物質(zhì)能量傳輸視角下高中地理教科書分析

祃宦驛 邵志豪

（1.東北師范大學 地理科學學院, 吉林 長春 130024; 2.東北師范大學附屬中學, 吉林 長春 130021; 3.東北師范大學 教育學部, 吉林 長春 130024）

物質(zhì)運動與能量交換是自然地理教學中非常重要的模塊之一，在高中地理課程標準中一直有著該內(nèi)容的具體要求。但是以往各個版本教科書都很少將物質(zhì)能量傳輸體現(xiàn)在其中。隨著課程標準的不斷修訂，各個版本的地理新教科書也陸續(xù)出版。在2019年人民教育出版社出版的高中地理《選擇性必修1》中多次明確提到物質(zhì)能量傳輸在自然環(huán)境中的重要作用，這也為地理教學提供了新的視角。筆者受丁繼昭對物質(zhì)能量傳輸在地理課程教學中的研究啟發(fā)，從物質(zhì)能量傳輸?shù)慕嵌葘Φ乩硇陆炭茣M行分析。

一、物質(zhì)能量傳輸視角對地理教學的重要性

1.物質(zhì)能量傳輸視角加強地理知識的結構性

課程標準作為一門學科的教學指導性文件，它不僅對教科書的編寫有著引領作用，而且對課程的開展以及課程所應達到的目標提出明確的要求。最新出臺的《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）指出，對學科內(nèi)容的更新，要重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結構化，以主題為引領，使課程內(nèi)容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實。[1]那么在這種對學科內(nèi)容結構化、主題化、情境化的要求下，教學也應該做出相應的轉變。而物質(zhì)能量傳輸視角是可以與這些要求相匹配的重要教學視角。在自然環(huán)境中各要素間的相互作用、人類活動與自然環(huán)境的相互作用中，時刻都發(fā)生著物質(zhì)能量的運動與交換。從物質(zhì)能量傳輸視角入手進行地理教學，可以將地理環(huán)境各圈層要素進行串聯(lián)，實現(xiàn)知識的結構化，使學生形成對自然環(huán)境的系統(tǒng)認識；還可以具體解釋地理事象發(fā)生、發(fā)展、變化的過程，使地理教學情境化，加強知識與實際生活的聯(lián)系。

2.物質(zhì)能量傳輸視角體現(xiàn)地理事象發(fā)生與形成的內(nèi)在機制

在以往的地理教學中，教師更關注地理事象、地理特征以及地理規(guī)律等的空間維度，而忽視地理事象在時間維度上是如何發(fā)生發(fā)展的。但是近年來，地理教學的研究者和一線教師逐漸將體現(xiàn)時間性的地理過程知識作為地理教學的重要內(nèi)容。從時間的維度看待地理事象的形成，認識和詮釋人類賴以生存的世界，是地理視角的重要維度之一，也是地理學中重要的認識論和方法論。[2]這種地理事象隨著時間推移而不斷變化的過程，究其本質(zhì)是各種不同類型的物質(zhì)和能量以不同形式在空間內(nèi)部或外部進行著不斷的運動。在地理教學中加強對物質(zhì)能量傳輸視角的關注則強調(diào)對地理過程內(nèi)部機制的剖析，以加深學生對地理過程知識的理解。物質(zhì)能量在自然環(huán)境中的作用過程表現(xiàn)出來的是地理過程，那么物質(zhì)能量的作用結果表現(xiàn)的則是自然環(huán)境中紛繁復雜的地理事象的格局與特征。從物質(zhì)能量傳輸?shù)慕嵌冗M行地理教學，可以通過揭示地理事象的形成機制，使學生對不同類型的地理問題形成系統(tǒng)性的整體認識。

3.物質(zhì)能量傳輸視角加強對地理素養(yǎng)的培育

隨著新高考選科制度在我國各省市的試點與推行，現(xiàn)階段大部分普通高中已經(jīng)根據(jù)政策一改原有的文理分科制度，而采用“3+3”的新高考模式。在這種考試模式的引領下，學生往往會忽視非選擇學科，而這種情況明顯與我國現(xiàn)階段促進青少年全面發(fā)展的教育目標相違背。從物質(zhì)能量傳輸?shù)慕嵌热胧诌M行地理教學，是嘗試將一些物理、化學學科的知識融入到地理學科的學習中，將其作為學生理解地理知識的中介和橋梁來激發(fā)學生對地理的興趣與關注。而且在地理教學中關注物質(zhì)能量傳輸，更加注重對學生地理素養(yǎng)的培育。物質(zhì)能量傳輸將整個自然界聯(lián)系成一個相互聯(lián)系、相互溝通的整體。由于物質(zhì)能量的類型不同或遷移與運動方式不同，在不同的區(qū)域又會產(chǎn)生不同的地理事象。本文倡導在這種視角下加強學生對地理知識綜合性和區(qū)域性的理解，培育學生綜合思維和區(qū)域認知素養(yǎng)。

二、物質(zhì)能量傳輸視角下教科書內(nèi)容梳理

本文以2019年人教版高中地理教科書中的自然地理部分為例，從地球運動對物質(zhì)能量傳輸?shù)幕A性作用、各圈層中的物質(zhì)能量傳輸、物質(zhì)能量傳輸是自然環(huán)境整體性與差異性的基礎三個角度對教科書中所體現(xiàn)的物質(zhì)能量傳輸內(nèi)容進行梳理與分析。

1.地球運動對物質(zhì)能量傳輸?shù)幕A性作用

在主要涉及自然地理的兩本教科書中，開篇的章節(jié)都對地球的外部環(huán)境及其自身的特征進行了闡述，從教科書中的內(nèi)容來看，這些章節(jié)并沒有明確表述與物質(zhì)能量相關的內(nèi)容，但其中暗含著地球?qū)τ谖镔|(zhì)能量傳輸?shù)幕A性作用，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

第一，對地球及其外部環(huán)境的介紹，從宏觀上體現(xiàn)地球及其外部環(huán)境是物質(zhì)能量傳輸?shù)奈镔|(zhì)基礎。這一方面的內(nèi)容主要集中在必修《地理一》“宇宙中的地球”一章中。在這一章中“地球的宇宙環(huán)境”和“地球的圈層結構”兩節(jié)內(nèi)容詳細說明了地球處于相對穩(wěn)定的外部環(huán)境，且內(nèi)部形成了各圈層相互區(qū)別但又相互聯(lián)系的有機整體，這些都對地球及其環(huán)境的形成與發(fā)展有著奠基性的作用；“太陽對地球的影響”和“地球的歷史”兩節(jié)則分別介紹了地球的重要能量來源和物質(zhì)基礎，地球上絕大部分地理事象的形成與發(fā)展都需要太陽輻射的直接或間接參與，如大氣運動、水循環(huán)、地表形態(tài)的塑造等地理過程都需要太陽輻射提供能量和動力，這種能量在數(shù)億年間不斷作用在地球復雜多樣的物質(zhì)上，最終才形成了今天的地球。第二，地球運動所產(chǎn)生的熱量差異為物質(zhì)能量傳輸提供了一定的動力條件。地球的自轉和公轉，導致了地球上的晝夜更替和太陽直射點的移動，所造成的太陽照射時間長短、太陽高度角高低的變化直接影響著熱量在地球上的分配情況并形成一定的分布規(guī)律，這種熱量的差異為物質(zhì)能量的運動提供了巨大的動力。

2.各圈層中的物質(zhì)能量傳輸

地球上各個圈層內(nèi)的地理活動是地理過程知識的主體部分，物質(zhì)能量在各圈層中的遷移與轉換，為各圈層地理事象的形成與發(fā)展提供了物質(zhì)和動力來源，體現(xiàn)了地理過程的發(fā)生機制。因此從物質(zhì)能量傳輸?shù)慕嵌确治鼋炭茣懈鱾€圈層地理過程的內(nèi)容可以從一個新的角度認識教科書的結構。

教科書主要圍繞地貌類型與形成過程及其影響因素三方面表明物質(zhì)能量在巖石圈中的作用。有關地貌類型的內(nèi)容集中體現(xiàn)在必修《地理一》中對常見地貌類型的介紹，并簡單描述了地貌類型的形成過程，由于課標對教科書內(nèi)容深度的要求，必修《地理一》中并沒有呈現(xiàn)出地貌形成過程中的影響因素。在《選擇性必修1》“地表形態(tài)的塑造”中第一節(jié)開篇就表明了力是推動地表形態(tài)發(fā)生變化的主要因素，而這種內(nèi)力或外力推動物質(zhì)和能量在各個圈層中不斷遷移與轉換，形成不同的地貌類型。在這一章節(jié)的“構造運動”和“河流地貌”兩節(jié)中不同地貌類型的發(fā)育，則是對地表塑造過程的具體講解與說明。

大氣圈的物質(zhì)能量傳輸內(nèi)容，可以從以下三個方面進行概述。第一，大氣的物質(zhì)基礎及特征，這主要體現(xiàn)在必修《地理一》中對大氣成分和垂直分層的不同作用的闡述，為地球提供了穩(wěn)定的大氣環(huán)境。第二，大氣對太陽輻射的吸收造成的地表熱量差異是大氣運動的基礎，這體現(xiàn)在太陽輻射為大氣和地表提供熱量方面。另一方面多種因素的影響導致熱量分布的差異造成大氣運動，闡明了大氣運動的基本原理，氣壓帶、風帶的形成便是大氣運動在全球視角下的表現(xiàn)。第三，熱量和水是影響天氣與氣候的兩大重要因素。天氣和氣候背后所蘊含的就是熱量和水的遷移與轉換，熱量和水是大氣運動過程中攜帶的主要能量和物質(zhì)。理解熱量和水在大氣運動過程中發(fā)生的變化，也就可以更加清晰地認識到大氣運動對天氣和氣候產(chǎn)生的影響。

水圈的物質(zhì)能量傳輸主要圍繞水循環(huán)和海水運動兩個方面展開。水循環(huán)在必修《地理一》中主要對海陸間循環(huán)、陸地內(nèi)循環(huán)和海上內(nèi)循環(huán)三種基本類型及其循環(huán)過程進行簡要的描述。水體的循環(huán)是地球上物質(zhì)遷移和能量轉換的重要過程，《選擇性必修1》中的“陸地水體及其相互關系”對陸地內(nèi)循環(huán)中一些具體的運動方式進行闡述；“?！獨庀嗷プ饔谩睆娬{(diào)水循環(huán)影響著地球水體和熱量平衡以及水循環(huán)在特殊情況干擾下所產(chǎn)生的異變。海水運動主要是對海浪、潮汐和洋流三種類型及其形成原因和影響進行闡述，并在《選擇性必修1》中對洋流的形成以及其對環(huán)境的影響進行了重點講解，這其中所描述的“風對洋流的推動作用”和“寒暖流對氣溫和降水的影響”則蘊含著海水運動的動力因素及海水對熱量和水體的傳輸作用。

“植被與土壤”和“自然災害”兩章都是2019年人教版地理教科書新增加的內(nèi)容，兩個章節(jié)體現(xiàn)出新教科書對生物圈和地理要素異變的關注。在“植被與土壤”的內(nèi)容中，一方面闡述植被的生長是對環(huán)境中水和熱量條件的適應以及生物能受生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)影響，另一方面則辨明土壤的特性以及土壤特性的形成也是物質(zhì)能量傳輸?shù)倪^程。例如，成土因素中的成土母質(zhì)就是土壤形成的輸入物質(zhì)，氣候、生物、地貌等多種因素的影響就是其對成土母質(zhì)的作用方式，最終形成的土壤則是在這種作用方式下形成的輸出物質(zhì)。在“自然災害”一章中重點關注自然環(huán)境地理要素所發(fā)生的異變對人類造成的危害，從物質(zhì)能量的角度來看也就是某種物質(zhì)或能量在其傳輸過程中的某個環(huán)節(jié)受到了巨大的干擾，從而導致了異常的地理現(xiàn)象。例如，氣象災害集中體現(xiàn)水體、風能、熱量等因素的異變導致了干旱、洪澇、臺風、寒潮等災害的形成。

3.物質(zhì)能量傳輸是自然環(huán)境整體性與差異性的基礎

從各圈層入手認識物質(zhì)能量的傳輸過程，可以更清晰地認識到地理事象在圈層內(nèi)的變化過程，但是自然環(huán)境中圈層與圈層之間的關系并不是完全割裂的，物質(zhì)能量在各個圈層之間遷移與運動，將整個自然界聯(lián)系成一個相互聯(lián)系、相互溝通的整體。而由于物質(zhì)能量的類型不同或遷移與運動方式不同，不同的區(qū)域又會產(chǎn)生不同的地理事象。因此，物質(zhì)能量的傳輸對于自然環(huán)境的整體性和差異性起著基礎性的作用。

自然環(huán)境中各要素通過物質(zhì)能量的傳輸，構成了一個相互作用、相互聯(lián)系的整體，形成了自然環(huán)境的整體性。這種整體性一方面體現(xiàn)在自然環(huán)境的整體性功能，這種整體功能從物質(zhì)能量“輸入—作用—輸出”的傳輸過程來看，也就是某一輸出結果是多種因素共同發(fā)生作用而產(chǎn)生的，這體現(xiàn)了自然環(huán)境中各要素的整體功能。自然環(huán)境的整體性另一方面則體現(xiàn)在自然環(huán)境的統(tǒng)一演化上，是指一個地理要素的變化必將伴隨著其他要素的變化，這其中蘊含的也就是物質(zhì)能量在自然環(huán)境中的遷移與轉換，維持地理要素之間的平衡與協(xié)調(diào)，使自然界構成一個統(tǒng)一的整體。

在自然環(huán)境中物質(zhì)能量傳輸方式與特征并不相同，導致了不同區(qū)域間的地域差異，形成了自然環(huán)境的差異性。在《選擇性必修1》“自然環(huán)境的區(qū)域差異性”一節(jié)中開篇表明：地域差異是在外部條件的影響下自然環(huán)境要素間物質(zhì)遷移和能量交換的結果。根據(jù)這一原理進一步闡述陸地地域分異規(guī)律、垂直地域分異規(guī)律和地方性地域分異規(guī)律三種常見的地域分異規(guī)律，以演繹的方式使本節(jié)內(nèi)容形成了一種“原理—實例”的模式。

三、物質(zhì)能量傳輸視角下的地理教學建議

1.依據(jù)物質(zhì)能量“輸入—作用—輸出”的過程進行教學

物質(zhì)能量的運動體現(xiàn)著自然地理過程的發(fā)生機制。在地理教學中不僅要引導學生認識已經(jīng)形成的地理現(xiàn)象，更應該引導學生理解這些現(xiàn)象的形成過程，那么對于這種過程的學習就應該關注地理事象形成的過程中所蘊涵的物質(zhì)能量的運動方式。在認識地理過程內(nèi)容時應該關注物質(zhì)和能量的“輸入—作用—輸出”路徑。一方面這種認識路徑對地理過程的相關內(nèi)容可基于學科邏輯劃分為三個部分，另一方面再依循這樣的路徑可把地理過程內(nèi)容組織為有完整知識結構的體系。[3]例如，侵蝕、搬運和堆積這三個環(huán)節(jié)形成了河流地貌發(fā)育過程的基本路徑，那么從整體來看河流的運動過程就是對地表物質(zhì)的遷移過程，這種“侵蝕—搬運—堆積”的路徑也就和物質(zhì)能量的“輸入—作用—輸出”三個環(huán)節(jié)形成一定的對應關系。將三個環(huán)節(jié)分裂來看，在“侵蝕”和“搬運”環(huán)節(jié)中也存在著較小尺度的物質(zhì)能量傳輸過程（見圖1）。在“侵蝕”環(huán)節(jié)中流水作為輸入，其作用方式可能是下切、側蝕或者溯源侵蝕，不同的作用方式也就會形成溝谷、河谷等不同的侵蝕地貌。在“堆積”環(huán)節(jié)則以河流所攜帶的泥沙為輸入，那么泥沙在不同流速影響下在不同位置的堆積形成不同堆積地貌，如在山谷出口形成沖積扇平原，在河口形成三角洲等。通過這種物質(zhì)能量的傳輸路徑進行地理教學，掌握整體與部分之間的關系，形成尺度轉換的思維，使學生對地理知識形成更好的結構性認識。

圖1 河流地貌發(fā)育

2.把握物質(zhì)能量的“遷移”與“轉換”兩大類型

自然界中物質(zhì)能量傳輸?shù)姆绞绞嵌鄻拥?，不同物質(zhì)在傳輸過程中有所不同，同一物質(zhì)在不同環(huán)境中的傳輸方式也是各異的。而這種復雜的運動方式也必然導致自然地理過程的復雜性。在教學中引導學生理解這些復雜的物質(zhì)能量作用方式，從而理解地理過程的發(fā)生機制，就需要明確其發(fā)生運動的兩大基本類型：“遷移”與“轉換”?！斑w移”是某種物質(zhì)能量在一定驅(qū)動力的作用下在空間上發(fā)生移動，但其類型不會發(fā)生改變，如外力的搬運作用、大氣熱力環(huán)流等現(xiàn)象。而“轉換”則是在地理過程中某一物質(zhì)能量的類型發(fā)生了變化，如水循環(huán)中在蒸發(fā)作用下水向水汽的轉變、巖石圈中不同巖石種類的轉變。

由于物質(zhì)能量傳輸方式的復雜性，“遷移”和“轉換”兩種類型的運動方式往往是相伴發(fā)生的，從而構成完整的自然地理過程。在教學中，就需要引導學生對物質(zhì)能量在某一地理過程中發(fā)生作用的兩種類型進行靈活運用，從而形成對知識的結構性認識，理解復雜地理過程的發(fā)生機制。例如，在水循環(huán)的教學中可以了解到水循環(huán)不僅維持著地球水量的平衡，還對全球熱量的平衡起著重要的作用，因此需要抓住水循環(huán)對水體和熱量的“遷移”與“轉換”是如何進行的。水的“遷移”是在氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)這種形態(tài)未發(fā)生變化的情況下在空間上產(chǎn)生移動的過程，水的“轉換”則是其經(jīng)過蒸發(fā)或凝結等作用物理性質(zhì)發(fā)生了變化。這個過程往往也伴隨著熱量在區(qū)域間的“遷移”或者熱量在顯熱和潛熱兩種形式之間的“轉換”。通過對物質(zhì)能量傳輸方式的分類，可以使學生對水循環(huán)中水體和熱量的運動方式形成更加清晰的認識。

3.注意物質(zhì)能量的“輸入”與“輸出”的相對性

某種物質(zhì)能量在地理過程中的地位并不是絕對的，而是具有相對性的，一種物質(zhì)能量在某個地理過程中可能處于輸出環(huán)節(jié)，但在下一個地理過程中則又轉變成輸入環(huán)節(jié)。例如，在地表形態(tài)塑造的過程中，流水具有侵蝕作用和堆積作用，在流水侵蝕過程中，被侵蝕掉的沙石在這一過程中屬于“輸出物質(zhì)”，而當沙石被搬運到下游，在河口堆積成為三角洲，則變成了“輸入物質(zhì)”。這種物質(zhì)“身份”的轉變也時刻發(fā)生在自然環(huán)境中。教師在教學中進行章節(jié)過渡或者在講解各地理要素相互關系時，可以利用物質(zhì)能量所處位置的轉變，將自然環(huán)境中紛繁復雜的地理要素串聯(lián)起來，使學生形成對要素間關系的理解，幫助學生理解自然環(huán)境的整體性與差異性。例如，教科書在“自然環(huán)境的統(tǒng)一演化和要素組合”中，對地理要素的統(tǒng)一演化舉了這樣的例子：山地演化為丘陵的過程中，地表徑流減少，水土流失減弱，在成土過程作用下土壤逐漸變厚，植被也發(fā)育得更旺盛，大氣濕度也有所增加。對于這樣一個復雜的演化過程，無論是教師講解還是學生理解都有一定困難，但如果將其分成多個“輸入—作用—輸出”的小環(huán)節(jié)，并把握“輸入”和“輸出”之間的轉化，則能對演化過程形成一個更清晰的認識（見圖2）。

圖2 自然環(huán)境統(tǒng)一演化過程拆分的舉例