巧用“星圖”軟件 開展交互可視化地理教學(xué)
——以“宇宙中的地球”為例

陸莉敏 蔡 凌 陳 實(shí)

（華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430079）

巧用“星圖”軟件 開展交互可視化地理教學(xué)
——以“宇宙中的地球”為例

陸莉敏 蔡 凌 陳 實(shí)

（華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430079）

課堂交互可視化的發(fā)展趨勢(shì)，要求教學(xué)設(shè)備的更新。智能手機(jī)將成為實(shí)現(xiàn)交互可視化地理教學(xué)的有力工具。本文通過(guò)案例研究法，以智能手機(jī)軟件“星圖”應(yīng)用于地理教學(xué)為例，探討了該軟件開展交互可視化地理教學(xué)的三個(gè)實(shí)施路徑：信息交互、尺度與視角交互、分享交互，為教師開展高水平可視化教學(xué)提供思路。

軟件教學(xué)功能；交互可視化；地理教學(xué)

我國(guó)未來(lái)課堂的特征之一是交互性，良好的互動(dòng)會(huì)幫助有效教學(xué)順利達(dá)成[1]。未來(lái)課堂的交互性體現(xiàn)在人與人、人與資源、人與設(shè)備的互動(dòng)上。如地理課堂上地理教師與學(xué)生之間的互動(dòng)、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)、師生與教學(xué)資源之間的互動(dòng)、師生與教學(xué)設(shè)備之間的互動(dòng)。這種發(fā)展趨勢(shì)要求可視化地理教學(xué)走向交互可視化地理教學(xué)。因此，相應(yīng)的教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)方法要滿足交互可視化教學(xué)發(fā)展的需要。長(zhǎng)期以來(lái)，紙質(zhì)印刷品如課本、投影儀等物品設(shè)施一直是可視化教學(xué)工具和手段，但這些設(shè)施存在信息流通單向、使用途徑單一的弊端。而智能手機(jī)因其功能強(qiáng)大、擴(kuò)展性能強(qiáng)、支持多種第三方軟件等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)交互可視化地理教學(xué)的有力工具。因此，本文以智能手機(jī)軟件“星圖”應(yīng)用于地理教學(xué)為例，探討開展交互可視化地理教學(xué)的實(shí)施路徑，為教師開展高水平可視化教學(xué)提供思路。

一、“星圖”軟件介紹

“星圖”是一款查看星空分布的軟件，它使用最先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)技術(shù)，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地描繪一個(gè)三維立體的宇宙狀態(tài)，并以地平坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，通過(guò)輸入任意地點(diǎn)的經(jīng)緯度，可以在軟件界面上查看該地星空的場(chǎng)景，如星座位置、行星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。該款軟件支持iOS和Android兩種系統(tǒng)，可通過(guò)各大手機(jī)應(yīng)用平臺(tái)上搜索下載。

軟件界面簡(jiǎn)潔，分為兩部分。上方功能區(qū)，其功能鍵介紹如表1所示；下方為展示區(qū)，學(xué)生通過(guò)點(diǎn)擊菜單或搜索指定內(nèi)容，軟件就會(huì)將其結(jié)果呈示在該區(qū)域。

二、“星圖”軟件的教學(xué)應(yīng)用分析

表1 “星圖”軟件部分功能介紹

截屏分享分享展示區(qū)界面點(diǎn)擊此圖標(biāo)，選擇分享的平臺(tái)，如QQ、微信等。搜索搜索天體點(diǎn)擊此圖標(biāo)，輸入天體名稱或在下拉菜單中選擇天體。

通過(guò)“星圖”軟件的功能分析，筆者開發(fā)“星圖”軟件的三個(gè)交互可視化功能。下面以人教版必修一第一章節(jié)內(nèi)容教學(xué)為例，進(jìn)行案例分析。

1.各類信息交互，滿足學(xué)生求知欲

“星圖”軟件內(nèi)置十二萬(wàn)五千多個(gè)天體，不僅有完整的梅西耶天體目錄中的天體，也包括太陽(yáng)系各天體，如太陽(yáng)、地球、月球等。該軟件除了能呈現(xiàn)天體的高清圖片外，還會(huì)提供天體的各種參數(shù)，如距地球距離、直徑、絕對(duì)星等、自轉(zhuǎn)周期等。教師在授課的過(guò)程中，可利用該軟件的這一功能，讓學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化探索，而軟件根據(jù)學(xué)生的檢索，會(huì)提供相關(guān)天體的知識(shí)。

案例1：“天體”教學(xué)片段

師：同學(xué)們閱讀課文段落、獲取各種天體的文字信息（如星云的定義）后，可以通過(guò)操作軟件選擇自己感興趣的天體操作軟件，了解該天體的各種信息，并向全班介紹該天體。

生：（以蟹狀星云為例）我了解到，蟹狀星云是超新星殘骸，它距離地球有6500光年，也就意味著它發(fā)出的光要經(jīng)過(guò)6千多年才能到達(dá)我們地球。它的直徑有11光年，相當(dāng)于天鵝座61到地球的距離。此外，它的視星等是8.4，視星等越大，天體的亮度越小，所以我們一般在地球上看不到蟹狀星云。

本案例通過(guò)人機(jī)交互，將學(xué)生想知道的天體名稱輸入軟件，軟件提供大量可視化的感性材料，學(xué)生可以從視覺(jué)上感知該天體的形狀和亮度，并通過(guò)手指在屏幕上操作，進(jìn)行放大縮小，觀察該天體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并給出天體參數(shù)的介紹，滿足了學(xué)生的求知欲。

了解天體知識(shí)是學(xué)習(xí)天體系統(tǒng)、地球所處的宇宙環(huán)境的重要基礎(chǔ)，學(xué)生必須對(duì)天體有感性認(rèn)識(shí)，才能抽象出天體系統(tǒng)的概念和圖示。而該內(nèi)容是高一學(xué)生學(xué)習(xí)自然地理的開始，因此，在教學(xué)的過(guò)程中，使用該軟件，可以滿足學(xué)生對(duì)星空及天體的好奇心，激發(fā)學(xué)生地理學(xué)習(xí)熱情，為下一步的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.尺度與視角交互，培養(yǎng)學(xué)生空間思維

地理知識(shí)具有的空間性、多維與多尺度性、不確定性與復(fù)雜性等特點(diǎn)[2]，因此，教師在教學(xué)的過(guò)程中，不應(yīng)拘泥于二維平面的地理示意圖教學(xué)，而應(yīng)利用多種教學(xué)資源，為學(xué)生提供多種尺度、多種視角的直觀可視化的感性材料，幫助學(xué)生理解、感受地理知識(shí)的空間性，建立自己對(duì)地理事物的空間想象力，從而培養(yǎng)學(xué)生的立體空間思維。

案例2：“太陽(yáng)系八大行星的共同特征”教學(xué)片段

師：太陽(yáng)系有八大行星，地球是這八大行星中既普通又特殊的行星。為什么說(shuō)地球是普通的行星呢？因?yàn)樗c其他行星有相似之處。那接下來(lái)我們就從行星繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的角度來(lái)比較八大行星相似之處。我們可以從公轉(zhuǎn)的哪些方面來(lái)比較？

生：運(yùn)動(dòng)方向、軌道平面、運(yùn)動(dòng)軌跡。

師：現(xiàn)在我們就利用軟件，觀察太陽(yáng)系八大行星的運(yùn)動(dòng)方向、軌道平面和運(yùn)動(dòng)軌跡。

生：操作軟件。步驟：①打開星圖；②點(diǎn)擊左上方功能圖標(biāo)；③點(diǎn)擊下拉菜單的太陽(yáng)系；④選擇下拉菜單的“太陽(yáng)”，在出現(xiàn)的界面點(diǎn)擊信息欄旁的第二個(gè)圖標(biāo)，則界面呈現(xiàn)太陽(yáng)系的相關(guān)影像；⑤利用兩根手指向屏幕中心（或邊緣）滑動(dòng)，縮小或放大界面，觀察太陽(yáng)系八大行星距太陽(yáng)遠(yuǎn)近的順序和軌道形狀；⑥用手指向屏幕下方滑動(dòng)，改變觀察視角，向下滑動(dòng)至屏幕畫面不再改變，即從北極上空俯視太陽(yáng)系；⑦此時(shí)點(diǎn)擊時(shí)間圖標(biāo)，加快時(shí)間流逝，可觀察行星運(yùn)動(dòng)方向。

本案例中，學(xué)生通過(guò)操作軟件，放大、縮小觀察尺度，感知太陽(yáng)系的內(nèi)部構(gòu)造和各大行星距太陽(yáng)遠(yuǎn)近的次序；上下滑動(dòng)界面，改變觀察視角并加快時(shí)間流逝，從北極或南極上方俯視各大行星繞日運(yùn)動(dòng)方向、軌道形狀，從而得出太陽(yáng)系八大行星的共同特點(diǎn)。

幫助學(xué)生形成地理學(xué)的空間觀，是賦予基礎(chǔ)地理教育的重要職責(zé)[3]。這種由學(xué)生操作，改變觀察尺度、視角的教學(xué)方式，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，幫助學(xué)生順利建構(gòu)太陽(yáng)系的空間體系，為學(xué)習(xí)地球運(yùn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。

3.圖像分享交互，師生交流學(xué)習(xí)成果

高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）提出，課程目標(biāo)的“過(guò)程與方法”之一，就是要求學(xué)生“運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒ê褪侄?，表達(dá)、交流、反思自己地理學(xué)習(xí)和探究的體會(huì)、見(jiàn)解和成果”。該軟件可以將學(xué)生觀察到的天體圖片，通過(guò)軟件的分享功能，分享到各通訊平臺(tái)，如QQ、微信等，與教師、同學(xué)交流自己的學(xué)習(xí)成果，分享個(gè)人的學(xué)習(xí)心得和體會(huì)。

圖1 學(xué)生部分操作步驟軟件截圖

案例3：“太陽(yáng)活動(dòng)”結(jié)課片段

師：我們學(xué)習(xí)到了太陽(yáng)大氣的結(jié)構(gòu)和太陽(yáng)大氣的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。那么我們現(xiàn)在利用“星圖”軟件，將太陽(yáng)的圖像分享到班級(jí)QQ群中，老師任意選擇一個(gè)同學(xué)的太陽(yáng)圖片，放到幻燈片上，請(qǐng)他跟我具體說(shuō)說(shuō)太陽(yáng)的大氣的結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動(dòng)。

生：（展示圖片，如圖2所示）圖中顏色比較暗的是黑子，發(fā)生在光球?qū)?；顏色比較亮的是耀斑，發(fā)生在色球?qū)?。光球?qū)尤庋劭梢?jiàn)，而色球?qū)釉谌帐车臅r(shí)候可見(jiàn)，日冕則要借助特殊工具才能觀察到。

圖2 “太陽(yáng)活動(dòng)”結(jié)課交流圖

本案例中，學(xué)生在學(xué)習(xí)完“太陽(yáng)活動(dòng)”的相關(guān)知識(shí)后，能夠識(shí)別出黑子、耀斑等太陽(yáng)活動(dòng)，也能區(qū)分日冕、色球、光球等太陽(yáng)大氣圈層。利用截圖分享功能，將自己對(duì)“太陽(yáng)活動(dòng)”學(xué)習(xí)到的內(nèi)容與全班同學(xué)交流，培養(yǎng)學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力。通過(guò)交流，學(xué)生之間能相互指出其表述和內(nèi)容上的優(yōu)缺點(diǎn)，在溝通中共同進(jìn)步。

三、“星圖”軟件的教學(xué)啟示

1.開發(fā)多種手機(jī)軟件的教學(xué)功能

利用手機(jī)作為多媒體設(shè)備展開地理教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于手機(jī)是學(xué)生熟悉的電子設(shè)備而且人手一部，這可以彌補(bǔ)在電子雙板或投影儀進(jìn)行展示時(shí)，學(xué)生因座位偏遠(yuǎn)造成觀看模糊。因此，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的手機(jī)軟件，開發(fā)其教學(xué)功能。如，在進(jìn)行“鋒與天氣”一節(jié)的教學(xué)時(shí)，教師可選用天氣類軟件，呈現(xiàn)一周內(nèi)氣溫變化曲線，并提問(wèn)學(xué)生氣溫變化是由冷鋒還是暖鋒引起。

2.注重交互的及時(shí)性

課堂教學(xué)是教師與學(xué)生的雙邊互動(dòng)。而在課堂教學(xué)的過(guò)程中，由于教學(xué)任務(wù)大、教學(xué)時(shí)間緊張，許多老師都習(xí)慣于將知識(shí)直接傳授給學(xué)生，卻忽視了解學(xué)生是否已經(jīng)習(xí)得相關(guān)的知識(shí)，不能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的學(xué)習(xí)障礙進(jìn)行及時(shí)的反饋。因此，教師應(yīng)在學(xué)生出現(xiàn)疑惑或者學(xué)習(xí)困難時(shí)，了解學(xué)生的疑惑，幫助其解決問(wèn)題。根據(jù)教育心理學(xué)理論，對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的及時(shí)反饋，不僅能增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，而且對(duì)學(xué)習(xí)能起到促進(jìn)作用。因此，不僅要重視反饋，還要及時(shí)地反饋。

[1] 葉新東.未來(lái)課堂環(huán)境下的可視化教學(xué)研究[D].華東師范大學(xué),2014.

[2] 王偉星,龔建華. 地學(xué)知識(shí)可視化概念特征與研究進(jìn)展[J]. 地理與地理信息科學(xué),2009(04)∶1-7.

[3] 袁孝亭,王向東. 論地理學(xué)科的空間觀教育[J].地理教學(xué),2003(01)∶10-11.