“地球与空间科学”是一门跨学科课程，涉及地质学、气象学、地理学、环境生态和空间科学等领域。它为高等师范院校小学教育和科学教育专业的学生提供了一个全面且多维的学习视角，促进了他们对地球及宇宙相关知识的深入了解，使他们能为未来所教的学生提供更为综合的知识。随着人类对宇宙和地球的探索逐渐深入，这一学科的重要性也日益突显。

2018年，教育部推出了《教育信息化2.0行动计划》,强调教育与信息技术的融合，旨在提升学生的信息素养及教育整体质量[1]。这为“地球与空间科学”的教学指明了新的方向。尽管该课程在研究上取得了快速发展，但其教学方法在教育领域仍然偏向于传统，许多学生在学习这门跨学科的内容时感觉困难重重。与此同时，随着在线教学、混合式教学模式的普及，教育者开始寻求更高效、更具吸引力的教学方法。目前，已有许多文献探讨了混合式教学、在线教学及实践教学在各学科的应用[2,3],但针对“地球与空间科学”课程领域，现代教学方法的具体实践应用研究仍然偏少。

随着社会发展和科学技术的不断进步，教育方法也需要进行相应的创新和调整。文章旨在探讨多元混合教学模式在“地球与空间科学”课程中的实际应用，并评估它对学生学习效果的影响。希望通过本研究，不仅能为该课程的教学提供新的视角和方法，还能为其他学科的教育实践提供有益的参考，进一步推动我国的基础教育事业向前发展。

1、“地球与空间科学”课程教学模式的演进

“地球与空间科学”课程作为多学科的交汇点，其教学策略和资源必须与时俱进，以满足学术发展和社会需求。

1.1 传统教学模式的局限性

在早期的教学实践中，“地球与空间科学”课程主要采用传统的讲授方式。这种方式重视教师讲授，依赖纸质教材、实地考察和实验室模型、地图，以及其他视觉辅助工具。然而，这种传统教学方法在当前的技术环境下存在明显的局限性。

1.1.1 教学资源滞后

尽管这些资源为学生提供了基本的学习体验，但在快速发展的科技背景下，它们在内容更新和技术应用上显得有些滞后。如近年来关于地震预测和火山活动的新理论、太空探索的最新进展等资源，并未及时更新。

1.1.2 实验资源限制

以岩石学和矿物学为例，这两个子学科对实验资源有很高的依赖性。但传统的教学方式通常受限于地点和仪器。如学生若需实地考察某些关键地质现场，可能因交通、经费或时间问题而无法到达。又如由于实验室可能未配备先进的显微镜或其他分析工具，学生在对岩石和矿物样本的研究方面难以深入。

1.1.3 学生参与度低

传统的讲授模式容易导致学生在课堂上的参与度不高，学生注意力无法长时间集中，对课程内容的理解和吸收也不尽如人意。

1.2 现代教学模式的挑战与机遇

随着教育技术的日益进步，“地球与空间科学”课程面临前所未有的机遇和挑战。电子化、虚拟化和数字化的教学资源为学生带来了更加丰富和直观的学习体验，但这也对教师教学提出了新的要求。

1.2.1 电子教材的优势与困境

与传统纸质教材相比，电子教材因其实时更新和互动性的特点而受到青睐[4]。如在地震学教学中，动态的地震数据和模拟，可以帮助学生更深入地理解地震机制。然而，电子教材的开发和维护不仅需要资金，还需要专业知识，许多学校并不具备相应的实现条件。

1.2.2 虚拟实验室的实践与限制

虚拟实验室如PhET等工具能模拟地理和气候现象，为学生提供了生动、安全、高效的实践学习环境，但其运行往往依赖于特定的硬件和软件配置，一些学校尚无法实现。

1.2.3 三维模拟软件的应用与挑战

三维模拟软件如Google Earth Pro让学生能够在三维空间中探索地球，为他们提供了一种独特的学习视角。但这样的软件通常需要较高的计算能力，对于资源有限的学校而言难以普及。

1.2.4 教学策略的革新与适应

新兴的教学理念如基于问题的学习(PBL)、翻转课堂和混合式学习都旨在更好地激发学生的积极参与和深入思考。然而，这也意味着教师需要进行更多的培训和准备，以适应这些新的教学方法。

2、多元混合式教学的必要性

随着信息技术的进步和教育领域的持续创新，多元混合式教学已被视为教育改革的主轴[5]。结合线上与线下教学，这种模式优化了现代教育技术的长处，为学生展现了一个更为丰富和立体的学习视角。

2.1 传统教学模式面临的挑战

尽管传统教学模式曾长期支配“地球与空间科学”课程的教学，但在当前的教育环境下，它的局限性和弊端日益凸显。

2.1.1 教材内容更新滞后

教材的更新周期往往长于科研与技术的发展速度，导致教学内容与当前的科研进展脱节，部分教材可能已经无法全面涵盖气候变化、太空技术及大数据等最新领域的发展。

2.1.2 教学方法同质化

“地球与空间科学”涉及多个子学科，每个子学科都拥有其独特的研究方法和特色。然而，传统的教学方法经常采用一种统一模式，忽视了各子学科的独特性，从而导致学生的学习体验受限。以地震学为例，尽管它是专门研究地震起因、传播及其影响的领域，学生在传统教学中主要依赖教师讲授和教材获取知识。这样的方式很少为学生提供实际操作地震仪器或参与模拟实验的机会，使他们难以深入了解地震的实质。再如天文学，在研究宇宙、恒星和行星的广阔领域中，学生虽然可以通过教师的讲解和天文手册来获取基础知识，但实际使用天文望远镜或进行深入数据分析的机会却寥寥无几。这种教学模式的单一性不仅限制了学生的学习体验，也阻碍了他们对“地球与空间科学”全面和深入的认识。

2.1.3 学生学习效果不佳

在地球科学中，有些核心概念如地球的内部结构，尽管极为重要，但若仅通过传统教材和图解进行教学，往往难以激发学生的浓厚兴趣。如当描述地壳、地幔和地核时，单纯依赖文字和静态图像很难为学生呈现一个生动、直观的场景，学生难以真实感受它们的动态交互和结构特征。又如天体物理学，虽然它涵盖的外太空、星系和黑洞等主题本身富有吸引力，但由于概念的抽象性和复杂度，缺少合适的教学手段和资源，学生会觉得难以理解。为了真正优化学生的学习效果，教师需深入反思当前的教学策略，确保教学方法与学生的兴趣和需求相协调，并有效整合现代化的教学工具与资源。

2.1.4 教学资源浪费

现代实验室为“地球与空间科学”课程配置了丰富的先进设备和仪器，但受制于传统的教学模式和内容范围，这些资源往往未被发挥到极致。以矿物学实验室为例，虽然拥有大量的矿物样本和尖端的显微镜设备，学生的实际操作和探究却相对有限，大多停留在基础的观察阶段。另外，近些年，虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术已经为这一课程注入新的活力，为学生展现了一个更为直观和沉浸式的学习体验。然而，众多学校仍在坚守传统的教学方法，如依赖老式的幻灯片或教学模型，这不仅限制了学生的探索深度，还可能减弱其学习热情。为了更全面地培育学生，教师有必要重新审视和调整教学策略，最大化利用手头的资源，为学生创造一个条件更丰富、更现代化的学习环境。

2.2 满足现代教育需求

现代教育不仅需要培养学生的知识和技能，更重要的是培养他们的创新思维、跨学科整合能力和终身学习的习惯[6]。混合式教学，作为一个结合线上与线下的教学方式，恰好满足了现代教育的需求。

2.2.1 适应数字化学习的习惯

生活在数字时代的学生已经习惯于依赖各种电子工具来搜索信息、交流和解决问题。混合式教学提供了一个灵活且互动性强的学习环境，帮助学生更好地利用数字资源。如利用NASA或ESA的遥感数据，学生可以更直观地研究气候变化或城市发展。又如在矿物和岩石鉴定中，数字化工具如虚拟显微镜为学生提供了更加直观和方便的学习方式。

2.2.2 鼓励终身学习

鼓励学生主动参与和探索，依托混合式教学帮助他们培养终身学习的习惯。考虑到全球气候变化的现实影响，学生需要了解最新的气候模型、相关预测。随着新的研究和数据的发布，学生应该有能力和兴趣去更新他们的知识储备，这需要他们具备终身学习的习惯。随着更先进的卫星被发射到太空，人类能够以前所未有的方式观察地球。教师应该鼓励学生使用这些新的数据源，并帮助学生学会如何解读它们。

2.2.3 回应社会变革

混合式教学模式可以快速适应社会和经济的变化，为学生提供最新的知识和技能。通过实际的项目和案例研究，学生可以探索如何在特定的地理和经济环境中实施这些解决方案。在地震活跃的地区，如何使用地震数据来进行城市规划和建筑设计是至关重要的。学生可以通过实际的案例研究来学习，如何利用地震预测来避免或弱化经济损失和人员伤亡。

2.2.4 促进教育公平与包容

通过在线平台和数字化资源，混合式教学为更多的学生提供了平等的学习机会。如在实验室进行实验经常需要昂贵的设备和材料。在线虚拟实验室允许学生在不需要实际资源的情况下进行模拟实验，确保每个学生都有同样的实践机会。在传统的教学环境中，获取和分析高分辨率的卫星图像可能需要昂贵的软件和高性能的计算机。但通过在线平台，所有学生都可以访问免费的云端工具，如使用Google Earth Engine进行图像分析，而无需昂贵的设备。

3、多元混合式教学模式探索

随着现代技术的发展和社会需求的不断变化，教学模式也正在经历着一场前所未有的革新。多元混合式教学这一新的教学理念，巧妙地将线上与线下的教学资源与方式融为一体，为“地球与空间科学”课程的教学带来了全新的视角和机遇。

3.1 整合教学内容，确立知识体系

随着科学技术的发展和社会的变革，“地球与空间科学”的知识结构和内容也在不断地更新和扩展。因此，如何整合教学内容，确立一个稳定、系统、前沿的知识体系，成为了教师与学者关注的焦点。

3.1.1 整合的原则

为了确立一个系统、前沿的知识体系，需要遵循以下原则：

一是系统性。一个健全的知识体系需全面覆盖“地球与空间科学”课程的核心领域和概念，确保内容的完整性和逻辑性。如当涉及地震学的教学，不能只满足于讲述地震的成因和动力学机制，还需深入探讨地震波的传播特性、地震对建筑物的具体影响，以及地震预测的科学基础；确保学生不仅了解孤立的知识点，还能掌握一个系统的、关于地震的完整理论体系。

二是前沿性。知识体系应与当前科研的最新进展紧密相连，充分展现现代科技和研究的突破。随着气候变化研究的深化，新的发现和模型层出不穷。我们有责任确保学生能够接触到这些最新成果，如IPCC的最新报告、北极冰层的融化速率以及海平面上升的最新预测。

三是实用性。知识体系的构建不仅要注重理论，更要强调其在实际应用中的价值。教育内容应以学生的实际需求为出发点，着重于知识的应用和操作。以遥感技术为例，除了教授学生深入了解其技术原理，更应通过实际案例展示其广泛的应用领域，比如如何运用遥感数据来预测农作物疾病的爆发、估算农田的灌溉需求等。这既有助于学生掌握遥感技术的基础原理，更能使他们明白新技术在实际生活中的重要应用价值。

3.1.2 整合的方法

在整合“地球与空间科学”课程的教学内容时，可采用以下多元化的策略：

一是文献分析。可以对近期研究文献进行系统化的分析，把握该领域内的最新研究趋势，进而明确教学的重点与难点。如为使气候变化的教学内容与最新科研进展同步，需持续关注如《Nature Climate Change》《Current Climate Change Reports》等权威期刊发布的最新研究成果，确保引入的内容具前沿性。

二是专家咨询。与领域内权威学者和研究者建立联系，为教师提供关于教学内容与方法的宝贵意见。如面对月球探测领域的新进展，可组织教师观看相关领域专家的最新研究成果视频，帮助教师将这些珍贵的信息融入课堂教学。

三是学生反馈。学生的反馈是教学调整的重要依据，能让教师更为明确学生的需求和疑惑。如针对地震预测技术的学术与实际应用之间的差异，教师可以根据学生的实际困惑，调整教学内容，使之更为贴近实际需求。

四是实地考察与实验。通过实地活动，学生可以得到更直观、生动的学习体验。如在地层学的教学中，组织学生前往地质公园，让他们亲身感受和观察地质现象，能加强学生对理论知识的理解。

五是数字化资源与在线平台。利用现代信息技术为学生提供更加丰富和便捷的学习资源。如在天文学的教学中，即使学校没有先进的观测设备，教师也可以借助如NASA在线观测系统等平台，让学生体验实际的天文观测，深化对天文学的认识。

3.2 线上与线下教学模式的融合

进入21世纪，线上与线下教学逐渐成为不可分割的双重元素。对于“地球与空间科学”课程而言，如何实现两者之间的有机结合显得尤为重要。

3.2.1 传统与数字化教学模式的协同优化

尽管数字技术给教育领域带来了翻天覆地的变化，但在“地球与空间科学”课程教学中，实地考察和实验活动仍然是不可或缺的环节。以火山学为例，学生可以先在在线平台上学习火山的基础知识，然后前往拥有火山地貌的安全地区进行深入的实地考察。在此过程中，借助VR技术可以真实再现火山喷发的场景，使学生在安全的环境中体验火山喷发的壮观。再如，虽然宇宙学研究经常需要使用昂贵的大型天文望远镜，但数字化的观测平台为学生提供了在线观测宇宙的机会，包括各种行星、恒星和星系。在传统岩石和矿物学中，用显微镜观察岩石和矿物的结构是基本的操作。但结合AR技术，学生就可以通过AR设备直观地看到岩石和矿物的立体结构，仿佛置身其中，从多个角度去感知和了解其特性。

3.2.2 线上技术的创新融入

在“地球与空间科学”课程教学中，众多线上工具的引入为学生带来了前所未有的学习体验。如通过模拟软件，学生不再仅仅满足于天气预测的理论知识，他们可以通过实际操作预测天气变化。而卫星遥感技术则打开了一扇新的窗户，使学生能够实时地观察地球上的各种自然现象，更加深入地感受其背后的科学原理。地质学教学也得到了技术的赋能。利用3D打印，学生可以制作地层和断层的三维模型，这不仅能帮助他们更直观地了解地质结构，还能模拟断层和地震的产生。无人机的应用使学生得以从空中的角度，近距离探索真实的生态环境，收集关于植被、土壤和水资源的第一手数据。这些先进的线上工具和资源，为学生在现实与虚拟之间的学习与探索提供了更加多元化的平台。

3.2.3 线上线下教学模式融合策略的设计

为更好地整合线上与线下的教育资源，教师需拟定具体策略。如在介绍地震原理时，教师可以先用线上视频给学生呈现地震的场面，随后在课堂上使用模拟器进行模拟。此外，线上平台的实时反馈功能使教师能够实时解答学生的疑问，鼓励他们积极参与讨论与分享。如在气象学研究中，教师可以先用线上模拟工具为学生展示风暴等气象的形成，接着学生可以在实验室中用真实模型观察风暴的真实特点。通过线上交流平台，学生可以随时提问，与同学进行深入讨论。另外，对于基础课程，利用教科书和初级实验是建立学生基础知识的关键。但在高级课程中，应更倾向于使用模拟软件和在线工具，促进学生进行深入的研究和探索。以宇宙学为例，初学者可以依赖教科书来掌握基础概念；而在进阶课程中，学生不仅可以使用天文望远镜进行实地观测，还可以利用如NASA的天体数据库等先进在线资源，进行更深度的研究和分析。

3.3 理论与实践的协同教学

对学生而言，“地球与空间科学”课程既注重理论也强调实践，如何将所学的理论与实际情境有效地结合起来，成为确保学生拥有该课程全面学习体验的关键。

3.3.1 实地体验与理论知识的双向补充

理论学习始终是该课程教学的关键环节。如在大气动力学的学习中，学生通过教材初步获取基础的气象知识。然而，要使这些知识真正活跃并具备应用价值，组织学生进行实地考察是至关重要的。如在探索板块构造理论时，教师可以安排学生前往地震活跃区或火山区亲身体验，直观地观察地震与火山对于地貌、生态乃至人类社区的实际影响。

3.3.2 创新实践工具的融合与拓展

科学技术的飞速发展使教育不断创新成为可能。尽管实地体验对于地理学的学习是不可或缺的，但在某些情境下，由于资源、时间或经费的限制，学生无法真正到达实地考察点。VR技术的引入则为学生开辟了一种仿真的实践途径。如在地震学习中，学生可以通过模拟软件在虚拟环境中感受地震，直观地观察地震波在不同条件下的传播模式。

3.3.3 整合多元学习资源，推动合作学习的深化

合作学习模式不仅强调学生间的相互合作和共同探索，更是一种倡导通过多角度、多维度来探讨学科内容的教学方式。在“地球与空间科学”课程教学中，优化资源的整合，以及激发学生间的互动合作，无疑是提升教学质量的核心。以气候变化为例，教师可以结合传统教材、纪录片、模拟软件等多种教育资源，引导学生对气候变化有一个全方位的理解。而在学习深度和广度的推进中，鼓励学生进行团队合作，开展专题研究，不仅可以培养学生的团队协作能力，更能激发学生对学科的深入探索与研究。

4、多种教学方式的融合

当前，教育者们不再满足于单一的教学方法。特别是在“地球与空间科学”课程这样一个涉及面广泛的教学领域中，多种教学方法的融合势在必行。

4.1 整合典型案例法、翻转课堂与启发式教学

4.1.1 典型案例法

典型案例法为学生提供了一个富有深度和广度的学习平台，它让学生有机会深入探索真实或虚构的事件，从中体验知识的实际应用并培养批判性思维。在“地球与空间科学”课程的教学中，此方法的引入带来了前所未有的教学效果。如2004年的印度洋海啸，就是一个典型教学案例。教师可深入分析其背后的地质、气候学等原因，引导学生从多学科的角度去探讨和理解这一灾难背后的复杂机制。这种真实案例的引入，使学生能够超越传统的教科书限制，直面真实世界的问题，培养学生综合分析和解决问题的能力。再如对火星的探索，它不仅是航天领域的焦点，也为该课程提供了丰富的研究素材。以“好奇号”火星车为例，教师可以围绕其探测活动，带领学生深入了解火星的地质、气候和可能存在的生命形态。通过这种真实的探索案例，学生不仅可以拓展知识视野，还能培养科研兴趣和探索精神。

4.1.2 翻转课堂

作为现代教育领域的一种革命性策略，翻转课堂强调学生的自主学习与课堂的实践应用。它为该课程的教学提供了一个高度互动与实践的平台。在这一模式下，学生通过线上资源进行预习，为课堂上的深度探讨打下坚实基础。如在探索宇宙起源的课程中，学生可以在课前通过多媒体资源了解基本的宇宙理论知识。在课堂上，利用先进的VR技术，学生可以身临其境地探索宇宙的各个角落，与同学们一同探讨宇宙的演化过程、星系的形成等复杂议题。再如气候模型的学习，学生在课前可以熟悉不同的气候预测技术，在课堂上，通过模拟实验和小组讨论，他们可以对各种模型进行批判性思考，从而对气候科学有更深入的了解。

4.1.3 启发式教学

启发式教学，以学生为中心和问题导向，在该课程中扮演了至关重要的角色。如在探讨地球的内部结构时，教师不仅仅将知识传授给学生，还通过提出开放式问题，激发学生的好奇心和探索欲。这种方法鼓励学生主动思考，利用所学知识解决实际问题。在研究地震波的实验中，学生不再是被动的接受者，而成为了主动的研究者，他们可以模拟、观察并解释地震波的传播，从而深化对地球内部结构的认识。同样，在研究太阳系的形成和演化时，通过启发式教学，学生被鼓励着去探索、研究和理解太阳系的起源。教师引导学生使用模拟软件，动手“重现”太阳系的形成过程，进一步加深他们对这一天文历程的理解。

4.2 线上平台的应用

在数字化时代，线上平台已成为该课程教学的强大助力，它们不仅丰富了学习的内容和方式，还打破了时空的界限，使全球最新的科学研究成果能够迅速地融入教学中。

4.2.1 丰富的线上资源库

随着教育技术的飞速发展，全球众多顶尖学府和科研机构纷纷推出了各自的在线资源库，为学生和教师构建了一站式的学习与研究平台。这些在线库不仅提供了高品质的教学视频、模拟实验和互动课程，还包含了丰富的学术文献和最新的研究发现。如麻省理工学院(MIT)的Open CourseWare不仅涉及多个地质学议题，还为学生提供了丰富的材料，帮助学生深入研究地球的历史和板块构造理论。另一方面，NASA的气候资源中心为学生提供了一个资源宝库，涉及全球气候变化的各种数据。学生能够基于这些实时数据进行详尽的分析，探索气候变化的根本原因、当前状况和潜在趋势。通过利用这些在线资源，学生得以基于真实的科学数据进行实证研究和批判性分析，从而极大地增强学习的实际效果和深度。

4.2.2 动态的互动学习平台

线上教育的革命性之处不仅在于无处不在的资源，更在于它为学生带来的动态互动体验。众多线上平台将实时交流、模拟实验和小组讨论的元素整合进来，为学生创造了一个充满创新和活力的学习环境。以Coursera为例，这一平台不仅提供丰富的气候学课程，更允许学生通过虚拟模型来预测气候变化的可能走势。这种动手实践的方式助力学生深刻领会温室效应与气候变化之间的微妙联系。而MOOCs平台如Edx, 其小组讨论区成为一个独特的学术社区，让学生们在全球范围内分享、探讨并进行思想碰撞，这对于促进全球化的学术互动至关重要。

4.2.3 数据驱动的个性化学习

随着大数据技术的进步，线上学习平台已经能够进行细致到个体的学习数据分析。这些平台不仅能够捕捉学生的学习轨迹，还可以根据学生的需求和能力为他们提供定制化的学习路径。以Knewton为例，这一平台能够准确预测学生在某一领域的学习难点，并针对性地提供额外的学习支持。此外，像Khan Academy这样的自适应学习平台，其教学内容和难度都会随着学生的学习进展而动态调整。这种智能化的学习路径设计确保每位学生都能在最适合自己的速度和难度下进行学习，最大限度地提高学习效率和效果。总体而言，通过深入挖掘和利用学生的学习数据，线上学习平台正在为每一位学生量身打造不同的学习体验。

5、结语

“地球与空间科学”是一个理论与实践并重的学科，教学方法正在发生着转变。为应对社会发展和技术进步，持续的教育创新是关键。文章探索在传统教学与现代教育技术间寻找平衡的教学策略，结合线上工具和大数据应用，丰富并优化教学。高效的“地球与空间科学”课堂需要多元、灵活的教学方法，这既要求教师更新方法，也要依赖学生、学术机构和技术提供者的努力，如此才能确保学生兼具深厚的理论知识与扎实的实践、创新能力。

参考文献:

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基金资助:河南省教育科学规划2024年度一般课题“新质生产力视角下河南省科学教育专业公费师范生培养机制研究”(2024YB0249); 河南省社科联调研课题“大中小学科学教育资源一体化策略研究”(SKL-2024-2529); 郑州市社科联调研课题“基于科技创新的郑州市科学教育资源提升策略研究”(0037); 郑州师范学院本科教学改革研究一般项目“跨学科视角下研学旅行在科学教育教学中的融合与探索”(JXGGYB-232333);

文章来源:席伟,平原野,侯宏业,等.“地球与空间科学”课程多元混合教学模式探索[J].职业技术,2024,23(07):18-24.