基于可视化工具的“青藏高原对我国季风气候的影响”教学难点突破探索

谭晶 云南师范大学地理学部

一、知识可视化工具的涵义

（一）概念

“可视化”的英文单词为“Visualization”，由单词“Visual”演变而来，“Visual”的中文意思为“看得见的，视觉的”。知识可视化工具是指所有用来建构和传递复杂见解的图解手段，图解可以分为静态图解和动态图解两类。［1］静态图解指概念图、思维导图、认知地图和知识图谱等等。在静态图中，本文将举例各类思维导图的应用。动态图解指一些既有声音又有图像的视频、flash 动画等。在动态图中，可以用地理示意图以及动画演示地理事物的变化过程。知识可视化工具，通过把知识的表征方式由文字符号变为图画图像，以达到促进知识的理解、学习和传播的目的。

（二）知识可视化工具分类

1.思维导图

思维导图是一种图形思维工具，又被称为概念地图、树状图、心智导图。人类大脑最习惯的思维方式是放射性思考。［2］所有进入大脑的东西，都可以成为一个中心，并且这个中心可以进一步向外散发出许多节点。如果要表达发散性思维，那么思维导图便是一种很好的工具。在思维导图中，一共有以下9种工具。

（1）圆圈图：一般用于联想或者描述一件事物的细节。圆圈图一共有两个圆圈，小圆圈里面填写将要描述的事物，大圆圈填写与这个事物有关的细节或者特征。

（2）树状图：主要用于对事物进行分组或者分类。有主题、一级枝干、二级枝干等等。

（3）气泡图：气泡图是使用形容词来描述物体。气泡图主要培养学生使用形容词描述某事物特征的能力。中心圆圈填写被描述的物体，外面的圆圈内填写描述该事物的形容词或者短语。

（4）双气泡图：一般用于作比较，对比两件相似事物的异同。

（5）流程图：流程图主要用于分析事物的发展和内在逻辑。

（6）复流程图：用于分析一个事件产生的原因和它所导致的结果。中间填写事件，左边是事件产生的多种原因，右边是事件导致的多种结果。

（7）括号图：一般用来分析整体与局部的关系。

（8）桥型图：桥型图一般用来进行事物的类比和类推，在横线的上下分别写下具有相关性的两个事物，再依照此种相关性，例举出其他具有类似相关性的事物。

（9）鱼骨图：又名石川图，也可以称为因果图，主要用于分析事件的根本原因。一般鱼头用来填写所遇到的问题，鱼身用来填写各种原因。

2.概念图

概念图里面包括节点和连线，一般概念用节点表示，概念之间的关系用连线表示。学习的实质就是要在头脑中建立起一个概念网络，以此来梳理头脑中的知识。［3］建构学习的前提是能够运用头脑中已有的知识来对新的事物进行观察和学习，学习者必须把新获得的知识和头脑中已有的知识联系起来，学习才有意义。概念图主要是表达不同知识之间的关系，同时它也是思维可视化的一种。

3.认知地图

认知地图是形成于人的头脑中的类似于一张地图的图形。它以主体原有的认知经验为基础，是在过去经验的基础上形成的外部环境在人的头脑中的内部表象或者说是存在于人的记忆中的客观事物和事物之间的关系的表象，是一种心理机能结构。由于人们对世界的认知是形成这种表象的前提，并且在是认知的过程中所获得表象的，就好像地图中不同的要素代表不同的地形和地物一样，所以被称为认知地图。

二、知识可视化工具的理论基础及对教学难点突破的启示

（一）双重编码理论

加拿大心理学家Paivio 建立了心智表达的双重编码理论（the dual coding theory）；该理论认为人有两个认知子系统：一个注重于非言语对象（比如图像等）的表达与处理；另一个则注重于语言（language）的表达与处理，并且假定了两个基本表达单元：用“imagen”表达意象，用“logogen”表达语言实体。imagen是以部分整体关系组织，而logogens是以关联和层次的形式组织。［4］

“青藏高原对我国季风气候的影响”属于自然地理知识，对中学生来说，自然地理知识比较抽象，尤其是自然地理事物的形成过程。在学习“青藏高原对我国季风气候的影响”之前，学生头脑里要有一幅青藏高原的地图，主要包括其所处的地理位置，整体轮廓等等；其次才能进一步学习“青藏高原对我国季风气候的影响”。“青藏高原对我国季风气候的影响”属于地理事物的发生过程，其中涉及到高压中心和低压中心的形成、气流的运动、山脉对气流的阻挡从而导致气流运动方向发生变化等知识。对学生来讲，这些知识很抽象，如果仅用文字说明，大部分学生理解不了。双重编码理论表明，人有两个认知子系统，把语言系统和图像系统连接起来，学习会更容易发生。所以本文采用了动画演示和绘制地理示意图来解决地理知识抽象这一难点，创造适当、丰富的视觉刺激来塑造大脑、促进学习。

（二）认知神经科学

脑科学证明，左脑为“语言脑”，倾向于控制口语、文字和数字识别、问题解决等；右脑为“图像脑”，倾向于处理空间知觉、推理、情景识别等。在胼胝体的连接下，左右脑能协同运作、彼此交流联系，实现信息的交流。［5］学习涉及到的一个主要变化是大脑神经元联结、突触联结的变化。研究表明，人类最重要的固有神经通路是视觉神经通路。视觉神经通路具有高度自动化、无需意识控制、低负荷的特点。

“青藏高原对我国季风气候的影响”主要包括四个内容：“对我国季风的促进作用”“阻挡寒暖气流”“分支西风”“形成我国三大自然区”。内容繁杂，学生在学完这一知识并对其进行复习总结时，如果只靠机械记忆，记忆负荷大，且很快就会忘记，达不到理想的教学效果。针对这一难点，结合认知神经科学中“视觉神经通路具有高度自动化、无需意识控制、低负荷的特点”这一论断，本文运用思维导图来解决。思维导图能够把这些知识点清晰且有条理地罗列出来，从而减轻学生的记忆负荷。

三、“青藏高原对我国季风气候的影响”教学难点突破方案

（一）动画演示地理事物的发生过程

青藏高原，屹立在亚洲的中部，我国的西南部，有着“世界屋脊”之称。青藏高原南起北纬26°，北至北纬39°，总面积约250 万平方千米，平均海拔4000 米。青藏高原的隆起，不仅使它自身具有独特的高原气候，也对我国的气候产生了重大影响。

图1 可视化工具突破教学难点方案图

1.高原季风（青藏高原对我国季风的促进作用）

青藏高原由于海拔高，空气稀薄，下垫面冰雪面积大，地面冷却快，降温迅速，冬季的时候在高原上形成冷高压，使得气流从高原流向四周。一方面，从高原流向四周的冷空气加强了高原南部的南支西风，另一方面，青藏高原高压中心与蒙古高压一起，加强了冬季风的势力。

夏季，由于高原海拔高，接受的太阳辐射多，空气受热膨胀上升，在高原上形成低压，气流从四周流向高原。青藏高原此时就像一个巨大的抽风机，拉动印度洋和太平洋的暖湿气流前来补充，而东亚季风和南亚的季风的方向与太平洋和印度洋的暖湿气流流动方向一致，由此加强了东亚季风和南亚季风的势力，使得我国夏季的东南季风更加强盛，带来了充足的季风降水。

（二）绘制地理示意图

地理示意图一般用于解释地理原理和地理规律，或者是用于演示地理事物发生的原因、发生过程以及影响事物变化的各要素之间的关系。

1.阻挡寒暖气流

（1）阻挡寒流南下

冬季，青藏高原以南的地区受冬季风的影响小，气温下降幅度较小。这是因为来自北方的冷空气受到青藏高原的阻挡，难以越过青藏高原，这使得喜马拉雅山以南地区的气温高于同纬度的中国其他地区。

（2）阻挡暖湿气流北上

夏季，西南季风和东南季风在北上的过程中受到青藏高原的阻挡，来自印度洋的暖湿气流大部分只能停留在南亚的东北部和青藏高原的东南部，使得青藏高原东南部地区多地形雨，而青藏高原内部地区和我国西北地区呈现干旱少雨的气候。但也有一些暖湿气流会掠过青藏高原的东南边缘进入我国华中、华东和西南地区，加强这些地区的降水。

2.分支西风

青藏高原把西风分为了南北两支。冬季，西风带移到青藏高原时，受到青藏高原的阻挡，4500米以上的西风从高原上空向东流，4500 米以下的西风被青藏高原分为南北两支。

（1）南支西风

冬季，西风南移，受青藏高原阻挡，西风气流一部分向东南流动，形成西北气流；一部分绕过青藏高原南侧转为西南气流。冬季，我国的昆明准静止锋即为该气流与南下冷空气交汇而形成。夏季，我国近地面西风急流向北移动，南支气流由于在近地面受到青藏高原的阻挡，势力减弱，使得喜马拉雅山南缘一些地区风力最小，天气最稳定。

（2）北支西风

受青藏高原阻挡，西风气流另一部分向偏北方向流动，形成西南气流；绕过新疆北部转为西北气流南下，同我国的冬季风（西北季风）相叠加，因此使得我国的冬季风势力特别强。

3.形成我国三大自然区

（1）东部季风区：指大兴安岭以东、内蒙古高原以南、青藏高原以东的广大地区。本自然区背靠高原，面向海洋，夏季受海洋季风影响显著，高温多雨，冬季受北方冷气流的影响，大部分地区寒冷干燥。青藏高原对东亚季风的拉动作用和海陆热力性质差异一起加剧了东部季风的势力，使得东部地区形成了降水较多的森林景观区。

（2）西北干旱半干旱区：本自然区地处内陆，来自东部海洋的水汽难以到达，且青藏高原阻挡印度洋、太平洋暖湿气流北上，地貌景观大部分为荒漠，一部分为荒漠草原，使得西北地区成为世界上最大的温带荒漠、草原景观区。

（3）青藏高寒区：该自然区的地势作用超过了纬度的作用。与同纬度的我国黄河、长江中下游等地区的气候、景观差异极大，是中低纬度地区独特的大面积高寒气候。青藏高原对印度洋、太平洋暖湿气流的阻挡，使得青藏高原内部降水减少，出现寒旱化，成为了世界上独一无二的高寒景观区。

（三）绘制思维导图

思维导图是将文字和图形结合起来使知识变得清晰有条理的典型知识可视化方法。思维导图可以使学生左右脑并用来加工和内化知识，有利于促进学生抽象思维的发展，帮助学生理清知识脉络，掌握知识结构，提升教学效果。

1.树状图

树状图如同一棵大树，分支犹如树枝，该类思维导图主要用于对知识点的总结归纳中，这样在后期使用的时候可以一目了然地看到该知识点的逻辑框架。

图2 树状图

2.括号图

括号图与树状图的功能相似，一般也是使用于对知识点的归纳当中，利用大括号对不同的主题进行详细分类。

图3 括号图

3.圆圈图

圆圈图用于对客观事实的联想。在“青藏高原对我国季风气候的影响”知识点中，关于青藏高原这一客观事物的细节和特征，包括其地理相对位置、纬度位置、面积大小、“世界屋脊”的称号、海拔高度等等。这些细节和特征用圆圈图表示出来，既清晰又美观。

图4 圆圈图

4.复流程图

复流程图用于分析一个事件产生的原因和它所导致的结果。例如，在“青藏高原对我国季风气候的影响”知识点中，“海拔高，接受太阳辐射多，夏季形成热低压”这个原因，导致“拉动印度洋和太平洋暖湿气流前来补充，加强了东亚季风和南亚季风的势力”这个结果。在复流程图的左侧填写原因，右侧填写相对应的结果。

图5 复流程图

5.鱼骨图

鱼骨图用于挖掘问题产生的原因，例如，在“青藏高原对我国季风气候的影响”知识点中，“冬季与蒙古高压一起，加强我国冬季风势力”是由于“冬季，青藏高原上形成了冷高压”，而青藏高原冬季形成冷高压又是由于“青藏高原海拔高，下垫面冰雪面积大”。这样层层递进的原因和结果就很适合用鱼骨图来表达。

结语

知识可视化的方式多种多样，怎么选择和运用，需要根据具体知识内容进行匹配和优化组合。在本文中，主要用到动画演示、地理示意图和思维导图三种工具。动画演示和地理示意图主要解决自然地理知识抽象的难点，思维导图主要解决“青藏高原对我国季风气候的影响”知识点繁杂的难点。地理示意图和思维导图是地理教学中比较常用的方式，把抽象的地理知识变成可直接感知的图像，激发学生对地理的学习兴趣，在传授学生知识的过程中同时也能锻炼学生的空间想象能力和地理思维能力，而这两种能力是学习地理必不可少的。