跨學(xué)科融合在地理教學(xué)中的應(yīng)用-以高考地理試題為例

一、跨學(xué)科融合教學(xué)的時(shí)代意義新高考政策下,學(xué)生選科打破了原有非理即文的學(xué)科組合方式,可以對(duì)學(xué)科進(jìn)行自由組合,這在一定程度上加強(qiáng)了地理學(xué)科與物理、生物、化學(xué)、數(shù)學(xué)等關(guān)系密切的學(xué)科之間的關(guān)聯(lián),同時(shí)也讓跨學(xué)科融合培養(yǎng)人才變得更加必要和可行。日常教學(xué)發(fā)現(xiàn),用單學(xué)科知識(shí)解決單學(xué)科問(wèn)題,對(duì)大多數(shù)學(xué)生而言是理所當(dāng)然的思維方法,但用跨學(xué)科知識(shí)、思維解決單學(xué)科或多學(xué)科問(wèn)題則是很多學(xué)生欠缺的思維能力。新高考評(píng)價(jià)體系背景下的高考地理試題側(cè)重核心素養(yǎng)立意,重點(diǎn)考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、思維、方法解決復(fù)雜真實(shí)情境和問(wèn)題的綜合素養(yǎng)。作為高等教育選拔人才的主要途徑,高考所考查的學(xué)科核心素養(yǎng)主要是通過(guò)學(xué)生的答題思維反映出來(lái)。因此在教學(xué)中運(yùn)用跨學(xué)科融合培養(yǎng)學(xué)生解答試題、解決問(wèn)題的能力是很有必要的?！读x務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》首次提出“跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”的要求,并指出“地理課程跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是……運(yùn)用并整合其他課程的相關(guān)知識(shí)和方法,開(kāi)展綜合學(xué)習(xí)的一種方式”,要求“用跨學(xué)科的思維與方法認(rèn)識(shí)世界”。由此可見(jiàn),跨學(xué)科融合教學(xué)是未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的教育時(shí)代背景。相比義務(wù)教育階段注重在學(xué)生感知、形象思維的基礎(chǔ)上運(yùn)用多學(xué)科相關(guān)知識(shí)與方法開(kāi)展主題式綜合學(xué)習(xí)而言,高中階段則側(cè)重于融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科開(kāi)展研學(xué)、實(shí)踐活動(dòng),即當(dāng)前流行的“STEAM”教育理念,注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維與地理實(shí)踐力。本文所指的跨學(xué)科融合是基于地理問(wèn)題解決的需要,綜合運(yùn)用高中階段各學(xué)科的知識(shí)、思維與方法對(duì)真實(shí)世界、復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分析、綜合、評(píng)價(jià)與遷移應(yīng)用等?？鐚W(xué)科融合在教學(xué)中的應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維素養(yǎng)。地理學(xué)角度的綜合思維是指人們運(yùn)用綜合的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)地理環(huán)境的思維方式和能力,是地理學(xué)科獨(dú)特的學(xué)科核心素養(yǎng)之一。高中階段學(xué)習(xí)備考任務(wù)重,多數(shù)學(xué)校開(kāi)展跨學(xué)科研學(xué)實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)的條件不足,在課堂教學(xué)中運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)、思維與方法培養(yǎng)學(xué)生綜合思維能力是培養(yǎng)跨學(xué)科能力的重要途徑?；诖?筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐,認(rèn)為在地理試題講評(píng)時(shí)運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)、思維與方法可以有效培養(yǎng)和提升學(xué)生的地理綜合思維與跨學(xué)科能力。二、數(shù)學(xué)思維方法在地理試題中的融合應(yīng)用(一)運(yùn)用數(shù)學(xué)關(guān)系式法分析比值或差值類(lèi)陌生地理概念,培養(yǎng)學(xué)生要素綜合思維能力示例1:相對(duì)濕度是空氣中實(shí)際水汽壓與同溫度條件下飽和水汽壓的比值,用百分?jǐn)?shù)表示。圖1示意我國(guó)某大城市1975～2015年城區(qū)和郊區(qū)各月平均相對(duì)濕度。造成城區(qū)與郊區(qū)相對(duì)濕度差異的主要原因是城區(qū)較郊區(qū)()圖1高考真題原圖A.氣溫高B.蒸發(fā)(騰)強(qiáng)C.降水量大D.綠地面積大本題中的“相對(duì)濕度”是一個(gè)比值類(lèi)概念。首先運(yùn)用數(shù)學(xué)等量關(guān)系式法構(gòu)建比值類(lèi)數(shù)學(xué)關(guān)系式,即相對(duì)濕度=(實(shí)際水汽壓/飽和水汽壓)*100%。將實(shí)際水汽壓、飽和水汽壓與相對(duì)濕度三者的要素關(guān)系轉(zhuǎn)化為分子、分母與比值之間的數(shù)量關(guān)系。其次該設(shè)問(wèn)為類(lèi)比設(shè)問(wèn),需要運(yùn)用類(lèi)比思維對(duì)兩個(gè)不同地理事物進(jìn)行比較,根據(jù)它們的一系列屬性(空間分布、特征、性質(zhì)、組成要素等)異同推出其他結(jié)論(影響因素、產(chǎn)生條件、形成過(guò)程等)。根據(jù)圖中城區(qū)與郊區(qū)在不同時(shí)段相對(duì)濕度的結(jié)果類(lèi)比,運(yùn)用地理知識(shí)推出影響該結(jié)果的主要因素——城區(qū)與郊區(qū)的空間氣溫差異。結(jié)合物理知識(shí)可知,氣溫越高,則飽和水汽壓越高。運(yùn)用數(shù)學(xué)的“分母越大,分子越小,比值越小”的數(shù)量關(guān)系原理,將以上信息綜合分析可知城區(qū)相對(duì)濕度(比值)小,主要是城區(qū)氣溫高于郊區(qū),導(dǎo)致飽和水汽壓(分母)大,硬底化面積大導(dǎo)致實(shí)際水汽壓(分子)小。在情境中出現(xiàn)多學(xué)科關(guān)聯(lián)的陌生概念或名詞是高考試題命題的創(chuàng)新性、綜合性表現(xiàn)之一,正確解讀陌生概念或名詞是解答此類(lèi)試題設(shè)問(wèn)的關(guān)鍵。對(duì)于類(lèi)似“什么(地理概念)是某一數(shù)值與另一數(shù)值的比值、差值或距平”等數(shù)值類(lèi)地理概念,在解題時(shí)可根據(jù)地理概念中要素的數(shù)量關(guān)系建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)等量關(guān)系式,如a=b/c或者a=b-c等,將要素關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)量關(guān)系,綜合運(yùn)用與該陌生概念相關(guān)的跨學(xué)科知識(shí),建立陌生概念與其他要素或地理事象之間的關(guān)聯(lián),在始終保持等量平衡關(guān)系的基礎(chǔ)上綜合分析即可得出答案。數(shù)學(xué)等量關(guān)系式思維方法除用于上述數(shù)值類(lèi)陌生地理概念情境類(lèi)試題外,還可以廣泛用于人口統(tǒng)計(jì)分析、城市化水平變化分析、水量平衡關(guān)系應(yīng)用、增長(zhǎng)率與數(shù)量變化關(guān)系分析等。如2022年普通高考全國(guó)乙卷第1題(試題詳見(jiàn)2022年高考真題)分析人口的變化特點(diǎn),需要根據(jù)材料信息建立①人口總量=中心城區(qū)人口數(shù)量+中心城區(qū)以外地區(qū)人口數(shù)量②中心城區(qū)人口比重=中心城區(qū)人口數(shù)量/總?cè)丝跀?shù)量?jī)蓚€(gè)等量關(guān)系式,進(jìn)而根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。這類(lèi)型題目具有要素關(guān)系復(fù)雜、數(shù)量動(dòng)態(tài)變化、結(jié)果分析多維等特征。運(yùn)用數(shù)學(xué)等量關(guān)系式、類(lèi)比思維等思維方法能快速理清要素關(guān)系,順利化解解題障礙,在幫助學(xué)生高效解題的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維方法構(gòu)建要素關(guān)聯(lián)、綜合要素分析的思維能力。(二)運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法提升學(xué)生空間感知與分析能力,培養(yǎng)時(shí)空綜合思維能力示例2:2021年10月16日,神舟十三號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,將我國(guó)3名航天員順利送入距離地表約400km的中國(guó)空間站。2022年4月16日,航天員安全返回地球。駐留期間,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射塔與廣州市區(qū)廣州塔兩地每天正午太陽(yáng)高度的差值()A．先變大后變小B．先變小后變大C．持續(xù)不斷變大D．始終保持不變此題考查正午太陽(yáng)高度角的年變化幅度,涉及時(shí)間變化、數(shù)值變化、空間類(lèi)比等復(fù)雜關(guān)系。解題時(shí)可運(yùn)用數(shù)學(xué)中的數(shù)形結(jié)合法,首先畫(huà)出太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)軌跡示意圖,標(biāo)出航天員駐留期間太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)軌跡及廣州與酒泉的緯度相對(duì)位置關(guān)系圖(如圖2),并以冬至日為例,將酒泉、廣州兩地冬至日的正午太陽(yáng)高度角標(biāo)示出來(lái)。圖2廣州、酒泉正午太陽(yáng)高度差值圖解借助圖2,運(yùn)用正午太陽(yáng)高度角的時(shí)空變化規(guī)律與計(jì)算方法的知識(shí)可以將設(shè)問(wèn)“兩地每天正午太陽(yáng)高度的差值”這一數(shù)值轉(zhuǎn)化為直觀的圖形,即圖中的(b-a)部分,實(shí)際就是分析廣州與酒泉兩地之間的緯度之差,而兩地之間的緯度之差是不會(huì)隨時(shí)間變化的,由此本題順利解答。數(shù)形結(jié)合法是將試題中的數(shù)量(或要素)關(guān)系轉(zhuǎn)化成圖形的思維方法。它能將抽象思維轉(zhuǎn)化為形象思維,能使復(fù)雜的地理問(wèn)題得以簡(jiǎn)化。“數(shù)”可用來(lái)描述地理要素,“形”能反應(yīng)地理空間、時(shí)間的變化或相互關(guān)系,數(shù)形結(jié)合能更直觀地表示地理要素與時(shí)間、空間的變化的相互關(guān)系或要素之間的關(guān)系。運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法實(shí)施地理教學(xué)能有效培養(yǎng)學(xué)生的要素綜合與時(shí)空綜合思維能力。尤其對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)、大氣運(yùn)動(dòng)、地理環(huán)境的整體性與差異性等時(shí)空綜合性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度較大的內(nèi)容,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法可有效降低學(xué)習(xí)難度,提高學(xué)生的空間感知能力。如利用線段或圓弧表示晝長(zhǎng)與夜長(zhǎng),既能引導(dǎo)學(xué)生從時(shí)間和空間的角度理解晝長(zhǎng)與夜長(zhǎng)的時(shí)空概念,又能從時(shí)間長(zhǎng)短、空間范圍角度順利推導(dǎo)出晝長(zhǎng)、夜長(zhǎng)的計(jì)算公式。此外,地形剖面圖、等值線圖、坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)圖等都是典型的數(shù)形結(jié)合在地理學(xué)科中的體現(xiàn)。不同類(lèi)型圖表可反應(yīng)要素與要素、要素與時(shí)間、要素與空間、時(shí)間與空間等多個(gè)要素與時(shí)空的相互關(guān)系,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法教學(xué)有利于提高學(xué)生圖文轉(zhuǎn)換的能力,培養(yǎng)學(xué)生解讀和獲取地理信息的必備關(guān)鍵能力。對(duì)數(shù)形結(jié)合類(lèi)圖表的解讀往往需要運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)與思維方法對(duì)地理要素與時(shí)空進(jìn)行比較與分類(lèi)、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法能有效培養(yǎng)學(xué)生的要素綜合與時(shí)空綜合思維能力。三、跨學(xué)科知識(shí)在地理試題中的融合應(yīng)用運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)理解跨學(xué)科名詞或概念,可以培養(yǎng)學(xué)生區(qū)域綜合思維能力。示例3:溶解氧是指溶解在水體中的分子態(tài)氧,其含量變化與水溫、鹽度、有機(jī)物質(zhì)分解和生物活動(dòng)等相關(guān)。自上世紀(jì)50年代以來(lái),長(zhǎng)江口外海域水體溶解氧低值區(qū)的面積和強(qiáng)度不斷增加,夏季尤其顯著,對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了許多現(xiàn)實(shí)和潛在影響。分析長(zhǎng)江口外海域水體溶解氧低值區(qū)在夏季強(qiáng)度顯著增加的原因。試題中的“溶解氧”是一個(gè)跨地理、化學(xué)、生物、物理等多學(xué)科的名詞。解答時(shí)需關(guān)注材料中的概念描述并借助其他學(xué)科的知識(shí)理解溶解氧與水溫、鹽度、有機(jī)物質(zhì)分解及生物活動(dòng)的關(guān)系。運(yùn)用生物、化學(xué)、物理、地理等學(xué)科知識(shí)可獲取以下信息:水中的氧氣主要來(lái)源于大氣壓力作用下氧氣向水中的滲透溶解,以及水生生物光合作用釋放出的氧氣;氣體的溶解度隨溫度升高而減小,故溫度越高時(shí),水中溶解氧越少;水生植物多,光合作用強(qiáng)會(huì)增加溶解氧;生物活動(dòng)頻繁時(shí)呼吸作用強(qiáng),有機(jī)質(zhì)分解快,則會(huì)加快溶解氧的消耗;表層水體鹽度低,密度小,與深層水體垂直交換少,使得深層水體含氧量減少。綜合以上信息構(gòu)建要素關(guān)聯(lián),再針對(duì)“長(zhǎng)江口外海域”這一特定區(qū)域在“夏季”這一特定時(shí)段的水溫、鹽度、生物活動(dòng)等要素特征進(jìn)行綜合分析即可。地理學(xué)科的綜合性特征使得地理試題中更容易出現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)。核心素養(yǎng)背景下的新高考評(píng)價(jià)體系提高了對(duì)高考創(chuàng)新性、綜合性的要求,也使得跨學(xué)科陌生名詞或概念在高考試題中出現(xiàn)的頻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。對(duì)跨學(xué)科陌生名詞或概念可按照以下思維路徑分析:找出概念的定性描述——是什么(關(guān)聯(lián)相關(guān)學(xué)科知識(shí));從概念描述中找出其在哪里(區(qū)域認(rèn)知),其產(chǎn)生、形成或分布、變化等與哪些要素相關(guān)(建立要素、時(shí)空關(guān)聯(lián));其有何作用、意義或影響(因果關(guān)聯(lián))等。之后再結(jié)合試題中的具體區(qū)域、時(shí)間等信息進(jìn)行區(qū)域綜合分析,解答試題。例如2022年普通高考全國(guó)甲卷第44題中的“多氯聯(lián)苯”。材料沒(méi)有說(shuō)明多氯聯(lián)苯是什么,只說(shuō)明“曾被廣泛使用,美國(guó)某湖存在多氯聯(lián)苯污染,要求分析魚(yú)類(lèi)體內(nèi)多氯聯(lián)苯的來(lái)源并列出應(yīng)采集的樣品種類(lèi)及采樣點(diǎn)的位置”(題目詳見(jiàn)2022年高考真題)。解題時(shí)需要運(yùn)用化學(xué)知識(shí)了解多氯聯(lián)苯的化學(xué)成分是什么,從而幫助理解它可能會(huì)在生產(chǎn)生活的哪些方面使用?運(yùn)用生物和地理知識(shí)分析多氯聯(lián)苯在自然界中的循環(huán)過(guò)程以幫助理解它可能會(huì)在哪些地方殘留或帶來(lái)什么危害,進(jìn)而輔助解答此題。地理試題中的陌生名詞或概念的出現(xiàn)能體現(xiàn)地理試題的創(chuàng)新性、綜合性,也加大了考生審讀情境材料的心理難度。靈活運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)準(zhǔn)確理解陌生名詞或概念能提高學(xué)生解讀或獲取地理信息的效率,培養(yǎng)學(xué)生的區(qū)域綜合思維能力。四、地理跨學(xué)科融合教學(xué)建議(一)提升教師的跨學(xué)科融合教學(xué)意識(shí)與跨學(xué)科能力素養(yǎng)跨學(xué)科融合教學(xué)既是一種教學(xué)方法,也是一種教學(xué)理念。隨著跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)被寫(xiě)入義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn),跨學(xué)科融合教學(xué)將會(huì)受到更加廣泛的重視。教師要逐步提高跨學(xué)科融合教學(xué)的意識(shí),重視引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)、思維與方法分析和解決地理問(wèn)題的意識(shí)與習(xí)慣。而教師自身的跨學(xué)科能力也影響教師的跨學(xué)科融合教學(xué)效果?？鐚W(xué)科教學(xué)既需要教師具備多學(xué)科的本體性知識(shí),又需要教師具備整合跨學(xué)科資源、實(shí)施跨學(xué)科教學(xué)的能力,對(duì)多數(shù)教師而言這是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。教師要自覺(jué)通過(guò)各種途徑提升自身的跨學(xué)科能力與素養(yǎng)。(二)跳出學(xué)科局限,強(qiáng)化學(xué)科關(guān)聯(lián)與融合地理是典型的多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科,與其他學(xué)科存在大量共通的跨學(xué)科知識(shí)。如地理學(xué)科中的植被、土壤、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容與生物學(xué)科的種群與群落、生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性等內(nèi)容存在眾多交叉知識(shí)。除生物學(xué)科外,地理與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、政治、歷史等學(xué)科都存在較多跨學(xué)科共通知識(shí),教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)充分挖掘教材中的跨學(xué)科內(nèi)容,跳出學(xué)科局限,以跨學(xué)科的視角挖掘?qū)W科關(guān)聯(lián),構(gòu)建跨學(xué)科融合教學(xué)方案,培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科意識(shí)與思維。(三)跨學(xué)科融合要與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有效結(jié)合跨學(xué)科融合教學(xué)的最終目標(biāo)是助力學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在教學(xué)中首先要明確教學(xué)所需達(dá)成的核心素養(yǎng)目標(biāo)是否需要借助其他學(xué)科的知識(shí),不能只是為了增加課堂趣味串聯(lián)其他學(xué)科知識(shí)或思維方法。應(yīng)通過(guò)思考達(dá)成核心素養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)路徑來(lái)確定如何構(gòu)建跨學(xué)科融合的整體教學(xué)框架。(四)跨學(xué)科知識(shí)、思維與方法的選擇與融合要適度由于不同學(xué)科對(duì)跨學(xué)科共通知識(shí)與思維方法研究的側(cè)重點(diǎn)