学科大概念视角下地理教具的制作及应用探索

［摘 要］利用自制教具创设情境进行地理教学是教师围绕地理学科大概念开展教学的有效手段。自制教具应遵循直观性、简易性和趣味性原则。文章以人教版高中地理选择性必修1“地球的运动”为例，以空间位置影响地理特征、光照时空分异影响地理环境这两个学科大概念，选取地球运动的地理意义为单元大概念，昼夜长短和正午太阳高度的时空变化为一般概念，通过自制教具，搭建地理现象、一般概念和多元大概念之间的桥梁，帮助学生从学科视角看待现实问题。

［关键词］学科大概念；地理教具；时空分异；地球运动

［中图分类号］ G633.55 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）19-0090-03

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课标》）明确提出，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］。学科大概念作为落实地理核心素养的有力抓手，在教学设计与课程创新中发挥着重要作用。在此背景下，利用自制教具创设情境进行地理教学成为教师围绕地理学科大概念开展教学的有效手段。

一、学科大概念的内涵及价值

大概念是居于学科中心构成学科骨架的、能反映学科本质特征的概念［2］，其具有持久性、联结性、统摄性等特点。大概念视角下的教学可以实现课堂内容少而精，把握体现学科本质、反映学科思想方法的核心概念，促进学生自主整合知识内容，建构个性化知识框架。

全面落实地理核心素养需要了解地理学科结构，而学科结构可视为学科大概念的联结［3］。居于上位的学科大概念通过联系下位的一般概念，揭示学科知识内容之间的普遍联系，增强学生对学科的认识与理解，形成对事物本质、变化过程、规律方法的基本认识，建立起学科整体观念，形成地理思维。学科大概念强调教学应以学生理解、内化知识为目标，重视对知识的挖掘，引导学生构建网状知识体系。

二、制作教具应遵循的原则

教具是教学活动的组成部分，教具制作应遵循以下原则。

（一）直观性原则

地理学具有抽象性、区域性、综合性的特点，很多学生在学习过程中难以完全理解复杂抽象的地理知识。在教学过程中，教师需要加强直观教学，运用自制教具再现地理现象和过程，让多媒体教学中的平面图像具象化，给学生带来更好的课堂体验。通过自制教具，学生可从多个角度进行观察和实践，培养地理实践力和综合思维。

（二）简易性原则

自制教具一般就地取材，制作简单、贴近生活，既可以简单明了地揭示地理规律，又方便学生自己动手实践。例如，用卡纸等材料，通过裁剪和旋转即可模拟昼夜长短和正午太阳高度的变化。

（三）趣味性原则

自制教具寓教于乐。美国心理学家皮亚杰认为，一切有成效的工作必须以某种兴趣为先决条件。兴趣是学习的初始动力，是深度学习的保证。有意识地使用自制教具来创设情境可以活跃课堂气氛，使教学更具趣味性，激发学生的探索欲和积极性，开拓学生的思维，让学生树立正确的人地协调观，培育地理核心素养。

三、学科大概念视角下地理教具的制作探索

教具能加强地理现象与一般概念之间的联系，实现知识架构和内化。以人教版高中地理选择性必修1“地球的运动”为例，以空间位置影响地理特征、光照时空分异影响地理环境这两个学科大概念，选取地球运动的地理意义为单元大概念，昼夜长短和正午太阳高度的时空变化为一般概念，通过自制教具，搭建地理现象、一般概念和多元大概念之间的桥梁，帮助学生从学科视角看待现实问题。

（一）以明晰位置影响特征为制作理念

宏观天体的运动及其带来的影响较为抽象，学生很难对其有清晰、具体的认知。学生在学习该内容时，要将其与之前学过的地球运动部分的知识联系起来，进行自我建构。地球的自转和公转产生赤道面与黄道面，进而导致黄赤交角的产生；太阳直射点的回归运动，引起昼夜长短和正午太阳高度的变化。通过自制的教具能够反映太阳直射点在地表纬度位置的回归运动、昼夜长短和正午太阳高度的变化规律。该教具材料易得、制作简单、直观形象，便于在教学中使用。

在利用自制教具进行教学的过程中，笔者选取了徐州、郑州、悉尼、班加罗尔四个地点进行昼夜长短和正午太阳高度变化规律的探究。以徐州为参考点，郑州与其位于同一半球、同一纬度，两地昼夜长短和正午太阳高度相同，可实现昼夜长短由点到同一纬度的探究。悉尼与徐州位于不同半球、同一纬度，两地昼夜长短状况相反，而正午太阳高度却没有类似的直接联系。利用自制教具来探究，可避免学生混淆昼夜长短和正午太阳高度的规律。班加罗尔与徐州两地距北回归线的纬度差相同，当太阳直射北回归线时，两者的正午太阳高度相同。学生通过操作教具，找到正午太阳高度相同的点的分布位置，有利于进一步理解并掌握正午太阳高度的纬度变化规律。

在应用教具探究昼夜长短和正午太阳高度的变化规律时，学生通过动手实践、观察现象以及听教师讲解，利用触觉、视觉、听觉等多感官协同思考，形成对昼夜长短和正午太阳高度的感受和认知，在理解并建构知识的同时，促进综合思维、地理实践力等高阶思维的发展，实现具身认知。

（二）以探索光照时空分异为制作要求

教具制作过程：准备彩色卡纸（黑色、蓝色、黄色、红色各一张）、硬纸板、记号笔、圆规、剪刀、直尺、量角器、胶水、工字钉等材料。用圆规在蓝色卡纸上画一个半径为11厘米的圆，剪下后，在圆的一侧用量角器按序依次标出度数；在蓝色圆无刻度标记的一侧，距离圆心两厘米处剪下一块区域，将裁剪后的蓝色圆放在硬纸板上，并在蓝色圆镂空处下方的硬纸板上涂抹胶水；用圆规在黄色卡纸上画一个半径为10厘米的圆，将圆剪下后，在圆上画出66°34′N、23°26′N，0°、23°26′S、 66°34′S五条纬线，并标出南、北极点；在黄色圆的左侧，用记号笔连接南、北回归线的末端，并沿线剪下；将裁剪后的黄色圆按照圆心对齐的方式叠放在蓝色圆上方，在蓝色圆镂空处将黄色卡纸与硬纸板粘贴在一起；在红色卡纸和黄色卡纸上剪下若干箭头，并将这些箭头粘贴在蓝色圆内有刻度的一侧；用圆规在黑色卡纸上画出一个半径为10厘米的半圆并剪下；将黑色半圆按照圆心对齐的方式叠放在黄色圆上方，且需摆放在蓝色圆无刻度标记的一侧，并在黄色圆剪裁处将黑色半圆与蓝色圆沿0°纬线粘贴在一起；把工字钉放在圆心处将蓝、黄、黑三色卡纸与硬纸板固定在一起。这样，一个简易的教具就做好了。

四、学科大概念视角下地理教具应用探索

昼夜长短和正午太阳高度是高中地理教学的难点，受限于地理空间思维能力，学生对该部分的抽象内容难以理解。以学科大概念为指引，通过自制地理教具模拟地球运动，可以使学生对该知识有直观的体验和感知，有利于学生探索昼夜长短和正午太阳高度的变化规律，进而理解地球运动的意义，深挖各种地理现象产生的原因、规律，并将其运用到生产、生活中。贯穿“地理位置决定地理特征”这一学科大概念，尝试将太阳直射点的纬度位置与地球表面不同纬度昼夜长短和正午太阳高度的特征进行关联。以“地理位置决定地理特征”为视角，制作地理教具，助力学生突破空间认知的不足，发现太阳直射点所在纬度位置的变化引发的地球不同纬度的昼夜长短和正午太阳高度变化的因果关系，从而实现由一般地理概念论证得出地理学科大概念，促进地理核心素养培育［4］。

在使用教具时，教师提醒学生，黄色半圆表示昼半球，黑色半圆表示夜半球，黄色箭头表示太阳光线；蓝色圆标明角度的目的在于其可以表示任意纬度的太阳高度。教师操作模型，黄色圆保持静止，而蓝色圆和黑色圆移动；转动黄色箭头，模拟太阳直射点的移动，展示全球各纬度的昼夜长短和正午太阳高度随太阳直射点的移动而变化的现象。在应用过程中，由于所选取地点占据一定的地理空间，仅取其中心点所在位置的经纬度坐标作为该地的坐标。

（一）探索直射点位置与昼夜长短变化特征

天安门广场每天都进行升降旗仪式，但升降旗的时间并不是每天都一样：夏季的升降旗时间要早于冬季的升降旗时间。这是因为天安门广场升降旗的时间与当天日出、日落时间一致，即每天的白昼和黑夜的时间是变化的。那为什么夏季的升降旗时间要早于冬季的升降旗时间呢？其中昼夜长短变化有什么规律吗？

笔者在教具上确定徐州、悉尼的位置，引导学生动手实践，利用教具模拟太阳直射点的来回移动QwV7pcMxfkPyiqICFcpW+qSyp/g2Kw6e+GC8JSAX3+M=，观察当太阳直射不同纬线时，徐州和悉尼的昼夜变化状况，并找出与徐州的昼夜长短变化情况相同的点的分布位置，完成昼夜长短变化比较。

学生在转动教具模拟太阳直射点的运动过程中，可以直观、清晰地观察到当太阳直射0°时，全球各纬度被黑色半圆遮住的部分占其纬线长的一半，即全球各地昼夜等长。随着太阳直射点的南北移动，位于同一半球、同一纬度的地方，昼夜长短相同，如徐州（34°N）和郑州（34°N），无论太阳直射点如何移动，两地的昼夜长短始终相同。而位于不同半球、同一纬度的各点昼夜长短则相反，如徐州（34°N）和悉尼（34°S），当太阳直射8°N时，徐州所在纬度的昼弧长度与悉尼所在纬度的夜弧长度相同，即徐州的昼长与悉尼的夜长相等。

通过教具演示，学生能更清晰、直观地理解昼夜长短的纬度变化规律和季节变化规律。昼夜长短变化与我们日常生活息息相关，并深刻地影响着人们的作息习惯。例如，前文提到的天安门广场的升降旗时间，夏季时，太阳直射北半球，北半球各地昼长大于夜长；冬季时，太阳直射南半球，北半球各地昼长小于夜长，因而夏季的升降旗时间要早于冬季的升降旗时间。

（二）探索直射点位置与正午太阳高度特征

校园里旗杆的影长总是不断变化的，不仅一天中不同时刻的影长不同，而且在不同日期的相同时刻影长也各不相同，影长的变化正好反映了正午太阳高度的变化。在我们的印象里，一天中旗杆的影长是先变短后变长的，正午时刻的影长最短，那在不同日期的正午时刻，旗杆的影长会发生怎样的变化（正午太阳高度有什么变化规律呢）？

教师先在教具上确定徐州、郑州、悉尼和班加罗尔的位置，引导学生使用教具观察太阳直射不同纬线时教具上各点的正午太阳高度变化情况，找到当太阳直射北回归线时与徐州正午太阳高度相同的点的分布位置，根据教具上的刻度读出各点的正午太阳高度数值，完成四个城市正午太阳高度变化的比较。

学生在动手操作教具时可以观察到：位于同一半球、同一纬度的各地的正午太阳高度相同，如徐州和郑州，随着太阳直射点的移动，两地正午太阳高度始终相同；位于不同半球、相同纬度的各点正午太阳高度不同，如徐州和悉尼，随着太阳直射点的移动，虽然两地昼夜长短状况相反，但是两地的正午太阳高度没有相同或相反的必然联系；距离太阳直射纬线相同纬度差的各点正午太阳高度相同，如徐州和班加罗尔，当太阳直射北回归线时，徐州和班加罗尔距离北回归线的纬度差相同，两地的正午太阳高度也相同。太阳直射纬线时正午太阳高度始终为90°，正午太阳高度从直射纬线向南北两侧递减。

此外，学生还可以观察到：随着太阳直射点在南北回归线之间运动，当太阳直射北回归线时，北回归线及以北地区距离太阳直射纬线的距离最近，即正午太阳高度达到一年中的最大值，南半球各地距离太阳直射纬线的距离最远，即正午太阳高度达到一年中的最小值，如徐州的正午太阳高度此时达到一年中的最大值，悉尼的正午太阳高度达到一年中的最小值。位于南北回归线之间的地区的正午太阳高度一年中会迎来两次最大值，且最大值为90°。例如，当太阳直射班加罗尔时，该地的正午太阳高度达到最大值，为90°。

通过学习正午太阳高度的变化规律，学生很容易归纳影长与正午太阳高度的关系：正午太阳高度越大，影长越短。因此，距离太阳直射纬线越近的地方，其正午太阳高度越大，影长越短。以徐州为例，一年中，当太阳直射北回归线时，徐州所在纬线与太阳直射纬线的距离最近，正午太阳高度达到最大值，旗杆的影长最短；而当太阳直射南回归线时，徐州所在纬线与太阳直射纬线的距离最远，正午太阳高度达到最小值，旗杆的影长最长。

五、结语

从大概念的教学功能来看，该教具设计理念较好地体现了大概念的整合性，将研究问题整合为一个整体，使探究过程围绕单元大概念进行。从自制教具的制作实践来看，该教具制作能提高学生的学习效率，满足学生多样化的学习需求。从自制教具的应用实践来看，该教具的应用有利于学生建立空间概念，发展综合思维，促进地理核心素养的落实。由于本模型属于演示类教具，以教师的操作演示为主，学生的参与感略低，因此可以安排学生课后自主制作教具，增强学生的参与感，提高学生的动手能力与实践能力。

［ 参 考 文 献 ］

［1］ 韦志榕，朱翔.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）解读［M］.北京：高等教育出版社，2020.

［2］ 胡玉华.基于核心素养的学科大概念及其教学策略［J］.基础教育课程，2021（12）：13-21.

［3］ 李刚，吕立杰.落实学科核心素养：围绕学科大概念的课程转化设计［J］.教育发展研究，2020（Z2）：86-93.

［4］ 陆才稳.大概念视角的高中地理论证式教学研究［J］.中学地理教学参考，2022（23）：31-34.

（责任编辑 陈 明）