基于圖層操作的進(jìn)階式地理交互學(xué)件開發(fā)與探索

高立洋

地理是一門具有綜合性、區(qū)域性等特點(diǎn)的學(xué)科。教師在課堂上僅僅通過語言描述無法窮盡不同的地理事物，若想讓學(xué)生掌握地理事物的空間分布，必須用地圖語言把廣闊地理事象的空間結(jié)構(gòu)、空間分布、空間聯(lián)系、時(shí)間變化展現(xiàn)出來^[1]。地圖作為地理學(xué)的第二語言，包含豐富的地理信息，并按照一定規(guī)則將地球表面各種事物用地圖符號(hào)表現(xiàn)在平面上，以反映各種自然、社會(huì)現(xiàn)象的地理分布和相互關(guān)系^[2]。

有研究表明，人們接收的空間信息中，80%以上是地理空間信息^[3]。因此，地理學(xué)科在發(fā)展學(xué)生空間思維、培養(yǎng)學(xué)生空間素養(yǎng)方面理應(yīng)承擔(dān)更大的責(zé)任和義務(wù)。得益于地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，諸如最短路徑、空間疊置和緩沖區(qū)分析等地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析功能在現(xiàn)實(shí)問題解決中得到廣泛認(rèn)可并發(fā)揮重要作用^[4]。筆者嘗試發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，選擇合適的平臺(tái)、軟件創(chuàng)設(shè)圖層疊置功能，開發(fā)出基于圖層操作的進(jìn)階式地理交互學(xué)件（以下簡(jiǎn)稱“學(xué)件”），用于教師課堂教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在移動(dòng)終端對(duì)不同地理圖層進(jìn)行疊置操作。

一、開發(fā)依據(jù)

（一）培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的需要

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，地理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知和地理實(shí)踐力，它們是相互聯(lián)系的有機(jī)整體。開發(fā)該學(xué)件的初衷，首要是實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的創(chuàng)造性培養(yǎng)。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)圖層進(jìn)行疊置操作，有助于培養(yǎng)地理核心素養(yǎng)。圖層疊置，是指借助地理信息系統(tǒng)軟件，將含有不同地理要素的專題地圖進(jìn)行疊置操作，通過綜合考慮和精細(xì)分析某一空間區(qū)域的多個(gè)要素，解決區(qū)域背景下的具體問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合觀點(diǎn)和區(qū)域觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)地理環(huán)境的思維方式和能力，實(shí)現(xiàn)思維可視化?？梢?，對(duì)某一空間區(qū)域不同要素圖層的疊加和拆分操作，不僅符合一般的地理空間分析習(xí)慣，而且對(duì)學(xué)生的綜合思維和區(qū)域認(rèn)知思維培養(yǎng)有較大幫助。

（二）滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要

學(xué)件是教師為達(dá)成教學(xué)目的使用的一種教學(xué)輔助工具，也是教師發(fā)揮教學(xué)重要作用的手段^[5]。由于地理學(xué)科內(nèi)容時(shí)空跨度大，學(xué)生個(gè)體存在較大差異，加之當(dāng)代中學(xué)生是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的原住民，接觸過豐富的現(xiàn)代信息技術(shù)，所以教師要實(shí)現(xiàn)因材施教，必須考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，研發(fā)支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)的學(xué)件，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求。

為此，筆者決定開發(fā)一款服務(wù)于地理圖層操作、適用于課堂內(nèi)外、兼具科學(xué)性和體驗(yàn)性的利于學(xué)生自主探究的學(xué)件。該學(xué)件以圖層操作為功能特征，對(duì)不同地理要素的圖層進(jìn)行疊加和拆分，通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，借助交互性為學(xué)生大膽猜想、小心求證的探究性學(xué)習(xí)提供技術(shù)支撐，幫助學(xué)生糾正和深化已有學(xué)習(xí)認(rèn)知，建立新的科學(xué)概念或者想法，培養(yǎng)探究能力和科學(xué)態(tài)度。

二、開發(fā)策略

（一）寓情于景提供沉浸式體驗(yàn)

基于圖層操作的學(xué)件，能夠通過一定數(shù)量的文字、圖片和形式豐富的音視頻資料，借助活動(dòng)任務(wù)設(shè)計(jì)，建構(gòu)系統(tǒng)化的探究情境，讓學(xué)生更好地進(jìn)入探究學(xué)習(xí)狀態(tài)。在具體的教學(xué)情境中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，深度探究具體問題。這既能夠避免人機(jī)交互產(chǎn)生的情感缺失，又能提高學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)效率。

（二）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提高問題解決力

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師要提供一些關(guān)鍵素材創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生在具體情境中解決問題。圖層操作學(xué)件以交互操作為技術(shù)支撐，能夠讓教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)某一空間區(qū)域的開放式問題進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，從感性選擇相關(guān)圖層開始，到驗(yàn)證各要素的關(guān)聯(lián)性和客觀評(píng)價(jià)各要素價(jià)值，最后提出解決背景問題的措施，為學(xué)生提供探究式學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)的能力。

（三）關(guān)卡進(jìn)階助推螺旋式發(fā)展

為了進(jìn)一步優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，學(xué)件要建構(gòu)進(jìn)階關(guān)卡，助推學(xué)生能力螺旋式發(fā)展?；趫D層操作特征，學(xué)件將聚焦圖層篩選、邏輯歸因、價(jià)值評(píng)價(jià)和問題解決四個(gè)核心任務(wù)來設(shè)置關(guān)卡，通過問題鏈和情境創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)某一具體問題進(jìn)行深入分析，螺旋式助推學(xué)生能力發(fā)展。

（四）水平對(duì)標(biāo)精準(zhǔn)化素養(yǎng)培養(yǎng)

為了增強(qiáng)學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)效果，學(xué)件的探究任務(wù)設(shè)計(jì)將聚焦地理核心素養(yǎng)水平要求。除了聚焦區(qū)域認(rèn)知思維外，對(duì)于學(xué)生綜合思維的培養(yǎng)，教師設(shè)計(jì)學(xué)件時(shí)還需精細(xì)化對(duì)標(biāo)不同水平要求，根據(jù)地理要素的復(fù)雜程度、行為動(dòng)詞綜合分析情況等有針對(duì)性地安排探究任務(wù)，結(jié)合進(jìn)階關(guān)卡螺旋式發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

（五）任務(wù)建構(gòu)優(yōu)化在線體驗(yàn)性

基于當(dāng)前教學(xué)對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)要求較高和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的特殊性，除依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教育規(guī)律以外，學(xué)件將依托信息技術(shù)設(shè)置豐富的交互式任務(wù)和過程性評(píng)價(jià)，優(yōu)化學(xué)生的在線學(xué)習(xí)體驗(yàn)。圖層操作、語音指令、任務(wù)作答等交互式任務(wù)，可以引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)思考探究；選擇、填空、簡(jiǎn)答等問題，可以為學(xué)生提供實(shí)時(shí)的自主學(xué)習(xí)過程性評(píng)價(jià)。

（六）多感官聯(lián)動(dòng)夯實(shí)學(xué)習(xí)效果

研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的感知通道差異不大，所以，教師從多個(gè)渠道輸入信息，刺激學(xué)生多種感官來優(yōu)化教學(xué)，能夠取得良好的教學(xué)效果^[6]?；趫D層操作的學(xué)件，將調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺感官，在閱讀中認(rèn)知背景；調(diào)動(dòng)學(xué)生的聽覺感官，借助指令進(jìn)行探究進(jìn)階；調(diào)動(dòng)學(xué)生的觸覺感官，操作地圖完成圖層疊置。在多元感官的聯(lián)動(dòng)刺激中，學(xué)件不斷夯實(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

（七）自主制作發(fā)揮教師能動(dòng)性

可以說，比較了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的是任課教師，任課教師應(yīng)是設(shè)計(jì)學(xué)件和跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)過程的最佳人選。一線教師大多擁有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材把握也比較到位，能有效避免學(xué)件開發(fā)中脫離課標(biāo)、教材、學(xué)情等問題。更重要的是，自主制作學(xué)件還能激發(fā)教師的主觀能動(dòng)性，讓教師主動(dòng)研究適合的學(xué)件以服務(wù)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于以上分析，我們發(fā)現(xiàn)，教師需要借助能夠?qū)崿F(xiàn)圖層操作的交互性較強(qiáng)且方便使用的平臺(tái)、軟件來制作學(xué)件。當(dāng)前教師教學(xué)中使用的平臺(tái)大多是通用性、基礎(chǔ)性的，很難兼顧不同學(xué)科的差異化需求。而且，一些軟件雖然具有圖層疊加功能，如ArcGIS和天地圖等，但因這些軟件過于專業(yè)或者無法實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，限制了學(xué)件某些功能的實(shí)現(xiàn)。

為了獲得圖層操作效果，筆者通過大量嘗試，發(fā)現(xiàn)教師可用PPT中對(duì)底圖和要素透明圖層的動(dòng)畫設(shè)置實(shí)現(xiàn)圖層疊加或拆分操作^[7-8]。然而，僅僅借助PPT動(dòng)畫，教師難以滿足學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)的需要。為此，筆者嘗試了多種可將PPT轉(zhuǎn)化為線上交互操作的途徑，如運(yùn)用九云圖、PP匠、91速課等，將PPT較為完整地轉(zhuǎn)變?yōu)镠TML5網(wǎng)頁再進(jìn)行分享和在線操作。運(yùn)用PP匠、91速課，教師還可增加語音指導(dǎo)功能以優(yōu)化交互性，但它們對(duì)于較復(fù)雜的動(dòng)畫或者鏈接功能轉(zhuǎn)化效果欠佳。而且，受平臺(tái)、軟件在用戶二次開發(fā)上的限制，僅僅基于PPT的動(dòng)畫與鏈接等基本功能制作的HTML5網(wǎng)頁，在交互性方面表現(xiàn)一般。

為了充分挖掘PPT功能，并將其轉(zhuǎn)換為可供交互的學(xué)件，筆者聚焦PPT尋找解決方法，最終發(fā)現(xiàn)了iSpring Suite插件。通過此插件，教師可以把PPT課件發(fā)布為HTML5格式的網(wǎng)頁，且動(dòng)畫、鏈接等無損。之后，教師將對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁發(fā)布到網(wǎng)站上，方便學(xué)生便捷操作。iSpring Suite插件還有豐富的場(chǎng)景功能，可以進(jìn)一步提高學(xué)件的交互性（如圖1）^[9]。

四、案例分析

下面通過具體案例來介紹此學(xué)件的使用方法。日常教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生分析區(qū)位條件時(shí)常常需要綜合考慮不同的地理要素。這是培養(yǎng)學(xué)生綜合思維的良好契機(jī)。筆者結(jié)合探究活動(dòng)“澳大利亞‘小麥—牧羊帶分布的影響因素”內(nèi)容，運(yùn)用地理交互學(xué)件，開展教學(xué)活動(dòng)，提高教學(xué)效果。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生沉浸式體驗(yàn)自主學(xué)習(xí)

情境教學(xué)是地理課標(biāo)中的一條重要建議，對(duì)教師教學(xué)效果的提升很有幫助，在線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)中也較為需要。此案例中，教師先介紹了澳大利亞小麥—牧羊帶的素材背景，創(chuàng)設(shè)出探究其分布的教學(xué)情境，以激發(fā)學(xué)生的好奇心。之后，以問題設(shè)置、語音錄制等方式，引導(dǎo)學(xué)生深入探究其區(qū)位因素。環(huán)環(huán)相扣的問題鏈和原聲語音，不僅拉近了師生之間的距離，有效避免了人機(jī)交互的不足，還會(huì)給學(xué)生營(yíng)造出沉浸式的自主學(xué)習(xí)環(huán)境（如圖2），調(diào)動(dòng)了學(xué)生的多元感官。

（二）圖層操作，可視化培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維

為了培養(yǎng)學(xué)生綜合分析不同地理要素的能力，教師借助澳大利亞小麥—牧羊帶區(qū)位條件分析案例，在學(xué)件中為學(xué)生提供了豐富的、相同尺度的半透明專題圖層。這些圖層有些要素與小麥—牧羊帶的形成相關(guān)，有些無關(guān)。教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)同尺度下的差異化圖層，其實(shí)是在強(qiáng)化學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知能力。學(xué)生根據(jù)初步判斷進(jìn)行有針對(duì)性的圖層疊加操作，能夠可視化驗(yàn)證小麥—牧羊帶與不同要素的相關(guān)性，從而初步篩選出影響小麥—牧羊帶分布的要素。

但是僅僅進(jìn)行相關(guān)要素篩選，它在提升學(xué)生綜合思維能力上的作用是有限的。從核心素養(yǎng)培養(yǎng)來看，該交互僅能實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合思維水平二的培養(yǎng)，即能夠?qū)o定的簡(jiǎn)單地理事象，從多個(gè)地理要素相互影響、相互制約的角度進(jìn)行分析；能夠結(jié)合時(shí)空變化，對(duì)其發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行分析，給出簡(jiǎn)要的地域性解釋。因此，教師還需設(shè)計(jì)更豐富的交互來優(yōu)化學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（三）關(guān)卡進(jìn)階，螺旋式提高學(xué)生的素養(yǎng)水平

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，此學(xué)件創(chuàng)設(shè)了闖關(guān)進(jìn)階的情境，并基于核心素養(yǎng)水平劃分設(shè)置了不同的關(guān)卡任務(wù)（見表1）。

關(guān)卡一中，教師引導(dǎo)學(xué)生用圖層操作篩選小麥—牧羊帶分布影響要素，符合綜合思維水平二的要求。

關(guān)卡二中，基于綜合思維水平三的要求（能夠結(jié)合給定的復(fù)雜地理事象，綜合各要素，系統(tǒng)分析其相互影響、相互制約的關(guān)系，從時(shí)空綜合維度對(duì)其發(fā)生、發(fā)展和演化進(jìn)行分析，給出合理的地域性解釋），教師設(shè)置了對(duì)不同圖層所代表要素和小麥—牧羊帶分布的邏輯表述任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在感性判斷的基礎(chǔ)上，理性分析各要素的具體影響?？紤]到學(xué)生的基礎(chǔ)和能力有差異，在理性邏輯表達(dá)之前，教師還設(shè)置了選擇、填空題，為學(xué)生搭建腳手架。

關(guān)卡三中，基于綜合思維水平四的要求（能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中的地理事象，如自然環(huán)境的變化、區(qū)域發(fā)展、資源環(huán)境與國(guó)家安全問題等，運(yùn)用要素綜合、時(shí)空綜合、地方綜合的分析思路，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性、地域性的解釋），教師引導(dǎo)學(xué)生客觀評(píng)價(jià)不同影響因素，并對(duì)各影響因素進(jìn)行分類，比如哪些是自然因素，哪些是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，哪些是有利因素、不利因素，哪些是直接因素、根本因素，哪些是偶發(fā)因素、普遍因素，等等，預(yù)測(cè)不同因素的影響程度，幫助學(xué)生對(duì)該類問題形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)舉一反三。

關(guān)卡四中，在學(xué)生對(duì)該問題形成客觀、系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生在可持續(xù)發(fā)展觀念的指導(dǎo)下，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。在學(xué)生了解了澳大利亞小麥—牧羊帶的不利影響因素后，教師還要引導(dǎo)學(xué)生從可持續(xù)發(fā)展的角度，提出合適的應(yīng)對(duì)措施，螺旋式提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

（四）交互測(cè)評(píng)，過程化評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果

為了支持關(guān)卡進(jìn)階模式的順暢推進(jìn)，筆者充分利用PPT及其iSpring Suite插件的不同交互功能（如圖3）。比如，為了增強(qiáng)學(xué)件的交互性與沉浸感，筆者對(duì)需要按鈕操作的環(huán)節(jié)錄制了語音，通過語音引導(dǎo)、說明提高交互效率，優(yōu)化交互體驗(yàn)^[10]。

學(xué)件還充分利用iSpring Suite中的測(cè)驗(yàn)、互動(dòng)、對(duì)話模擬等插件，通過交互式測(cè)評(píng)方便學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)^[11]。其中，測(cè)驗(yàn)?zāi)K包含選擇、填空、簡(jiǎn)答、配對(duì)、排序、評(píng)分、問卷等常規(guī)測(cè)驗(yàn)內(nèi)容，還有圖點(diǎn)等地理性較強(qiáng)的內(nèi)容，考查學(xué)生對(duì)區(qū)域的認(rèn)知能力；互動(dòng)模塊包含流程類、注釋類、目錄類等的交互功能 ；模擬情景對(duì)話模塊中，教師能夠快速創(chuàng)建關(guān)聯(lián)場(chǎng)景的情景模擬對(duì)話，優(yōu)化人機(jī)交互體驗(yàn)，有效訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)能力^[12]。

五、總結(jié)評(píng)價(jià)

在此基礎(chǔ)上，筆者與團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了豐富的實(shí)踐操作，針對(duì)學(xué)科與跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)了20個(gè)交互式學(xué)件，歸納出PPT軟件與iSpring Suite插件支持的基于圖層操作的進(jìn)階式地理交互學(xué)件開發(fā)邏輯（如圖4），有效提升教學(xué)交互性，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)需求。

學(xué)件有以下兩方面的創(chuàng)新之處：一是創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)云端的圖層交互操作。學(xué)件借助PPT插件，不僅解決了圖層操作的功能需求問題，還符合教師的操作習(xí)慣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官，借助問題鏈設(shè)計(jì)有效地促進(jìn)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。二是實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的可視化培養(yǎng)。對(duì)不同要素專題地圖進(jìn)行疊加操作，就是對(duì)某一區(qū)域的不同地理要素進(jìn)行綜合分析的思維可視化過程；對(duì)某一區(qū)域不同要素專題地圖進(jìn)行拆分操作，就是對(duì)該區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)分析的思維可視化過程。這也符合“做中學(xué)”的要求，是對(duì)“雙新”“雙減”教學(xué)要求的有效落實(shí)。

目前，教師可以將學(xué)件發(fā)布到網(wǎng)站上供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，初步解決了在線使用問題。對(duì)學(xué)生使用反饋進(jìn)行分析后，我們發(fā)現(xiàn)，它還存在交互效果和使用體驗(yàn)欠佳的問題。比如文字類型的交互評(píng)價(jià)，因?yàn)閕Spring Suite的填空與簡(jiǎn)答等交互題目只有在與答案意思和表述完全一致的情況下才會(huì)判斷正確，導(dǎo)致部分意思正確但表述略有差異的答案被誤判，從而影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，當(dāng)前學(xué)件界面設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，不利于學(xué)生的沉浸式學(xué)習(xí)。教師也沒有收集和分析學(xué)生在學(xué)件上的交互數(shù)據(jù)，進(jìn)一步制約了學(xué)件效果的發(fā)揮。

應(yīng)該說，文字類型交互評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確是教師面臨的一個(gè)較為普遍的問題。大部分教學(xué)平臺(tái)也存在這樣的問題，此問題的有效解決還需基于機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)發(fā)展作為支撐。當(dāng)前，教師可以通過尋找替代平臺(tái)或者在iSpring Suite填空、簡(jiǎn)答交互題中盡可能多地提供差異化的答案表述來降低此問題的發(fā)生頻率。針對(duì)學(xué)件界面設(shè)計(jì)問題，在學(xué)件基本框架和功能明確后，筆者會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化排版設(shè)計(jì)，多維度創(chuàng)設(shè)虛擬場(chǎng)景，以解決這一問題。此外，要不斷升級(jí)網(wǎng)站服務(wù)器配置，對(duì)收集到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向?qū)W生反饋對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)報(bào)告，客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的素養(yǎng)水平，為學(xué)生推送有針對(duì)性的學(xué)習(xí)資源，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性學(xué)習(xí)平臺(tái)的搭建，助力學(xué)生的學(xué)習(xí)更加智能、便捷。

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（作者系上海市民立中學(xué)地理教研組組長(zhǎng)，一級(jí)教師）

責(zé)任編輯：孫建輝