系统思考在地理教学中的应用

南京师范大学附属中学（210003） 丁志军

系统思考在地理教学中的应用

南京师范大学附属中学（210003） 丁志军

“系统思考”是解决动态的、复杂的问题的有效工具，针对地理问题的特点和中学地理新课程改革的要求，在中学地理教学中有必要引入“系统思考”。系统思考在中学地理教学中的应用包括培养学生系统思考的思维方式和运用“系统思考”的相关软件建立模型解决地理问题。

地理教学；新课程；系统思考

一、地理学科特点与系统思考

地理学科是研究地球表层自然要素与人文要素相互作用及其形成和演化的一门科学。作为研究对象的地球表面是一个多种要素相互作用的复杂的综合体，而这些要素之间存在着隐含的、非线性的、错综复杂的关系，人们很难凭自己的直觉来全面了解这些关系，更难清晰地表达这些关系。但是人类的行为不会因为自己认识的局限而停顿，人类对地理环境的改造和影响时刻都在发生。由于地理系统作用效果的滞后显现，我们可能要若干年后才会发现，而且只有当对人类的负面影响加重时，人们才会开始警觉。例如，人类开发使用了化石燃料，直至百余年之后，我们才清楚其可能带来全球变暖；某些地区因为粮食产量不足，而大量的开垦土地，结果人们却一年比一年吃不饱，即“一年开荒，二年打粮，三年五年变沙梁”。地理系统反应的时间延迟增加了地理系统的复杂程度。另外，地球表面的自然和人文要素都处于不断发展和变化中，这决定了地理学必须用动态的观点进行研究。

作为一名地理教师，我深切地感受到要让学生能够从容地面对具有“综合性”、“延迟”和“动态变化”的地理环境，轻松地揭示或解决自己遇到的一些地理现象或问题，必须教会学生处理复杂问题的方法，寻求思维的革命。而系统思考正是处理复杂系统问题的一种有效的思维方式和工具，可以说，系统思考为地理学科思维插上了翅膀。

系统思考被称为“见树又见林的艺术”，它要求人们运用系统的观点看待问题，引导人们从关注局部到纵观整体，从观察事物的表面到洞察其变化背后的结构，以及从静态的分析到认识各种因素的相互影响，进而寻找一种动态的平衡。系统思考不仅是一种思维方法，还是解决复杂问题的工具和技术的集合。自20世纪80年代以来，研究者已经用这种工具来了解企业、都市、区域、经济、政治、生态，甚至生理系统。系统思考还是一种语言，用以描述各种复杂系统的互动关系及其变化形态，帮助我们更清楚地看见隐含在复杂事物背后的简单结构，从而使人类社会不再那么纷繁无序和难以捉摸。

二、高中地理课与系统思考相结合的途径和方法

系统思考是一门复杂的理论，在地理课堂中系统地学习系统思考的学科知识是不现实的，然而系统思考的思维方法和工具——“因果环图”分析法，却可以渗透于地理课堂教学中。对于感兴趣的同学，在课后或研究性学习中，还可以运用系统思考的软件工具建立模型，深入分析某些复杂问题和寻求问题的最佳解。

1.课堂运用“因果环图”分析问题示例

（1）“因果环图”分析法简介

事物之间的关系是复杂多变的，但是任何事物之间的关系只有两种，一种是正相关，另一种是负相关。当A因素和B因素同向变化时（当A增大，则B增大；当A减小，则B减小），我们用图1表示，称为正相关。当A因素和B因素反向变化时（当A增大，则B减小；当A减小，则B增大），用图2表示，称为负相关。

图1

图2

当多个正相关或负相关关系箭头首尾顺次连接的时候，就形成了反馈环。如图3和图4所示。

图3

图4

不难发现，在图3中，经过循环反馈，A值会越来越大或越来越小，称之为“正反馈”，是一种增强性的回路，常会引起恶性循环或良性循环。而在图4中，经过循环反馈，A值会趋向平衡，称之为“负反馈”，是一种调节回路，常会使系统因素趋于稳定。从更多个正相关或负相关组成的回路中，我们不难发现，只要负相关的个数是偶数个，即为增强回路；负相关的个数为奇数，则为调节回路。

图5为人教版高中地理必修一教材中为了讲述地理环境的平衡功能而设计的活动案例：“可可西里藏羚羊数目的变化”，用“因果环图”的方法表示出各个因素之间的关系，如图6所示。

图6

这是一个调节回路，在自然因素影响下，藏羚羊的数量应该保持平衡。在教材中用一大段的文字才把“可可西里藏羚羊数目的平衡”表达清楚了，而我们只需一张简单的因果环图就可以揭示出问题的本质。由此可见，因果环图在表达复杂问题时具有直观、简明、透彻的特点，而且问题越复杂，运用这种方法来分析的优势越明显。

（2）课堂运用“因果环图”分析示例

在学习“环境承载力”概念时，可以设计如下课堂探究任务：

任务1：阅读“复活节岛人口数量的变化”资料，绘图表示复活节岛人口随时间的变化。（图7）

任务2：结合资料，分析影响复活节岛上人口数量变化的因素，绘制因果环图，标明类型。（图8）

任务3：从因果环图，分析判断一个地区的人口会不会无限制地增长下去。

图7

图8

通过绘制图7，直观地反映了复活节岛上承载的人口是有限度的；通过绘制的因果环图，学生可以正确地理解人口、资源、环境三者之间的关系，同时可以判断图8是一个调节回路，学生可以深入理解人口不可能无限制增长，即资源环境对人口的数量有一定的限度，这个限度就是“环境承载力”。

从这个案例的分析中可见，系统思考在帮助学生理解复杂问题时具有很大的优越性，在课堂教学中引入系统思考的方法将有助于学生提高分析问题的能力，拓展学生的思维。

（3）高中地理教学中运用系统思考教学的案例来源

高中地理教学中可以运用系统思考教学的案例很多，在教课书中就有很多可以直接运用系统思考的方法分析的问题，如：“水土流失”、“东北森林变化导致了地理环境的整体变化”、“人口增长与荒漠化”、“全球变暖”、“迁移农业对热带雨林的影响”、“产业转移”、“城市化的进程”、“集聚效应”、“工农业区位的选择”等。 另外，系统思考也可运用于日常生活中的地理问题的解决，比如“交通拥挤”、“商业竞争”、“房价上涨”等问题。

可以说，只要是一个复杂问题，都可以运用系统思考的方法来分析。如果能培养学生在学习和生活中灵活地、自觉或不自觉地运用系统思考的思维来分析遇到的问题，就能使学生形成对问题更全面更深入的认识，最终呈现在其面前的将会是一个有序的社会图景。

2.运用系统思考的软件工具建立模型，深入分析地理问题

在学习“城市化”案例时，教科书介绍城市化水平随时间的变化为一条稍被拉平的“S”形曲线，为什么会这样呢？可以设计如下探究任务：

任务1：分角色扮演和讨论人们为什么要迁往城市和为什么有人又从城市迁往农村。

任务2：绘制影响人口在农村和城市间迁移的因果环图。（图9）

任务3：根据因果环图，运用STELLA软件（系统思考的模拟软件，可至http://www．iseesystems．com下载试用），设计一个简化的模型，模拟城市化的过程。（图10、11）

任务4：从城市人口来看，随着城市化的发展，大约63年后，该城市人口达到了最大，人口扩大了7倍多。然而此后部分人口开始迁往本区外的一个小城镇，这导致了该城市的中心空洞化，城市发展在衰退。通过模型探讨解决大城市后期人口减少的问题的有效策略。（图12、13）

图12中环境改造 = step(500,63)，表示从第63年开始，城市每年增加500个单位的环境改造投入。

学生通过系统动力学建立模型，模拟探究城市化的过程，使得较为复杂的、时间跨度较大的城市化过程变得具体而可操控，从而加深了学生对城市化的理解和提升了学生解决问题的能力，这是传统的地理教学所达不到的。然而，建立模型探究的过程也比传统的教学过程要花费更多的时间，但是，这应该是值得的。

图9

图10

图11

图12

图13

三、地理教学中培养学生系统思考能力的一般流程

系统思考作为地理学习的有力的工具，教师在地理教学中可以通过如下步骤培养学生系统思考的技能。

1.基本概念培训

对学生进行简单的“因果环图”知识的培训，以建立起规范的、统一的表达语言。这一步并不很难，因为学生对画因果关系图并不陌生，只是没有用更为科学的方法表达出各因素之间的关系。需要介绍的基本概念有正相关、负相关、增强回路、调节回路等。

2.课堂实践运用

结合地理课本的案例、社会热点等问题，鼓励学生尝试画出“因果环图”，表达各因素之间的关系。当然，有时学生绘制的“因果环图”并不准确，这就需要不断地改进。学生在相互讨论、欣赏同伴的“因果环图”的时候，对该地理问题的认识会进一步加深，图形也会越改越正确，直至能客观地、全面地反映该问题的本质，从而找到解决问题的方法。

3.拓展培训

对于有兴趣的同学，可以鼓励他们用STELLA软件建立模型分析问题。首先学生可以通过STELLA软件提供的案例，一步一步地学习STELLA软件和系统思考高级语言。有了一定的基础后，学生可以就感兴趣的问题画出“因果环图”，了解各个因素之间的关系。然后在STELLAT软件中建立模型，模拟该问题，在模型中尝试解决问题的不同的方法。这样便为他们提供一种解决复杂问题的工具，进而拓展学生的思维，并且可以提升学生分析问题、解决问题的能力，最终使学生的地理素养得到提高。

（责任编校：李学鹏）