借助LocaSpace Viewer 培養(yǎng)地理空間思維的實(shí)踐路徑*

王夢夢，金開任

（浙江省平陽中學(xué)，浙江 溫州 325400）

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出，信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是地理教學(xué)改革的助推器，教師可以利用計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行人口問題、城市問題、工農(nóng)業(yè)區(qū)位問題等人文地理的模擬學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用地理信息技術(shù)和地理工具收集相關(guān)信息，并對(duì)地理事物的空間現(xiàn)象及其變化進(jìn)行描述［1］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前學(xué)生的地理空間思維能力較為薄弱，尤其是空間定位思維、空間轉(zhuǎn)換思維、空間疊加思維等，缺乏地理學(xué)科尺度思想和地理學(xué)科思維，對(duì)地理事象背后的原理理解不夠透徹?；诖耍P者以新版高中必修《地理二》“人口容量”為例，嘗試運(yùn)用LocaSpace Viewer（以下簡稱LSV）軟件輔助高中地理教學(xué)，突破學(xué)生空間定位思維、空間轉(zhuǎn)換思維、空間疊加思維、空間聯(lián)系思維等培養(yǎng)難點(diǎn)，提升學(xué)生地理空間思維能力。

一、LSV及其與地理空間思維培養(yǎng)的關(guān)系

LocaSpace Viewer 是新一代專業(yè)三維數(shù)字地球的應(yīng)用軟件，擁有較大規(guī)模地圖數(shù)據(jù)承載、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)編輯與管理、地形高級(jí)分析、三維地圖渲染等核心能力。LSV在地理教學(xué)中的部分應(yīng)用功能及其空間思維能力培養(yǎng)指向如表1所示。

表1 LSV在地理教學(xué)中的功能介紹

二、借助LSV培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維的路徑

1.通過遙感影像尺度縮放，培養(yǎng)空間定位思維

地理空間定位思維是對(duì)地理事物、地理現(xiàn)象進(jìn)行空間位置判定的心理過程［2］。地理定位思維是地理空間思維培養(yǎng)的起點(diǎn)。LSV 擁有較大規(guī)模地圖數(shù)據(jù)承載、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)編輯與管理、地形高級(jí)分析、三維地圖渲染等核心能力，能夠動(dòng)態(tài)展示不同尺度、不同視角下地理事物的空間位置關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生在抽象的尺度思想以及具象的地理事象中學(xué)會(huì)空間位置關(guān)系的描述、分析和推理方法，實(shí)現(xiàn)空間定位可視化［3］。例如，學(xué)習(xí)“人口容量”時(shí)，可借助LSV進(jìn)行遙感影像尺度縮放，培養(yǎng)空間定位思維，提升區(qū)域認(rèn)知能力。

案例1：尋道洞背——定位洞背地理位置。

教師活動(dòng)：教師通過現(xiàn)場操作LSV，精準(zhǔn)定位浙江省青田縣洞背村的地理位置（圖1）。設(shè)計(jì)問題：從資源角度，評(píng)價(jià)古人定居洞背村的自然條件。

圖1 遙感影像尺度縮放過程

軟件操作流程：①在搜索功能欄選擇“天地圖”圖源，并輸入“青田”定位到青田縣的地理位置；②選擇“標(biāo)繪/編輯”功能內(nèi)的“地標(biāo)”功能，在洞背村的位置單擊鼠標(biāo)左鍵，添加地標(biāo)并重命名，獲得洞背村的地標(biāo)位置及標(biāo)識(shí)；③將LSV 界面縮小到全球尺度，然后雙擊“場景數(shù)據(jù)”功能欄下的“洞背”坐標(biāo)，LSV便動(dòng)態(tài)展示從全球尺度到地方尺度的動(dòng)態(tài)三維場景過程。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生結(jié)合經(jīng)緯度位置、海陸位置等進(jìn)行自然地理特征的分析，進(jìn)而得到該區(qū)域資源的有利條件為水熱充足、雨熱同期，淡水資源豐富，森林資源豐富，不利條件有耕地資源不足等。

設(shè)計(jì)意圖：通過LSV的三維地球功能，實(shí)現(xiàn)從俯瞰地球視角展示從全球尺度、國家尺度、地方尺度逐步縮小研究范圍的空間動(dòng)態(tài)變化過程，精準(zhǔn)定位青田縣洞背村的地理位置，從而引導(dǎo)學(xué)生從不同空間尺度感知洞背村的地理位置。在LSV的多尺度遙感影像自由切換的過程中，展示不同尺度下的空間位置信息，培養(yǎng)學(xué)生從空間位置視角對(duì)研究區(qū)域的自然地理特征進(jìn)行分析，掌握分析地理問題的思路和方法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移和應(yīng)用，提升地理空間思維能力。

2.通過地理視角變化演示，培養(yǎng)空間轉(zhuǎn)換思維

地理空間轉(zhuǎn)換思維，是指在認(rèn)識(shí)與解決地理問題的過程中，為了更好地展現(xiàn)地理問題，將圖形信息、文字信息進(jìn)行多維度、多形式有效轉(zhuǎn)換的思維過程。橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。因?qū)W生的生活經(jīng)驗(yàn)有限，難以想象同一地理事物在不同視角下的空間形態(tài)差異。LSV提供的三維地形渲染功能，能突破課堂的時(shí)空局限，甚至可隨時(shí)隨地獲取研究區(qū)域的地理事象空間分布特征，增強(qiáng)課堂的時(shí)效性及靈活性，培養(yǎng)學(xué)生獲取地理數(shù)據(jù)并進(jìn)行選擇處理的能力。例如，學(xué)習(xí)“人口容量”時(shí)，可借助LSV演示視角轉(zhuǎn)換下的影像變化，培養(yǎng)空間轉(zhuǎn)換思維。

案例2：擇地而居——衡量洞背人口容量。

教師活動(dòng)：教師操作LSV的三維地形渲染功能，獲取洞背村周圍的地形起伏狀況（圖2）。教師設(shè)疑：說明青田縣洞背村資源環(huán)境承載力的主要限制性因素。

圖2 地形渲染視角轉(zhuǎn)換過程

軟件操作流程：①選擇“底圖數(shù)據(jù)”功能欄內(nèi)的“三維坐標(biāo)”功能；②點(diǎn)擊右上角的方向盤指示標(biāo)上的“↑↓”箭頭等功能，模擬從俯瞰到側(cè)視的視角下洞背村周邊地形情況；③選擇“演示匯報(bào)”功能欄內(nèi)的“繞中心點(diǎn)飛行”功能，模擬360°視角下的地形情況。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生通過實(shí)踐，感知洞背村資源環(huán)境承載力的限制性因素為耕地資源。

設(shè)計(jì)意圖：LSV提供的地理信息技術(shù)支持，讓學(xué)生足不出戶也能領(lǐng)略洞背村當(dāng)?shù)氐木坝^，增強(qiáng)學(xué)生置身洞背村當(dāng)?shù)氐闹庇^感受，獲知洞背村的地形情況?；诖耍瑢W(xué)生可進(jìn)一步分析得到洞背村的資源環(huán)境承載力受地形限制，耕地資源不足。

學(xué)生的空間視角多固化且單一，要么是日常生活中的側(cè)視和仰視視角，要么是課堂中遙感影像的俯瞰視角。LSV的三維地形渲染功能，可以在等高線圖的基礎(chǔ)上模擬出當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的地形起伏狀況，學(xué)生可通過上下轉(zhuǎn)換視角及繞中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)視角的動(dòng)手實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場觀測難以達(dá)到的俯瞰到側(cè)視再到360°的視角轉(zhuǎn)換過程，促進(jìn)地理思維可視化，多方位、多角度培養(yǎng)學(xué)生的空間轉(zhuǎn)換思維。

3.通過要素圖層分類表達(dá)，培養(yǎng)空間疊加思維

地理空間疊加思維，是將兩個(gè)及以上地理圖層信息有效疊加到相同區(qū)域，以揭示不同地理事物之間的空間聯(lián)系、判斷地理事物分布模式、推斷地理事物空間影響，從而作出有效決策的思維過程［4］。地理事物和現(xiàn)象間普遍存在空間聯(lián)系，區(qū)域內(nèi)地理要素與物質(zhì)、能量及信息存在流動(dòng)、轉(zhuǎn)換和交流。LSV中的“在線地圖”功能擁有大量地圖，如專題圖、地形圖、等高線圖、道路標(biāo)記圖等。通過操作圖層分類疊加功能，能從單要素或多要素組合分析地理事象間的空間聯(lián)系。例如，在學(xué)習(xí)“人口容量”時(shí)，可借助LSV 進(jìn)行地形、河流、交通等要素的圖層疊加分析，提升區(qū)域空間思維能力。

案例3：背井離鄉(xiāng)——探究洞背衰落原因。

教師活動(dòng)：教師借助LSV獲取浙江省麗水市區(qū)與青田縣洞背村的遙感底圖，并在底圖上將教育設(shè)施、交通線、地形、工業(yè)區(qū)、耕地等多要素進(jìn)行矢量化，獲得分類圖層信息（圖3）。教師設(shè)問：與洞背村相比，探究麗水城區(qū)能容納更多人口的影響因素。

圖3 麗水市區(qū)不同要素圖層疊加

軟件操作流程：①選擇“標(biāo)繪/編輯”功能內(nèi)的“線”功能；②判斷浙江省麗水市城區(qū)遙感影像內(nèi)的交通線路，并左擊鼠標(biāo)進(jìn)行矢量化（圖中綠色標(biāo)識(shí)線）；③隱藏其余圖層，即可留下所需交通線路圖層，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出可獲得麗水城區(qū)交通線路專題圖。

學(xué)生活動(dòng)：小組進(jìn)行實(shí)踐討論活動(dòng)，得到影響人口容量的因素有自然資源條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科技水平、對(duì)外開放程度等。

設(shè)計(jì)意圖：通過查詢LSV的地形圖、道路標(biāo)記圖等資源庫，對(duì)浙江麗水城區(qū)的各類地理要素信息進(jìn)行綜合分析明確該區(qū)域能容納更多人口的原因，并梳理出影響區(qū)域人口容量的主要因素。

通過圖層疊加展示麗水市區(qū)與洞背村在資源、經(jīng)濟(jì)、科技、對(duì)外開放等方面的差異，可突破人口容量的影響因素這一教學(xué)重難點(diǎn)。借助LSV能對(duì)地理要素信息進(jìn)行矢量化處理，學(xué)會(huì)從空間聯(lián)系視角進(jìn)行要素分析，理解區(qū)域間聯(lián)系、協(xié)作和交流的方式，提升學(xué)生空間思維能力。

4.通過歷史影像動(dòng)態(tài)展示，強(qiáng)化空間聯(lián)系思維

地理空間聯(lián)系思維是指將不同區(qū)域的地理事物或同一區(qū)域的不同地理要素進(jìn)行比較、分析，確定不同地理事物或要素在地理空間上的異同，辨識(shí)其地理空間關(guān)系的思維過程。［5］。不同要素的空間聯(lián)系是學(xué)生思維認(rèn)知中較為薄弱的環(huán)節(jié)。LSV存儲(chǔ)的不同時(shí)期的遙感影像能夠使學(xué)生在課堂上穿越時(shí)間的限制，通過比較影像的差異認(rèn)識(shí)某一區(qū)域不同要素的動(dòng)態(tài)變化過程。例如，在學(xué)習(xí)“人口容量”時(shí)，可借助LSV比較洞背村不同區(qū)域發(fā)展階段差異，提升區(qū)域認(rèn)知能力。

案例4：振興鄉(xiāng)村——共謀洞背未來發(fā)展。

教師活動(dòng)：教師組織學(xué)生小組辯論。為改變洞背的貧窮面貌，政府提出原拆原建和規(guī)劃遷建兩種方式，你是否支持改變洞背村的決策？從資源環(huán)境承載力的影響因素出發(fā)，就洞背村的“變與不變”開展一場辯論賽。打開LSV，查詢并獲取洞背村1960 年代（圖4）與2020年的遙感影像圖（圖5）。

圖4 洞背村1960年代遙感影像

圖5 洞背村2020年遙感影像

軟件操作流程：①選擇“底圖數(shù)據(jù)”功能內(nèi)的“衛(wèi)星影像”功能；②選擇所需年份遙感影像圖。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生進(jìn)行課堂辯論，而后交流洞背村前后兩個(gè)時(shí)期遙感影像的差異。

設(shè)計(jì)意圖：通過不同時(shí)期的遙感影像對(duì)比，可直觀展示洞背村的變化。結(jié)合該區(qū)域發(fā)展的背景資料，學(xué)生可理解在技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通線路、政策等資源環(huán)境承載力影響因素的變化下，人口合理容量的數(shù)值可隨之發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)地理問題情境，比較分析同一區(qū)域不同要素在不同階段的動(dòng)態(tài)變化，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從不同時(shí)期遙感影像特征出發(fā)，探究不同地理要素在區(qū)域發(fā)展中的時(shí)空差異。如借助LSV比較某區(qū)域不同時(shí)期的遙感影像，可以獲知該地地形限制城鎮(zhèn)的擴(kuò)張規(guī)模，而交通的發(fā)展推動(dòng)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從而促進(jìn)學(xué)生理解自然和人文要素在地理空間上相互影響、互相制約的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)綜合、動(dòng)態(tài)地分析地理事象，提升地理空間思維能力。

三、LSV輔助地理教學(xué)的啟示

實(shí)踐證明，地理信息技術(shù)能夠營造直觀、實(shí)時(shí)、生動(dòng)的地理教學(xué)環(huán)境，呈現(xiàn)不同空間—區(qū)域視角的人文地理數(shù)據(jù)、圖表和地圖，培養(yǎng)學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知能力。因?qū)W生的生活經(jīng)驗(yàn)有限以及課堂教學(xué)形式的局限，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以實(shí)現(xiàn)背記知識(shí)—分析問題—知識(shí)遷移的能力提升。借助信息技術(shù)手段，可以延展教科書核心概念、剖析疑難問題情境、開展課后地理實(shí)踐等來突破教學(xué)難點(diǎn)［6］。LSV 的合理使用，能夠拉近地理抽象概念與學(xué)生生活的距離，增強(qiáng)學(xué)生的直接體驗(yàn)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生探索問題的興趣，促使學(xué)生懂得分析區(qū)域的發(fā)展條件，掌握區(qū)域特征的歸納方法，學(xué)會(huì)在比較中發(fā)現(xiàn)區(qū)域間的差異，培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力，提升地理核心素養(yǎng)。