程子序 劉文娟 金梓喬 霍 毓

（1.首都師范大學(xué)附屬中學(xué), 北京 100048; 2.北京市第一〇一中學(xué)溫泉校區(qū), 北京 100095;3.北京市第一〇一中學(xué)，北京 100091）

本文以北京市第一〇一中學(xué)和首都師范大學(xué)附屬中學(xué)先后開展的兩次太陽視運動實踐活動為例，對如何設(shè)定深度學(xué)習(xí)目標(biāo)、如何在實踐過程中將學(xué)生獲得的直接經(jīng)驗與教學(xué)內(nèi)容建立關(guān)聯(lián)等問題進行探索，并提出在實踐活動中引導(dǎo)學(xué)生進入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)的教學(xué)策略。

一、初期實踐活動的設(shè)計與實施

1.太陽視運動實踐活動緣起

太陽視運動規(guī)律是以觀察者為中心觀察太陽的周日和周年視運動規(guī)律，它是理解地球運動原理的手段之一，有助于學(xué)生構(gòu)建地理事象的時空觀念、實現(xiàn)生活經(jīng)驗和地理原理相互轉(zhuǎn)化，并進一步解釋生活中的地理現(xiàn)象。觀察者視角的變化和復(fù)雜的時空動態(tài)變化，使該內(nèi)容成為地球運動部分教學(xué)的難點。

為此，筆者于2018年嘗試在北京市第一〇一中學(xué)設(shè)計了“立竿見影”的太陽視運動實踐活動，力求通過教師引導(dǎo)下的實踐活動幫助學(xué)生進行時空的轉(zhuǎn)換和構(gòu)建，更好地理解地球運動的基本原理。

2.活動設(shè)計和組織實施

(1)活動方案制定

因直接觀測和記錄太陽視運動規(guī)律難度較高，教師計劃采用“立竿見影”的方法，即通過觀察一根小棍的日影在一日內(nèi)方位和長度的變化，反推太陽視運動規(guī)律的思路，設(shè)計觀測方案并提供觀測記錄單（見表1），引導(dǎo)學(xué)生開展活動。

表1 觀測記錄單

觀測活動組織：將學(xué)生分為7組，每組6人，組長負責(zé)協(xié)調(diào)組內(nèi)成員分工并組織觀測。

觀測地點選擇：教師說明觀測地選址條件，每組自行選擇觀測地點，經(jīng)教師驗收合格后觀測。

觀測時間要求：要求學(xué)生于秋分日前后，選擇晴朗的一天進行觀測，須涵蓋當(dāng)天的日出、正午和日落，其他觀測時間自定，一般為課間。

觀測方法指導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生將4cm長小棍固定在圓形網(wǎng)格圖（直徑18cm）中心（見圖1），依據(jù)觀測記錄單的要求進行觀測和記錄，并提供給學(xué)生北京地區(qū)冬至日和夏至日4cm長小棍在不同時刻的影子方位與影長情況表（見表2、表3）。要求學(xué)生利用數(shù)據(jù)資料繪制冬至日和夏至日圓形網(wǎng)格圖。

表2 北京地區(qū)冬至日（12.21）4cm長小棍在不同時刻的影子方位與影長情況表

表3 北京地區(qū)夏至日（6.22）4cm長小棍在不同時刻的影子方位與影長情況表

圖1 圓形網(wǎng)格圖

觀測結(jié)果呈現(xiàn)：教師講解三角函數(shù)相關(guān)知識，提供0°到90°正切值三角函數(shù)表等資料，引導(dǎo)學(xué)生利用影子的方位與長短變化規(guī)律，推導(dǎo)一日內(nèi)太陽的方位和高度變化規(guī)律。

問題1：太陽高度和日影長度成________，太陽方位和日影方位成________。

問題2：H為正午太陽高度角，TanH=_________/_________。

問題3：說出隨觀測時間推移桿影的方位與長短變化規(guī)律，結(jié)合正切值三角函數(shù)表，計算觀測時刻的太陽高度，從而推導(dǎo)太陽的方位和高度變化規(guī)律。

(2)活動實施過程

制定活動方案后，教師要求各小組拍照記錄觀測過程，收集本組遇到的問題并思考解決問題的措施。

課堂教學(xué)過程中，學(xué)生依次展示分享小組觀測過程和繪制的網(wǎng)格圖（見圖2）。

圖2 某學(xué)生繪制的網(wǎng)格圖

完成上述活動后，學(xué)生能初步感知太陽視運動現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，教師自制簡易教具，進一步演示太陽視運動的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生將俯視的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為側(cè)視圖（見圖3），幫助學(xué)生建立空間認知，得出相關(guān)結(jié)論。

圖3 太陽視運動軌跡立體圖（側(cè)視圖）

繪制要求：在圖中用三種顏色的彩筆畫出二分二至日太陽運動軌跡，并在圖中寫出節(jié)氣名稱。

方法提示：標(biāo)注3個日期日出、日落、正午的太陽方位及高度。

值得注意的是，學(xué)生在實踐活動中發(fā)現(xiàn)了新的問題。例如，部分小組發(fā)現(xiàn)12時小棍的日影并非最短，最初懷疑手機正北是否準確，隨后發(fā)現(xiàn)可能是磁偏角問題，或是觀測時未將坐標(biāo)紙擺放到水平狀態(tài)，最終通過小組合作解決了困惑。

3.活動實施效果

通過參與活動，學(xué)生觀察、記錄及整理數(shù)據(jù)的能力逐步提升，提高了發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣。

然而受學(xué)時限制，本項活動缺少對所學(xué)知識的遷移運用。此外，教師對活動的操作流程過于具體，雖提高了活動效率，但一定程度上限制了學(xué)生設(shè)計成果展示方案的思維過程。

二、深度學(xué)習(xí)視角下實踐活動的改進策略

結(jié)合初期實踐活動過程中出現(xiàn)的問題，筆者嘗試在深度學(xué)習(xí)視角下對活動進行再設(shè)計，并于首都師范大學(xué)附屬中學(xué)組織實施。

1.挖掘知識背后的意義，實施單元整體教學(xué)

深度學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生“獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程”，其意義體現(xiàn)在能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生的綜合實踐能力，用以解決生活中的實際問題。為此，筆者采用單元教學(xué)的方式，將單元學(xué)習(xí)主題確定為“如何擺放校園氣象站中的太陽能電池板才能高效提供電能”，引導(dǎo)學(xué)生通過問題式學(xué)習(xí)，探索解決問題的方法，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生，體會學(xué)習(xí)的意義。

(1)確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

① 通過開展觀測活動并結(jié)合觀測數(shù)據(jù)，歸納太陽視運動規(guī)律，理解太陽視運動規(guī)律與地球運動規(guī)律間的關(guān)系，初步形成動態(tài)研究地理事象的方法。

② 通過設(shè)計校園氣象站中太陽能電池板的擺放角度，理解地球運動現(xiàn)象對人類生活的影響。

③ 通過運用太陽視運動規(guī)律解決校園中的現(xiàn)實問題，培養(yǎng)學(xué)生熱愛學(xué)校的情感。

(2)創(chuàng)設(shè)驅(qū)動式情境

首都師范大學(xué)附屬中學(xué)校園自動氣象站可以監(jiān)測風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、濕度和氣壓等實時數(shù)據(jù)，依靠太陽能電池板供電。自建成以來，氣象站太陽能電池板的擺放角度始終向南傾斜，且常年固定，在部分季節(jié)存在供電不足的情況，需要市政用電進行補充。如何合理擺放太陽能電池板以提高效能，是師生關(guān)注的問題。

(3)確定任務(wù)群

從任務(wù)情境中挖掘出三個可供探究學(xué)習(xí)的問題：一天中太陽視運動的方向和高度有什么規(guī)律？一年中太陽視運動的方向和高度有什么規(guī)律？如何設(shè)計校園氣象站中太陽能電池板的擺放角度才能高效提供電能？三個問題構(gòu)成三個任務(wù)群。太陽能電池板的擺放問題情境，不僅具有學(xué)習(xí)價值，而且具有很強的開放性，探究內(nèi)容貼近學(xué)生生活實際，學(xué)生有興趣且有能力開展此探究活動。

(4)單元課時設(shè)計

單元教學(xué)共設(shè)計四課時，主要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)如下（見表4）。

表4 單元教學(xué)設(shè)計主要環(huán)節(jié)

2.創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)習(xí)真實發(fā)生

創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)是教師對活動進行再設(shè)計過程中十分關(guān)注的問題。若任務(wù)設(shè)置過于簡略，會導(dǎo)致學(xué)生對活動要求不夠明確，降低活動實效。若任務(wù)設(shè)置過于詳細，則減少了學(xué)生自主思考的空間，降低學(xué)習(xí)興趣。為此，教師設(shè)計了兩項挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)（見表5）。

表5 挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)及部分學(xué)生解決方案

兩項任務(wù)較為開放，留給學(xué)生的思考空間充足，完成學(xué)習(xí)任務(wù)的前提是需要學(xué)生自主選擇解決方案，拆解任務(wù)過程，綜合調(diào)用地理、數(shù)學(xué)和信息技術(shù)等學(xué)科知識展開主動的學(xué)習(xí)活動，學(xué)生在克服困難的主動活動中獲得發(fā)展。

3.找準學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，搭建學(xué)習(xí)“腳手架”

(1)開展學(xué)情分析啟發(fā)學(xué)生自主設(shè)計方案

分析學(xué)情是找準學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的關(guān)鍵，教師通過觀察、訪談等方式，了解學(xué)生在此前參與實踐活動中的表現(xiàn)。以挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)“任務(wù)1”為例，學(xué)生曾開展觀測月相實踐活動，在確定月球位置的環(huán)節(jié)，曾嘗試用拳頭估算月球高度角（水平疊放一只拳頭的高度角約為10°）?；趯W(xué)生在觀測月相活動的體會，教師在開展“任務(wù)1”之前，設(shè)計以下問題鏈啟發(fā)學(xué)生自主設(shè)計方案。

如何觀測太陽的位置？可否借鑒觀測月相的方式，直接用肉眼觀測、記錄太陽的位置？如何更精準記錄太陽的水平方位、高度？應(yīng)在何日、何時及何地進行觀測？

以上問題鏈的設(shè)計，使學(xué)生明確了觀測月球和觀測太陽的區(qū)別，對啟發(fā)學(xué)生關(guān)注活動安全、設(shè)計實踐活動方案具有指導(dǎo)意義。

(2)補充學(xué)習(xí)資源支撐學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)

學(xué)習(xí)資源是學(xué)生完成挑戰(zhàn)性任務(wù)過程中不可或缺的重要組成部分。雖然學(xué)生具備一定的自主獲取學(xué)習(xí)資源的能力，但在完成觀測活動時，教師應(yīng)補充必要的科學(xué)設(shè)備，支撐學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。以觀測太陽方位環(huán)節(jié)為例，學(xué)生一般會想到使用手機內(nèi)置指南針App進行定位，但手機品牌、觀測環(huán)境差異以及磁偏角等因素都會影響觀測精度。

為此，教師在開展活動前，提供了羅盤，并對羅盤的使用方法進行介紹，補充了關(guān)于磁偏角的相關(guān)知識。

(3)開發(fā)學(xué)具探究功能幫助學(xué)生轉(zhuǎn)化視角

如何用立體方式呈現(xiàn)地面視角下的太陽視運動軌跡是學(xué)生遇到的難點，此前教師使用的自制演示教具雖較為直觀，但缺少探究性，且僅能夠呈現(xiàn)某一日的太陽視運動軌跡。為此，教師基于學(xué)生初步設(shè)想開發(fā)學(xué)具，并嘗試開發(fā)其探究功能。

學(xué)具設(shè)計：使用透明半球（直徑18cm與圓形坐標(biāo)紙一致）展現(xiàn)地面視角的天空，即天球；半球上方加裝拉手用以展現(xiàn)天頂；半球邊框鉆4個孔，代表4個方位（見圖4）。

圖4 運用透明半球模擬天球

探究角度：如何在球面建立半球坐標(biāo)系；如何更加精準呈現(xiàn)太陽視運動軌跡等。

此后，教師引導(dǎo)學(xué)生，將自主觀測、計算出的觀測日（近秋分日）、冬至日和夏至日三天的太陽方位、太陽高度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在透明半球上，幫助學(xué)生完成空間轉(zhuǎn)換。

(4)引導(dǎo)學(xué)生繪制示意圖像理解相關(guān)原理

由現(xiàn)象到本質(zhì)是一種認識過程及方法，學(xué)生通過觀測實踐初步了解了觀測地太陽視運動現(xiàn)象及其變化。然而對于為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，不同區(qū)域產(chǎn)生的現(xiàn)象有何差異等問題，需要進一步從原理角度理解。

基于學(xué)生繪制的太陽視運動軌跡（見圖5），教師可以進一步啟發(fā)學(xué)生進行深度思考，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，引導(dǎo)學(xué)生繪制示意圖進行說明（見圖6）。

圖5 學(xué)生繪制太陽視運動軌跡

圖6-1呈現(xiàn)位于40°N某地的觀測者所能觀察到的地平圈范圍及方位。

因天球是以觀測者為中心、無限遠為半徑的假想球體，因此假設(shè)將觀測者的地平圈平移至地心，則得到“過地心與地平圈平行的平面”及“方位”，原球面觀測者所在位置即為假想“天頂”，圖6-2呈現(xiàn)的是這一過程。

圖6-3是進行視角轉(zhuǎn)化后的結(jié)果。

圖6 某學(xué)生繪制簡易示意圖展現(xiàn)40°N太陽視運動現(xiàn)象

因地球運動導(dǎo)致觀測者在視覺上認為天體圍繞地球旋轉(zhuǎn)。因此，可假想為太陽在不同日期沿某“緯線”“繞”地球運動，圖6-4呈現(xiàn)的是二分二至日太陽在“過地心與地平圈平行的平面”上的運動軌跡。

繪制示意圖的目的是幫助學(xué)生理解太陽視運動現(xiàn)象產(chǎn)生的原理。學(xué)生在今后也可以采用繪制示意圖的方式，判斷不同地點、不同日期正午太陽方位、高度以及日出、日落方位，大體呈現(xiàn)該地的太陽視運動軌跡。

4.運用持續(xù)性評價策略改進教學(xué)

評價是教學(xué)活動的必要環(huán)節(jié)，也是教學(xué)活動的內(nèi)在組成部分。教師通過問卷、訪談方式進行診斷性評價，了解學(xué)生的現(xiàn)有知識和能力水平。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)此部分內(nèi)容前，49.02%的學(xué)生做過相關(guān)題目，但對原理不夠清楚。5.88%的學(xué)生在日常生活中觀察過太陽方位、太陽高度的年變化，7.84%的學(xué)生嘗試總結(jié)過太陽視運動的變化規(guī)律，說明學(xué)生具備一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

教師還關(guān)注過程性評價，制定了“立竿見影”觀測環(huán)節(jié)及太陽能電池板調(diào)整環(huán)節(jié)的評價要點（見表6、表7），便于學(xué)生了解評價標(biāo)準，指導(dǎo)學(xué)生開展活動。

表6 “立竿見影”觀測活動評價要點

表7 校園氣象站太陽能電池板調(diào)整方案評價要點

此外，教師通過課堂觀察、查閱學(xué)生提交的觀測過程視頻等資料，了解學(xué)生在設(shè)計和開展實踐活動過程中的表現(xiàn)，并通過練習(xí)題考察學(xué)生對知識的遷移運用能力，進行總結(jié)性評價。

三、結(jié)語

深度學(xué)習(xí)是學(xué)生全身心積極參與、體驗成功和獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。在設(shè)計地理實踐活動時，除關(guān)注活動流程的設(shè)計方面外，更應(yīng)注重挖掘知識背后的意義，明確深度學(xué)習(xí)目標(biāo)。創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)計有深度的環(huán)節(jié)和現(xiàn)實問題，促進學(xué)生深度思考，促使學(xué)習(xí)真實發(fā)生。同時教師在活動中應(yīng)找準學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，進行適度指導(dǎo)，注重引領(lǐng)學(xué)生自主探究。通過教、學(xué)、評一體化的方案，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并結(jié)合學(xué)生的表現(xiàn)，不斷優(yōu)化和改進地理實踐活動的設(shè)計方案，以提高學(xué)生核心素養(yǎng)。