吴佑娟

(湛江市麻章区第一中学 广东湛江 524000)

一、跨学科融合教学的时代意义

新高考政策下,学生选科打破了原有非理即文的学科组合方式,可以对学科进行自由组合,这在一定程度上加强了地理学科与物理、生物、化学、数学等关系密切的学科之间的关联,同时也让跨学科融合培养人才变得更加必要和可行。日常教学发现,用单学科知识解决单学科问题,对大多数学生而言是理所当然的思维方法,但用跨学科知识、思维解决单学科或多学科问题则是很多学生欠缺的思维能力。新高考评价体系背景下的高考地理试题侧重核心素养立意,重点考查学生运用知识、思维、方法解决复杂真实情境和问题的综合素养。作为高等教育选拔人才的主要途径,高考所考查的学科核心素养主要是通过学生的答题思维反映出来。因此在教学中运用跨学科融合培养学生解答试题、解决问题的能力是很有必要的。

《义务教育地理课程标准(2022年版)》首次提出“跨学科主题学习”的要求,并指出“地理课程跨学科主题学习是……运用并整合其他课程的相关知识和方法,开展综合学习的一种方式”,要求“用跨学科的思维与方法认识世界”。由此可见,跨学科融合教学是未来一定时期内的教育时代背景。相比义务教育阶段注重在学生感知、形象思维的基础上运用多学科相关知识与方法开展主题式综合学习而言,高中阶段则侧重于融合科学、技术、工程、艺术、数学等多学科开展研学、实践活动,即当前流行的“STEAM”教育理念,注重培养学生的综合思维与地理实践力。本文所指的跨学科融合是基于地理问题解决的需要,综合运用高中阶段各学科的知识、思维与方法对真实世界、复杂问题进行分析、综合、评价与迁移应用等。跨学科融合在教学中的应用有利于培养学生的综合思维素养。地理学角度的综合思维是指人们运用综合的观点认识地理环境的思维方式和能力,是地理学科独特的学科核心素养之一。高中阶段学习备考任务重,多数学校开展跨学科研学实践或实验的条件不足,在课堂教学中运用多学科知识、思维与方法培养学生综合思维能力是培养跨学科能力的重要途径。基于此,笔者经过实践,认为在地理试题讲评时运用跨学科知识、思维与方法可以有效培养和提升学生的地理综合思维与跨学科能力。

二、数学思维方法在地理试题中的融合应用

(一)运用数学关系式法分析比值或差值类陌生地理概念,培养学生要素综合思维能力

示例1:相对湿度是空气中实际水汽压与同温度条件下饱和水汽压的比值,用百分数表示。图1示意我国某大城市1975～2015年城区和郊区各月平均相对湿度。造成城区与郊区相对湿度差异的主要原因是城区较郊区( )

图1 高考真题原图

A.气温高 B.蒸发(腾)强

C.降水量大 D.绿地面积大

本题中的“相对湿度”是一个比值类概念。首先运用数学等量关系式法构建比值类数学关系式,即相对湿度=(实际水汽压/饱和水汽压)*100%。将实际水汽压、饱和水汽压与相对湿度三者的要素关系转化为分子、分母与比值之间的数量关系。其次该设问为类比设问,需要运用类比思维对两个不同地理事物进行比较,根据它们的一系列属性(空间分布、特征、性质、组成要素等)异同推出其他结论(影响因素、产生条件、形成过程等)。根据图中城区与郊区在不同时段相对湿度的结果类比,运用地理知识推出影响该结果的主要因素——城区与郊区的空间气温差异。结合物理知识可知,气温越高,则饱和水汽压越高。运用数学的“分母越大,分子越小,比值越小”的数量关系原理,将以上信息综合分析可知城区相对湿度(比值)小,主要是城区气温高于郊区,导致饱和水汽压(分母)大,硬底化面积大导致实际水汽压(分子)小。

在情境中出现多学科关联的陌生概念或名词是高考试题命题的创新性、综合性表现之一,正确解读陌生概念或名词是解答此类试题设问的关键。对于类似“什么(地理概念)是某一数值与另一数值的比值、差值或距平”等数值类地理概念,在解题时可根据地理概念中要素的数量关系建立相应的数学等量关系式,如a=b/c或者a=b-c等,将要素关系转化为数量关系,综合运用与该陌生概念相关的跨学科知识,建立陌生概念与其他要素或地理事象之间的关联,在始终保持等量平衡关系的基础上综合分析即可得出答案。数学等量关系式思维方法除用于上述数值类陌生地理概念情境类试题外,还可以广泛用于人口统计分析、城市化水平变化分析、水量平衡关系应用、增长率与数量变化关系分析等。如2022年普通高考全国乙卷第1题(试题详见2022年高考真题)分析人口的变化特点,需要根据材料信息建立①人口总量=中心城区人口数量+中心城区以外地区人口数量②中心城区人口比重=中心城区人口数量/总人口数量两个等量关系式,进而根据表格数据分析得出结论。这类型题目具有要素关系复杂、数量动态变化、结果分析多维等特征。运用数学等量关系式、类比思维等思维方法能快速理清要素关系,顺利化解解题障碍,在帮助学生高效解题的同时,培养学生运用跨学科思维方法构建要素关联、综合要素分析的思维能力。

(二)运用数形结合法提升学生空间感知与分析能力,培养时空综合思维能力

示例2:2021年10月16日,神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,将我国3名航天员顺利送入距离地表约400 km的中国空间站。2022年4月16日,航天员安全返回地球。驻留期间,酒泉卫星发射中心发射塔与广州市区广州塔两地每天正午太阳高度的差值( )

A．先变大后变小 B．先变小后变大

C．持续不断变大 D．始终保持不变

此题考查正午太阳高度角的年变化幅度,涉及时间变化、数值变化、空间类比等复杂关系。解题时可运用数学中的数形结合法,首先画出太阳直射点移动轨迹示意图,标出航天员驻留期间太阳直射点的移动轨迹及广州与酒泉的纬度相对位置关系图(如图2),并以冬至日为例,将酒泉、广州两地冬至日的正午太阳高度角标示出来。

图2 广州、酒泉正午太阳高度差值图解

借助图2,运用正午太阳高度角的时空变化规律与计算方法的知识可以将设问“两地每天正午太阳高度的差值”这一数值转化为直观的图形,即图中的(b-a)部分,实际就是分析广州与酒泉两地之间的纬度之差,而两地之间的纬度之差是不会随时间变化的,由此本题顺利解答。

数形结合法是将试题中的数量(或要素)关系转化成图形的思维方法。它能将抽象思维转化为形象思维,能使复杂的地理问题得以简化。“数”可用来描述地理要素,“形”能反应地理空间、时间的变化或相互关系,数形结合能更直观地表示地理要素与时间、空间的变化的相互关系或要素之间的关系。运用数形结合法实施地理教学能有效培养学生的要素综合与时空综合思维能力。尤其对于地球运动、大气运动、地理环境的整体性与差异性等时空综合性强、学习难度较大的内容,运用数形结合法可有效降低学习难度,提高学生的空间感知能力。如利用线段或圆弧表示昼长与夜长,既能引导学生从时间和空间的角度理解昼长与夜长的时空概念,又能从时间长短、空间范围角度顺利推导出昼长、夜长的计算公式。此外,地形剖面图、等值线图、坐标统计图等都是典型的数形结合在地理学科中的体现。

不同类型图表可反应要素与要素、要素与时间、要素与空间、时间与空间等多个要素与时空的相互关系,运用数形结合法教学有利于提高学生图文转换的能力,培养学生解读和获取地理信息的必备关键能力。对数形结合类图表的解读往往需要运用多学科的知识与思维方法对地理要素与时空进行比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括,运用数形结合法能有效培养学生的要素综合与时空综合思维能力。

三、跨学科知识在地理试题中的融合应用

运用跨学科知识理解跨学科名词或概念,可以培养学生区域综合思维能力。

示例3:溶解氧是指溶解在水体中的分子态氧,其含量变化与水温、盐度、有机物质分解和生物活动等相关。自上世纪50年代以来,长江口外海域水体溶解氧低值区的面积和强度不断增加,夏季尤其显著,对海洋生态环境产生了许多现实和潜在影响。分析长江口外海域水体溶解氧低值区在夏季强度显著增加的原因。

试题中的“溶解氧”是一个跨地理、化学、生物、物理等多学科的名词。解答时需关注材料中的概念描述并借助其他学科的知识理解溶解氧与水温、盐度、有机物质分解及生物活动的关系。运用生物、化学、物理、地理等学科知识可获取以下信息:水中的氧气主要来源于大气压力作用下氧气向水中的渗透溶解,以及水生生物光合作用释放出的氧气;气体的溶解度随温度升高而减小,故温度越高时,水中溶解氧越少;水生植物多,光合作用强会增加溶解氧;生物活动频繁时呼吸作用强,有机质分解快,则会加快溶解氧的消耗;表层水体盐度低,密度小,与深层水体垂直交换少,使得深层水体含氧量减少。综合以上信息构建要素关联,再针对“长江口外海域”这一特定区域在“夏季”这一特定时段的水温、盐度、生物活动等要素特征进行综合分析即可。

地理学科的综合性特征使得地理试题中更容易出现跨学科知识。核心素养背景下的新高考评价体系提高了对高考创新性、综合性的要求,也使得跨学科陌生名词或概念在高考试题中出现的频率呈现上升趋势。对跨学科陌生名词或概念可按照以下思维路径分析:找出概念的定性描述——是什么(关联相关学科知识);从概念描述中找出其在哪里(区域认知),其产生、形成或分布、变化等与哪些要素相关(建立要素、时空关联);其有何作用、意义或影响(因果关联)等。之后再结合试题中的具体区域、时间等信息进行区域综合分析,解答试题。例如2022年普通高考全国甲卷第44题中的“多氯联苯”。材料没有说明多氯联苯是什么,只说明“曾被广泛使用,美国某湖存在多氯联苯污染,要求分析鱼类体内多氯联苯的来源并列出应采集的样品种类及采样点的位置”(题目详见2022年高考真题)。解题时需要运用化学知识了解多氯联苯的化学成分是什么,从而帮助理解它可能会在生产生活的哪些方面使用?运用生物和地理知识分析多氯联苯在自然界中的循环过程以帮助理解它可能会在哪些地方残留或带来什么危害,进而辅助解答此题。地理试题中的陌生名词或概念的出现能体现地理试题的创新性、综合性,也加大了考生审读情境材料的心理难度。灵活运用跨学科知识准确理解陌生名词或概念能提高学生解读或获取地理信息的效率,培养学生的区域综合思维能力。

四、地理跨学科融合教学建议

(一)提升教师的跨学科融合教学意识与跨学科能力素养

跨学科融合教学既是一种教学方法,也是一种教学理念。随着跨学科主题学习被写入义务教育课程标准,跨学科融合教学将会受到更加广泛的重视。教师要逐步提高跨学科融合教学的意识,重视引导学生养成运用跨学科知识、思维与方法分析和解决地理问题的意识与习惯。而教师自身的跨学科能力也影响教师的跨学科融合教学效果。跨学科教学既需要教师具备多学科的本体性知识,又需要教师具备整合跨学科资源、实施跨学科教学的能力,对多数教师而言这是一个全新的挑战。教师要自觉通过各种途径提升自身的跨学科能力与素养。

(二)跳出学科局限,强化学科关联与融合

地理是典型的多学科交叉的综合性学科,与其他学科存在大量共通的跨学科知识。如地理学科中的植被、土壤、生态环境保护等内容与生物学科的种群与群落、生态系统及其稳定性等内容存在众多交叉知识。除生物学科外,地理与物理、化学、数学、政治、历史等学科都存在较多跨学科共通知识,教师在教学时应充分挖掘教材中的跨学科内容,跳出学科局限,以跨学科的视角挖掘学科关联,构建跨学科融合教学方案,培养学生跨学科意识与思维。

(三)跨学科融合要与核心素养的培养有效结合

跨学科融合教学的最终目标是助力学生核心素养的培养。在教学中首先要明确教学所需达成的核心素养目标是否需要借助其他学科的知识,不能只是为了增加课堂趣味串联其他学科知识或思维方法。应通过思考达成核心素养目标的教学路径来确定如何构建跨学科融合的整体教学框架。

(四)跨学科知识、思维与方法的选择与融合要适度

由于不同学科对跨学科共通知识与思维方法研究的侧重点不同,在专业术语的表述上也存在较大区别。这也是学生在学习时不能很好地运用跨学科共通知识辅助解决地理问题的原因之一。考虑到高中学生的认知水平与思维能力等,高考试题中的跨学科知识都是以基础的跨学科共通知识或者学科常识性知识为主,常被学生的单学科思维忽略。因此基础教育阶段的跨学科融合应侧重于引导学生形成运用跨学科的思维方法分析和解决问题的意识与习惯,在学习与实践中培养跨学科综合思维能力。因此跨学科融合教学中,教师应选择合适的内容,注意融合应用的角度与深度等,切忌在教学中,过度宣讲其他学科高深的知识与方法。