地理思维建模在综合题解题中的应用研究

李华芹

摘 要：本文介绍了地理思维建模的定义和建模的基本过程，并以“湖泊水文”专题知识为例，展现地理思维建模在综合题解题中的思想和成效。本文遵循李克特量表的思想，制定了地理思维建模的测评量表，旨在及时检验学生在建构模型和应用模型方面的成效，展现学生思维建模水平，以帮助学生提高地理思维建模能力。最后，本文提出地理思维建模在地理习题课教学中应用的三项策略，促进地理思维建模在地理教学中的实施，以发展学生的地理思维。

关键词：思维建模;地理模型;地理思维;湖泊水文

中图分类号：G633.55        文献标识码：A        文章编号：1005-5207（2022）01-0033-05

一、地理思维建模的定义

建构主义学习理论认为，知识的学习是学习者基于先前认知，借助教师搭建的“脚手架”，主动完成对新知的理解和适应而建构起来的。因此，地理教学不仅是帮助学生习得丰富的地理知识，更重要的是培养学生发现、分析和解决现实问题的思维方法和能力，这也是学生终生发展的能力要求。在教学中，如何洞察学生知识体系建构和问题解决的思维过程？思维过程能否可视化？模型建构理论指出，科学的学习是学生对自然现象直觉式想法的转变和正确的科学模型形成的过程，学生不断改变本身原有的知识结构和思维模式，结合教育者提供的材料建构模型、理解科学的概念及理论，抛弃原有的朴素模型，形成新的科学模型。[1]借助思维建模，可以将内隐的思维过程可视化，将知识体系的思维建构和问题解决的思维步骤条理化。地理原型、地理模型与地理规律三者的关系如图1所示。

模型是将研究对象（原型）进行适当抽象，剔除非本质的部分，以反映原型的本质特征，是对原型的某一或某些方面的简化与近似反映。思维模型的建构（以下简称“思维建模”），则是通过概念、判断和推理等思维方法，把研究对象抽象化为一个体现某一原理机制的研究问题，并将思维过程进行可视化表征的认知方法。换言之，思维建模是一种建构性学习方式，是一种服务于科学研究的重要思维方法和认知过程。通过思维建模，可以促进学生对已知知识的高度整合以及对未知知识的深刻洞察。由此可知，地理思维建模是将地理学科思想方法与思维建模的一般方法有机结合，是对具有同类思维要求与原理机制的地理事物和现象，进行概括和归纳所得出的具有适切性的思维方法和分析模型。

二、地理思维建模的基本过程

以问题解决为中心的地理思维建模，可用于学生的发散思维和逻辑思维能力训练。随着问题解决思维过程的逐级深入，将主问题逐步分解转化为更下一层级的子问题。经过对主问题“刨根溯源”式的挖掘，最终洞悉问题的本质，并将这一问题分析的思维过程可视化、结构化和条理化，继而建立起某个专题问题的分析模型。地理思维建模的基本过程包括对问题情境表征、因素分析、思维建模、解释模型和模型测评五个步骤，图2示意地理思维建模的基本过程。

首先，基于对问题情境的充分理解，有效表征地理问题，尝试从因果关系途径切入分析，建立起地理思维过程的模型;其次，将已建构的思维模型应用于复杂的现实问题，完成模型功能的解释环节;最后，借助工具对思维模型进行综合测评，根据测评结果启动反馈机制，不断调整完善上述环节。地理思维建模有助于唤醒学生自主建构地理学科知识体系的学习主体意识，促进学生学会科学的思维方法，是综合思维能力培养中十分重要的一方面。

三、地理思维建模在综合题解题中的运用

以问题解决建构地理思维模型，旨在借助解题过程促使学生获得策略性知识，培养学生的地理思维能力和自主探究能力。为实现地理综合题的高效解答，学生在头脑中应建构起一个应对此类问题的思维模型。这就要求学生借助自身对某一地理问题的概念、特征和基本原理的已有认知，并充分结合情境信息，完成对某一问题的判断、推理、论证和预测。

湖泊作为陆地表层水体的重要组成部分，对全球水分循环、水量调控和物质能量平衡发挥着重要作用。“湖泊水文学”是水文学的一个分支，是一门研究湖泊水文现象的发生发展的过程和机制，以及湖泊资源利用的学科。[2]湖泊水文学研究湖泊的水文要素及其时空变化特征、平衡关系与变化规律，在湖泊旱洪发生机制与调控、湖泊资源利用和流域环境响应机制等方面，为区域可持续发展提供了强大支撑。人教版高中地理教材含有关于河流地貌和水文方面的生动呈现，但缺乏湖泊部分的应有介绍。然而，在高考真题和模拟题中，却不乏关于湖泊相关知识和机理的问题探究情境。

2021年广东省地理高考的试题中，选择题第8～9题选取了“岸线发育系数（简称SDI）”的变化作为问题探究背景，考查湖岸演变过程及其主要控制因素;环境保护选做题第20题以“热融湖”的发展作为问题情境，引导考生运用自然地理环境的整体性思想，分析热融湖规模的扩大对其他自然地理要素的影响。前者涉及了对湖泊的水文特征知识的考查，后者体现了湖泊演变对地理环境变化的影响。下面以两道地理综合题的分析与解答教学为例，通过对地理问题的分析、演绎、归纳等思维活动建构思维模型。首先建构关于湖泊水文特征的知識体系模型，然后进一步建构关于湖泊演变及其对自然地理环境变化的影响的问题分析模型。

★活动1：湖泊的水文特征分析模型

例1.里海（图3）面积约38万平方千米，相当于世界湖泊总面积的14%，有伏尔加河、乌拉尔河等百多条河流注入，据此回答下列问题。（24分）

（1）分析里海北部比南部早结冰的原因。（6分）

（2）判断里海的咸淡，并说明理由。（8分）

（3）根据图中信息，描述里海的主要水文特征。（10分）

★案例解析

结合图文材料，引导学生建构关于里海冰情和盐度分析的思维模型。例如，对里海盐度的分析时，首先将影响湖水盐度的影响因素划分为两个指标：其一，补给量与蒸发量;其二，来盐量与排盐量。然后再追问影响补给量、蒸发量、来盐量和排盐量的影响因素，思维逐级深入，从而建构起完整的、逻辑清晰的思维模型。最后并结合情境，解释模型，形成答案。图4为湖泊冰情与盐度（第一小问与第二小问）解题思维模型。

思维建模过程能促进学生从零散紊乱的思维状态，自觉调整为整合有序的思维状态。在已建立起的关于里海冰情和盐度的思维模型的基础上，扩充对其他湖泊水文要素特征的分析。学生依据已有的知识经验，结合问题情境，建构对当前学习内容的理解，并将这种理解通过一种模型表达出来，从而建立关于湖泊水文特征分析的完整思维模型。图5为湖泊水文特征（第三小问）解题思维模型。

学生对问题解决的思维过程和结果进行建模，促进其深刻理解问题的本质，认清某一知识在已建构知识体系中的相对位置。培养学生形成问题解决的思维路径和操作技能，实现知识的意义建构和问题的有效解决。借助地理思维建模，促进学生对地理知识与原理的高质量领悟，当再次出现关于“湖泊水文特征”的设问时，学生便可以快速调动脑中以“湖泊水文”为核心的解题思维模型，从而提高知识的应用能力和解题效率。

★活动2：湖泊的演变分析模型

例2.江汉平原地处长江中游、湖北省中南部，是全国湖泊密集度最大的淡水湖分布区。图6与图7分别是1990年与2015年江汉平原湖泊水体分布图，图8为1990—2015年江汉平原湖泊总数量和总面积变化统计图。据此回答下列问题。（8分）

（1）分析江汉平原湖泊面积萎缩对区域自然地理环境的影响。（8分）

★案例解析

水文要素对区域环境变化较为敏感，特别是作为流域汇合点或节点的湖泊，对流域的环境变化的综合指示作用更为显著。同样，湖泊的演变也影响着流域自然地理环境和人类活动。分析湖泊水文特征对气候变化和人类活动的影响，对解释过去与当今环境特征、研究未来环境和生态发展都有着重要的现实意义。

从整体上看，1990—2015年江汉平原湖泊出现数量减少，水域面积萎缩的趋势。试题要求学生从自然地理环境整体性的思维出发，分析湖泊萎缩对区域自然地理环境（气候、地貌、水文、生物、土壤）的影响。运用地理思想方法和学科知识，建构起湖泊水文的演变对区域环境变化响应的思维模型，并紧扣问题情境解释模型。建构湖泊演变对地理环境变化响应（第一小问）的解题思维模型，如图9所示。

自然地理的原理与机制较为抽象，十分考验学生的逻辑思维能力。自然地理的学习，要求学生主动发现地理事象的特征和变化及其与其他自然地理要素之间的内在联系，对其因果联系进行充分逻辑推理和论证。经常性地进行思维模型建构训练，在知识的意义建构与知识间的关系鉴别中不断提升学生的逻辑推理能力。尤其是在地理复习课中，注重地理思维模型的建构，能够将复杂的思维过程可视化、零散的地理知识结构化、抽象的地理原理形象化、模糊的内在联系清晰化。

四、地理思维建模能力的测评

思维建构能力是学生使用概念、判断、推理等思维方式，将问题情境中的研究对象去细节、抓本质，归纳总结研究过程，形成问题解决模型的能力。在日常地理教学过程中，不仅要重视地理思维建模能力的训练，而且要把对学生地理思维建模能力的检测与评价提升到地理教育测评的重要位置，以客观、合理和有效的教学评价调整教学策略和教学过程。

地理思维建模能力测评指标的选取应充分考虑整体性原则，遵循独立性、可行性和简约性原则。不同指标之间相互独立且相互关联，共同构成一个完整、客观和能发挥实效的评价系统。本文吸取了美国社会学家R.A.Likert提出的李克特量表的思想精髓。使用5点等距表，每个问题的回答选项为5～1的数字，其中“5”代表态度最为积极，如“完全同意”;“1”表示态度最为消极，如“完全不同意”。本研究采用量表（表1）来测评学生关于地理思维建模过程和结果的水平高低，全方位测评学生的地理思维建模能力。秉持客观公正的态度，逐项测评每一指标的得分，最后统计汇总，得出地理思维建模能力测评的总分。根据分数的高低，划分为五个等级：①23～25分，表示地理思维建模能力优秀;②18～22分，表示地理思维建模能力良好;③13～17分，表示地理思维建模能力一般;④8～12分，表示地理思维建模能力欠佳;⑤5～7分，表示地理思维建模能力不佳。

地理思维建模能力测评是一种形成性评价，伴随着教育教学过程进行，旨在及时获取反馈信息，发现教学中存在的不足之处，并以此为依据完善教育方案和帮助学生改进学习方法。对学生地理思维建模能力进行测评能及时发现学生在建构模型和应用模型过程中存在的问题，检验学生的思维建模水平。根据存在的问题，教师进行适时的指导，学生进行即时的反思总结，即把评价与指导总结有机结合起来。通过系统的思维建模优化训练，使学生避免出现答非所问、无话可说、逻辑混乱、单一片面等情况。综上所述，地理思维建模能力测评不仅能为教师和学生双方提供即时的建模反馈信息，还能强化学生的思维成果和动力，帮助学生提高地理思维建模的能力与信心。

五、地理思维建模在地理习题课中的应用策略

1.以地理思想方法引领思维模型建构

《普通高中地理课程标准（2017年版）》明确指出，地理课程内容反映地理学的本质，体现地理学的基本思想和方法。因此，在地理教学中渗透地理思想方法就十分必要。地理学科的基本思想和方法包含空间性、整体性、区域性、动态性、人地协调、因地制宜等。[3]简而言之，地理思想方法既是人们对地理知识体系和原理机制的本质认识和基本观念，同时也是人们开展某一地理实践的切入途徑和操作指南。

高考地理试题把地理思想方法置于中心地位，不追求知识点的覆盖面，而重点关注学生面对复杂现实问题或学术问题时，能够在正确的地理思想观念的指导下，运用地理学科结构化知识与技能、思维方式方法高质量地认识问题、分析问题和解决问题的综合品质[4]。地理思想方法是地理学科知识体系建构的“灵魂”，是融通必备知识和关键能力的“桥梁”，是促进地理思维延伸的强大支撑。地理建模教学过程应是渗透地理思想方法的过程，以地理思想方法为引领，促进思维模型内容的完整性和逻辑性，以及思维模型结构的合理性和层次性。例如，在分析湖泊演变对地理环境变化的响应时，以整体性思想为导向，凸显要素联系（水文、地貌、气候、土壤和生物等）、空间相互作用（湖泊与周边地区、湖泊与长江中下游等）、地理过程（湖泊演变、物质迁移与能量交换等），以确立关于该问题解题思维模型的基本思路和关键着力点。把日常教学从浅层的知识讲授和技巧强化的桎梏中解放出来，上升到深层的地理思想方法渗透、应用的界面，以地理思想方法引领地理思维模型的建构，从真正意义上促进学生核心素养的发展。

2.重视地理思维模型建构的动态过程

教学实践表明，相当一部分学生认为地理思维建模难度大，其主要原因是地理建模的思维方式与学生习惯性的地理解题方式有较大差异。这部分学生在解题时，倾向于边构思边描述，答题随意性较大，缺乏对地理问题的整体把握和系统分析，得分率较低。地理思维建模教学的成效不在于把思维建模的成果抛给学生，而是体现在教师能否有效地激发学生的学习内驱力，唤醒所有学生的求知欲，使之积极参与到地理思维模型的建构过程中来。思维建模推动了地理思维的可视化，有助于教师发现学生的思维过程、思维亮点和思维障礙。教师耐心倾听学生对问题的理解和思维过程，尤其那些看似错误答案的思考方向或是不太符合教师设计的思路。教师通过启发诱导学生积极思考，组织学生进行交流讨论，使地理原理越辩越明，地理问题越分析越清楚，直至最终获得满意的地理问题分析模型。

思维导图是思维建模的重要工具，有助于学生将内隐的地理思维过程条理化外显。通过抽丝剥茧的分析，洞悉地理事象的本质，呈现地理知识之间的逻辑关系。将教学重心从欠结构化的“知识学习”层级进阶至重结构化的“思维培育”层级。促进学生对地理知识的理解和应用，引导和训练学生进行深度思维建构。在地理高考备考中，通过地理思维建模，可以将某专题范围内千姿百态的地理事物和现象，用一种比较直指本源、简洁明了、规范合理的思维方式表现出来。这对于提高高考复习效率具有十分重要的意义，有助于提升学生的思维能力和思维品质。

3.尊重学生的主体地位，关注差异分层推进

从建构主义学习理论的角度，思维建模是学习者自主建构知识体系和认知模型的过程。其本质决定了教学的每一环节的都要着重考虑学生作为学习主体的角色定位。教学过程中，教师要充分调动学生大胆尝试的积极性;鼓励学生主动思维和敢于表达;引导学生始终保持乐于思考、主动探索的积极状态。

在地理思维建模教学中，要关注并尊重学生的个性差异，因材施教。对学生分别要求、个别指导、分层教学，对不同学生确定不同的教学要求和素质发展目标。对优生要多鼓励，提出较高的地理思维建模目标，多给予他们自主建模的机会，使其能独立建构难度指数较高的综合题解题思维模型。对中等程度的学生要多引导，多给予启发和有效的帮助，使中等程度的学生提高思维建模的能力，争取独立完成中等偏上难度的解题思维模型。对后进生要加强辅导，重在渗透地理建模的思想方法，最初只需完成难度较低的知识结构建模，并为其配备循序渐进的习题训练。尊重学生的主体地位，关注差异分层推进，使所有学生都能在地理思维建模活动中取得收获与进步。

参考文献：

[1] 钟媚.科学教育中的模型建构理论[C].中国教育学会教育学分会全国教学论专业委员会第十一届学术年会暨第二届课程与教学论博士生学术论坛论文集.中国教育学会，2008：625-626.

[2] 施成熙，梁瑞驹.陆地水文学原理[M].北京：中国工业出版社，1964.

[3] 张立峰，王向东.基于地理学“整体性”思想的中学地理教学策略研究[J].课程·教材·教法，2012，32（8）：101-106.

[4] 程益贵.地理思想方法在高考地理试题中的渗透分析与教学思考[J].中学地理教学参考（上半月），2020（3）：62-65.