具身场域下地理空间思维可视化教学探索*——以“热力环流”为例

俞 琼

（上海市青浦高级中学，上海 201799）

地理学科是研究地理环境与人类活动关系的一门学科，空间是地理学研究的主体，地理空间思维能力的培养是地理教学中的难点之一。我们的身体时时刻刻都处于一定的真实空间中，但真实空间是复杂的、动态的、不可见的，对学生而言，是身处其中不自知的、身体体验不显性的、空间结构不明确的，是缺少了身体多感官体验、感知、互动与合作的，学生很难获得空间感知、进行空间表征和空间推理。在实际教学中，也有教师把地理空间思维能力简单地等同于读图技能，认为地图教学就是地理空间思维的教学，对培养学生地理空间思维缺少着力点、突破口与“脚手架”，地理空间教学是很多教师不敢触碰但无法回避的“痛点”和难点。

具身认知理论主张身心合一，它强调认知来源于身体进行感知运动时的各种体验，即身体和周围环境在交互作用的体验中产生认知。在地理实践力的培养中，身体的感受状态和感受情况决定了认知的形成和认知结构的建构，具身认知所主张的“建构”正是指身体与环境的嵌入耦合。学生通过感受系统与地理空间的连接，丰富对空间特征的理解，生成具身空间，提升空间感知，形成地理空间思维。因此，教师要将真实的不良情境进行结构化再造，通过要素筛选和空间优化，在真实空间和具身空间之间营造具身场域，对置身于场域中的学生主体产生影响。本文以高中地理必修一“热力环流”为例，运用具身认知理论，探讨具身场域下高中生地理空间思维能力培养的实践路径。

一、具身场域与地理空间思维能力

具身场域是基于具身认知理论而提出的概念。具身认知所主张的“建构”是指身体与环境的嵌入耦合，在身心融合过程中包含了心智嵌入大脑、大脑嵌入身体、身体嵌入环境的多种内嵌。这种在身体与环境融合过程中产生的多种内嵌性的、互动性的、综合性的学习环境就构成了具身场域。

具身场域是以学习者为中心，身体感官系统融入环境中，通过目标、活动、资源的动态支持，构成具身学习环境（图1），实现地理事象、空间属性和空间思维可视化，帮助学习者感知空间知识、生成空间思维、建立思维模型，学以致用，发展地理空间思维。

据此，在“热力环流”教学中，将空间可视化作为基本线索进行课堂教学设计（图2）。通过模拟实验、地理学具等创设动态地理事象可视化的条件，实现空间属性、空间关系、空间动态运动过程及不同维度空间视角的可视化，突破“热力环流”教学难点。

二、具身场域下的“热力环流”教学实施

针对抽象的地理事象，通过营造合适的具身场域，使学生的不同器官感受不同的信息，让学生在课堂上用眼观察、动手实践、动脑思考、开口表达，循序渐进地培养其直观的、动态的、立体的、宏观的地理空间思维能力。

1.提取空间属性，实现空间定位可视化

在教学中，学生对气压的概念（气压是指某一高度单位面积上空气柱的重量）一知半解，而“同一水平面高压流向低压，产生风”的概念更是晦涩难懂，基本概念的缺失对学生理解热力环流带来了很大障碍。究其原因在于大气的不可见及概念原理的抽象性，因此，解构出地理事象的空间属性，将气压、高压流向低压等概念形象化和可视化，有助于学生理解抽象空间概念。

“同一水平面上空气由高压流向低压，产生风”这一原理内隐着空间方位、空间形态、空间过程等空间属性。据此，设计了吸耳球演示实验（图3），营造具身场域，通过直观感知帮助学生认识“风在哪里？”和“风是什么样子的？”两大基本问题。

①挤压吸耳球，对准蜡烛烛焰后蜡烛熄灭：帮助学生直观感知气压变化和大气水平运动——风，并推测高压和低压的空间比较，建构“风是高压流到低压”的空间关系。

②抬高吸耳球，挤压吸耳球后蜡烛未熄灭：帮助学生进一步进行空间定位，最后抽象概括出“同一水平面高压流向低压，产生风”的空间过程。

2.模拟动态空间事象，实现空间过程可视化

地理学科所研究的空间是动态变化的，但教材提供的空间示意图往往是静态的，学生难以形成时空观念，难以在头脑中正确把握地理现象的运动变化规律，难以将抽象的空间转化为头脑中的具体空间。

设计造风模拟实验，借助简易可得的材料和实验方法可模拟自然界中动态的地理空间事象，利用其直观性特征，实现地理现象动态过程和要素联系的可视化，帮助学生明确地理要素的空间关系和空间动态过程，引导学生准确描述、分析、归纳空间动态过程及其规律（表1）。

表1 造风模拟实验

上述造风模拟实验利用了烛焰偏移和纸蛇转动等现象，创设了水平方向和垂直方向大气运动的可视化过程，学生通过空间感知、空间表征和空间推理的过程，在头脑中形成热力环流的形成过程。同时通过点燃蜡烛模拟近地面大气受热情况，引导学生进行过程分析并确认其关联要素以及关联要素与地理空间存在的关系，推导出风的形成过程和根本原因。通过造风模拟实验帮助学生更立体直观地认识“大气怎样运动？”和“大气为什么运动？”两大基本问题。

3.建构空间模型，实现空间结构可视化

空间思维模型是对地理事物概括的可视化表征手段，反映地理事象的空间要素、空间组合和空间结构等，反映地理事物及地理要素的结合和联系。

在造风模拟实验基础上，通过填图、绘图活动，引导学生进行热力环流的空间形态的再解析，通过多要素的叠合和联系，建立起热力环流规律的可视化表达方式，从而建构热力环流空间模型（图5）。

在该空间模型中，包含对空间概念属性的重构整合，即①空间组合：水平和垂直方向；②空间要素：气温、气压、气流；③空间结构：等压面“高凸低凹”、近地面和高空气压相反等方面。该模型是对大气运动成因与基本规律的抽象化表述，表达了近地面和高空的温压关系和气压关系，呈现了水平方向和垂直方向大气的运动，并用点、线、面等形式，对多地理要素在空间上的状态进行排列组合，将地理事象和规律结构化。

4.创设时空情境，实现空间转换可视化

俞立中先生认为在所有基础教育课程中，只有地理学讲宏观空间概念，关注空间格局、时空关系及其相关性。对空间格局的观察力，是在观察确定各事物的空间位置关系等学习过程中形成的一种学科能力品质。

在“热力环流”实例中，教师创设了不同区域尺度因地面热量变化引起的空间运动的视觉情境，帮助学生运用空间模型迁移应用，解释地理现象。

从学生生活中的海陆风、山谷风、城市风等局地小气候的生活观察和描述开始，思维的空间视角尺度逐步拉大，从局地到海陆，再扩展至全球，引导学生以不断放大的时空思维逻辑逐步完成解释，即遵循“局地—海陆—全球”的时空思维逻辑（图6）。用纵贯地方、区域乃至全球的自然视野来看待热力环流规律和现象的整体性，体会地理学“区域”研究的独特视角，形成空间推理，提升空间思维能力。

三、具身场域下的地理空间教学策略

1.解构空间思维，完成地理空间教学设计

依据空间认知层次即空间感知—空间表征—空间推理的逐级递进，将地理空间知识解构出六大地理空间属性（方位、距离、尺度、形态、作用、过程），使空间关系逐渐清晰化、系统化和结构化，逐步形成八大地理空间思维，即空间定位思维、空间转换思维、空间解构思维、空间叠合思维、空间关联思维、空间计算思维、空间建构思维和空间类比思维，促使地理空间认知不断深化、升华，用以解决实际情境问题（图7），使混杂于其他地理知识中的地理空间知识得以凸显，便于采用相应的教学方法准确地进行匹配，从而完成地理空间教学设计，提高地理空间思维教学的针对性。

2.营造具身场域，实现地理事象可视化

具身场域的营造需借助真实空间场景或教学资源、实物、身体、技术等支持，如使用地理专用教室、自制学具、模拟实验、情景剧、手势、地理信息技术等工具构建空间场景。营造的具身场域需要符合以下特点：第一，要根据教学内容确定具身场域。第二，该环境或空间中的教具与所探讨的地理现象相关。第三，有明确的活动设计解决相关地理问题。第四，活动设计有利于学生的体验、多感官参与，感受地理事象的发生、发展等过程。第五，具身场域往往创造的是三维的、立体的，与真实环境接近的模拟场景。

3.多感官体验策略，提升地理空间思维

多感官体验策略多应用在比较陌生的地理现象或比较抽象的地理空间知识的学习中。身体各器官的活动与大脑的思维密切相关，通过感知获得对地理空间关系、空间形态、空间运动等空间属性的直观认识，其实施步骤包括：第一，设计具身感知空间；第二，在具身活动中体验感知；第三，建构生成空间思维模型；第四，新情境下实践应用。以具身实验为例，过程涉及教师教程和学生学程两部分，各自包括相对应的四个环节，可按照创设具身情境—调用具身认知—建立思维模型—实践应用检验的教学过程依次展开（图8）。