指向综合思维培养的交互式图层叠置学件设计与实践

摘 要：综合思维是地理核心素养之一，也是地理学科最基本的思维方式。在实践中发现，对图层进行叠置操作有利于学生综合思维的培养。依据课程标准，设定与核心素养水平相匹配的进阶任务，指导学生进行图层叠加与拆分操作，可有效培育其综合思维。通过实践证明，该学件不仅有助于实现综合思维的可视化培养，还支持云端图层交互操作，极具现实指导意义和应用价值。

关键词：综合思维；图层叠置；进阶式

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1005-5207（2024）12-0049-06

一、问题提出

地理学是兼具自然与人文的综合性学科，地理概念、事物、现象、原理、问题的认识或理解，都要求学生具备一定的综合思维素养。综合思维是地理核心素养之一，指人们运用综合的观点认识地理环境的思维方式和能力，是学生用全面、辩证、综合的视角分析和阐释地理事象发生过程和发展规律、探究协调区域人地关系的重要地理思想和方法，也是地理学科最基本的思维方式。

综合思维包括要素综合、时空综合和地方综合3个维度。要素维度的综合分析，即从不同地理要素综合的维度，认知地理事象的形成和发展是多方面因素共同作用的结果，进而理解地理环境的整体性特征；地方维度的综合分析，即从地方综合的维度，探究自然、社会、经济等各因素对特定地域人地关系系统产生的影响，从而对地域性鲜明的地理特征和人地关系问题做出简明扼要的解释；时空维度的综合分析，即从时空综合发展的维度，认识到地理事象是在特定的地域空间和时间尺度条件下，不断产生、发展和演进的 ［1-2］（图 1）。但实际教学中综合思维培养却存在一些问题，下面以“农业区位”一课中师生的问答情况进行举例说明。

教师：“水稻是长江三角洲平原的主要农作物，请归纳为什么这里盛产水稻？”

学生A：“长三角地区降水充沛为水稻种植提供了水源；深厚的黑土为水稻种植提供了肥沃的土壤；长江三角洲平原人口众多，为水稻种植提供了充足的劳动力。”

教师：“很好，从你的答案中可以概括出降水、土壤、人口等区位因素，但区位分析需要更准确。肥沃的土壤的确是水稻种植所需要的，但黑土主要集中在东北而不是长江三角洲平原。同时，对人口因素的分析也需要与时俱进，现在长江三角洲平原的水稻种植主要依托成熟的经验和农业技术，对农业劳动力的需求已经减少，与人口因素的关系主要在于长三角地区人口稠密，市场需求大。”

教师：“除此以外，其他同学是否还有补充？”

学生B：“长江三角洲平原不仅降水充沛，且热量也较充足，雨热同期的气候非常适合水稻种植；同时，平原地形也有利于大规模的农业耕作。”

教师：“不错，从你的答案中还可以归纳出气候、地形因素。气候因素不仅包括降水，还有气温，所以气候表述更有概括性。”

教师：“前面两位同学主要分析了影响水稻种植的自然因素，社会经济因素是否也会有影响？”

学生C：“除此以外，还有技术、政策等因素……”

从“农业区位分析”的教学问答可以发现，在要素综合方面，两位学生的回答仅较全面地分析了自然区位条件；在时空综合方面，学生对水稻种植特点的认识没有与时俱进；在地方综合方面，虽然学生想到了土壤因素，但对长三角地区的土壤特点认识不准确。教师虽然针对性地进行了补充和纠正，对暴露问题的学生较有帮助，但讲授式的教学却较难给学生留下深刻印象。

该教学场景反映了综合思维培养中，存在教师由于对思考维度指导不足导致学生缺失“全面性思考”；对思考要素关联引导不足导致学生缺失“系统性思考”；对思考变化关注不足导致学生缺失“动态性思考”的问题［3］。基于此，迫切需要教师改变传统的教学方式，优化综合思维的培养。

陆宝提出深化对地理环境整体性理解，培养学生综合思维意识，分析自然和人文要素对人地关系地域系统影响，增强学生综合思维习惯，分析地理事物和现象在特定时空条件下的形成和发展，多途径培养学生综合思维［4］；郑晓东从可视化思维工具——思维导图应用与地理学科教学结合的角度探讨地理综合思维素养的培养路径，从要素的综合、地方的综合以及时空的综合3个层面展开研究并总结了培养经验［5］；魏圣梁基于大单元教学制定了一套完整的指向综合思维培养的教学设计流程［6］；从现有实践研究来看，综合思维的培养已通过教学内容和教学过程的有效选择，借助思维导图、大单元教学等途径形成了系统化的实施模式，但交互性与创新性尚待加强。为弥补现有实施模式的不足，笔者设计了交互式图层叠置学件，并展示案例为教学实践提供新思路。

二、设计依据与思路

1.设计依据

地图通过符号将地球表面事物在平面上进行表示，反映自然和社会现象的分布与关系。地图分析需要综合思维，如某一地理要素的分布规律与形成原因分析需要对地图呈现的不同地理要素进行综合；对某一地理事象发展的分析需要对地图中地理要素时空变化进行综合；对某一地理分布中差异性的分析则需要对地图不同尺度区域进行综合。由此可见，对综合思维的培养可借助地图分析以落实。

在实践中发现，对图层进行叠置操作有利于地理核心素养的培养。通过将不同地理要素的地图叠加，对空间区域的多要素进行综合或精细化分析，以解决具体问题，是GIS软件中的基础空间分析方法。对不同地理要素进行叠加分析，就是在整体的地理环境中综合分析不同地理要素的相互作用，对培养学生运用综合的观点认识地理环境大有裨益，是综合思维的可视化培养。对地理要素进行拆分、提取，就是精细化认识复杂地理环境的过程，对培养学生运用空间—区域的观点认识地理环境有显著助益，是区域认知思维的可视化培养。

由此可见，叠加和拆分地理要素图层不仅遵循了地理空间分析的常规方法，而且对培养学生在地理学科核心素养方面的综合思维和区域认知思维具有显著作用。传统地图如教学挂图、黑板板图、纸质地图等，主要限于展示地理要素的展示，而在培养学生的空间分析能力方面存在局限。尤其是传统地图，难以实现图层叠置操作，限制了学生地理核心素养的发展。尽管地理信息系统软件提供了先进的空间分析功能，但其高昂的成本和专业性强的特点，使得学校难以普及，且面临师资短缺和学习周期长的问题。一些教师尝试使用硫酸纸制作透明图层进行教学，虽为解决之道，但成本高且不易重复使用，限制了其广泛推广的可能性，因此，基于地图空间分析的高效方法，目前还缺乏可视化的途径与有效的教授模式。

2.设计思路

利用互联网信息技术优势，可选择合适的平台和软件实现地理课堂和自主学习中的图层叠置功能，便于学生在移动端进行地理图层的交互操作。为符合“做中学”教育理念，笔者构建了一款服务于地理图层叠置的学件。学件作为学习者的软件，不仅与课件在概念上不同，更重要的是它们在服务对象、使用目的、场景、设计原则与制作要求的侧重点方面均呈现极大的差异性。

该学件的核心效果是进行图层叠置操作，为方便教师操作，学件选择在常用的演示文稿中进行制作。教师根据教学需要，通过对区域底图和不同要素半透明专题图层设置叠加与拆分的动画，便可实现思维的可视化。为使动态化的图层叠置更具操作性，笔者借助演示文稿的iSpring Suite插件将PPT课件发布为HTML5格式的网页，将对应的网页发布在网站，使学生可自主在线操作。同时，iSpring Suite插件还有丰富的场景功能，可进一步提高学件的操作性［7］。除此以外，教师还可根据教学内容的逻辑为学件设置个性化的问题情境或游戏场景等，借助插件功能进行语音引导，提升在线学件的体验性。

三、实践案例

以必修二“工业区位”中“美国东北部钢铁工业区位与变化”为例，钢铁工业的形成与发展和自然与社会经济因素都有关，需要运用要素综合分析；一百年间美国东北部钢铁工业布局的变化，需要运用时空综合分析；对铁矿石的供应从五大湖沿岸扩展到全球的原因，需要运用地方综合分析。因此，“美国东北部钢铁工业区位与变化”的案例分析需要学生具备全面、系统、动态的综合思维。笔者以此为例制作了图层叠置的交互学件，探索综合思维的创新培养。

1.教学目标

这部分内容的课标要求是“结合实例，说明工业、农业和服务业的区位因素”。在美国东北部钢铁工业的案例中，学生通过学习已经对工业区位的因素有了全面了解，而且对美国的自然和社会经济情况也有较丰富的知识储备。本节课尝试通过图层叠置的交互学件培养学生各维度的综合思维，并基于综合思维的提升为钢铁工业的可持续发展提出具体建议，从而落实地理实践力的培养。

2.教学实施

（1）通过图层操作，可视化培养综合思维

在美国东北部钢铁工业区位与变化分析的案例中，为学生提供了丰富的半透明专题图层，如人口城市分布图、矿产资源分布图、交通线路分布图、地形分布图等，这些图层中部分要素是与钢铁工业分布相关的，也有一部分是无关的，学生阅读差异化图层的过程就是进行区域精细化认知的过程。同时，学生根据初步判断，对初选要素图层与钢铁工业分布底图进行叠加操作，能够可视化验证钢铁工业分布与不同要素的相关性，从而筛选出钢铁工业分布的影响因素。

但实现相关要素的筛选仅落实了综合思维中要素综合的培养，从核心素养水平来看，该交互仅能部分实现综合思维水平2的培养，即“能够对给定的简单地理事象，从多个地理要素相互影响、相互制约的角度进行分析；能够结合时空变化，对其发生、发展进行分析，给出简要的地域性解释”。综合思维水平2还包括时空综合的要求，为落实时空综合的培养，教学设置了分析一百年间美国东北部钢铁工业区位变化的任务。给学生提供不同时代钢铁生产特点的材料，让学生结合铁矿石分布图、煤炭分布图、人口城市分布图、交通运输图等分析钢铁工业区位的变化，理解钢铁厂从“移铁就煤”到“移煤就铁”再到“无煤无铁”的时空变化原因。

教师：根据材料分析19 世纪初美国东北部钢铁工业分布在匹兹堡的原因。

（学生操作图层交互学件，叠加钢铁工业分布底图和各专题透明图层分析）

学生A：当时钢铁生产技术需要更多的煤炭，结合煤炭分布图发现匹兹堡附近有宾夕法尼亚煤田。所以将铁矿石运到煤炭产地进行加工。

教师：靠近煤田对钢铁生产有什么好处？

学生A：可以减少煤炭的运费，降低生产成本。

教师：很好！为什么19世纪末20世纪初美国东北部钢铁工业由匹兹堡迁往德鲁斯？

学生B：当时钢铁生产技术提高，生产中减少了煤炭的使用，结合铁矿石分布图发现德鲁斯周围有铁矿石分布，所以迁往铁矿石产地降低运费。

教师：不错，回答更完善了！前两个阶段分别靠近煤矿和铁矿石产地是为了降低生产成本，但20 世纪中期美国东北部钢铁工业迁到了既没有煤也没有铁的费城和巴尔的摩是什么原因？

学生C：钢铁生产技术进一步提高，煤炭和铁矿石的需求量都减少了，所以可以离开资源产地进行钢铁生产。

教师：分析合理，那为什么迁移到费城和巴尔的摩？

学生D：因为这两个城市有更先进的钢铁生产技术。

教师：难道先进的技术仅有这两个城市有？请结合所提供的图层再思考一下。

学生D：根据人口、城市和交通运输图层可知，费城和巴尔的摩同时拥有巨大的市场，而且都是港口城市，便于资源的运入。

教师总结：非常好！由此可见，美国东北部钢铁工业一百年间空间分布的变化是生产技术、市场需求和交通共同变化的结果。

学生通过图层的叠置操作，可从要素综合和时空综合的维度养成综合思维（图2），学习兴趣也得到了提高。

（2）通过问题创设，进阶式提升素养水平

为了优化核心素养的培养效果并提升素养水平，本节课创设了问题链，问题与任务的设置依据核心素养水平划分，引导学生围绕钢铁工业进行深度学习。

问题模块一，图层操作筛选钢铁厂分布与发展变化相关因素符合综合思维水平2的要求。

教师：请根据美国东北部钢铁工业区位时代变化，归纳主导区位因素的变化。

（全体学生在线填写不同的主导区位因素）

学生E：19 世纪初的主导区位因素是煤炭，19 世纪末 20 世纪初的主导区位因素是铁矿石，20 世纪中期的主导区位因素是市场。

（学件后台进行数据收集、分析与反馈，教师操作学件平台呈现学生整体回答情况与数据分析，进行针对性讲评）

在此基础上，问题模块二针对综合思维水平3的要求，学件设置了对不同图层所代表要素和美国东北部钢铁工业分布逻辑表述的任务，引导学生在感性判断的基础上，理性分析各要素的具体影响。并针对铁矿石供应从五大湖沿岸拓展到全球，引导学生客观比较铁矿石在不同空间尺度的相对优势，实现对地方综合的培养。同时，考虑到不同学生的基础和能力有差异，在理性的逻辑表达之前还设置了选择题、填空题，为学生搭建“脚手架”。

教师：20 世纪中期美国东北部钢铁生产所需的铁矿石为何舍近求远，从五大湖沿岸拓展到全球？

（学生操作图层交互学件，分析全球铁矿石分布专题地图）

学生F：通过比较不同铁矿石产区，巴西、澳大利亚等地有更为廉价、优质的铁矿石，可通过水路运入。

问题模块三对应综合思维水平4的要求，引导学生客观评价不同影响因素，对各影响因素进行分类，如哪些是自然或社会经济因素；哪些是有利或不利因素；哪些是直接或根本因素；哪些是偶发或普遍因素……并预测不同因素的影响程度，帮助学生对该类问题形成系统认识，从而实现举一反三的效果。

教师：20 世纪中期美国东北部钢铁生产的布局除了市场因素以外，还受到交通因素的影响，这两个因素有何不同？

（全体学生在线为市场和交通因素选择合适的特征描述）

学生G：市场因素是主导因素，如果没有广阔的市场而只有交通便利，钢铁厂也不会布局在费城和巴尔的摩，所以相比较而言交通是辅助要素。

（学件后台进行数据收集、分析与反馈，教师操作学件平台呈现学生整体回答情况与数据分析，进行针对性讲评）

问题模块四，在对该问题形成客观、系统认识的基础上，引导学生在可持续发展观念的指导下应用所学知识解决实际问题。

教师：美国东北部钢铁消费区的废钢越来越多，带来了土地占用和环境污染等问题，从可持续发展的角度分析该如何解决此问题。

（全体学生在线提交解决措施的文字答案）

学生H：钢铁厂可提高生产技术，将废钢作为原料进行再加工，既能解决废钢的污染问题，又能获取更充足的原料。

（学件后台进行词频分析，教师操作学件平台呈现学生整体回答情况与数据分析，进行针对性讲评）

通过设置关卡模式，让学生在探究美国东北部钢铁工业区位与变化的过程中更有方向性，关卡任务的驱动在一定程度上也提高了人机交互的效率，学生能够持续地完成关卡任务，从而实现进阶式提升学科核心素养的目的。

（3）通过交互测评，过程化评价学习效果

为确保关卡进阶模式顺利进行，笔者运用PPT结合iSpring Suite插件的互动特性（图3），录制了语音指导，以增强互动性和沉浸感，提升操作效率和用户体验。同时，学件还充分利用iSpring Suite中的测验、互动、对话模拟等不同插件，通过交互式测评使学生对自己的学习过程进行实时评价［8］。

访谈发现，学件通过丰富的互动和测评，可有效提升学生专注度，减少学习枯燥感。过程化评估可帮助学生建立客观的自我评价，从而提升学习效率。

3.实施成效

为了客观评价该图层叠置学件的综合思维培养效果，在“美国东北部钢铁工业区位与变化”教学结束后，用“广钢生产部门向湛江转移”一题进行检测。

【试题重现】近年来，因环境因素影响，首钢、宝钢、广钢等城市钢铁厂进行了生产部门搬迁，位于沿海的湛江承接了广钢转出的钢铁产能，也为广钢原厂址的转型发展创造了可能。请运用所学知识，综合分析湛江建设钢铁厂的原因，并为广钢原厂址转型提出合理建议。

【试题分析】此题兼顾了综合思维的要素综合、地方综合、时空综合的不同维度，并考查了人地协调观和地理实践力。广钢生产部门迁建湛江和环境、交通、土地、市场等区位因素有关。通过对35位学生提交的答案进行词频分析，发现与题目信息相关的环境、交通区位因素出现次数均大于30次（图4），仅个别学生没有归纳出，也有较多学生比较了污染情况，其实也是对环境因素的分析。除此以外，土地、地价、市场和政策等正确因素也被大部分学生提及，说明学生要素综合的观念已经形成。

在分析迁建原因时，大部分学生结合题目背景，可基于地方综合的维度，从各区位因素角度进行客观比较，得出湛江在环境保护、海洋运输、土地价格以及政策支持等方面存在的区位优势；在为广钢原厂址转型发展提出合理建议时，大部分学生对广钢区位因素进行了不同时间的比较，并基于区位因素的变化提出了转型建议，最后，基于多维度的综合分析进行了地理实践力的训练和提升。

四、总结反思

案例显示，图层叠加技术在区位条件分析中优化了综合思维的培养途径。通过不同时空的地理要素综合分析，可视化思维提升了核心素养培养效率，且交互式的图层操作可增强教学的趣味性和参与度。通过总结反思，笔者归纳了“交互式图层叠置学件”的学科核心素养培养逻辑（图5）。

该项实践主要有以下两方面的创新：①可实现核心素养的可视化培养。这一过程不仅实现了对区域不同地理要素的综合分析，而且通过时间与空间尺度的对比，加强了对综合思维中时空与地方综合能力的培养。此外，对特定区域要素地图的详细拆分与分析，进一步深化了思维可视化。这种交互式学习不仅可直接提升地理学科核心素养，也符合“做中学”的教学理念，有利于落实“双新”和“双减”的教育方针。②创造性地实现了云端的图层交互操作。在缺乏成熟平台的情况下，利用PPT插件实现了图层操作，既满足了功能需求，又符合教师习惯，便于推广。该学件通过互动功能激发学生多元感官，并通过问题链设计有效促进了高阶思维的培养。

在互联网信息技术的应用中，教师要发挥主观能动性，结合学科核心素养和学生需求，选用或开发适宜的教学工具，促使技术为教学所用，不断优化核心素养的培养路径。

参考文献：

［1］ 韦志榕. 与老师们谈谈地理核心素养 ［J］. 地理教育， 2016（4）： 4-6.

［2］ 林培英. 对高中地理核心素养中“综合思维”的理解（连载一） ［J］. 地理教育， 2017（8）： 4-6.

［3］ 姚伟国.地理综合思维及其培养的实践与思考［J］.地理教学，2017（9）：21-24.

［4］ 陆宝. 例析地理学科综合思维素养的提升 ［J］. 地理教育， 2016（5）： 8-9.

［5］ 郑晓东.运用可视化思维工具培养地理综合思维素养［J］.中小学教师培训，2017（2）：68-71.

［6］ 魏圣梁. 基于大单元教学设计对地理学科核心素养综合思维的研究［D］.上海：华东师范大学，2019.

［7］ 李海年，周跃.利用iSpring Suite提高PowerPoint课件质量［J］.中国教育信息化，2017（1）：88-93.

［8］ 吕金鹤.Snap！ 在“微课”制作中的应用探索［J］.中小学电教，2014（6）：74-76.