基于科學教育視角的高考地理試題解讀與教學啟示

摘 要：本文從科學教育的視角對2024年高考全國甲卷文科綜合第44題進行解讀和分析，試題情境設置與試題的思考、分析和解決過程體現了科學素養，彰顯了科學教育在地理教學和問題解決過程中的重要性，有利于促進學生地理核心素養的形成和發展。由此，本研究得出如下地理教學啟示：發揮地理教學中科學教育的作用；注重地理教學中科學思維的培養；踐行以探究實踐為主的教學方法。

關鍵詞：科學教育；高考地理；試題解讀；教學啟示

中圖分類號：G633.55 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5207（2025）01-0036-04

科學教育是實現科教強國的重要途徑，是培養拔尖創新人才的先導性工作，是實現中國式現代化的重要基礎［1］。地理學科作為科學課程的重要組成部分，一方面理應扛起科學教育的大旗，另一方面應通過科學教育的理念和方法深化學生對地理知識、原理、規律的學習和理解，促使學生更好地去發現、探究地理現象和規律。2024年全國高考甲卷文科綜合第44題是一道融入科學教育思想、方法的地理試題，對高中地理教學滲透科學教育起著重要的導向作用。

一、原題呈現

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：環境保護］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”思想指導下，探索通過條帶狀種植灌木和草本植物防風阻沙的合理方式。表1對比了當地生態建設中常用灌木與草本植物的特征。

（1）設計實驗，探索當地水資源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式。（10分）

二、科學教育視角下的高考地理試題解讀

1.科學教育的本質內涵

科學教育是通過以自然科學為主要內容的課程對學生群體和社會公民進行的教育教學活動，既包括對科學及科學知識的理解和科學思維方法，也包括運用科學知識方法解決實際問題的能力、科學態度、情感和價值觀，它主要通過科學綜合課程和物理、化學、生物、地理等分科課程實現。科學教育就是要通過科學學習和體驗完整的科學實踐過程培養學生像科學家、工程師一樣認識自然、理解世界，并掌握科學的思維方法和實踐方式解決問題，運用科學的概念、原理和規律詮釋世界。科學教育以培養科學素養為最終目的，鄭永和教授認為科學素養包括科學內容、探究實踐、科學思維、科學態度與責任等方面內容［2］。科學內容是指科學概念、規律、原理等方面的知識及理解；探究實踐倡導以探究和實踐的學習方式，讓學生經歷科學探究以及技術、工程實踐的過程；科學思維是利用分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、模型構建、科學推理與論證等科學的思維方法認識、探究自然本質屬性、內在規律的方式；科學態度與責任，是在理解科學技術與自然、社會的關系基礎上，形成的探索自然的內驅力和孜孜不倦、嚴謹求是的科學態度，敢于質疑批判和善于反思創造的創新精神，恪守倫理道德規范和推動可持續發展的社會責任感。

2.試題解讀

本題以“山水林田湖草沙一體化保護和系統治理”生態戰略思想和我國生態脆弱地區的“以水定綠”生態治理理念為背景；以“探索我國西北某地防風阻沙的合理方式”為情境材料；以“設計實驗，探索最佳阻沙效果的灌草種植方式”為情境任務，考查植被的功能、生態環境的整治等地理必備知識，考查學生的區域認知、綜合思維、人地協調觀和地理實踐力等地理核心素養。在知識內容上體現了基礎性和綜合性；在問題設置上體現了開放性；在問題解決方面體現了應用性；在考查形式上體現了創新性。情境的設置和試題的思考、分析和解決過程體現了科學探究實踐的思維方法，彰顯了科學教育在地理學科中的重要性，通過“設計實驗”這一科學思維和方法抓手實現從解題到解決問題的轉變（表2）。

3.試題分析

本題任務為“設計實驗，探索當地水資源約束下最佳阻沙效果的灌草種植方式”，應全面呈現實驗的基本要素，包括實驗名稱、實驗目的、實驗場地、實驗設備與器材、實驗（環境）條件及注意事項、實驗操作步驟、數據處理與分析（表3）。

本題也旨在引導學生突破“灌木比草防風阻沙的效果好”的經驗和思維定勢，以及“植被綠化就會產生正向生態效應”的錯誤認識，辯證看待綠化的生態效應，用科學的態度和思維方法認識“不當綠化可能會造成生態功能次生退化的風險”以及“充分遵循自然生態水文規律和植被—水文—風沙關系的基礎上進行科學綠化，實現高質量治理和治理的可持續性”的生態環境觀和治理觀，提高學生在特定條件下探尋地理規律和解決現實問題的能力。

三、教學啟示

1.發揮地理教學中科學教育的作用

自然地理規律與原理本身是科學知識的重要組成部分，其發現、驗證、應用過程是科學發現與應用的重要組成部分。自然地理和物理、化學、生物等科學課程在思維方法和理性邏輯上具有相通性，在科學大概念（如“物質與能量”）上也是相通的，在一些知識內容上也相互關聯，因此，科學教育可為地理學習、探究提供知識支撐、思維方式和方法論基礎。在地理教學過程中將地理問題精心設計成科學活動，讓學生重演科學家的發現過程或模擬科學探究的完整過程，像科學家一樣去觀察和思考世界，提出假設—設計實驗—操作實驗—檢驗假設—得出結論。在“簡約化”的發現、探究過程中，促使學生在觀察比較、測量分析、實驗推理、科學論證等方面的能力增強，有效促進學生地理思維力和問題解決能力的發展。科學本身重視理性思維、探究實踐和質疑創新，科學思維有利于促進區域認知和綜合思維等地理思維方式的發展；科學探究與實踐能增強地理實踐力；科學態度與責任則能更深刻地筑牢人地協調觀等價值觀念。可見，科學教育有利于促進學生地理核心素養的形成。

本題通過“設計實驗，探索當地水資源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式”情境任務設置，使學生在充分認識區域特定環境條件下和植被性狀特征及其功能等生物跨學科知識的基礎上，像科學家一樣通過科學實驗和科學推理論證植被（種植方式）、水文（水資源）、土壤和大氣（風沙）等地理要素之間的微妙約束關系。從探尋最佳阻沙效果的灌草種植方式的科學實驗過程中，學生能充分認識人類通過科學技術尋找解決人類所面臨問題的新方法的途徑以及在科學技術的應用背景下人類活動對生態環境和區域可持續發展產生的正向干預和影響，區域認知、（要素）綜合思維和人地協調觀等地理思維在地理實踐的基礎上有機融合，促成學生地理核心素養的發展。

2.注重地理教學中科學思維的培養

科學思維是科學素養的核心要素，也是培養創新思維和創新能力的基礎。常見的科學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、元認知和自我調控、科學推理和論證、科學建模等。比較是根據一定標準確定探究對象共同點和差異點的邏輯方法，科學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相同點，從表象相似的事物找出本質差異點；分類是在比較的基礎上，根據事物的本質特征將事物分門別類，科學的分類有利于使繁雜信息條理化、系統化，有利于揭示和掌握事物的內在規律，為人們發現事物和預見事物發展方向提供向導；分析是把研究對象分解成簡單的部分或步驟，對各部分或步驟分別加以考察和研究，從中找出事物的內在矛盾和本質聯系，從感性具體走向抽象本質的過程；綜合與分析是對立統一的關系，是將研究對象相互聯系的各部分、各要素或各步驟進行概括、總結，綜合成整體的思維過程，也是從抽象走向理性具體的過程；歸納是從個別、特殊事物、現象或規律推出一般、普遍的結論，可從個別、特殊的經驗事實中提出科學猜想或假說，并用實踐數據和邏輯方法進行論證、判偽，從經驗事實中得到的結論，要通過觀察、實驗、分析等方法進行檢驗和修正；演繹和歸納是對立統一的關系，是從一般事物或現象的普遍性原理、規律推出個別、特殊事物或現象的特征和規律，可做出科學預見；控制變量與主變量法是在紛繁復雜的多要素、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；元認知和自我調控是對自我思維過程中的認知和自我調控能力，有助于在解決問題過程中優化思維和方法；科學推理和論證是對現實和實驗現象進行邏輯推理，建立現象與目標問題之間的因果聯系；科學建模是基于大量事實或實驗現象、數據構建解釋模型，揭示事物的本質屬性、相互關系和內在規律。在地理教學過程中，教師應鼓勵學生運用多種思維和跨學科思想方法探究，擺脫思維定勢、大膽創新，積極探索新思路、新方法，積極主動發現新問題、探尋新規律、得到新結論，促成創新思維和創新能力的形成［3］。

設計本題實驗時，首先，需要對不同灌草種植方式進行分類；其次，在實施實驗過程中不僅需要基于當地自然環境條件下對實驗條件（如水資源）進行控制，還需要對不同灌草種植方式的阻沙效果進行比較、分析，并利用科學邏輯推理的方式找出灌草種植方式與阻沙效果之間的關聯性；最后，對不同灌草種植方式的阻沙效果進行綜合、歸納，找到最佳阻沙效果的種植方式。另外，在獲取數據的基礎上，還可通過數學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動之間的數量關系，構建出它們之間的科學模型。

3.踐行以探究實踐為主的教學方法

探究實踐是連接理論和實踐的“橋梁”，是理論與實踐之間的“轉化器”，也是進行知識應用和知識再造的“孵化器”。探究實踐是在科學思維的指引下通過觀察發現問題—提出假設—設計實驗—實施實驗—獲取數據—分析數據—交流評估—解決問題的過程探索自然現象和自然規律的方法和行動，并在技術、工程應用過程中拓展探究途徑和體現科學價值。開展探究實踐要從觀察和提出問題開始，以地理科學問題為中心，注重激發學生興趣和自主參與，重視資料和數據的收集、分析、歸納、總結及合作與交流［4］。Wrw/G92mmY1hJ/Q4Wjfn2TncvaLTt93gmP/shIcMxCw=探究實踐貴在模擬科學發現的全過程，在科學的發現過程中科學素養和地理素養得到自然而深刻的發展。實現探究實踐的教學方法有很多，其中，比較有效的是項目式教學，項目式教學是以真實地理情境問題為依托，通過確定項目任務、制定實施方案和計劃、項目實施、評估反饋、展示分享等環節和步驟實施教學的一種教學方式［5］，它最大的優點在于學生在主動合作完成項目的過程中實現地理科學思維的培養、理論與實踐的結合。

本題可采用項目式探究實踐活動進行教學設計：①呈現項目背景，根據項目需求提出問題，本題主體背景是“西北某干旱地區風沙危害大”，項目需求及問題是“探索當地水資源約束下具有最佳阻沙效果的灌草種植方式”；②根據問題需要確定任務，本項目任務有“設定灌草種植方式”“測量空氣中沙塵運動”等；③通過查閱資料、調查訪問等方式進行“前期研究”，如了解灌木和草的性狀特征以及根據植被地帶性原理選擇適合當地種植的灌木和草類植被；④根據問題、任務及前期研究，提出研究方案，討論和選擇最優“設計方案”，本項目以實驗的方式進行研究；⑤實施實驗，合理布置試驗田、儀器設備等實驗設施器材，科學操作實驗，獲取數據；⑥對數據進行處理、分析，構建科學（數學）模型并進行評估，得出結論，若結論與已有科學原理或現實嚴重不符，需要回到第四步，對方案和實驗設計進行檢視、重新設計和實施，反復迭代，直至可信可靠；⑦“展示交流”，將研究過程和結果撰寫成研究報告，并進行展示和交流，反思項目學習的收獲（圖1）。通過項目式探究實踐活動的實施，經歷科學發現（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，實現從知識向素養的轉化。

參考文獻：

［1］ 魏輔文.加強中小學科學教育 推動拔尖創新人才早期培養［J］.中小學科學教育，2024（1）：16-19.

［2］ 鄭永和，周丹華，王晶瑩.科學教育的本質內涵、核心問題與路徑方法［J］.中國遠程教育，2023（9）：1-9，27.

［3］ 李敏，顧永剛.數學思想方法在中學地理教學中的應用探析［J］.地理教育，2023（10）：3-8.

［4］ 高云峰.探究實踐：中小學推進科學教育的關鍵點［J］.中小學管理，2023（6）：14-18.

［5］ 孫顯廷.高中地理項目式教學的探索［J］.地理教育，2022（S2）：90-91.