谈信息技术对高中地理课程与教材的重构，本文主要内容关键词为：信息技术论文,重构论文,教材论文,课程论文,高中地理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
大气运动是世界上最复杂的物质运动形式之一，也是高中地理教学的难点。笔者通过多年的教学实践发现，课程与教材其实存在不少问题。技术的发展、资源的增多，在丰富教学素材的同时，会不会对课程与教材产生影响、形成挑战并使其发生重构呢？在课标与教材修订的今天，这个问题更值得我们讨论。 一、气象技术与气象资源发展概况 16世纪末到20世纪初，是地面气象观测的形成阶段。空气温度表和气压表等仪器的陆续发明，推动了气象观测由定性描述向定量观测发展。20世纪20年代末至60年代初，是由地面观测向高空观测发展的阶段。无线电探空仪和气象火箭的出现，使气象观测突破了200多年来只能对近地面大气进行系统测量的局限。20世纪60年代初以来，气象观测进入了大气遥感探测阶段。大气遥感不仅扩大了探测的空间范围，增强了探测的连续性，更增加了观测内容。同时，气象分析与预报技术也在突飞猛进。随着电子计算机的出现及卫星资料的有效利用，使天气分析预报向系统化、工程化和自动化方向发展成为可能。 在具体的预报方面，可视化产品不断出现。例如，气象预报软件MeteoEarth，可提供世界各地200多万个地区的天气预报信息，准确性极高，受到用户的一致好评。该程序采用3D旋转地球设计，对天气、压力、降水、温度、锋面、云量都能做全方位的展示，图形具有较强的视觉冲击力和高分辨率，是专业或业余用户了解天气与气候变化的最佳工具。 相信在不远的未来，气象预报和服务将成为一个“云端中间件”，可随时随地插入到任何应用程序中，广泛适用于各种终端与平台，就像今天的GPS系统一样，能随时提供准确定位信息。 二、现行课标和教材存在的问题 2002年以来，随着国家新课程标准的制定和教材的修订，“大气”这部分课程内容发生了很大的变化，删除了“大气的组成与垂直分层”，把“大气的热状况”改成“大气的受热过程”，降低了学习难度，只要求“说出气压带、风带的分布”，对成因不再作要求。但仅有这些还不够，随着信息技术的发展和气候资料的不断丰富，笔者发现了许多课程与教材中存在的问题。 问题1：要不要了解大气的垂直分层？ 课程标准已经删除了“大气的组成与垂直分层”这一内容，但在实际教学和高考中，要不要讲垂直分层始终让教师很困惑。从不同版本教材来看，人教版没有涉及，鲁教版和中图版还保留大量内容，湘教版虽没有文字内容，但给出了图表和探究题。从实际教学效果来看，课标中删除了这一内容产生了以下问题： （1）没有了解大气的垂直分层，学生不能建立大气层的概念。不知道大气层有多厚，不知道对流层、平流层和高层大气的区别，对于后面的学习是不利的，如难以准确把握受热过程中的“近地面”大气、风向中的“高空”“近地面”、三圈环流中的“高空”“地面”的具体范围等。 （2）没有建立垂直尺度的思想，对于学生了解大气运动是不利的。由于大气运动的复杂性，不同高度层的大气运动是不一样的。我们不能只讲海平面的大气变化，而对于制约其变化的高空气流运动视而不见。 （3）不知道垂直高度与气压值的关系，对于学生阅读气象资料是不利的。如海平面气压值大约是多少？800百帕、500百帕、200百帕到底对应什么高度及哪一大气层？ 问题2：什么是大气的受热过程？ “大气的受热过程”这部分内容，过去叫“大气的热状况”。从“状况”到“过程”，能很好地体现过程性思维。在实际教学中，有不少教师将这一过程分解为“太阳暖大地”“大地暖大气”“大气还大地”三个过程，起到了很好的教学效果。然而，这里仍有一些问题需要引起我们的注意。 （1）辐射的概念。“辐射”这个概念对于学生来说很陌生。虽然前一章有“太阳辐射”作为基础，但学生对地面和大气有没有辐射是存疑的。所以，教材适当补充有关辐射的物理学知识非常必要。如可适当补充温度与辐射波长、辐射盈亏与温度变化、辐射的非接触性传播等内容，来弥补学生“辐射”这部分概念的欠缺。 （2）对“过程”的理解。学生之所以产生“大气是由太阳晒热”的理解，其实是因为对“不同物质吸收不同波长”的知识不了解，了解以后自然会知道“太阳暖大地”“大地暖大气”“大气还大地”三个过程。当然，学生对过程的理解还必须伴随着概念性的描述，学会用科学的概念表达对过程的理解，对反射与返还、大气辐射与大气逆辐射、削弱作用与保温作用等要进行一番“咬文嚼字”，这样才会加深对“受热过程”的理解。一些教材编排上没有注意到这一点。 （3）过程的“先与后”。在过程教学时，还有一个难题在于辐射箭头的大小。当地面辐射箭头大于到达地面太阳辐射的箭头时，学生便难以理解。造成这一困惑的根本原因在于学习时没有把大气本身的受热过程与对受热过程的描述区分开来。应让学生形成两种“先与后”的概念，一种是时间上的，一种是逻辑上的。教材应在这方面做好引导工作。 问题3：热力环流是一种什么环流？ 关于热力环流的定义，不同版本的教材几乎是一致的，即由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流，它是大气运动最简单的形式。这样的定义本没有什么问题，但人教版中的一句话恰恰暴露了人们理解上的误区。人教版“必修1”教材第32页中“热力环流是一种常用的自然现象”，这不得不引起我们的思考，即热力环流到底是一种自然现象，还是一种抽象的理论模型？ 答案是不言而喻的，热力环流并不是一种自然界的常见现象，而是人们分析大气热力运动时运用的一种理论模型。这种模型是忽略了其他条件，仅仅考虑冷热不均原因而概括出来的。所以，热力环流一定是不考虑地转偏向力和摩擦力的理想大气运动，往往在局部地区、短时间、小尺度上的一些现象才可以说是热力环流的例证，如海陆风、山谷风和城市风；至于季风、台风等大气运动，由于成因复杂，受力众多，并不是热力环流的典型例证。并非所有由冷热不均引起的大气运动都叫热力环流，而那些仅由冷热不均引起的大气运动才算热力环流。 问题4：大气水平运动的场域在哪里？ 大气的水平运动又叫风。一提到风，学生往往很感兴趣，因为风是生活中常见的天气现象。风从哪里来？风会怎么刮？也是学生想学习的内容。然而，各版本教材涉及这部分知识时，都会马上给出风向形成原理图，很少给出实测的高空与近地面等压线图，为什么会这样呢？ 这与教材的编写思路有关。由受力分析导出近地面与高空风向不同，这是一种从原理出发的教材编写思路。但学生往往疑惑，这些平直的等压线是从哪里来的？当今气象技术如此发达，为什么不向学生展示两张不同高度的真实等压线图呢？ 虽然都是等压线图，但不同的图示能反映出不同的气象分析方法。从理想状况下水平、均匀的等压线出发，以受力分析入手，反映的是静力学受力分析的思维。而大气是流体，流体的运动往往需要从场域的角度研究，气体的场域就是由等压线所形成的一个个闭合的等压线，从真实的等压线分析入手，其实是告诉学生流体分析的方法。立足于这样的思想方法，进行必需的原理解释，这才是开展大气水平运动应有的教学思路。 问题5：全球性大气运动该如何简化？ 全球性大气运动，也称为大气环流。这是整个“地球上的大气”部分的核心内容。由于大气运动的复杂性，无论是课标还是实际教学，专家和教师都在试图简化这部分内容。 专家的简化办法主要是降低课标难度，所以在新课标中提出了这样的要求——说出气压带、风带的分布、移动规律及其对气候的影响。也就是说，从课标层面来讲，只要求掌握分布，对成因不作要求。 但在实际教学中，不可能不讲成因，学生有明显的学习需求。如果不讲成因，学生的疑惑得不到解释，也不利于他们识记分布规律。所以，“三个假设”的办法成了讲解三圈环流经典的教学模式。 全球性大气运动确实很复杂，需要对这部分内容进行简化处理，但如何简化？ （1）必须让学生看到真实的大气运动情况。前几年，由于信息技术不发达，我们只能用一些简单的模型和演示替代大气运动。但现在的情况不同，根据前文所提到的一些气象分析和预报技术（如MeteoEarth），我们可随时展现全球真实的大气运动状况，直接让学生观察分析真实的运动，取代过去那种思辨模式。在真实的大气运动图像中，赤道低压带、低纬信风带、副热带高压中心和中纬西风带很明显。 （2）对大气环流原理的解释需要更新。教材一直采用三圈环流的原理来解释气压带与风带的形成，这其实是20世纪40年代之前的解释模型。随着罗斯贝、叶笃正等人的研究，越来越多的大气科学家们认为，大气的运动是以纬向环流为主、经向环流为辅，在低纬及高纬度近地面，主要盛行东风，中纬度主要是西风，而在高空（对流层的中高层）基本是以西风为主。通过MeteoEarth软件，我们也能看到，以极地为中心的纬向环流是全球最主要的大气运动模式。既然该模式如此直观且已达成共识，为什么教材不能与时俱进，重新修改呢？ （3）重新认识所谓的“双基”。过去，技术条件不发达，在认识复杂事物的过程中形成的一些基本概念、模型，成为我们认识复杂事物的基础。如热力环流原理就是认识大气运动的基本模型，三圈环流又是学习气压带和风带的基础。但随着时代的发展，对大气运动的热力原因与动力原因仍在进一步分析，风场与气压场哪个更为基础还有争论。在这样的情况下，是不是一定要通过模型的构建才能认识事物的本来面目，有些基础知识与基本技术还是不是基础，会不会出现新的基础，这都是需要我们慎重思考的。 （4）当简化成为一种思潮，要不要反过来思考思维的复杂性问题？诚然，对于复杂性事物的认识需要从简单与简化开始，但并不等于人类的思维就应该一直停留在简单上。如果一味简化，全球性大气环流就成了一个热力环流。但对大气运动的认识不能永远停留在热力环流的层面，我们在探寻大气运动奥秘、满足好奇心的同时，其实也在构建对大气运动的复杂性思维，从这个意义上讲，大气运动教学并不是越简单越好。 问题6：气候形成的因素有哪些？ 作为一种长时间的天气变化，气候以稳定、典型的特征影响着人们的生活。对于气候的成因，课标要求掌握气压带和风带对气候的影响即可。但实际上，太阳辐射的纬度不均、海陆的差异、洋流、地面状况、人类活动等，都会对气候的形成和分布产生影响，特别是太阳辐射、海陆差异等对气候的形成有巨大的影响。所以很多教师在教学时都会自然地进行补充。至于气候分布的模式图、各种气候特征的比较，各版本教材中都没有明确的内容，这也是课标与教材令人遗憾的地方。由于没有教材内容，就存在很多说法不统一的情况，使地理描述的准确性和科学性受到影响。 问题7：建立怎样的天气系统概念？ 天气系统是短时间的大气物理性质变化，也是学生日常能直接观察与感受到的天气变化。对于课程与教材的这部分内容，有以下疑问： （1）缺少如何获得最新天气信息的内容。从什么地方获取？哪个地方的信息最全面？可免费获得哪些信息？教材中没有相应的内容与材料，反映出教材忽视对学生地理实践能力的培养。 （2）如何帮助学生建立起立体、运动、变化的天气系统概念？天气本来就是运动变化的，但由于教材都是传统纸质媒体，学生往往很难建立起运动、立体的概念。如气旋与反气旋的辐合与辐散、锋面气旋的锢囚锋、赤道空气的对流上升、副极地的极锋等现象，都应考虑这一问题。 （3）如何帮助学生建立天气变化的思维方式？由于缺少技术与数据的实践应用，许多学生没有形成相应的天气变化思维，对于“上升成云致雨”“下降天气晴朗”这些基本的变化还不敏感，对一些天气变化现象与因素，如气压、气流、风、云、雨之间的联系也不是很清楚，如何将书本的知识应用于生活实践呢？ 三、重构的主要思路 思路1：引入流体知识，帮助学生建立运动的大气这一思想 地球表层的大气、陆地水、海水等都是流体，流体的运动有着不同于固体之处，不能简单地用静止、线性、固定的思维方法认识流体的运动。要始终把运动、变化、循环看成是流体运动的本质特征，由此而形成的环流、回环、补充，应该是流体运动的基本模式。流体不能简单还原为单个的个体，其始终是以组团的方式进行运动，而且运动流体与周围事物形成了一个场域，这个场域就是等压场，流体的运动看似没有规律，但处于等压场中，其规律表现为：形成了气流（风）。 思路2：立足于复杂性思想，重新认识大气教学的意义 流体的运动是复杂的，但绝不是简单、机械地重复。对复杂运动的认识，可将其先简化为某种基本模型，然后再不断扩充与丰富，逐渐还原事物本来的面貌。这一还原的过程，促进人的思维不断深化与复杂，形成复杂性思维。由于高中地理的研究对象多是复杂的流体运动，所以，复杂性思维也成为高中阶段地理学科一种独特的育人功能。 思路3：强调气象信息和资料的引入 仅基于模式的推演与思辨是不够的，只有引入大量的数据和资料，才是科学的方法。当前的信息技术与气象观测预报等技术可为我们提供许多气象数据与资料，这些资源都可免费获得。强调气象信息资料的引入，就是要贴近生活，与实践相结合。由于技术与资料的发展，我们也需要重新评估一些气象知识的难度及其基础性。 思路4：构建完整的知识结构 对大气运动系统的研究，需要一个完整的知识体系与结构，不能仅局限于近地面来研究大气运动。完整的知识结构是学生全面认识的逻辑基础，它与学生的思维具有内在的一致性，许多知识性的欠缺，往往会造成学生思维上的障碍。对比国外的课程与教材，我们的知识体系并不完整，许多作业和练习中出现的新概念、新名词，也没有有效整合到课程与教材体系中，显得很零碎。 思路5：支持媒体与技术的变化 受纸质媒体和字数的限制，我们的教材显得很单薄，无法承载更多的内容与知识。随着信息技术的发展，以及电子书、多媒体出版物、交互式阅读终端的出现，相信会有更多的教材与教学资源“洗心革面”，以一种新的方式呈现在教与学的过程之中，并且与课堂互动、网络课程、在线支持、学习分析、智能评价等技术一起，为学生的学习提供个性化的服务。