沈蘭蘭 過(guò) 凱

(合肥市第三十二中學(xué) 安徽合肥 230000)

地圖是地理學(xué)習(xí)中的重要工具之一,通過(guò)地圖的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生構(gòu)建地理知識(shí)體系,輔助學(xué)生提升地理學(xué)科認(rèn)知,圍繞地圖的地理知識(shí)教學(xué)也是地理學(xué)科教學(xué)中不可或缺的一環(huán)。而在實(shí)際的地理教學(xué)過(guò)程中,教師常常會(huì)面對(duì)諸如手繪版地圖不標(biāo)準(zhǔn)、自帶掛圖不方便、平面地圖無(wú)法交互、立體空間場(chǎng)景難以動(dòng)態(tài)展示和描述等教學(xué)問題。基于科學(xué)可視化技術(shù)的星圖數(shù)字地球教學(xué)助手所提供的可視、立體、動(dòng)態(tài)的地球空間模型與互動(dòng)式教學(xué)功能恰好可以解決這一教學(xué)難題。生動(dòng)有趣的模擬教學(xué)場(chǎng)景,對(duì)學(xué)生的讀圖、析圖能力有很大提升,進(jìn)而達(dá)成促進(jìn)學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣與地理學(xué)科核心素養(yǎng)的最終目標(biāo)。

科學(xué)可視化是可視化技術(shù)在自然科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,即通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來(lái)創(chuàng)建視覺圖像,使科學(xué)概念或結(jié)果便于理解,不用閱讀復(fù)雜抽象的信息就可獲得科學(xué)知識(shí)。據(jù)大量實(shí)驗(yàn)研究表明,人類通過(guò)視覺感官可以獲取大量信息,也是最主要的通道,科學(xué)可視化正是一種利用人類視覺認(rèn)知優(yōu)勢(shì)以增強(qiáng)人類科學(xué)認(rèn)知能力的認(rèn)知工具。課題組通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)及教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)在高中地理學(xué)科教學(xué)過(guò)程中,特別在地貌、鄉(xiāng)村與城市、交通運(yùn)輸布局與區(qū)域發(fā)展等章節(jié),可通過(guò)科學(xué)可視化系統(tǒng)的輔助運(yùn)用,提升地理圖像解讀的教學(xué)效果。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法更為簡(jiǎn)單易懂,應(yīng)用互動(dòng)式教學(xué)解決地理疑難知識(shí)點(diǎn)的教授,能有效減輕學(xué)生地理學(xué)科認(rèn)知負(fù)擔(dān)。本文主要以中科星圖數(shù)字地球教學(xué)助手為例,探討科學(xué)可視化在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

一、科學(xué)可視化輔助地理教學(xué)在教育學(xué)、心理學(xué)上的原理闡述

在新高考、新課程、新教材背景下,《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂,以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”)中明確提及要“深化信息技術(shù)應(yīng)用”,對(duì)教師的教學(xué)觀念提出了高要求、高標(biāo)準(zhǔn)。高中地理具有時(shí)空特征,借助信息化手段能夠清晰表明地理信息的時(shí)空特點(diǎn),解析地理事項(xiàng)。同時(shí),地理信息科學(xué)賦予高中地理教學(xué)“第二次生命”,在2017版人教版地理必修教材、選修教材中,GIS、RS、GPS技術(shù)都有所涉及,很多一線教師借助不同的科學(xué)可視化技術(shù)對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行授課,所以地理教學(xué)信息化大勢(shì)所趨,時(shí)代必然,也是高中地理教學(xué)改革的需要。

在中學(xué)地理教學(xué)中,心理學(xué)與地理教學(xué)的結(jié)合密不可分,地理作為一門綜合性學(xué)科,與多門學(xué)科知識(shí)有融合,不僅有自然科學(xué),如生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等,而且還與心理學(xué)有很大關(guān)系,其在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要滲透著大量的心理學(xué)方法。學(xué)生在地理學(xué)習(xí)過(guò)程中,各種思維和地理分析能力都是教師有目的地對(duì)其培養(yǎng),按照教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行,如培養(yǎng)學(xué)生的地理空間知覺能力、綜合分析能力、交往能力、實(shí)踐操作、邏輯思維能力等等。地理教學(xué)中滲透著心理學(xué)中的視、知、覺、意理論,表象轉(zhuǎn)化理論,都可成為研究的基本理論,以期培養(yǎng)學(xué)生的地理空間判斷能力,提升其區(qū)域認(rèn)知核心素養(yǎng);在教學(xué)中可滲透心理學(xué)中探討的概念形成和轉(zhuǎn)化理論等,以期培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和抽象概括能力;在地理教學(xué)中可滲透建構(gòu)主義情境教學(xué),在課標(biāo)中關(guān)于“學(xué)業(yè)水平考試命題建議”的表述“核心素養(yǎng)應(yīng)通過(guò)學(xué)生在應(yīng)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)情境時(shí)的外在表現(xiàn)加以推斷”,其中“情境”中,包括聯(lián)系學(xué)生日常生活的情境,地理與生產(chǎn)聯(lián)系的情境以及地理學(xué)術(shù)情境。從課標(biāo)中,我們不難發(fā)現(xiàn),不管是教學(xué)建議還是評(píng)價(jià)建議,均強(qiáng)調(diào)了“情境”的重要性。因?yàn)榈乩韺W(xué)科核心素養(yǎng)需要通過(guò)學(xué)生在應(yīng)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)情境中的表現(xiàn)才能加以推斷。建構(gòu)主義情境教學(xué)以期培養(yǎng)學(xué)生的利用媒體進(jìn)行社會(huì)互動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和進(jìn)行解決問題的實(shí)踐能力。另外,在教學(xué)中可滲透教育心理學(xué)中的輔合思維、輔散思維和批判性思維理論,以期培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。數(shù)字地球教學(xué)助手在教師備授課環(huán)節(jié)中所提供的各種技術(shù)能力就是將這些理論方法直觀表達(dá),從而輔助地理教學(xué)在學(xué)生跟教師之間更加高效地進(jìn)行。

可見科學(xué)可視化技術(shù)的應(yīng)用,能夠讓教師在課堂教學(xué)中為學(xué)生直觀地呈現(xiàn)地理信息技術(shù)的應(yīng)用形式,促進(jìn)學(xué)生地理綜合思維、區(qū)域認(rèn)知等核心素養(yǎng)的提升,滿足學(xué)生對(duì)日常生活地理知識(shí)的運(yùn)用。

二、數(shù)字地球教學(xué)助手在地理教學(xué)中實(shí)踐應(yīng)用分析

(一)應(yīng)用科學(xué)可視化技術(shù)創(chuàng)作地理教學(xué)素材,有效提升教師備課效率

經(jīng)課題組調(diào)研發(fā)現(xiàn),在地理教學(xué)備課環(huán)節(jié)中,現(xiàn)有教材雖然有豐富的教材插畫可作為課前備課素材,但應(yīng)用其打造一堂生動(dòng)且優(yōu)質(zhì)的教學(xué)課程,仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。優(yōu)秀老師會(huì)應(yīng)用信息化技術(shù),廣泛查詢、篩選數(shù)字化備課資源。但同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)資源的開放性與不確定性,容易遭遇資源老舊、資源嚴(yán)謹(jǐn)度不足、適用性不強(qiáng)等各類問題。數(shù)字地球教學(xué)助手中集成了海量的地球信息數(shù)據(jù),包括星圖渲染圖、矢量地圖、地形注記、行政區(qū)域等多類型底圖(圖1),支持星空、大氣、云層、地形、光照等渲染效果,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的疊加,以呈現(xiàn)不同狀態(tài)下地球形態(tài),為地理科學(xué)的可視化學(xué)習(xí)提供了底層保障,便于學(xué)生沉浸式感知地球變化。支持光照、降水等各類專題地圖,能夠滿足地理教學(xué)中的各種地圖數(shù)據(jù)的實(shí)際教學(xué)需求。同時(shí)數(shù)字地球教學(xué)助手提供商中科星圖數(shù)字地球公司具有甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)證書,可確保相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和權(quán)威性。

圖1 教學(xué)助手多源數(shù)據(jù)圖

另一方面,教師還可以基于數(shù)字地球創(chuàng)作特色授課資源,通過(guò)簡(jiǎn)單的拖拽、定位標(biāo)記、標(biāo)注標(biāo)繪等功能形成更符合本班學(xué)生特色的互動(dòng)式教學(xué)課件。例如在數(shù)字地球教學(xué)助手資源中心模塊中,有世界年降水量、平均氣溫、世界氣候類型等素材圖,可通過(guò)簡(jiǎn)單拖拽實(shí)現(xiàn)素材在數(shù)字地球上的對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)。老師還可以將課程相關(guān)圖片、視頻、影像數(shù)據(jù)的在線添加與管理,構(gòu)建出個(gè)人地理教學(xué)素材中心?；谒夭膱D片可實(shí)現(xiàn)二次標(biāo)繪與編輯(圖2),形成符合課程要求的個(gè)性化教學(xué)素材。標(biāo)注繪制功能對(duì)于地理教研課題研究能夠有效提供圖上標(biāo)注分析,展示三維空間的直觀場(chǎng)景,提供科學(xué)可視化的素材,高效輔助中學(xué)地理教學(xué)。

圖2 二次編輯與標(biāo)繪

(二)授課環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)互動(dòng),教學(xué)相長(zhǎng)不設(shè)界限

在當(dāng)前的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)部分地理老師過(guò)于強(qiáng)調(diào)教師教的主導(dǎo)地位,而忽視學(xué)生學(xué)的主體地位。通過(guò)數(shù)字地球教學(xué)助手的課上應(yīng)用,教師可帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)峽谷漫游、實(shí)景探索,讓學(xué)生將課本知識(shí)與實(shí)際生活中的地形地貌形成知識(shí)關(guān)聯(lián)。依托數(shù)字地球高程數(shù)據(jù)與多樣地球計(jì)算能力(圖3),實(shí)現(xiàn)由學(xué)生主導(dǎo)展開地球相關(guān)剖面分析、淹沒分析、等高線繪制等互動(dòng)式教學(xué)活動(dòng)。例如在相關(guān)人文地理課題教學(xué)過(guò)程中,可采用淹沒分析動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)區(qū)域淹沒過(guò)程,啟發(fā)學(xué)生更好探究抗洪抗?jié)车谋举|(zhì)問題。在地形地貌相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)中,可由學(xué)生選取相關(guān)區(qū)域,針對(duì)區(qū)域繪制等高線地形圖,便于學(xué)生將等高線概念與實(shí)際地形關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)。

圖3 數(shù)字地球計(jì)算能力

數(shù)字地球教學(xué)助手涵蓋宏觀、中觀、微觀的全方位地球信息與地球數(shù)據(jù)資源,解決傳統(tǒng)地理教學(xué)模式中無(wú)法通過(guò)靜態(tài)地圖實(shí)現(xiàn)地貌發(fā)育、城市變遷等需要?jiǎng)討B(tài)展示及原理講解的知識(shí)教學(xué),更為直觀、生動(dòng)地輔助高中自然地理內(nèi)容的教學(xué),有利于教師打造出更為接近真實(shí)情景的地理學(xué)習(xí)情境,實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué),同時(shí)為學(xué)生提供沉浸式教學(xué)體驗(yàn),提升學(xué)生地理學(xué)習(xí)體驗(yàn)感與學(xué)習(xí)興趣。靜態(tài)的地理數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化演示,對(duì)于提升課堂內(nèi)容豐富性,激發(fā)學(xué)生想象空間力有著重要作用。

因此數(shù)字地球在豐富課堂教學(xué)方式的同時(shí),能幫助學(xué)生更好理解地理相關(guān)知識(shí)。通過(guò)數(shù)字地球教學(xué)助手在課堂教學(xué)場(chǎng)景的引入,有利于學(xué)生區(qū)域認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng),多源數(shù)據(jù)的疊加顯示又十分有利于綜合思維以及人地協(xié)調(diào)觀素養(yǎng)的提升。

(三)開放式平臺(tái)功能,牽引學(xué)生課后學(xué)習(xí)

地理學(xué)科是一門多學(xué)科、跨領(lǐng)域、門類復(fù)雜的綜合性學(xué)科。傳統(tǒng)課后主要以教師給學(xué)生布置紙質(zhì)學(xué)業(yè)任務(wù)為主,形式較為單一,不易形成學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與實(shí)踐交流。應(yīng)用數(shù)字地球教學(xué)助手的開放性,師生均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球的實(shí)際應(yīng)用。課后學(xué)生可形成研討小組,應(yīng)用數(shù)字地球教學(xué)助手實(shí)現(xiàn)針對(duì)課上問題進(jìn)行進(jìn)一步的探索、討論。通過(guò)課上、課下的聯(lián)動(dòng)學(xué)習(xí),既鞏固了所學(xué)知識(shí),同時(shí)也讓學(xué)生足不出戶感受地理之美,從而促進(jìn)學(xué)生提升探究、研討、合作、溝通等多類素養(yǎng),激發(fā)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)潛能。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述,通過(guò)基于科學(xué)可視化的數(shù)字地球教學(xué)助手在實(shí)際教與學(xué)過(guò)程的有效應(yīng)用,對(duì)教學(xué)效率和效果有著促進(jìn)作用,一定程度上幫助教師突破了教學(xué)重、難點(diǎn),使得學(xué)生在沉浸式體驗(yàn)自然魅力的同時(shí)對(duì)地理原理和規(guī)律的理解更為準(zhǔn)確深刻。數(shù)字地球是當(dāng)代地理信息技術(shù)的具體應(yīng)用,其表現(xiàn)出來(lái)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)、可視化效果、分析工具優(yōu)勢(shì)以及智能便捷化操作優(yōu)勢(shì),使其非常符合地理課堂情境教學(xué)的需求。數(shù)字地球技術(shù)及軟件工具在學(xué)科教學(xué)發(fā)展、地理課堂教學(xué)、課研上的應(yīng)用是必然趨勢(shì),未來(lái)還需要以更多的應(yīng)用實(shí)踐案例進(jìn)行探索和總結(jié)。