“前面兩位同學主要分析了影響水稻種植的自然因素，社會經濟因素是否也會有影響？”

學生C：“除此以外，還有技術、政策等因素……”

從“農業區位分析”的教學問答可以發現，在要素綜合方面，兩位學生的回答僅較全面地分析了自然區位條件；在時空綜合方面，學生對水稻種植特點的認識沒有與時俱進；在地方綜合方面，雖然學生想到了土壤因素，但對長三角地區的土壤特點認識不準確。教師雖然針對性地進行了補充和糾正，對暴露問題的學生較有幫助，但講授式的教學卻較難給學生留下深刻印象。

該教學場景反映了綜合思維培養中，存在教師由于對思考維度指導不足導致學生缺失“全面性思考”；對思考要素關聯引導不足導致學生缺失“系統性思考”；對思考變化關注不足導致學生缺失“動態性思考”的問題［3］。基于此，迫切需要教師改變傳統的教學方式，優化綜合思維的培養。

陸寶提出深化對地理環境整體性理解，培養學生綜合思維意識，分析自然和人文要素對人地關系地域系統影響，增強學生綜合思維習慣，分析地理事物和現象在特定時空條件下的形成和發展，多途徑培養學生綜合思維［4］；鄭曉東從可視化思維工具——思維導圖應用與地理學科教學結合的角度探討地理綜合思維素養的培養路徑，從要素的綜合、地方的綜合以及時空的綜合3個層面展開研究并總結了培養經驗［5］；魏圣梁基于大單元教學制定了一套完整的指向綜合思維培養的教學設計流程［6］；從現有實踐研究來看，綜合思維的培養已通過教學內容和教學過程的有效選擇，借助思維導圖、大單元教學等途徑形成了系統化的實施模式，但交互性與創新性尚待加強。為彌補現有實施模式的不足，筆者設計了交互式圖層疊置學件，并展示案例為教學實踐提供新思路。

二、設計依據與思路

1.設計依據

地圖通過符號將地球表面事物在平面上進行表示，反映自然和社會現象的分布與關系。地圖分析需要綜合思維，如某一地理要素的分布規律與形成原因分析需要對地圖呈現的不同地理要素進行綜合；對某一地理事象發展的分析需要對地圖中地理要素時空變化進行綜合；對某一地理分布中差異性的分析則需要對地圖不同尺度區域進行綜合。由此可見，對綜合思維的培養可借助地圖分析以落實。

在實踐中發現，對圖層進行疊置操作有利于地理核心素養的培養。通過將不同地理要素的地圖疊加，對空間區域的多要素進行綜合或精細化分析，以解決具體問題，是GIS軟件中的基礎空間分析方法。對不同地理要素進行疊加分析，就是在整體的地理環境中綜合分析不同地理要素的相互作用，對培養學生運用綜合的觀點認識地理環境大有裨益，是綜合思維的可視化培養。對地理要素進行拆分、提取，就是精細化認識復雜地理環境的過程，對培養學生運用空間—區域的觀點認識地理環境有顯著助益，是區域認知思維的可視化培養。

由此可見，疊加和拆分地理要素圖層不僅遵循了地理空間分析的常規方法，而且對培養學生在地理學科核心素養方面的綜合思維和區域認知思維具有顯著作用。傳統地圖如教學掛圖、黑板板圖、紙質地圖等，主要限于展示地理要素的展示，而在培養學生的空間分析能力方面存在局限。尤其是傳統地圖，難以實現圖層疊置操作，限制了學生地理核心素養的發展。盡管地理信息系統軟件提供了先進的空間分析功能，但其高昂的成本和專業性強的特點，使得學校難以普及，且面臨師資短缺和學習周期長的問題。一些教師嘗試使用硫酸紙制作透明圖層進行教學，雖為解決之道，但成本高且不易重復使用，限制了其廣泛推廣的可能性，因此，基于地圖空間分析的高效方法，目前還缺乏可視化的途徑與有效的教授模式。

2.設計思路

利用互聯網信息技術優勢，可選擇合適的平臺和軟件實現地理課堂和自主學習中的圖層疊置功能，便于學生在移動端進行地理圖層的交互操作。為符合“做中學”教育理念，筆者構建了一款服務于地理圖層疊置的學件。學件作為學習者的軟件，不僅與課件在概念上不同，更重要的是它們在服務對象、使用目的、場景、設計原則與制作要求的側重點方面均呈現極大的差異性。

該學件的核心效果是進行圖層疊置操作，為方便教師操作，學件選擇在常用的演示文稿中進行制作。教師根據教學需要，通過對區域底圖和不同要素半透明專題圖層設置疊加與拆分的動畫，便可實現思維的可視化。為使動態化的圖層疊置更具操作性，筆者借助演示文稿的iSpring Suite插件將PPT課件發布為HTML5格式的網頁，將對應的網頁發布在網站，使學生可自主在線操作。同時，iSpring Suite插件還有豐富的場景功能，可進一步提高學件的操作性［7］。除此以外，教師還可根據教學內容的邏輯為學件設置個性化的問題情境或游戲場景等，借助插件功能進行語音引導，提升在線學件的體驗性。

三、實踐案例

以必修二“工業區位”中“美國東北部鋼鐵工業區位與變化”為例，鋼鐵工業的形成與發展和自然與社會經濟因素都有關，需要運用要素綜合分析；一百年間美國東北部鋼鐵工業布局的變化，需要運用時空綜合分析；對鐵礦石的供應從五大湖沿岸擴展到全球的原因，需要運用地方綜合分析。因此，“美國東北部鋼鐵工業區位與變化”的案例分析需要學生具備全面、系統、動態的綜合思維。筆者以此為例制作了圖層疊置的交互學件，探索綜合思維的創新培養。

1.教學目標

這部分內容的課標要求是“結合實例，說明工業、農業和服務業的區位因素”。在美國東北部鋼鐵工業的案例中，學生通過學習已經對工業區位的因素有了全面了解，而且對美國的自然和社會經濟情況也有較豐富的知識儲備。本節課嘗試通過圖層疊置的交互學件培養學生各維度的綜合思維，并基于綜合思維的提升為鋼鐵工業的可持續發展提出具體建議，從而落實地理實踐力的培養。

2.教學實施

（1）通過圖層操作，可視化培養綜合思維

在美國東北部鋼鐵工業區位與變化分析的案例中，為學生提供了豐富的半透明專題圖層，如人口城市分布圖、礦產資源分布圖、交通線路分布圖、地形分布圖等，這些圖層中部分要素是與鋼鐵工業分布相關的，也有一部分是無關的，學生閱讀差異化圖層的過程就是進行區域精細化認知的過程。同時，學生根據初步判斷，對初選要素圖層與鋼鐵工業分布底圖進行疊加操作，能夠可視化驗證鋼鐵工業分布與不同要素的相關性，從而篩選出鋼鐵工業分布的影響因素。

但實現相關要素的篩選僅落實了綜合思維中要素綜合的培養，從核心素養水平來看，該交互僅能部分實現綜合思維水平2的培養，即“能夠對給定的簡單地理事象，從多個地理要素相互影響、相互制約的角度進行分析；能夠結合時空變化，對其發生、發展進行分析，給出簡要的地域性解釋”。綜合思維水平2還包括時空綜合的要求，為落實時空綜合的培養，教學設置了分析一百年間美國東北部鋼鐵工業區位變化的任務。給學生提供不同時代鋼鐵生產特點的材料，讓學生結合鐵礦石分布圖、煤炭分布圖、人口城市分布圖、交通運輸圖等分析鋼鐵工業區位的變化，理解鋼鐵廠從“移鐵就煤”到“移煤就鐵”再到“無煤無鐵”的時空變化原因。

教師：根據材料分析19 世紀初美國東北部鋼鐵工業分布在匹茲堡的原因。

（學生操作圖層交互學件，疊加鋼鐵工業分布底圖和各專題透明圖層分析）

學生A：當時鋼鐵生產技術需要更多的煤炭，結合煤炭分布圖發現匹茲堡附近有賓夕法尼亞煤田。所以將鐵礦石運到煤炭產地進行加工。

教師：靠近煤田對鋼鐵生產有什么好處？

學生A：可以減少煤炭的運費，降低生產成本。

教師：很好！為什么19世紀末20世紀初美國東北部鋼鐵工業由匹茲堡遷往德魯斯？

學生B：當時鋼鐵生產技術提高，生產中減少了煤炭的使用，結合鐵礦石分布圖發現德魯斯周圍有鐵礦石分布，所以遷往鐵礦石產地降低運費。

教師：不錯，回答更完善了！前兩個階段分別靠近煤礦和鐵礦石產地是為了降低生產成本，但20 世紀中期美國東北部鋼鐵工業遷到了既沒有煤也沒有鐵的費城和巴爾的摩是什么原因？

學生C：鋼鐵生產技術進一步提高，煤炭和鐵礦石的需求量都減少了，所以可以離開資源產地進行鋼鐵生產。

教師：分析合理，那為什么遷移到費城和巴爾的摩？

學生D：因為這兩個城市有更先進的鋼鐵生產技術。

教師：難道先進的技術僅有這兩個城市有？請結合所提供的圖層再思考一下。

學生D：根據人口、城市和交通運輸圖層可知，費城和巴爾的摩同時擁有巨大的市場，而且都是港口城市，便于資源的運入。

教師總結：非常好！由此可見，美國東北部鋼鐵工業一百年間空間分布的變化是生產技術、市場需求和交通共同變化的結果。

學生通過圖層的疊置操作，可從要素綜合和時空綜合的維度養成綜合思維（圖2），學習興趣也得到了提高。

（2）通過問題創設，進階式提升素養水平

為了優化核心素養的培養效果并提升素養水平，本節課創設了問題鏈，問題與任務的設置依據核心素養水平劃分，引導學生圍繞鋼鐵工業進行深度學習。

問題模塊一，圖層操作篩選鋼鐵廠分布與發展變化相關因素符合綜合思維水平2的要求。

教師：請根據美國東北部鋼鐵工業區位時代變化，歸納主導區位因素的變化。

（全體學生在線填寫不同的主導區位因素）

學生E：19 世紀初的主導區位因素是煤炭，19 世紀末 20 世紀初的主導區位因素是鐵礦石，20 世紀中期的主導區位因素是市場。

（學件后臺進行數據收集、分析與反饋，教師操作學件平臺呈現學生整體回答情況與數據分析，進行針對性講評）

在此基礎上，問題模塊二針對綜合思維水平3的要求，學件設置了對不同圖層所代表要素和美國東北部鋼鐵工業分布邏輯表述的任務，引導學生在感性判斷的基礎上，理性分析各要素的具體影響。并針對鐵礦石供應從五大湖沿岸拓展到全球，引導學生客觀比較鐵礦石在不同空間尺度的相對優勢，實現對地方綜合的培養。同時，考慮到不同學生的基礎和能力有差異，在理性的邏輯表達之前還設置了選擇題、填空題，為學生搭建“腳手架”。

教師：20 世紀中期美國東北部鋼鐵生產所需的鐵礦石為何舍近求遠，從五大湖沿岸拓展到全球？

（學生操作圖層交互學件，分析全球鐵礦石分布專題地圖）

學生F：通過比較不同鐵礦石產區，巴西、澳大利亞等地有更為廉價、優質的鐵礦石，可通過水路運入。

問題模塊三對應綜合思維水平4的要求，引導學生客觀評價不同影響因素，對各影響因素進行分類，如哪些是自然或社會經濟因素；哪些是有利或不利因素；哪些是直接或根本因素；哪些是偶發或普遍因素……并預測不同因素的影響程度，幫助學生對該類問題形成系統認識，從而實現舉一反三的效果。

教師：20 世紀中期美國東北部鋼鐵生產的布局除了市場因素以外，還受到交通因素的影響，這兩個因素有何不同？

（全體學生在線為市場和交通因素選擇合適的特征描述）

學生G：市場因素是主導因素，如果沒有廣闊的市場而只有交通便利，鋼鐵廠也不會布局在費城和巴爾的摩，所以相比較而言交通是輔助要素。

（學件后臺進行數據收集、分析與反饋，教師操作學件平臺呈現學生整體回答情況與數據分析，進行針對性講評）

問題模塊四，在對該問題形成客觀、系統認識的基礎上，引導學生在可持續發展觀念的指導下應用所學知識解決實際問題。

教師：美國東北部鋼鐵消費區的廢鋼越來越多，帶來了土地占用和環境污染等問題，從可持續發展的角度分析該如何解決此問題。

（全體學生在線提交解決措施的文字答案）

學生H：鋼鐵廠可提高生產技術，將廢鋼作為原料進行再加工，既能解決廢鋼的污染問題，又能獲取更充足的原料。

（學件后臺進行詞頻分析，教師操作學件平臺呈現學生整體回答情況與數據分析，進行針對性講評）

通過設置關卡模式，讓學生在探究美國東北部鋼鐵工業區位與變化的過程中更有方向性，關卡任務的驅動在一定程度上也提高了人機交互的效率，學生能夠持續地完成關卡任務，從而實現進階式提升學科核心素養的目的。

（3）通過交互測評，過程化評價學習效果

為確保關卡進階模式順利進行，筆者運用PPT結合iSpring Suite插件的互動特性（圖3），錄制了語音指導，以增強互動性和沉浸感，提升操作效率和用戶體驗。同時，學件還充分利用iSpring Suite中的測驗、互動、對話模擬等不同插件，通過交互式測評使學生對自己的學習過程進行實時評價［8］。

訪談發現，學件通過豐富的互動和測評，可有效提升學生專注度，減少學習枯燥感。過程化評估可幫助學生建立客觀的自我評價，從而提升學習效率。

3.實施成效

為了客觀評價該圖層疊置學件的綜合思維培養效果，在“美國東北部鋼鐵工業區位與變化”教學結束后，用“廣鋼生產部門向湛江轉移”一題進行檢測。

【試題重現】近年來，因環境因素影響，首鋼、寶鋼、廣鋼等城市鋼鐵廠進行了生產部門搬遷，位于沿海的湛江承接了廣鋼轉出的鋼鐵產能，也為廣鋼原廠址的轉型發展創造了可能。請運用所學知識，綜合分析湛江建設鋼鐵廠的原因，并為廣鋼原廠址轉型提出合理建議。

【試題分析】此題兼顧了綜合思維的要素綜合、地方綜合、時空綜合的不同維度，并考查了人地協調觀和地理實踐力。廣鋼生產部門遷建湛江和環境、交通、土地、市場等區位因素有關。通過對35位學生提交的答案進行詞頻分析，發現與題目信息相關的環境、交通區位因素出現次數均大于30次（圖4），僅個別學生沒有歸納出，也有較多學生比較了污染情況，其實也是對環境因素的分析。除此以外，土地、地價、市場和政策等正確因素也被大部分學生提及，說明學生要素綜合的觀念已經形成。

在分析遷建原因時，大部分學生結合題目背景，可基于地方綜合的維度，從各區位因素角度進行客觀比較，得出湛江在環境保護、海洋運輸、土地價格以及政策支持等方面存在的區位優勢；在為廣鋼原廠址轉型發展提出合理建議時，大部分學生對廣鋼區位因素進行了不同時間的比較，并基于區位因素的變化提出了轉型建議，最后，基于多維度的綜合分析進行了地理實踐力的訓練和提升。

四、總結反思

案例顯示，圖層疊加技術在區位條件分析中優化了綜合思維的培養途徑。通過不同時空的地理要素綜合分析，可視化思維提升了核心素養培養效率，且交互式的圖層操作可增強教學的趣味性和參與度。通過總結反思，筆者歸納了“交互式圖層疊置學件”的學科核心素養培養邏輯（圖5）。

該項實踐主要有以下兩方面的創新：①可實現核心素養的可視化培養。這一過程不僅實現了對區域不同地理要素的綜合分析，而且通過時間與空間尺度的對比，加強了對綜合思維中時空與地方綜合能力的培養。此外，對特定區域要素地圖的詳細拆分與分析，進一步深化了思維可視化。這種交互式學習不僅可直接提升地理學科核心素養，也符合“做中學”的教學理念，有利于落實“雙新”和“雙減”的教育方針。②創造性地實現了云端的圖層交互操作。在缺乏成熟平臺的情況下，利用PPT插件實現了圖層操作，既滿足了功能需求，又符合教師習慣，便于推廣。該學件通過互動功能激發學生多元感官，并通過問題鏈設計有效促進了高階思維的培養。

在互聯網信息技術的應用中，教師要發揮主觀能動性，結合學科核心素養和學生需求，選用或開發適宜的教學工具，促使技術為教學所用，不斷優化核心素養的培養路徑。

參考文獻：

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［4］ 陸寶. 例析地理學科綜合思維素養的提升 ［J］. 地理教育， 2016（5）： 8-9.

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［6］ 魏圣梁. 基于大單元教學設計對地理學科核心素養綜合思維的研究［D］.上海：華東師范大學，2019.

［7］ 李海年，周躍.利用iSpring Suite提高PowerPoint課件質量［J］.中國教育信息化，2017（1）：88-93.

［8］ 呂金鶴.Snap！ 在“微課”制作中的應用探索［J］.中小學電教，2014（6）：74-76.