數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建初探

　　數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建，以建構(gòu)主義等新的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用遙感、遙測(cè)、地理信息系統(tǒng)、球幕投影技術(shù)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將航空航天遙感所積累的有關(guān)地球、月球、太陽(yáng)和其它行星海量的、枯燥的、繁瑣的、一般用戶很難理解的數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成生動(dòng)、直觀、易于理解的三維圖像并集成圖形、動(dòng)畫和其它視頻媒體，整合地理學(xué)科課程內(nèi)容、學(xué)科教學(xué)理論，形成綜合的交互式立體圖像顯示系統(tǒng)和學(xué)習(xí)環(huán)境平臺(tái)。其外觀表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其內(nèi)涵卻是由計(jì)算機(jī)程序和地理信息數(shù)據(jù)、圖形、圖像、視頻、動(dòng)畫、學(xué)科知識(shí)內(nèi)容組織而成的地理學(xué)科教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源、內(nèi)容媒體。
　　一、構(gòu)建星球尺度的空間圖像——宇宙與地球
　　源于希臘語(yǔ)的“地理”一詞，字面上的意思是記下或描寫地球。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類能在愈來(lái)愈大的范圍和深度認(rèn)識(shí)、思考地球及其它星球。運(yùn)用球幕投影技術(shù)可以將學(xué)習(xí)者帶入一個(gè)虛擬真實(shí)的地球以及其它星球——太陽(yáng)、月球、火星等，真切地體驗(yàn)、看到超越時(shí)間與空間的現(xiàn)象與過(guò)程，去認(rèn)識(shí)、了解我們的生存空間與環(huán)境，開(kāi)啟認(rèn)識(shí)與思維之窗。
　　二、全球尺度的空間分布設(shè)計(jì)
　　地理是一門關(guān)于空間的科學(xué)。掌握地理事象的地理分布和空間結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)地理最基本的要求，也是學(xué)好地理最重要的基礎(chǔ)。這部分的設(shè)計(jì)采用要素式組織模式，自然地理要素按照地形、氣候、水文、土壤、生物等要素編排，人文地理按照人口、文化、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、聚落、種族、交通、通信等要素編排，反映地理的學(xué)科體系和地理教材的核心內(nèi)容，如世界地形、世界政區(qū)、世界的人口、世界的降水、世界氣溫、世界的氣候、世界的自然帶、世界的語(yǔ)言、世界的宗教、世界時(shí)區(qū)、宇宙星空、火星的氣溫分布、月貌等（圖1）。
　　三、全球尺度的空間運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
　　地理學(xué)科涉及的內(nèi)容，無(wú)論自然環(huán)境，還是人類社會(huì)，都在不斷運(yùn)動(dòng)、不斷變化。在學(xué)習(xí)地理知識(shí)、分析地理現(xiàn)象和討論地理問(wèn)題時(shí)，都要考慮動(dòng)態(tài)變化，用發(fā)展變化的觀點(diǎn)看問(wèn)題。運(yùn)用球幕投影技術(shù)模擬展示地理事物在全球尺度的空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程，更能體現(xiàn)出球幕投影技術(shù)的全球性和動(dòng)態(tài)性優(yōu)勢(shì)，這方面的設(shè)計(jì)主要集中在以下內(nèi)容：地球的運(yùn)動(dòng)、大氣環(huán)流、全球性氣壓帶和風(fēng)帶、季風(fēng)環(huán)流；全球性的海水運(yùn)動(dòng)等。
　　四、地理現(xiàn)象的時(shí)間動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)
　　以空間與時(shí)間相結(jié)合的方式全方位地再現(xiàn)地球上的各種地理過(guò)程，顯示地理事物在不同時(shí)段地理信息的空間分布，實(shí)現(xiàn)地理事物變化趨勢(shì)的教學(xué)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)地理事物的發(fā)展過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、客觀地分析問(wèn)題的能力。這方面的設(shè)計(jì)主要有：板塊運(yùn)動(dòng)、大陸漂移、地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生晝夜更替、晨昏線的變化、氣候變暖、海冰的消融形成過(guò)程等。
　　五、全球尺度基礎(chǔ)上的細(xì)節(jié)、局部、區(qū)域表達(dá)功能
　　地理學(xué)在闡述世界上自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)現(xiàn)象的空間聯(lián)系和空間結(jié)構(gòu)，人和自然界的相互關(guān)系以及人類和所處區(qū)域之間的關(guān)系等時(shí)，總是以區(qū)域的范疇（即世界、全球，而在大部分時(shí)間是世界的一部份，包括流域、各種類型的自然單元、國(guó)家、城市、鄉(xiāng)村）來(lái)進(jìn)行的。因此，第二輪設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)旨在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)在全球尺度基礎(chǔ)上的細(xì)節(jié)、局部、區(qū)域表達(dá)的功能。
　　六、教學(xué)設(shè)計(jì)——形成結(jié)構(gòu)化資源與課件
　　在三維資源設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，從學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的設(shè)計(jì)，以及對(duì)教學(xué)策略的關(guān)注，特別是在實(shí)現(xiàn)既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位的“主導(dǎo)-主體相結(jié)合”的新型教學(xué)結(jié)構(gòu)的支撐方面，通過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用中的反復(fù)修正與完善，生成一批可修改的結(jié)構(gòu)化課件和應(yīng)用模板，也使得數(shù)字星球從單一的球幕投影與多屏幕投影系統(tǒng)發(fā)展成為依據(jù)數(shù)字地球的理念、新的學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論，融合地理空間信息、多媒體信息、實(shí)時(shí)交互及多屏顯示，以平面和立體模式，將發(fā)生于遙遠(yuǎn)空間、漫長(zhǎng)時(shí)間及瞬時(shí)發(fā)生的地理事物、現(xiàn)象、過(guò)程及其發(fā)展變化變成一種直觀生動(dòng)的方式呈現(xiàn)，使得教學(xué)不受時(shí)間與空間、宏觀與微觀的限制，延伸人的各種感官、思維，并為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富多彩的探索空間和實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu)的各種自主和協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，使他們?cè)谟鋹偟那榫诚拢载S富的想象、牢固的記憶和靈活的思維獲得學(xué)習(xí)的成功。圖2為數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的太陽(yáng)系三維影像及課程內(nèi)容頁(yè)面。
　　作為信息時(shí)代的教育技術(shù)，數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地理事象的空間分布、空間聯(lián)系、空間變化、空間綜合（地方與區(qū)域）的可視化表達(dá)，融文本、聲音、圖像、圖形、動(dòng)畫、視頻、平面、立體于一體，改變過(guò)去書本單一的線性結(jié)構(gòu)，活化教學(xué)內(nèi)容，將知識(shí)多角度、多層次、多形式地傳遞給學(xué)生，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)能認(rèn)知、能體驗(yàn)、能感悟的地理教學(xué)情景。系統(tǒng)通過(guò)物化技術(shù)（數(shù)字視像圓球體屏幕、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等硬件及其軟件等）和智能技術(shù)（促進(jìn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知策略、學(xué)習(xí)策略、教學(xué)設(shè)計(jì)等）來(lái)支持地理學(xué)習(xí)/教學(xué)；通過(guò)將學(xué)科特色的信息技術(shù)有效地融合于學(xué)科的教學(xué)過(guò)程來(lái)營(yíng)造一種學(xué)習(xí)者能感知、能體驗(yàn)的富有樂(lè)趣和享受感覺(jué)的信息化地理教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)機(jī)。通過(guò)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)參與，培養(yǎng)他們更積極的地理學(xué)習(xí)態(tài)度、有效地幫助他們學(xué)會(huì)如何進(jìn)行地理思維與信息時(shí)代學(xué)習(xí)和研究地理問(wèn)題的方法，實(shí)現(xiàn)一種既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位的以“自主、探究、合作”為特征的教與學(xué)方式。
　　綜上所述，筆者認(rèn)為，數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，使得前沿科學(xué)知識(shí)走進(jìn)地理教學(xué)課堂成為可能；使地理學(xué)習(xí)超越了傳統(tǒng)學(xué)校教育中依賴單一媒體、單一模式、有限資源的方式，它可以幫助教師將學(xué)科教學(xué)內(nèi)容跟真實(shí)世界的情境結(jié)合起來(lái)，并促使學(xué)生在地理知識(shí)及其應(yīng)用和他們作為未來(lái)公民與工作者的生活之間建立聯(lián)系，又克服了直接走進(jìn)地球及宇宙星空和現(xiàn)實(shí)生活這種教育空想的現(xiàn)實(shí)局限，使知識(shí)和產(chǎn)出知識(shí)的活動(dòng)以及應(yīng)用知識(shí)的情境結(jié)合起來(lái)，使知識(shí)回歸其與世界的聯(lián)系，使知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程、協(xié)商過(guò)程和參與過(guò)程，即真正意義上的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出探究與認(rèn)識(shí)世界的本質(zhì)和實(shí)踐性的特點(diǎn)，使學(xué)校情境中的學(xué)習(xí)與人類探究世界這一更廣泛意義上的學(xué)習(xí)在本質(zhì)上統(tǒng)一起來(lái)，從而徹底摒棄學(xué)校地理學(xué)習(xí)中的去情境化現(xiàn)象，使學(xué)校地理學(xué)習(xí)成為通過(guò)探求知識(shí)獲得解放的活動(dòng)，而不是讓學(xué)生走向?yàn)闀九鄣牡缆贰?br/>　　數(shù)字星球教學(xué)系統(tǒng)所內(nèi)含的對(duì)于地理學(xué)習(xí)的綜合性、真實(shí)性、情境性、適應(yīng)性的追求具有積極的意義，并能為在具備條件時(shí)在更高層次上實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。