基于学科大概念的地理过程教学探究——以“河谷的演变”为例

郑益班 缪尧平

(1.福建省宁德市民族中学;2.福建省宁德市教师进修学院)

一、大概念与学科大概念

“大概念”是一种学科顶层概念,它是经过检验并处于学科中心的概念性知识,对学科内容所反映的事物与现象具有较强的解释力与较高的归纳程度。它能够解释学科的本质、整合学科知识,构成学科内容的骨架,并在学科各学段具有可教性与科学性。大概念教学可以培养学生从科学家的角度,根据真实情境思考问题、解决问题。

学科大概念是学科最有价值、最核心的概念;它不是一个基础概念,而是一个非常抽象、具有迁移价值的概念,需要通过体验、探究来建构。地理学科大概念是对地理学科知识与技能高度综合化、体系化的体现。《普通高中地理课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)指出,为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地。目前关于大概念的研究,多集中于理论方面且难以在课堂中应用,一线教师难以掌握,学生难以应用。因此,如何将大概念落实到地理学科,将大概念的思维方法拆分成学生可接受的学科学习方法是文章重点探究内容。

自然地理环境中的各要素,通过水循环、生物循环和岩石圈物质循环等地理过程,进行着物质迁移和能量交换,促进自然环境的整体演化,形成不同空间尺度的地域分异,产生自然环境的差异性。因此,“物质迁移和能量交换”是自然地理过程的学科大概念,可以帮助学生理解自然地理的形成过程,在不同自然地理要素的形成过程中具有强迁移性,帮助学生解释自然地理现象、解决自然地理问题。

二、学科大概念与地理过程

地表形态的塑造过程是“物质迁移和能量交换”的典型案例(如图1),太阳辐射能促进了水循环、大气环流和生物循环等地理过程产生外力作用;地球内部的热能和地球引力产生内力作用,内外力作用共同推动物质迁移,产生岩石圈物质循环地理过程,在此过程中塑造了不同类型的地表形态。

图1 地表形态塑造的作用过程大概念图

物质迁移过程是内外力共同作用的结果,可以从“作用力→作用过程→作用结果”建立思维路径,帮助学生理解各类地貌的形成过程(如图2)。

三、学科大概念在地理过程教学中的应用

河谷的演变是河流地貌发育的一个部分,在以流水为主的侵蚀、搬运和堆积过程中,逐渐形成的河流地貌。文章以“河谷的演变”为案例,展示不同时间和空间尺度的河谷演变过程,应用“作用力→作用过程→作用结果”思维路径,帮助学生理解河谷的演变过程、类型和特征等。

1.空间相对固定的时间演化

2020年6月第1版的人教版高中地理选择性必修1自然地理基础(以下简称“选必1”),第33页的图2.27河谷的演变,从河谷的形态出发,阐述了地壳稳定和长时间尺度条件下,流水作用对河谷形态的塑造作用。图中河谷3个阶段的演变,可从流水侵蚀的角度理解,但是学生很难找到实际的案例理解整个演化过程,只能从某条河流的不同河段找出对应地貌。这是因为现实中的河流地貌,都是长期演化过程中的河流阶段性特征,无法体现河谷的时间演化过程。因此需要教师对教材进行一定处理,将空间和地壳运动等因素进行控制变量,即假设某高原地区地势平坦,组成物质均匀的沉积岩层,地壳在河谷演化过程中是稳定的,并将演化过程拆分成(如图3)所示的不同时期。第一,沟谷阶段:教师可以结合照片,让学生找出巨型鹅卵石滩的河水没有断流,而该河谷源头段出现断流现象,帮助学生理解沟谷与河谷的区别在于是否下切到地下水位以下,从而得到地下水的补给。第二,河谷初期阶段:教师引导学生根据2019年人教版高中地理必修第一册(以下简称“必修1”),第69页的图4.6澜沧江上游的“V”形河谷和选必1第34页的图2.28金沙江虎跳峡的“V”形河谷,对比景观图片特点并归纳河谷特征(引导学生辨析“河床”特征:“V”形河谷深度大,岸壁较陡,谷底狭窄,河床底部起伏不平,常见巨大石块和卵石)。第三,河谷中期阶段:教师引导学生根据选必1第34页的图2.29日本四国岛四万十川的凹岸和凸岸,得出该地区在流水侵蚀作用下,整体落差减小,下蚀作用减弱,侧蚀作用加强。学生通过画凹岸和凸岸的横剖面图,理解凹岸侵蚀、凸岸堆积的水流特征。当发生洪水时,河流水位上涨,继续对河流两岸进行侵蚀,使河谷进一步拓宽。第四,河谷后期阶段:教师甄选景观图(如图4)某山区中的河谷后期阶段景观图,使学生能理解选必1图2.27河谷演变的后期阶段图c是在流水侵蚀作用下,岩层被侵蚀而变和缓,河谷展宽,横剖面呈宽而浅的槽形,但河流两侧仍然存在由于流水侵蚀作用残留下来的山地地形。学生分析必修1第70页的图4.8呼伦贝尔草原上的河曲和牛轭湖的形成过程,理解发生在高原上地势平坦的地区,流水主要以凹岸侵蚀、凸岸堆积作用为主,所以在河流的上游、中游和下游河段的地势平坦地区,都容易自然发育河曲和牛轭湖。

图3 河谷演变的过程拆分思维导图

图4 某山区中的河谷后期阶段景观图

2.时间相对固定的空间演化

河谷演变过程的不同时期特征,可在同一条河流的不同河段找到相对应的典型地貌。本文以长江干流为例(如图5),要求学生根据景观图片特点,推测其可能位于长江干流的哪个河段并说明理由,如表1所示。学生通过探究活动,增强对河谷演化过程的理解,并能将其应用到实际的河流地貌中,培养学生区域认知和地理实践力的核心素养。学生可以对位置①和②进行比较准确地判断,然而,位置③处于长江的上游地区,地势起伏较大,但是河道却很弯曲,河流流速较缓,处于河谷发育的中后期。与学生习惯上认为上游地区起伏大、流速快,处于河流发育的初期相矛盾,教师引导学生考虑地壳运动的影响,从而自然过渡到下一部分内容的探究。教师可采用“航拍中国”青海省的三江源地区视频,增强学生对河谷发育地貌的认知。

图5 长江干流示意图

表1 长江干流不同河段的地貌景观比较

3.叠加地壳运动的时间演化

以必修1第70页的图4.8呼伦贝尔草原上的河曲和牛轭湖为例,假设河曲地区随着地壳整体抬升,推测河曲地貌将怎样演化。学生根据表2小组合作探究得出:曲峡是在河谷发育的后期阶段,由于地势整体抬升,河流的水位与基准面的落差增大(即床面比降和水面比降都增大),流速加快,下蚀作用增强,河流沿原河道继续向下侵蚀;在形成过程中,从河流下游先开始下蚀,逐渐往上游依次下切形成曲峡。

表2 曲峡景观与形成过程的拆分

4.戴维斯的侵蚀循环学说

戴维斯侵蚀循环学说将河谷的发育依次划分为几个阶段,每个阶段都具有不同的河谷形态。河谷从一个阶段向另一个阶段的演变,表现出一定的方向性和顺序性,也反映了连续发育阶段的重复性——循环性。随着地壳的抬升和侵蚀基准面的下降,这种循环性就体现了出来。通过戴维斯的侵蚀循环学说思维导图(如图6)帮助学生理解流水与地貌相互作用的循环过程。了解自然地理过程及各种因子之间的相互制约关系,特别是人类干扰对自然地理过程的影响是进行自然地理过程调控的关键。人类研究河流的生命史,可以进行人工调控,从而减小人类与地球表层的矛盾。

图6 戴维斯的侵蚀循环学说思维导图

5.整体视角下的地貌侵蚀过程

戴维斯提出地貌循环学说,假设起始地形为平原,因地壳抬升形成高原,在外力侵蚀作用下逐渐向山地、丘陵和平原演化。选必1第82页对地貌循环学说的叙述:在流水侵蚀下,高原的峡谷不断拓宽,高原面萎缩,逐步演化为山地;山地逐步侵蚀为丘陵,进而演化成平原,是水与岩石间的物质迁移导致了流水地貌的演化。结合河谷的演变过程,将戴维斯的侵蚀循环学说从整体性和质量守恒定律角度整理成思维导图(如图7)。展示西藏阿里地区札达县札达土林景观短视频,增强学生对戴维斯的侵蚀循环过程的认识。在此基础上可以将初始地层进行替换,如喀斯特地貌、丹霞地貌、雅丹地貌、黄土高原等的初始地层当做一个整体,探究其演化过程;还可以替换或叠加作用力,如风力、海浪和冰川作用等;最后,从整体性的角度进行要素叠加,如水、气候、土壤、生物、地貌、岩石等整体性要素的单项或多项叠加,再考虑人类活动对单个或多个要素的影响,导致地貌的演化。从而提升学生的综合思维和深度学习能力。

图7 戴维斯的地貌循环学说思维导图

四、备考启示

用大概念可以整合大量地理事实性材料或众多具体地理概念、规律与原理,能很好地帮助学生建立知识间的横纵联系,建构层级的地理认知结构,形成良好的地理思维,大大提升学生对具体知识的理解力以及知识的迁移应用能力,特别是在新情况和真实情境下的问题分析解决能力。基于学科大概念的地理过程教学,是落实地理过程、原理和规律的有效途径,也是落实地理课程核心素养的关键路径。随着地理“新课程”和“新教材”的实施,在地理过程教学中教师需整体思考地理要素演化过程的结构逻辑,提炼地理学科大概念进行教学设计,在新授课和高三复习中,始终围绕大概念建立思维结构,并能做到以下几个方面:

1.渗透地理学科核心素养

教学设计一定要依据《课程标准》要求,融合地理学科核心素养,将其渗透到教学环节和内容中。地理实践力的培养,可以通过模拟坡面流水侵蚀实验和弯道的凹岸侵蚀实验,绘制河流弯曲处的横剖面水流图,开展河谷穿越地理研学活动等过程进行培养。通过展示不同地区的峡谷、河曲、牛轭湖、曲峡、直立河岸等景观图片和札达土林景观短视频并分析成因,增强学生对区域特征的感性认知,培养学生的区域认知素养。人类根据河谷的演变规律开展人工调控,必须依据人地协调理念,如淤地坝应在合适的河谷发育时期修建。学生综合思维的培养,需要经历要素拆分、过程拆分、叠加不同时空的拆分和综合,最后运用具有逻辑链条的科学术语综合起来,使学生能将现实情境与高考试题结合进行综合分析。

2.结合多维的尺度思想

尺度思想可以帮助学生建构地理知识结构、提升地理学科能力、培养地理思维方法和形成地理意识。尺度包括空间尺度和时间尺度等,空间尺度即空间范围大小,时间尺度即时间间隔长短。尺度思想是通过尺度的透镜观察和理解地理事象,分析和解决地理问题的地理思想。河谷的演变过程充分体现地理尺度思想:第一,沟谷演变从河谷初期到中期和后期,是空间相对固定,以时间为变量,体现整体的演化过程;为了降低学生理解难度,可进行控制变量,起始地形为物质均匀的沉积岩高原,只有流水作用不考虑其他外力作用。第二,对于同一条河流,不同空间位置表现出的河谷特征不同,体现时间相对固定,以空间为变量的演化过程。通过展示不同时期的河谷景观图片,学生根据河谷地貌特征,推测该河谷所处的地理位置并找出依据;既培养学生的区域认知,又能通过逆向思维推理判断,培养学生的综合思维能力。第三,河谷在演变过程中,可能伴随着地壳运动,并且可能是不均匀的抬升或下降,从而使河谷的特征发生变化,既有空间尺度的变化,也有时间尺度的变化。因此,可以引导学生从整体思想考虑,即初始地形整体抬升,在原有的河谷基础上,进一步推演发生时间顺序的演化。

3.简化地理过程的教学

从大概念细化到地理学科大概念,使其能切合地理教学需求,并能归纳出解决地理问题的思维路径,具有简约化的特点。物质迁移对自然地理过程的影响,可以归纳为“作用力→作用过程→作用结果”地理学科概念模型,在教学过程中教师要将此思维始终贯穿一节课、一个单元和自然地理教学的全过程。自然地理过程都是多要素共同作用的结果,因此需要采用控制变量的方法,将影响因素简化,等理解透彻后再叠加一个或多个因素的影响,从学习进阶的角度培养综合思维。对于河谷发育过程中的初始地形,可简化为岩性单一的沉积岩,逐渐迁移到喀斯特地貌、丹霞地貌、雅丹地貌、黄土高原等的初始地层演绎其形成过程。将河谷演变过程简化为起点、过程和终点,通过板图可将其过程在一张板图上画出来,帮助学生理解侵蚀地貌和堆积地貌。教师需要将必修、选择性必修等不同章节的内容进行整合,并形成具有逻辑链条的河谷演化及地貌演化过程,从质量守恒的角度整体把握地理过程。