“基于科学可视化的高中地理智慧课堂教学设计研究”初探 论文.docx

基于科学可视化的高三地理教学设计探究

——以“常见的天气系统”为例

摘要：科学可视化在解释自然科学概念、模拟自然科学过程时有独特的优势，它有利于增强学生学习兴趣、提升教学效率、增加探究性等方面的价值，同时符合学校进行教育信息化建设的规划。科学可视化技术具有以下四个特征：直观化、交互性、多维性、艺术化。若将科学可视化融入到高三地理复习课堂中，使其常态化并被师生所接受，就必须科学、合理、有效地组织和规划教学流程以及教学设计。

关键词：科学可视化，高三地理，教学

近年来，推动教育信息化2.0时代，基于人工智能、大数据等信息技术助力课堂教学已成为教育工作者的共识。新时代赋予了教育信息化新的使命，借助信息化时代背景，科学可视化、人工智能、虚拟课堂、“在线课堂”、智慧课堂等应运而生，学生的学习过程变得更加个性化和智能化。科学可视化在解释自然科学概念、模拟自然科学过程时有独特的优势，它有利于增强学生学习兴趣、提升教学效率、增加探究性等方面的价值，同时符合学校进行教育信息化建设的规划，若将科学可视化融入到高三地理复习课堂中，使其常态化并被师生所接受，就必须科学、合理、有效地组织和规划教学流程以及教学设计。本文以“常见的天气系统”为例，详细阐述基于科学可视化的高三地理复习教学设计。

一、科学可视化的内涵

科学可视化教学是一门研究如何利用视觉表征促进群体知识传递和创造的学科，它的发展趋势正由传统静态形式向动态、交互转变，由抽象——具体、静态——动态、瞬时——连续、一维——多维转变，科学可视化技术不仅能够为学习者学习过程提供可视化的支架与导航，还可作为认知工具支持学生知识的建构和问题的解决。如图1所示，随着科学可视化技术的发展，可视化表现形式从过去的表格、图像到动画、伤真以及现在的交互式可视化不断丰富。科学可视化教学作为表征事物的一种方式，最早开始于将图表应用于科学数据分析中，方便了研究成果的直观表达。随着教育技术的发展和计算机软件的支持，可视化教学逐

渐将事物的发展变化和过程用仿真化、形象化的方式表现出来，主要包括数据、模型和过程等三方面的可视化。与此同时，技术带来的人机交互能力也在不断提升，一些交互式的可视化技术，例如ＶＲ＆ＡＲ（虚拟现实、增强现实）等技术开始在教学领域应用。

表格、图像展示（静态演示）多媒体动画、仿真（动态演示）交互式可视化（交互性强）图1科学可视化教学发展图2基于科学可视化的高三地理教学设计框架

二、科学可视化教学设计

笔者查阅相关文献和平台，如北斗导航地理基础教育系统、中国科技大学火花学院等，选定高三复习教学内容“常见的天气系统”。具体实施框架如下：

课前分析：结合《普通高中地理课程标准（2017年版）》，“常见的天气系统”课标要求“运用示意图，分析锋、低压（气旋）、高压（反气旋）等天气系统，并运用简易天气图，解释常见天气现象的成因。”本节地理核心素养之综合思维：理解冷、暖气团和冷、暖锋的概念，掌握其成因、分布、运动变化规律及其对天气的影响。理解低压(气旋)、高压(反气旋)的气压分布和气流运动特征及其对天气的影响。本节地理核心素养之地理实践力：动手绘制锋面示意图和气旋、反气旋示意图，探讨各种天气系统在不同时段对天气影响的差异。纵观近五年全国卷高考题，在这个知识点中，命题特点：

(1)以等压线图、等温线图、天气系统示意图、天气变化数据图表等为背景，考查天气系统的类型、成因、分布、运动变化规律及其对天气的影响；

(2)以局部等压线图、天气预报数据等为背景，考查天气系统的发展变化及其对生产生活的影响。在“常见的天气系统”知识点中，高三文科生在一轮复习中很难做到面面俱到，基础知识点还停留在面上，但是具体应用情境中，学生往往很难调动学过的知识灵活运用。在枯燥疲乏的知识点复习中，如果能运用科学可视化，让学生能够形象直观地看到天气系统的形成过程和空间模型，学生印象深刻。

课中活动：本节课借助科大讯飞提供的智慧课堂平台，学生在课前完成练习，并在平台上提交作业。通过大数据分析，对反馈结果进行课堂教学的设计，做到教学决策数据化。教学过程中，运用中国科技大学火花学院提供的科学可视化素材进行课堂教学，对现有知识层面进行拓展等，以上科学可视化素材均是采用AR技术（增强现实），用3D模型展示常见天气系统的结构。结合近五年的高考地理题，学生对天气系统、锋面气旋的时空变化、大小尺度变化难以分辨，无法灵活调动知识进行解题，现具体阐述以下两个教学案例：

案例一：天气系统识别与天气状况的判定

科学可视化资源与形式：提供基础信息图层分别为世界海陆分布图、世界政区图、中国政区图、世界气压中心图；提供基础判定图层分别为气压中心周边水平方向风向、气压中心垂直方向气流运动及天气状况，高压脊线、低压槽线，冷锋锋面、暖锋锋面等，可参考以下图：

图3科学可视化素材--