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高中地理大概念与VR技术融合教学研究

2022-07-08代正娇李亦秋

地理教育 2022年8期
关键词:喀斯特地貌大概念VR技术

代正娇 李亦秋

摘 要:新一轮课程改革对核心素养的培养提出了新要求,大概念和信息技术成为落实核心素养培养的重要渠道,但大概念的学习具有一定抽象性,利用VR技术创设仿真情境能够弥补学生空间知觉能力不足的短板。本文以“喀斯特地貌”为例,用学科大概念统摄课程内容,以VR仿真情境作为活动载体,遵循“情境—问题—探究—迁移”学习路径,探讨大概念和VR技术有机融合的可行性,促进地理核心素养培养的落实。

關键词:大概念;VR技术;喀斯特地貌

中图分类号:G633.55        文献标识码:A        文章编号:1005-5207(2022)08-0046-05

教育信息化时代的到来,促使信息技术成为教育教学实践的重要工具。《普通高中地理课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称“新课标”)强调借助大数据、人工智能、“互联网+”等信息技术促进地理学习的拓展和深入[1]。虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是利用计算机的可视化功能将现实世界虚拟化的新型信息技术[2],采用VR技术中的可视化功能生成仿真地理环境,实现交互式观察和分析,是未来教育发展的必然趋势。

大概念是一种抽象概括,具有隐晦性特征,可在真实情境中结合具体知识线索解决具体问题并理解其本质。但在实际教学中受限于时空环境,并非所有教学过程都有提供真实情境的机会,针对此情况,迫切需要创造代替真实情境的仿真地理环境。鉴于VR技术在还原和模拟真实环境方面的优势,本文以“喀斯特地貌”为例,设置“情境—问题—探究—迁移”的学习路径,探讨大概念与VR技术的有机融合。

一、VR技术与大概念教学融合分析

1.VR技术模式

目前VR技术在地理教学中的应用主要有两种模式:一种是通过对无人机拍摄的360°全景影像进行建模,制作成虚拟教学场景,根据教学需求,利用软件完成教学场景的专业定制(图1),本文主要采用该模式;另一种是利用手机直接拍摄VR影像。

2.VR技术和大概念教学的融合模式

大概念教学以情境作为载体,在教学过程中需要联系实际创设“大情境”,而地理学研究的综合性和地域性给地理大概念教学的情境创设带来一定难度。VR技术可以生成便捷且仿真的地理情境,例如,呈现大尺度地理环境、呈现无法亲身体验的灾害过程、呈现长时间和瞬时地理过程[3],帮助学生在外部环境的交互、沉浸和直观感知下系统建构知识,既有利于学生对教学内容形成“长时记忆”,又能吸引学生进行深度探究。本文尝试以VR技术所呈现的情境为活动载体,用大概念统摄课程内容,在VR情境中渗透对大概念的理解,落实地理核心素养的培养目标(图2)。

二、基于大概念引领的教学背景分析

1.教材分析

“喀斯特地貌”一课以喀斯特地貌的概念为起点,通过“地表喀斯特地貌的演变过程”具体介绍喀斯特地貌的次级地貌类型,最后通过设置活动让学生认识喀斯特地貌与人类活动的关系。从教材分析中可以确定“地貌”的概念。基于大概念理论,大概念可以概念的形式出现,但只有当概念具有体系化的思想、观点或看法时,才能称之为大概念。对于“地貌”概念,以事实层面的知识“广西、贵州、云南等地喀斯特地貌最为典型”为基础寻其原因,主要是由于贵州等地降水较多且分布有广泛的可溶性岩石,据此可提炼出“喀斯特地貌是降水和岩石等综合作用下的结果,且仍然处在变化之中”,上升为统整性概念——“地貌是地理要素综合作用的结果,且仍然处在变化之中”。同时,由于地表环境与人类活动息息相关,在一定程度上一个地区的地貌形态会影响当地的生产和生活,这涉及地理核心素养——人地协调观。人地协调观从宏观角度强调人与自然和谐发展的重要性和途径,具有统摄性大、解释力强的特点,也可以将其看作本节课的大概念(图3)。

大概念的确定有助于形成教学内容结构化,确定哪些内容值得教、哪些内容需要学生理解。在“喀斯特地貌”的学习中,最重要的不是学习喀斯特地貌及相关次级地貌类型的具体概念,而是让学生真正了解喀斯特地貌的形成过程以及喀斯特地貌如何影响人类生产生活,形成“地貌是地理要素综合作用的结果,且仍处于变化之中”和“一个地区的地貌会影响当地的生产和生活”的概念。遵循此逻辑,建立教学内容的整体结构(图4)。

2.学习目标确定

在大概念教学中,学习目标的设立要立足于学生的深度学习,并有助于学生形成迁移思维,通过目标的完成度判断学生大概念的建构程度。根据课标要求、学生已有知识和主题内容,确定具有操作性、迁移性的学习目标。“喀斯特地貌”课标的要求是“通过野外观察或运用视频、图像,识别3~4种地貌,描述其景观的主要特点”[1]。首先解释概念,地貌是指固体地球表面形态特征。其次,通过对大概念的表征和描述,围绕教学内容特点,确定本节课学生需要掌握的必备知识和关键能力。最后,结合生活实际形成具有现实意义的学习目标体系,主要分为迁移应用、理解意义和掌握知识三个层面[4](表1)。

3.评价活动设计

评价活动是大概念教学中的重要环节,与传统教学不同,大概念教学理论中评价活动要先行,可以从表现性任务与数据考核两方面对评价指标进行设计[5]。表现性评价通常用情境设问,以真实的实践任务反映学生的学习结果;数据考核通常采用随堂测验、开放式问答、课后作业等方式了解学生的学习情况。结合大概念理论,以“喀斯特地貌”为例设计如下评价指标(表2)。

大概念教学不仅注重学生互评,更注重自评。为更好地呈现大概念教学成果,将地理核心素养的培养目标转换为自我评价量表(表3),在课前呈现给学生,让学生在教学前、中、后期都可以利用自我评价量表进行自评。

三、大概念与VR技术融合教学实践路径

新课标明确提出进一步精选学科内容,重视以学科大概念为核心,使课程内容结构化,以主题为引领,使课程内容情境化,促进学科核心素养的落实[1]。为此,本文确定了大概念与VR技术融合的“情境—问题—探究—迁移”学习路径,将知识和原理迁移到VR仿真情境中,在开放性的仿真情境中整合具有逻辑性的问题,引导学生在问题的探究中促进“喀斯特地貌”大概念的建构和地理技能的提升,并重视培养学生在地理新情境中的迁移应用。

1.VR场景呈现

大概念具有抽象性,利用VR技术强大的仿真功能再现真实地理情境,能够弥补学生空间知觉能力的不足。新课标提出情境要具有真实性、开放性和复杂性,通过运用VR技术进行场景复原、情境再现,将贵州经典的喀斯特地貌景观以三维虚拟的方式展示(图5),通过拖动鼠标切换视角,让学生在多角度感受喀斯特地貌的过程中提升对地理事象动态过程的观察和预测能力,以喀斯特地貌为切口剖析多种地理要素对其演变过程的作用及生产生活的影响。

2.确定地理问题

大概念是隐藏在琐碎知识背后的原理性知识,可通过问题链的进阶挖掘大概念背后的本质。围绕本节课的核心任务,提出核心问题“如何提高贵州喀斯特地貌区经济的可持续发展?”,以喀斯特地区的可持续发展为主线,秉持“在哪里?是什么?為什么?怎么了?怎么做?”的认知规律,将核心问题分解成喀斯特地貌的分布、类型、形成过程以及目前存在的问题和合理利用等(图6),帮助学生在头脑中逐步搭建贵州喀斯特地貌区经济可持续发展的思维框架,在认识喀斯特—分析喀斯特—助力喀斯特的过程中,加深学生对喀斯特地貌的区域认知,强化学生对喀斯特地貌空间差异的观察、概括和归纳能力,提升对该地貌空间动态过程演变的推理预测能力,以此塑造综合地理思维。同时,贵州喀斯特地貌区经济的可持续发展归根结底取决于人们是否能正确认识人地关系,可在探究经济的可持续发展中帮助学生形成对人地关系的理性认识。

3.引导探究活动

针对本节课的具体问题,利用VR技术设置相应的情境,教师提供VR全景图、模型图让学生通过自主体验建构对知识的理解,在VR情境中由浅入深地完成学习任务,在活动探究中建构喀斯特地貌的大概念体系(表4)。

以上探究活动是在VR技术提供的虚拟仿真情境中交互产生的,可以消除自然环境、经济成本以及疫情的限制,既是实现大概念教学的有效途径,又是培养学生地理核心素养的有力延伸。探究活动紧扣地理现象、地理过程和地理联系,采用问题解决的方式激发学生的探究兴趣。在前两个活动“欣赏”和“分析”喀斯特地貌中,借助VR全景图、模型图等素材,从全国范围内建构喀斯特地貌背景,实现对喀斯特地貌由面到线、由线到点的分析,帮助学生从直观感受上升到理性分析。在第三个活动“利用”喀斯特地貌中,以“图文”为依托,了解贵州省地表全貌,对贵州省已开发的喀斯特地貌资源进行评价,同时以游戏化的方式促进学生正确对待喀斯特地貌与人类的关系,鼓励学生为喀斯特地貌区经济的可持续发展提出合理建议,实现以“题”(主题化)学“知”,以“知”促“生”(生活化)的目的。

4.实现迁移应用

大概念的建立需要经过“具体—抽象—具体”的循环过程[4]。“地貌是地理要素综合作用的结果,且仍然处在变化之中”与“一个地区的地貌形态会影响当地的生产和生活”等概念需要一定数量的具体案例支撑,支撑情境越多,迁移性则越强。为此,通过VR技术创设“黄河流域——黄土高原的前世今生”情境,以黄土高原的昨日、今日和明日为线索,利用VR+ Google earth呈现黄河上中下游的景观,再现昨日黄土高原的虚拟仿真情境,使生成于具体情境的大概念再次回到具体情境中,从而帮助学生在多样化的情境中不断深入地理解地理知识,真正实现教学的能力指向和素养导向。

四、总结反思

当前,学科大概念已经成为课程改革的重要关注点。以大概念为导向的VR课程为教师提供了全新的教学思路和可操作模式,使学生的学习从封闭的课堂走向开阔的仿真情境,打破了课堂教学的局限性,增强了地理课程的开放性,凸显出在真实情境中探究问题的特点。VR技术作为辅助工具,大概念用于强化思维,引导学生围绕大概念,在VR仿真情境的探究过程中实现“虚实结合、相互补充”的教学,落实地理核心素养的培养。但大概念与VR技术的融合是个缓慢的探索过程,教师需要转变思维定式,提升运用VR技术,促进VR课程达到理想的效果。

参考文献:

[1] 韦志榕,朱翔.普通高中地理课程标准(2017年版)解读[M].高等教育出版社,2018.

[2] Kinsland G L, Borst C W. Visualization and interpretation of geologic data in 3D virtual reality[J]. Interpretation, 2015, 3(3): SX13-SX20.

[3] 张述林.基于VR技术的地理教学[J].地理教学,2018(7):43-46.

[4] 刘筱清.基于大概念教学的单元目标设计与教学实施——以“自然环境的整体性与差异性”为例[J].地理教育,2022(2):12-15.

[5] 邵朝友,韩文杰,张雨强.试论以大观念为中心的单元设计——基于两种单元设计思路的考察[J].全球教育展望,2019,48(6):74-83.

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