數(shù)字星球系統(tǒng)在地理空間能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

郝亞杰 馬微

摘 要：隨著時(shí)代發(fā)展，能力的培養(yǎng)取代知識的記憶成為地理教學(xué)的重點(diǎn)。地理空間能力是學(xué)生必須要培養(yǎng)的能力，如何以合適的方法培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力也成為教師應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)。本文立足于數(shù)字星球系統(tǒng)在地理空間能力培養(yǎng)中的應(yīng)用，從地理空間能力，及其重要性;數(shù)字星球系統(tǒng)在高中地理空間能力培養(yǎng)中的作用;基于空間能力培養(yǎng)的數(shù)字星球系統(tǒng)應(yīng)用策略三個(gè)方面展開探究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字星球系統(tǒng);地理空間能力;應(yīng)用

數(shù)字星球系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，由軟件控制平臺、資源軟件和數(shù)字視覺成像圓球體屏幕構(gòu)成的數(shù)字化地理教學(xué)系統(tǒng)。在教育信息化逐漸流行的如今，數(shù)字星球系統(tǒng)的應(yīng)用有著相當(dāng)大的作用。其既有多媒體技術(shù)的直觀性、素材豐富的特點(diǎn)，也有本身立體化的特點(diǎn)?？梢哉f，在地圖展示方面，尤其是大尺度地圖的展現(xiàn)方面，數(shù)字星球系統(tǒng)有著相當(dāng)大的優(yōu)勢。這對學(xué)生地理能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)有著重要的作用。這就需要教師積極尋找在高中地理教學(xué)中將數(shù)字星球系統(tǒng)充分應(yīng)用的方法，以此切實(shí)有效地提高教學(xué)效率。

一、地理空間能力及其重要性

區(qū)別于其他學(xué)科定義中的空間，地理空間指的是地球表面的圈層和區(qū)域，其包括流域、氣團(tuán)、土地、社團(tuán)、城市等不同的單元。地理空間認(rèn)知能力指人腦加工、提取、處理地理空間信息的能力。包括：空間定位、空間分析和空間想象能力。地理是一門以地球表面為研究對象的學(xué)科，而當(dāng)今的教學(xué)觀念對學(xué)生能力提出了一定的要求。學(xué)生需要充分認(rèn)識自己賴以生存的地球表面環(huán)境，其既需要學(xué)生能充分了解地理事物的空間分布和結(jié)構(gòu)，也需要學(xué)生充分了解地理事物間的聯(lián)系與差異，掌握分析和理解生存環(huán)境中諸事物的能力。在這一要求下，培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。所以，如何以合適的方法培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力成為每位教師需要思考的問題。

二、數(shù)字星球系統(tǒng)在高中地理空間能力培養(yǎng)中的作用

在過去的地理教學(xué)中，地理空間能力的培養(yǎng)存在著諸多的問題。一方面，教師對學(xué)生地理空間能力的培養(yǎng)不夠重視，在相關(guān)的教學(xué)活動中也缺乏足夠的動力。另一方面，教師采取的圖文結(jié)合的教學(xué)方法也不夠直觀，導(dǎo)致很多學(xué)生沒有足夠的讀圖能力，難以從教師給予的素材中獲得足夠的空間信息，自然無法有效培養(yǎng)自身地理空間能力，在諸多概念的認(rèn)識和問題的探究中也會感覺到一定的困難，學(xué)習(xí)效率不高。在高中地理空間能力的培養(yǎng)過程中，教師必須要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，積極將日常的教育教學(xué)與新的教學(xué)方法和教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來。

在高中地理學(xué)生空間能力的培養(yǎng)方面，信息技術(shù)的發(fā)展為教師提供了更加多樣且直觀的素材。而數(shù)字星球系統(tǒng)的應(yīng)用對培養(yǎng)高中地理學(xué)生空間能力有著重要的作用，如何將數(shù)字星球系統(tǒng)更好地應(yīng)用于地理課堂教學(xué)和學(xué)生的自主探究環(huán)節(jié)，用于提高學(xué)生地理空間能力，成為一個(gè)值得地理教師思考和研究的問題[1]。數(shù)字星球系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的專用于地理教學(xué)的三維立體動態(tài)球幕投影系統(tǒng)。其一方面有著直觀形象的特點(diǎn)，對突破一些空間性比較強(qiáng)的地理知識有著積極的作用;另一方面，相比過去圖文結(jié)合為主的教學(xué)方法，其本身就能為學(xué)生帶來更加強(qiáng)烈的感官沖擊，有利于提高地理教學(xué)的實(shí)效性和趣味性，創(chuàng)設(shè)更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)情境?？梢哉f，在如今以學(xué)習(xí)者為本位的教學(xué)理念下，數(shù)字星球系統(tǒng)能從多個(gè)方面提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，這對于構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式有著重要的作用。

三、基于空間能力培養(yǎng)的數(shù)字星球系統(tǒng)應(yīng)用策略

（一）積極參加培訓(xùn)，提高教師自身應(yīng)用能力

教育信息化的發(fā)展對教師的能力提出了更高的要求，如何掌握這些技能也成為影響教學(xué)效率的關(guān)鍵問題。對教師來說，也需要有終身學(xué)習(xí)的意識，不可以抱殘守缺，要嘗試使用新媒體、新技術(shù)提升地理教學(xué)的有效性。要想通過數(shù)字星球系統(tǒng)將地球表面空間性比較強(qiáng)的地理知識直觀、立體地展示出來，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，數(shù)字星球系統(tǒng)的熟練應(yīng)用是一個(gè)前置要求。相比過去的教學(xué)，這是有一定難度的。這就需要教師積極參與培訓(xùn)和學(xué)習(xí)活動，有效提高自身數(shù)字星球系統(tǒng)應(yīng)用能力。

教師要積極參與學(xué)?；蛘咚鶎俚貐^(qū)開展的關(guān)于數(shù)字星球系統(tǒng)相關(guān)的集體培訓(xùn)活動，以集中學(xué)習(xí)有效提高自身數(shù)字星球系統(tǒng)應(yīng)用能力。如果學(xué)校未開展集體的學(xué)習(xí)活動，教師則可以通過大學(xué)生MOOC、網(wǎng)易云課堂、中國教師研修網(wǎng)等線上平臺尋找相關(guān)的微課學(xué)習(xí)。在實(shí)際的教學(xué)中，為了讓自身所采用的教學(xué)方法能更加適合本校學(xué)生，教師需要結(jié)成小組，開展相應(yīng)的教研活動，提出將數(shù)字星球系統(tǒng)應(yīng)用到高中地理教學(xué)中的可行性的策略。而由于數(shù)字星球系統(tǒng)制作課件具有一定的技術(shù)性難度，在備課環(huán)節(jié)，教師也要通過集體備課、分工合作的方式來制作數(shù)字星球系統(tǒng)支持下的地理課件，以此主動學(xué)習(xí)和熟悉有關(guān)數(shù)字星球系統(tǒng)的知識并加以應(yīng)用，更好地設(shè)計(jì)問題串，引導(dǎo)學(xué)生分析問題。為將數(shù)字星球系統(tǒng)充分應(yīng)用于高中地理課堂教學(xué)中做好充分準(zhǔn)備，從而為有效培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

（二）激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)動力

地理空間能力的培養(yǎng)是以學(xué)生主體地位的充分突出為基礎(chǔ)的，是學(xué)生在高中時(shí)期需要培養(yǎng)的重要能力。在這一要求下，培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力，充分激發(fā)學(xué)生興趣是一大前提，學(xué)生興趣與教師的導(dǎo)入有密切的關(guān)系，能否吸引學(xué)生注意力很大程度上影響著后續(xù)的教學(xué)效率。作為以信息技術(shù)為核心的一種教學(xué)手段，數(shù)字星球系統(tǒng)本身就有著直觀性的特點(diǎn)，在充分激發(fā)學(xué)生興趣上有相當(dāng)大的優(yōu)勢。這就需要教師將數(shù)字星球系統(tǒng)充分應(yīng)用于導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，為之后的教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如：在“地球的宇宙環(huán)境”這一知識點(diǎn)的教學(xué)中，教師可以數(shù)字星球系統(tǒng)設(shè)計(jì)激發(fā)興趣的導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)。在地球的宇宙環(huán)境這一節(jié)，除了讓學(xué)生從可見宇宙開始，精準(zhǔn)定位地球的位置外，教師還需要引導(dǎo)學(xué)生了解和認(rèn)識太陽，以及太陽系的八大行星。在過去，學(xué)生對這些星球的認(rèn)識多通過靜態(tài)的圖片和相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)。而后者往往是相對枯燥的，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生困頓、厭倦的狀態(tài)，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)地理知識，培養(yǎng)自身能力和素養(yǎng)。利用數(shù)字星球系統(tǒng)，教師能更加形象地展現(xiàn)太陽系內(nèi)不同星球的狀況，更好地進(jìn)行相關(guān)知識的教學(xué)。如在太陽這一恒星的展示中，教師就可以講解太陽黑子、耀斑、太陽風(fēng)的相關(guān)知識。由于數(shù)字星球系統(tǒng)直觀性的特點(diǎn)，學(xué)生不僅能通過立體圖像形象地了解太陽相關(guān)的知識，了解太陽黑子、耀斑、太陽風(fēng)的具體形態(tài)，也會充分為數(shù)字星球系統(tǒng)所吸引，在之后的教學(xué)活動中表現(xiàn)得更加積極。當(dāng)然，有必要的話，教師還要給予學(xué)生機(jī)會，將自己學(xué)習(xí)到的數(shù)字星球系統(tǒng)使用方法教授給學(xué)生，讓學(xué)生自己操作數(shù)字星球系統(tǒng)或者站在數(shù)字星球系統(tǒng)球幕旁擔(dān)任地理知識講解員。這樣，通過數(shù)字星球系統(tǒng)，教師在導(dǎo)學(xué)和情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)有效吸引了學(xué)生注意力，激發(fā)了學(xué)生興趣，引發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)地理知識的動力，為地理空間能力的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）利用可視化手段，提高空間定位能力

數(shù)字星球系統(tǒng)作為一種立體球幕多媒體顯示系統(tǒng)，能夠?qū)⒌乩砜臻g中的分布位置和幾何形狀等空間信息更加準(zhǔn)確地表達(dá)、呈現(xiàn)出來。學(xué)生在學(xué)習(xí)自然地理、人文地理的過程中，需要對多種地理要素的地理位置有比較清楚的了解，比如：通過經(jīng)緯網(wǎng)確定絕對位置，在地圖中觀察相對位置等。而在過去，平面地圖缺乏直觀性，而地球儀又太小，后排學(xué)生無法有效觀察。數(shù)字星球系統(tǒng)避免了上述兩種方法的缺點(diǎn)，優(yōu)勢顯著，如果能充分利用數(shù)字星球系統(tǒng)的地理知識可視化功能，教師則能有效提升學(xué)生的空間定位能力[3]。

如，“行星風(fēng)帶”的教學(xué)中，教師就可以數(shù)字星球系統(tǒng)直觀展示氣壓帶和風(fēng)帶在全球的分布，學(xué)生可以將氣壓帶與風(fēng)帶，以及自己熟悉的國家和地點(diǎn)一一對應(yīng)。在后續(xù)講解“氣壓帶風(fēng)帶的季節(jié)性移動以及對氣候的影響”時(shí)，在過去，受限于學(xué)生的地理空間能力，很多學(xué)生學(xué)起來較為吃力，無法理解氣壓帶和風(fēng)帶的具體變化。通過數(shù)字星球系統(tǒng)的可視化功能，教師能形象演示不同季節(jié)全球氣壓帶、風(fēng)帶的位置，讓學(xué)生對不同季節(jié)的氣壓帶和風(fēng)帶的變化精準(zhǔn)定位。即學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以一邊觀察數(shù)字星球系統(tǒng)，思考南北緯10°到20°大陸西岸和南北緯30°到40°大陸西岸氣壓帶風(fēng)帶狀況，另一邊回憶初中學(xué)過的全球氣候的知識，思考對應(yīng)國家或區(qū)域的氣候，以及該季節(jié)的表現(xiàn)。在這樣的情況下，學(xué)生就非常容易理解氣壓帶、風(fēng)帶的季節(jié)性移動原因，以及氣壓帶、風(fēng)帶季節(jié)性移動對氣候的影響了。此外，教師在過去的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對南亞的夏季風(fēng)（7月）和澳大利亞西北部的夏季風(fēng)（1月）理解不清楚，但是在后續(xù)基于數(shù)字星球系統(tǒng)設(shè)計(jì)的地理課堂中，學(xué)生很輕易就掌握了這一部分知識?？梢哉f，數(shù)字星球系統(tǒng)的可視化功能對提升學(xué)生地理空間定位能力作用顯著。

（四）展示多種要素，提高空間分析能力

地理是一門綜合性學(xué)科，學(xué)生在高中地理學(xué)習(xí)過程中勢必要培養(yǎng)地理空間分析能力，其要求學(xué)生能全面了解一個(gè)區(qū)域的各種地理?xiàng)l件，具有一定的綜合思維。如，一個(gè)區(qū)域也有著相當(dāng)多的地理要素。其中，自然地理要素分為地形、氣候、水文、土壤、生物等;社會經(jīng)濟(jì)要素包括人口、城市、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通等。這些要素之間不是孤立的，而是相互制約、相互影響的，只有具備一定的地理空間分析能力，才能將多要素進(jìn)行整合，理解要素與要素之間的聯(lián)系。相比過去的地圖展示方法，數(shù)字星球系統(tǒng)立足于信息技術(shù)，有著多圖層的特點(diǎn)，能選擇性地展示不同的信息，通過數(shù)字星球系統(tǒng)的多要素顯示功能，教師能讓學(xué)生在腦海中形成地理要素相互聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識架構(gòu)，在以后遇到地理問題時(shí)能夠更好地應(yīng)用所學(xué)知識分析、解決問題。

比如：在進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)位條件分析時(shí)，關(guān)于澳大利亞的混合農(nóng)業(yè)，教師就可以將澳大利亞的氣候圖、降水圖、干濕地區(qū)分布圖、河流圖、地形圖等一一呈現(xiàn)，然后再將不同要素疊加呈現(xiàn)，這樣，學(xué)生就很好地理解了墨累—達(dá)令盆地混合農(nóng)業(yè)的區(qū)位條件。在學(xué)習(xí)非地帶性規(guī)律時(shí)，以馬達(dá)加斯加島嶼東側(cè)熱帶雨林氣候?yàn)槔處焺t可以利用數(shù)字星球系統(tǒng)將全球氣候圖、全球洋流圖和全球氣壓帶、風(fēng)帶圖一一顯示，并如地理信息系統(tǒng)一樣，進(jìn)行多要素疊加分析，而這可以幫助學(xué)生迅速理解其成因。這樣，通過數(shù)字星球系統(tǒng)，教師引導(dǎo)學(xué)生更好地了解了地理要素的內(nèi)在聯(lián)系，提高了學(xué)生空間分析能力[4]。

（五）展示多時(shí)空地圖，提高空間想象能力

空間想象能力是地理空間能力的重要組成部分，其要求學(xué)生能將二維化為三維、將靜態(tài)化為動態(tài)、將部分化為整體、將文字化為圖像。而在過去的教學(xué)中，學(xué)生所能觀看到的地圖都是靜態(tài)的，這也就導(dǎo)致很多學(xué)生都缺乏對動態(tài)情境的想象能力。數(shù)字星球系統(tǒng)控制軟件有時(shí)間軸功能，通過控制時(shí)間軸，教師能顯示不同時(shí)間地理事物的地理空間分布。而通過數(shù)字星球系統(tǒng)多時(shí)空、多維度地對地理事物進(jìn)行展現(xiàn)，學(xué)生能夠?qū)⒈緛黼y以想象的氣象、水文、地質(zhì)過程變得三維化、可視化、動態(tài)化。學(xué)生因生活范圍和生活經(jīng)驗(yàn)有限，不可能接觸所有的地理事物，如果僅憑文字、圖片，難以對沒有見過的地理事物有一個(gè)比較客觀的認(rèn)識。數(shù)字星球系統(tǒng)的多維度表達(dá)功能能幫助學(xué)生擴(kuò)大視野范圍，有助于學(xué)生獲取更加全面的、真實(shí)的地理信息，使學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識和認(rèn)識到的地理事物更加有層次，從而有效提升地理空間想象能力。

如，在學(xué)習(xí)晨昏線時(shí)，如果使用靜態(tài)地圖，學(xué)生不易快速理解晨線和昏線的概念，因?yàn)槌烤€和昏線概念中就包含了地球動態(tài)的過程：隨著地球的自轉(zhuǎn)，由黑夜進(jìn)入白天為晨線，反之為昏線。這在過去的靜態(tài)地圖中學(xué)生是無法直接觀察到的。而使用數(shù)字星球系統(tǒng)，充分發(fā)揮數(shù)字星球系統(tǒng)本身多維度、多時(shí)空展示的功能，教師可以操作數(shù)字星球系統(tǒng)使其發(fā)生自轉(zhuǎn)。這樣，就得到了動態(tài)的、晝夜交替的立體地圖。而這也讓學(xué)生形象地觀察到了晨線經(jīng)過的地方變?yōu)榘滋?，而昏線通過的地方變?yōu)楹谝梗@對學(xué)生更好地區(qū)分晨線和昏線有著重要的作用。這樣，通過數(shù)字星球系統(tǒng)中的多時(shí)空地圖，教師有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了空間想象。

結(jié)束語

地理空間能力的培養(yǎng)在當(dāng)今的地理教學(xué)中占據(jù)重要的地位，而數(shù)字星球系統(tǒng)則是培養(yǎng)學(xué)生地理空間能力的重要方法。其不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，也能全面培養(yǎng)學(xué)生空間定位、空間分析和空間想象能力。因此，在日常的教學(xué)中，教師一方面需要積極參加培訓(xùn)，有效培養(yǎng)自身對數(shù)字星球系統(tǒng)這一工具的應(yīng)用能力;另一方面也需要將數(shù)字星球系統(tǒng)充分應(yīng)用于課前導(dǎo)學(xué)、情境導(dǎo)入等多個(gè)環(huán)節(jié)。只有將數(shù)字星球系統(tǒng)與高中地理的教學(xué)充分結(jié)合，教師才能引導(dǎo)學(xué)生更加快速地培養(yǎng)自身地理空間能力，滿足當(dāng)今教學(xué)對學(xué)生地理素養(yǎng)更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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[3]賈詩琦，江曄.基于數(shù)字星球系統(tǒng)的地理探究式學(xué)習(xí)課例分析：以“大規(guī)模的海水運(yùn)動”為例[J].地理教學(xué)，2018（18）：18-21.

[4]賈詩琦，江曄.基于數(shù)字星球系統(tǒng)的地理探究式學(xué)習(xí)課例分析：以“大規(guī)模的海水運(yùn)動”為例[J].地理教學(xué)，2018（18）：4.

本文系寧夏第六屆基礎(chǔ)教育教學(xué)課題研究立項(xiàng)課題“數(shù)字星球系統(tǒng)提升地理空間能力的教學(xué)實(shí)踐研究”（課題編號：JXKT-HL-06-019）階段性研究成果。