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探討中學地理教學的“圖層方法”

作者:admin 更新時間:2018年10月14日 10:00:00

  摘要:“圖層方法”是利用地理信息系統圖層的概念和技術來開展地理教學的方法,具有直觀性、形象化和可操作的特點,已被我國地理教師用于地理原理性知識和區域地理等內容的教學。該方法可以非計算機的“低技術”方式使用,既利用了地理信息系統中的有益方法,又適合我國地理教學軟、硬件普遍不足的現狀;對該方法的研究有利于挖掘“圖層方法”的內涵,豐富中學地理教學方法體系,為地理教師提供更多的教學方法的選擇。


  關鍵詞:圖層;圖層方法;地理教學;中學;地理信息系統;


  作者簡介:林培英,1957年生,北京人,博士,首都師范大學資源環境與旅游學院教授,主要從事地理課程與教學論、現代教育技術應用、環境與可持續發展教育等研究。


  地理信息系統不僅是我國高中地理教學的內容,也可以作為教學的輔助工具。目前地理教師利用地理信息系統輔助教學的還不多見,主要原因在于地理信息技術是一門需要足夠的硬件和軟件的“高技術”,在這方面,我國中學的條件還不能滿足技術應用的需要。但是地理信息系統并不僅僅是“技術”,它已經從“技術”發展到“科學”,其中一些基本的技術和思想,在沒有“高技術”的條件下也可以運用到中學地理教學中,為打開地理教學新思路作出貢獻。“圖層”就是這樣一種技術。


  2003年,筆者從美國國家地理教育網站上看到一篇地理課堂教學的教案,標題是《區域圖層———低技術含量的地理信息系統》。1方案中安排中學生通過使用地理信息系統中的圖層技術探究一個地理區域的自然特征,但學生使用的是透明膠片而非計算機的地理信息系統軟件。這篇教學設計給予筆者最初的啟發是:用“低技術”地理信息系統教學,除了可以直觀、形象地了解該技術的特征外,還可以滲透該技術內含的地理思想。在以后的若干年內,筆者不斷與大學同事、師范生和中學地理教師交流這種想法。2004年準備申請高中地理教材編寫立項時,根據這種思考設計了農業區位因素章節(見林培英、楊國棟等著的《高中地理教科書的文本比較研究與編寫實踐》一書);2006年筆者參與北京郊區初中地理教師培訓項目,當地中學教師利用類似的方法設計并實施了一節公開課(見本文“背景資料1”);2008年筆者主持教育部師范司高中新課程遠程研修項目,參與課程開發的優秀高中地理教師又設計實施了類似的研究課例(見本文“背景資料2”)。此外,從其他渠道也了解到有類似研究課或復習課的存在,例如,利用圖層疊加技術復習區域地理知識。[1]基于上述中學地理教師的實踐和作者多年的思考,本文探討了“圖層”概念和技術在中學地理教學中的應用。


  一、基本概念


  (一)圖層


  “圖層”,簡單地說就是層狀信息。在使用廣泛的圖像處理軟件Photoshop中,“圖層”是一個基本技術,人們用它來分別處理圖像上的不同內容,每次處理的內容就構成一個“圖層”,最后將不同的圖層疊加成目標圖像。甚至在傳統的手工制作中,也能看到“圖層”的影子。例如,立體畫的制作,人們在不同的硬紙片上分別畫上云、山、樹、人等圖形并剪裁下來,再將這些圖形按某種前后順序垂直粘貼在底板上,從正面看,就是一幅有層次的立體畫。


  在地理信息系統中,“圖層”即“描述不同地理要素的專題層次”“不同要素的地理空間數據也常常分別地加以組織,形成同一區域的多重圖層或專題數據層次……”[2]地理圖層是地理信息系統的數據存儲和表現形式。


  在與地理有關的實際應用中,“圖層”中的“圖”是指專題地圖,“層”是指在某一特定框架下相互關聯的若干幅專題地圖,其中基本地圖呈現主題框架,如某一區域的輪廓圖;其他則為可供選擇疊加的數據圖層。某一類數據可以在底圖上獨立顯示,也可以疊加在一起構成新的地圖,例如,道路、河流、建筑、行政區域劃分、地面海拔等,都可以構成專題圖層。在電子地圖的使用中,用戶可以選擇在某城市的地圖上單獨顯示大型購物中心,這里大型購物中心的分布圖就是一個“圖層”。


  “圖層”的使用可以是基于計算機的,也可以是非計算機技術的,如使用透明材料繪制地圖圖層再進行人工疊加。在地理課上,一些簡易地理教具的制作也應用了“圖層”的原理,例如,使用玻璃片制作的等高線地形圖模型,每張玻璃片就可以理解為一個“圖層”。不論是計算機處理的“圖層”還是用普通材料繪制的圖層,基本的要求是“透明”。


  總之,“圖層”有以下幾個重要特點:信息呈層狀顯示;每層的空白處是透明的;多層信息組合起來形成新的俯視圖。假如我們用橡皮泥制作了一個地層模型,從側面看確實是層狀的,但不能說它是“圖層”,而玻璃片制作的等高線地形模型就可以這樣說。上述三個特點都具備,相關事物才具有“圖層”的意義。


  (二)作為教學方法的“圖層方法”


  當人們用“圖層”技術進行地理專題教學而非單純呈現疊加后的信息分布時,就會形成一種由技術擴展開來的教學方法,可以稱其為“圖層方法”。“圖層方法”是利用地理信息系統圖層的概念和技術來開展地理教學的方法。與講授法等涵蓋面很廣的方法比較,它多限定在某些特定內容上;同“情境教學”“探究教學”等一般教學方法比較,它是一種地理特色教學方法。“圖層方法”中的“圖”目前僅指地理要素分布圖,“圖層”指用于同一主題學習的若干張透明要素分布圖,這些圖的比例尺相同,呈現的地理要素不同。一般來說,每一張圖僅表示一種地理要素。“圖層方法”主要由圖層的建立和利用圖層討論地理主題兩個核心部分構成。“圖層方法”并不依賴特定的教學儀器設備。


  “圖層方法”的名稱似乎有些過于具體和依賴技術。在實際課例中,一些教師也并沒有直接使用“圖層”的概念,而是根據課堂教學的活動設計,將自己使用的方法定義為“情境教學法”“任務驅動法”甚至是“探究法”。我們也可以將“圖層”技術的運用定義為“多因素分析法”或“綜合分析法”,這種命名較之“情境教學法”等方法更接近該方法的本質。但上述方法的名稱都過于上位和寬泛,模糊了圖層利用本身的地理特點,所以本文選擇使用“圖層方法”一詞,突出其方法與地理教學內容的融合。


  二、“圖層方法”的使用


  為了讀者閱讀方便,本文提供兩個背景資料,呈現我國初中和高中兩節利用“圖層”上課的縮略過程。


  背景資料1澳大利亞的養羊業分布1


  背景資料2棉花生產布局影響因素分析2


  結合前面提及的美國教案,三個課例有一些共性的東西可以作為“圖層方法”的成分。


  1.提出問題或布置學習任務


  “圖層方法”本質上屬于任務驅動類的方法,所以,教師為學生設計的問題屬于加里·鮑里奇問題分類中的“開放性問題”和“復雜問題”[3]。若以學習任務的方式呈現主題,該任務也會具有較大的綜合性和探究價值,需要較長的時間完成。例如,在美國的教學設計中,特定的學習任務幾乎貫穿整個教學時間3~4個小時;我國中學地理課一般時長為45分鐘,“澳大利亞”一課養羊業分布的內容用時約37分鐘,“農業區位”一課我國棉花生產布局用時約25分鐘。


  2.建立圖層


  建立圖層是“圖層方法”的特色部分。在典型的課例中,圖層一般由學生自己建立而非使用現成的,這是“圖層方法”與常規地圖使用的區別。建立圖層不僅僅是為了獲取“疊加”需要的材料,其本身就是一個學習過程。學生在制作圖層的過程中,會不斷學習、熟悉、領會有關地圖和地理專題要素分布的知識,并增長繪圖的技能,也期望有激發學生興趣的作用。


  學生建立的圖層均為草圖或示意圖,圖層的精準和美觀并不重要。學生可以采取各種可能的繪圖方法,教師也可以采用不同的展示方式。在前述中國的課例中,學生有兩種繪圖方式,一種是在紙質的專題地圖上用彩筆描畫出專題要素的分布范圍,另一種將透明膠片覆蓋在紙質地圖上描繪。教師也有兩種展示方式,一種是直接將學生繪制好的透明膠片放到投影臺上展示,一種是根據學生在紙質地圖上的描繪,當堂描繪在PPT底圖上進行展示。


  利用地理信息系統軟件建立圖層,屬于“高技術”應用,在技術層面上更接近“圖層方法”的本源,但“建立圖層”內涵的教育意義與學生手工繪圖就有了根本的不同。采用何種方式,除了條件制約外,還要看教學的目的。目前來看,我國絕大部分學校還不具備“高技術”建立圖層的條件。對地理信息系統感興趣且有開發能力的地理教師,可以利用選修課或活動課的形式讓學生建立圖層。


  3.圖層疊加


  圖層疊加是這種方法的另一特色部分。“疊加”本身很簡單,如果使用地理信息系統點擊一下鼠標即可完成,手工疊加也并不費事。但作為一種教學方法中的“疊加”,它是與建立圖層相對的學習過程。圖層建立是個將學習對象分解的過程,“疊加”則是將分解后的要素再綜合的過程。因此,為什么疊加、將哪些圖層疊加就是需要圍繞教學目標精心設計的環節。大部分教學中的“疊加”是將若干張透明材料繪制的示意圖疊置在一起,但也有教師將學生繪制出的不同示意圖直接轉繪到同一張地理底圖上,雖無“疊加”的動作,卻仍有“疊加”含義。


  4.結果討論


  如同任何活動式的教學方法,最后都有討論的環節,“圖層方法”的運用也是如此。結果的討論要依據教學目標并聯系學生已有的地理知識基礎,并由討論歸納出學生應該了解的新的地理知識。


  三、“圖層方法”研究的意義


  (一)“圖層方法”與地理學本質的聯系


  “圖層”并不僅僅是技術領域的專用概念。早在1927年,德國地理學家阿爾夫雷德·赫特納就在他的《地理學:它的歷史、性質與方法》一書中對地理學的研究領域作了如下形象的描述,他使用地理要素層狀分布和疊加作用的說法,其中已包含現今“圖層”概念的全部特點。


  可以把地理學的內容設想為一個填滿了的空間,它的底面是地表,而其中各種自然界和它們的各種不同的現象群形成層狀迭置起來。……當人們在這個空間以外從旁把目光自下向上掃視時,就會依次看到每一個范疇的現象分布;使這種做法遍及整個地球,那就是一般地理學的考察。如果從上向下看,……我們設想目光能夠透過這些層次,就可以同時看到所有的現象;這是屬于特殊地理學即地志學和景觀學的考察。[4]


  赫特納用形象的說法描述了地理學的兩大研究領域,讀起來更像是人類看待我們生存世界的兩個不同視角。系統地理的研究者關注地球表層某一要素,研究它的變化、影響和地區分布,視角是“自下而上”的,分別看到構成層狀體系的每一個要素;區域地理的研究者關注地球表層要素復合體的現象和地區分布,視角是“自上而下”的,看到的各個層狀要素重疊以后構成的區域,所有要素都以某種聯系共同存在于一個水平平面上。后來的美國地理學家哈特向將這種說法作了如下進一步的概括。


  如果我們把地理要素的變化看作仿佛是包含在與地球表面相平行的面上的,那么所有這些要素合起來,就在地球表面上空的不同高度上形成一系列表面。在系統地理學的任何一個部分,人們把單層表面上所有一切變化與其他諸要素表面上的變化可能有的關系聯系起來研究。然而在區域地理學中,我們卻垂直通過所有各層表面了解一個有限部分,以求理解一個地區中這些表面的特點的總合。[5]


  哈特向重申赫特納的觀點時明確使用了“系統地理學”和“區域地理學”的分類,并突出了地理要素分布的“平行面”特點。為了更清楚地表明赫特納和哈特向對系統地理與區域地理圖層關系的描述,本文借用圖1將其可視化。在圖1中,從R—SR為系統地理研究的各個地理要素,E圖為R—SR疊加后形成的綜合圖形,可以理解為區域地理關注的部分。“圖層方法”的內涵是基于上述兩種地理學視角的,是這種視角融合的最直接體現。因此,在教學中,“圖層方法”的認識論意義和方法論意義要大于其單純工具的意義。


  當然,地理學研究中的系統地理與區域地理交叉的視角具有很強的專業性,中學地理教學沒有必要將它們全部教給中學生(地理視角也不是直接教授出來的),本文考慮到中學地理課程特點中的“復雜性”和“區域性”正是來源于這兩個視角,作為教師,如果選擇“圖層方法”進行地理教學,理解二者之間的關系是必要的。


  (二)“圖層方法”的地理教學方法論意義


  “圖層方法”在分析綜合方面具有優勢。分析綜合是地理教學的基本方法,用來幫助學生體驗由簡單到復雜,由單一到綜合的認識過程。任何地理學習對象都是綜合的,將其分解開來不過是為了認識和理解的方便。例如,學習影響氣候的主要因素,往往會把一個氣候現象的產生分解成緯度、海陸位置、地形地勢、大氣環流形式、洋流、人類活動等單一的因素講解;學習一個國家或地區,實際也是將它“分解”成位置、地形、氣候、河流、城市、工農業生產、人口等多個特征處理。地理學習“分解”的過程一般是由地理教科書和地理教師完成,且有一定的規律,以避免學習抓不住頭緒的困境。但“分解”很多時候并不是地理教學最終目標所在。例如,學習農業區位的知識,教學的目的主要不是讓學生知道氣候對農業有什么影響、土壤對農業有什么影響等,嚴格地說,這些是“農學”的知識而非地理學的知識。地理教學希望學生能夠理解為什么這一地區的人們在種植某種作物,這就比理解單一因素與農業的關系更接近“地理”。更理想地,是讓學生理解為什么這個地區不僅有農業,還有其他人類活動形式存在,這比理解為什么這個地區有某種農業類型又接近了“地理”的實質。“國家”和“地區”的學習也是如此。就知識來說,教學的最終目標不是讓學生記住一個國家的某一特征,而是形成有關這個國家的整體印象,這就是“綜合”。“綜合”的過程即使不用“圖層”技術也會是一個隱性“疊加”的過程,例如,如果教師以“分解”為前提問學生,這個地區的氣候適宜,為什么不種植某種作物?教師就是準備在“氣候”因素上再疊加第二個因素,以此類推,直到回答完全部“為什么不種”的問題。這種分析綜合可以不依賴技術,如使用由文字和線條構成的示意圖或關系圖。這種方式比較簡單,但有些過于表面,且無法表現要素之間的關系。“圖層方法”的原理也是先分解后還原,其優勢是直觀、形象,可用來彌補關系圖的不足,更方便地完成前述逐步接近地理本質的學習過程。其中的道理就在于“圖層方法”實際上是把一般只在概念、想象中的內容,變成了可操作的對象———一張張可用于疊加的圖層,使得比較“虛化”的地理要素有了物化的“替身”,這無疑會搭建從具體到抽象的橋梁。從這個角度看,貌似專業性很強的“圖層”概念,在作為地理教學方法后,會起到使教學“通俗易懂”的效果。


  在地理事物分布關系的學習方面,“圖層方法”可以用來拓展一些傳統教學內容的教學意義,如地理事物分布關系的學習。不同地理事物空間分布的關系是中學地理教學中的基本內容,只要不過于復雜,不同的地理事物可以在單一地圖上呈現,學生通過靜態觀察來理解它們之間的相互關系,如山脈與河流流向的關系。“圖層方法”則可以將這種常規的讀圖分析變成動態的探究性學習。因為“圖層”可以靈活疊加,教師就有可能為學生創建一個“如果……會……”的探究情境,學生也可以根據自己的設問選擇疊加的圖層和數量,再通過觀察結果回答自己的問題。“圖層方法”實現這一過程的原理,是先將傳統地圖冊上的既定內容轉化成“未知”的內容。


  在地理數字的應用上,“圖層方法”利用了地理數字的工具性,為學習附加了量化特征。如“背景資料1”和“背景資料2”所示,學生在建立圖層的時候,都多少要涉及量化的指標,如降水量、積溫等;在分析疊加結果時,也會用到量化的指標。教學的目的并非是讓學生記住這些地理數據,而是為他們提供學習使用地理數據的機會,客觀上也使地理教學“自然科學”的屬性有所體現。


  上述意義更多體現的是“圖層方法”的技術性。如果有需求且具備了條件,教師也可調動“圖層方法”的地理性來幫助學生更好地建立地理概念和豐富教學內容。例如,利用“圖層方法”理解“區域地理”的內涵。從前述兩個課例看,在使用“圖層”學習的過程中,學生操作的“區域”范圍是在不斷變化的,有形態(區域結構)的變化,也有面積大小的變化,直觀地反映出多因素對區域邊界形成和區域范圍的影響,如疊加的因素數量不同,最終可選擇的范圍大小也會不同。對于區域范圍無法變化的學習對象,如國家或地區的學習,因素的不斷疊加會改變區域的總體特征,如果再有其他技術配合,可以發現景觀上的變化,從中可以了解和理解區域地理事物豐富性程度的變化。


  在不同的教學目標達成過程中,“圖層”的應用也會因教學目標不同而有一些技術上的細微差別。在地理原理性知識學習的過程中,主要取“圖層”中重合的部分,在被疊加之后,具體因素就會自動“消失”在疊加區域內,這時建立的“圖層”,多用封閉式曲線表示地理要素。在區域豐富性的呈現上,則主要取“圖層”中的非重合部分的“合成”,一如使用電子地圖上的查詢功能多項目查詢后的結果。


  (三)豐富中學地理教學方法體系


  教學理論來源于教學實踐。不斷嘗試新的想法,發現、總結、提升中學地理教師的教學實踐,形成獨特性較強的地理教學方法,可以豐富中學地理教學方法體系,進而豐富中學地理教育的理論。


  綜上所述,“圖層”可以直觀、形象地揭示地理學研究的視角,不僅是地理信息系統這種高技術的基礎構成,也可以通過“低技術”方式用于中學地理教學。“圖層方法”在初中和高中均有使用,但目前尚屬具有地理特色的“小眾”教學方法,可供感興趣的地理教師選擇使用。

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