徐鋒 朱志剛 徐雯

關(guān)鍵詞：STEM 教育理念;地理實(shí)踐力;經(jīng)線和緯線

一、STEM 教育與地理實(shí)踐力

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）以及數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)與自然界的和諧共處、解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。[1]地理實(shí)踐力是指學(xué)生在進(jìn)行地理戶外考察、社會(huì)調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn)等地理實(shí)踐活動(dòng)中所具備的行動(dòng)能力和品質(zhì)。[2]信息的獲取與加工、問(wèn)題的提出與闡釋是培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力的關(guān)鍵，這與STEM中的科學(xué)目標(biāo)一致，即在新知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，個(gè)體通過(guò)不斷檢驗(yàn)假說(shuō)，推翻錯(cuò)誤假說(shuō)，從而用理論來(lái)解釋現(xiàn)象。工具與方法的運(yùn)用、方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施也是培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力的關(guān)鍵，這與STEM中的技術(shù)、工程目標(biāo)一致，即利用工具或設(shè)備以及科學(xué)的過(guò)程去解決問(wèn)題。

而數(shù)學(xué)里對(duì)數(shù)量關(guān)系的分析則是上述所有內(nèi)容的基礎(chǔ)。如何在STEM 活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力，落實(shí)核心素養(yǎng)的要求？筆者以“經(jīng)線和緯線”的教學(xué)為例，探討基于STEM 教育理念的地理實(shí)踐力培養(yǎng)策略。

二、STEM 教育理念下的“經(jīng)線和緯線”教學(xué)案例

1.科學(xué)視角的“經(jīng)線和緯線”

STEM教育理念中的科學(xué)視角落實(shí)在地理實(shí)踐力培養(yǎng)中時(shí)，主要體現(xiàn)在地理信息的獲取與加工。地理信息是用來(lái)表示自然環(huán)境中地理要素的數(shù)量特點(diǎn)、分布規(guī)律和互相聯(lián)系的文字、數(shù)字和圖形圖像等。地理信息的獲取與加工是培養(yǎng)地理實(shí)踐力的基礎(chǔ)，即學(xué)生能夠從生產(chǎn)生活的真實(shí)情境中或者相關(guān)資料中獲取有用的地理信息，對(duì)其進(jìn)行搜集、整理、分析和評(píng)價(jià)，并利用獲取和加工的信息解決生活中的地理問(wèn)題。

地球儀、經(jīng)緯網(wǎng)是中學(xué)地理基礎(chǔ)性知識(shí)，是重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是中學(xué)地理學(xué)習(xí)中學(xué)生的薄弱點(diǎn)所在。其中，對(duì)經(jīng)線和緯線知識(shí)的理解是基礎(chǔ)，如果學(xué)生不清楚基本特點(diǎn)、不建立空間模型，就會(huì)直接影響到后續(xù)的學(xué)習(xí)。從科學(xué)視角看，經(jīng)線和緯線的知識(shí)點(diǎn)主要有：經(jīng)線和緯線的定義，經(jīng)線和緯線的形狀、長(zhǎng)度、數(shù)量、線圈間的位置關(guān)系和指示方向等。從淺層意義看即理解定義，緯線是與地軸垂直并且環(huán)繞地球一周的圓圈，經(jīng)線是連接南北兩極并且與緯線垂直相交的半圓。從深層意義看，這不是簡(jiǎn)單的二維平面定義，而是基于三維空間球面的定義，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高，需要教師從形狀、長(zhǎng)度、數(shù)量、線圈間的位置關(guān)系和指示方向等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行逐一分析，讓學(xué)生能夠全面認(rèn)知，自主建構(gòu)模型結(jié)構(gòu)。

2.技術(shù)視角的“經(jīng)線和緯線”

STEM教育理念中的技術(shù)視角落實(shí)到地理實(shí)踐力培養(yǎng)時(shí)，主要體現(xiàn)在問(wèn)題的提出與闡釋。地理問(wèn)題是學(xué)生進(jìn)行地理學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)所遇到的認(rèn)知沖突和困難。地理問(wèn)題提出與闡釋的能力是構(gòu)成地理實(shí)踐力能力的重要部分，這一能力在地理實(shí)踐活動(dòng)中表現(xiàn)為學(xué)生通過(guò)具體的情境自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，并運(yùn)用地理概念、原理和規(guī)律去分析和解釋問(wèn)題。

地球及地球運(yùn)動(dòng)部分的相關(guān)知識(shí)都較為抽象，建構(gòu)時(shí)需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象和思維能力。該部分中的一些概念或規(guī)律特別難以理解，超出了部分學(xué)生的認(rèn)知水平，特別是七年級(jí)和高一相關(guān)地理知識(shí)點(diǎn)掌握較差的學(xué)生，容易形成認(rèn)知盲區(qū)，這給教師的教學(xué)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。STEM教學(xué)通過(guò)運(yùn)用相關(guān)理念，制作學(xué)具，幫助學(xué)生針對(duì)性地解決認(rèn)知盲區(qū)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力。傳統(tǒng)的經(jīng)線和緯線的教學(xué)方式是教師引導(dǎo)學(xué)生觀察地球儀、觀看視頻動(dòng)畫，或引入VR技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生全息觀察，但這些都停留在學(xué)生觀察、理解的層面。STEM教育理念介入后，可以指導(dǎo)學(xué)生自己制作地球儀，在實(shí)踐操作過(guò)程中理解定義并應(yīng)用知識(shí)，進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的層面，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)緯線的一些特點(diǎn)并闡釋。

3.工程視角中的“經(jīng)線和緯線”

STEM教育理念中的工程視角落實(shí)在地理實(shí)踐力培養(yǎng)中時(shí)，主要體現(xiàn)在工具與方法的運(yùn)用。地理工具可以是野外考察時(shí)使用的羅盤、地質(zhì)錘，也可以是觀測(cè)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡、氣象站，還可以是地理專業(yè)軟件的“空間分析”“分析管理”功能，若條件不允許，最簡(jiǎn)單的也可以是地球儀。科學(xué)地選擇、運(yùn)用地理工具和地理方法，是地理實(shí)踐力的重要組成部分，如“列舉電子地圖、遙感圖像等在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用的實(shí)例”“使用測(cè)量?jī)x器，觀測(cè)氣溫、降水和風(fēng)向”[3]。地理工具與科學(xué)方法的運(yùn)用有助于學(xué)生掌握地理知識(shí)和技能，提升地理思維品質(zhì)、鍛煉地理實(shí)踐能力。

“經(jīng)線和緯線”這節(jié)內(nèi)容能很好地幫助學(xué)生理解STEM學(xué)習(xí)中善于問(wèn)題解決的工程意識(shí)。工具的選擇、方案的確定、過(guò)程的控制以及成果的評(píng)估，這些都是STEM 教育理念的核心?；赟TEM 教育理念下“經(jīng)線和緯線”的工程部分大致從這四個(gè)方面展開(kāi)。

（1）工具的選擇

解決問(wèn)題需要工具，工具的選擇又取決于要解決的問(wèn)題。教材建議學(xué)生用乒乓球進(jìn)行地球儀的制作，但乒乓球?qū)τ谥谱鹘?jīng)緯網(wǎng)、繪制經(jīng)線和緯線來(lái)說(shuō)相對(duì)偏小，并不合適。有些教師選擇使用水果，但水果的形狀不符合地球儀或經(jīng)緯網(wǎng)的特點(diǎn)，而且水果不利于保存。在考察眾多材料后，選擇泡沫球作為經(jīng)緯網(wǎng)繪制的材料，泡沫球的大小規(guī)格比較多，尺寸太小不便于繪制，尺寸太大不便于操作和攜帶，建議選用直徑10厘米左右的泡沫球。其次是繪制筆的選擇，鋼筆、圓珠筆不容易上色，顏料筆、蠟筆繪制時(shí)不容易修改，白板筆則便于繪制和修改。

（2）方案的確定

方案的確定也是基于問(wèn)題的解決。先理解定義，學(xué)生根據(jù)自己對(duì)定義的理解在泡沫球上繪制經(jīng)線和緯線，再描述經(jīng)線和緯線的基本特點(diǎn)。這里不建議一次性把經(jīng)線和緯線都繪制出來(lái)，而是分步驟將經(jīng)線和緯線單獨(dú)繪制在不同的泡沫球上（圖1）。具體方案如下。

①根據(jù)前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生明確了地球儀由地軸、北極、南極等組成。任務(wù)一是繪制地球儀雛形：學(xué)生根據(jù)赤道、南極、北極的定義確定這些要素的所在位置;實(shí)踐操作一是在泡沫球上標(biāo)注南極、北極和赤道。②根據(jù)緯線的定義“在地球儀上，所有與赤道平行的圓圈叫緯線”確定緯線的位置畫法。任務(wù)二是繪制緯線;實(shí)踐操作二是在泡沫球上繪制出幾條緯線。③根據(jù)經(jīng)線的定義“在地球儀上，連接南北兩極并垂直于緯線的線，叫經(jīng)線，也叫子午線”確定經(jīng)線的位置及畫法。任務(wù)三是繪制經(jīng)線;實(shí)踐操作三是在泡沫球上繪制出幾條經(jīng)線。

（3）過(guò)程的控制

在制作模型的過(guò)程中，教師不能放任學(xué)生完全自己操作，也不能“包辦代替”，需要進(jìn)行必要的指導(dǎo)。首先是材料的選擇，教師經(jīng)過(guò)多種材料的比較，最終確定成本低、易于學(xué)生操作的泡沫球。其次是STEM制作過(guò)程，在方案中體現(xiàn)為三步，每一步操作教師都應(yīng)給予學(xué)生一定的建議，便于學(xué)生后續(xù)的觀察分析。實(shí)踐操作建議一：先用鉛筆勾勒，再用白板筆繪制。兩位學(xué)生為一組共同繪制一個(gè)地球儀，繪制結(jié)束后前后兩個(gè)小組互相檢查，對(duì)錯(cuò)誤之處予以糾正。實(shí)踐操作建議二：根據(jù)泡沫球的大小（直徑10厘米左右），從赤道以北繪制兩條緯線、赤道以南繪制兩條緯線，保持一定間距。實(shí)踐操作建議三：按合理間距在泡沫球的不同部位上至少繪制四條經(jīng)線。

除了制作過(guò)程的控制外，制作后的互動(dòng)反饋活動(dòng)也必不可少，即學(xué)生繪制完成后進(jìn)行同伴交流，既讓做得好的學(xué)生展示、介紹自己的作品，也讓學(xué)生共同糾正有待完善的作品。

（4）成果的評(píng)估

就某個(gè)知識(shí)點(diǎn)而言，記憶、理解、應(yīng)用和評(píng)價(jià)反映了學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段，STEM教育理念有助于深度學(xué)習(xí)落實(shí)，學(xué)生要能實(shí)踐，更要對(duì)相關(guān)知識(shí)理解透徹，這就需要教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)估。如學(xué)生緯線繪制結(jié)束后，教師可以讓學(xué)生到講臺(tái)上展示自己小組繪制的泡沫球成果，并根據(jù)繪制的泡沫球描述出緯線的特點(diǎn)。之后請(qǐng)其他小組的學(xué)生評(píng)價(jià)，如果對(duì)緯線的特點(diǎn)有不同意見(jiàn)，可以進(jìn)行補(bǔ)充和提問(wèn)。教師則可以根據(jù)學(xué)生的交流情況，追問(wèn)下列問(wèn)題：最長(zhǎng)的緯線在哪里？最短的緯線在哪里？有沒(méi)有長(zhǎng)度相等的緯線，如果有，可能在什么位置？在地球儀上，沿著緯線指示東西方向，東西有盡頭嗎？東西位置是絕對(duì)位置還是相對(duì)位置？從而促進(jìn)學(xué)生深刻理解緯線的特點(diǎn)。再如學(xué)生經(jīng)線繪制結(jié)束后，教師可以讓學(xué)生到講臺(tái)上展示繪制在泡沫球上的經(jīng)線，并根據(jù)繪制的經(jīng)線說(shuō)出其特點(diǎn)。之后請(qǐng)其他小組的學(xué)生評(píng)價(jià)，如果對(duì)經(jīng)線的特點(diǎn)有不同意見(jiàn)，可以進(jìn)行補(bǔ)充和提問(wèn)。教師則可以根據(jù)學(xué)生的交流情況追問(wèn)下列問(wèn)題：地球儀上，沿著經(jīng)線指示南北方向，南北有盡頭嗎？北極點(diǎn)的周圍是什么方向，南極點(diǎn)的周圍是什么方向？南北位置是絕對(duì)位置還是相對(duì)位置？從而既促進(jìn)學(xué)生深刻理解經(jīng)線的特點(diǎn)，又對(duì)學(xué)生STEM學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)估。

4.數(shù)學(xué)視角的經(jīng)線和緯線

STEM教育理念中的從數(shù)學(xué)視角落實(shí)在地理實(shí)踐力中時(shí)，主要體現(xiàn)在方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施。地理實(shí)踐活動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施是地理實(shí)踐力的具體落實(shí)，即在圍繞前面科學(xué)、技術(shù)和工程等一系列理念，通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)最終完成任務(wù)，得出基于數(shù)據(jù)分析的地理原理和地理規(guī)律。基于數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論，有利于轉(zhuǎn)變機(jī)械訓(xùn)練、被動(dòng)接受的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)。地理實(shí)踐方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，有助于學(xué)生鞏固、內(nèi)化地理知識(shí)，并將地理知識(shí)與生活實(shí)踐緊密聯(lián)系在一起，從而將地理知識(shí)運(yùn)用在生產(chǎn)生活中，并在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的地理素養(yǎng)和能力。

在STEM教育理念中，模型的制作更能夠體現(xiàn)數(shù)學(xué)意義。經(jīng)線和緯線的模型制作好后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析經(jīng)線和緯線的形狀、長(zhǎng)度、數(shù)量、線圈間的位置關(guān)系和指示方向等特點(diǎn)，更多的是數(shù)學(xué)層面的意義（表1、表2）。

為了幫助學(xué)生在腦海中建構(gòu)經(jīng)緯網(wǎng)空間模型，鞏固對(duì)經(jīng)線和緯線特點(diǎn)的理解，可以讓學(xué)生相互展示、評(píng)價(jià)和交流，教師還可以對(duì)此進(jìn)行深入地設(shè)問(wèn)，讓學(xué)生把經(jīng)緯網(wǎng)繪制在一個(gè)泡沫球上（圖2），為后續(xù)經(jīng)度、緯度和坐標(biāo)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

三、基于STEM 教育理念的地理實(shí)踐力培養(yǎng)策略

1.基于STEM教育理念重構(gòu)教材，突出學(xué)習(xí)主旨

教師在落實(shí)核心素養(yǎng)中起關(guān)鍵作用，教師對(duì)課堂教學(xué)起主導(dǎo)作用。首先，教師要處理好教材，基于STEM教育理念重構(gòu)教材，是指教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律和教學(xué)實(shí)際情況，采用“用教材教”的策略，從“教材內(nèi)容”中選擇確定合適的學(xué)習(xí)主旨，并將其轉(zhuǎn)化為STEM“教學(xué)設(shè)計(jì)”的過(guò)程，也就是解決“教什么”和“怎樣教”的問(wèn)題。教材內(nèi)容轉(zhuǎn)化的目的就是要讓教師好讀易教，讓學(xué)生好學(xué)易學(xué)。

基于STEM教育理念，本節(jié)課的設(shè)計(jì)就是將地理教材內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩斫虒W(xué)設(shè)計(jì)（教的設(shè)計(jì)與學(xué)的設(shè)計(jì)）的過(guò)程。過(guò)程分為兩步：第一步為將地理教材中緯線圈圖及其特點(diǎn)、經(jīng)線圈圖及其特點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩斫虒W(xué)內(nèi)容，解決“教什么”的問(wèn)題;第二步為將已經(jīng)確立的地理教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為地理教學(xué)設(shè)計(jì)主旨，解決“怎樣教”的問(wèn)題。教師在進(jìn)行“經(jīng)線和緯線”教學(xué)時(shí)，學(xué)生了解“經(jīng)線和緯線”的概念是培養(yǎng)學(xué)生信息獲取的地理實(shí)踐力;學(xué)生繪制緯線和經(jīng)線是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工具和方法去解決具體問(wèn)題的地理實(shí)踐力;學(xué)生觀察繪制的學(xué)具從而分析經(jīng)緯線特點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地理問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證、闡釋的地理實(shí)踐力。教師的教學(xué)目標(biāo)明確，學(xué)生學(xué)習(xí)的路徑清晰，培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力的目的就能實(shí)現(xiàn)。

2.基于STEM教育理念重視活動(dòng)過(guò)程，培養(yǎng)實(shí)踐力

STEM理念下的教育是任務(wù)化的學(xué)習(xí)過(guò)程，任務(wù)化就是教師為學(xué)生提供實(shí)踐的情境，學(xué)生圍繞一個(gè)個(gè)任務(wù)展開(kāi)學(xué)習(xí)，學(xué)生以任務(wù)的完成過(guò)程和完成結(jié)果向教師反饋學(xué)習(xí)效果?；赟TEM理念的學(xué)習(xí)過(guò)程改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，能夠主動(dòng)理解概念、建構(gòu)模型、深入思考、形成高階思維，建立新的學(xué)習(xí)體系。

本節(jié)課學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)有三個(gè)層次——概念理解—實(shí)踐制作—分析特點(diǎn)，或者說(shuō)有三個(gè)步驟——自行感悟—同伴合作—交流展示。教師創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，從了解有關(guān)地球儀的簡(jiǎn)單概念入手，繪制經(jīng)緯網(wǎng)中的赤道和兩極，學(xué)生在理解定義的基礎(chǔ)上與同伴合作，共同在泡沫球上繪制緯線。再根據(jù)繪制的學(xué)具分析緯線的特點(diǎn)，之后進(jìn)行展示和交流。學(xué)生在完成一個(gè)任務(wù)后，再進(jìn)行新的任務(wù)，形成螺旋上升的良性循環(huán)。學(xué)習(xí)活動(dòng)與任務(wù)相結(jié)合，有利于學(xué)生通過(guò)完成新的任務(wù)來(lái)維持對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)[4]。在STEM教育理念下，以學(xué)具制作為任務(wù)，了解地理工具與方法的基本用途、選擇合適的地理工具與方法、在具體的地理問(wèn)題解決中熟練且準(zhǔn)確地運(yùn)用地理工具和方法，使得地理實(shí)踐力的這三個(gè)方面都得到了培養(yǎng)。

3.基于STEM教育理念形成活動(dòng)范式，優(yōu)化培養(yǎng)策略

地理課堂活動(dòng)就形式而言，包括外在活動(dòng)和內(nèi)在活動(dòng)。外在活動(dòng)主要是手、身體的活動(dòng)，為顯性，教師能夠看到學(xué)生實(shí)際做了什么、做得怎樣。內(nèi)在活動(dòng)是心理的、隱性的，是學(xué)生想了什么、想得怎樣。外在活動(dòng)和內(nèi)在活動(dòng)可以相互影響、互為反映[5]。STEM教育通過(guò)學(xué)生的外在活動(dòng)和內(nèi)在活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩者統(tǒng)一，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，讓地理實(shí)踐力這一核心素養(yǎng)“落地生根”。STEM教育中的地理活動(dòng)范式，就是地理實(shí)踐力中方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

基于STEM教育理念的活動(dòng)范式是以學(xué)生的活動(dòng)為中心，制作學(xué)具，結(jié)合學(xué)具理解經(jīng)緯線的特點(diǎn)，而不是由教師直接進(jìn)行講解和傳授。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生是活動(dòng)的主體，不僅需要其動(dòng)腦思考，還要親自動(dòng)手實(shí)踐操作。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，從而獲得知識(shí)，而不是直接從教材上獲得結(jié)論。在這個(gè)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)遇到一些問(wèn)題或障礙，可以尋求同伴幫助或請(qǐng)教教師。從而培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)提供的方案開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)、針對(duì)具體問(wèn)題對(duì)已有的方案進(jìn)行修改并開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)的地理實(shí)踐力。