同屏投影技術下三維視角應用軟件與地理教學的融合

馮嘉琪

隨著智慧校園的建設與學校基礎教育平臺的完善，信息技術與教學的深度融合在各學科的研究中有了更加精細化的發展。本文基于移動互聯網、物聯網和應用軟件，結合教師自身特點，以“同屏投影展示空間”為支撐，對地理教學的課堂模式進行了探索。

研究背景

1.地理教學中存在的問題

地理空間能力是地理學科學習過程中的核心能力之一，也是空間能力的重要組成部分，但培養學生的地理空間能力在中學階段較為欠缺。

首先，地理空間思維具有一定的形象性，學習內容的空間尺度超出學生可接觸的范圍以后，教師只能夠通過地圖、景觀圖或多媒體軟件為學生提供素材，素材依然以平面素材為主。在實踐應用中，地理空間思維還包括空間綜合關聯性的應用，而平面素材難以充分地展現出地理事物之間的空間位置關系，學生在課堂上的體驗程度不高。

其次，在數字化校園建設過程中，各學校基本以安裝多媒體教學平臺為主，多媒體教學平臺基于計算機、投影、電子白板等硬件設備，僅能提供音頻、視頻和電腦屏幕的輸出，對可感性強、體驗性強的應用軟件無法支持。

最后，在不斷發展的移動終端應用市場中，逐漸出現很多對地理教學有幫助的應用軟件和素材。為了使用這些移動終端上的素材，教師需要預先通過截圖、剪輯視頻、制作課件等傳統方式對教學資源進行轉化，這使得教師在整理教學素材方面花費了大量時間，降低了工作效率。

2.案例產生

地理學科知識來源于生活，豐富多彩的地理事物及其之間的聯系是地理學科的基本學習內容，教師在進行備課的過程中對素材的豐富度要求較高。常用素材形式多為視頻、照片和文字，但在電腦端或移動終端的應用軟件資源上，也能發現不少能夠服務于地理教學的應用軟件，它們結合移動終端內置的羅盤功能、GPS定位功能和多點觸摸屏幕，為使用者提供一個可感性強、體驗性強的三維視角。另外，不少的軟件還應用全景相機的技術，為使用者提供一個真實的、全方位的、數據量大的三維景觀，讓其有身臨其境的感覺。

雖然應用軟件資源如此豐富，但在數字化校園里課室配備的多媒體平臺卻不足以支撐這樣的應用軟件。而同屏投影技術的使用能為豐富的三維視角應用軟件和課堂教學展示搭建一座橋梁，使得地理教學素材的來源更加豐富，學生的課堂學習體驗更加深刻。

3.技術支撐說明

（1）同屏投影技術簡介

同屏投影技術是物聯網發展過程中的一個產物，在支持多種同屏鏡像協議的情況下，通過移動終端上的小屏復制大屏功能，把移動終端上的設備屏幕通過無線網絡在投影儀、高清電視上進行輸出，從而使更多的人能夠共享移動終端上屏幕的內容。

在高效利用現有設備，不影響原有使用過程的基礎上，在課室的多媒體平臺上添加同屏投影設備。教師自帶移動終端設備并通過無線網絡連接同屏設備，轉換輸入信號即可在原有投影儀上輸出移動終端屏幕映像，展示移動終端上的內容。

（2）surface平板電腦的應用和應用系統的選擇

針對專業性較強的應用軟件（如Google earth等），一般選擇使用surface平板電腦，這樣可以在使用中隨意轉換電腦模式和平板模式。在電腦模式的使用過程中，教師不需要重新使用一個系統；轉換為平板模式后，教師可以在Windows的應用商店中，選擇能輔助教學的應用軟件。

針對生活性比較強的應用軟件（如騰訊地圖、星圖等），一般選擇用ios系統或安卓系統的移動終端設備，教師可以直接在自己的手機上或平板電腦中完成相關的應用軟件下載和展示，投入成本和推廣難度較低。相對于Windows的平板電腦來說，ios和安卓系統應用商店中的應用軟件資源會更加豐富，也更容易應用在生活中。

（3）應用軟件探索

作為地理教師，要時時留心生活、發現生活和熱愛生活。從備課的角度來說，教師需要拓寬備課素材的來源思路，針對課題所屬的知識板塊進行劃分，并根據課標的具體要求進行深入解讀，了解課題中希望培養學生哪些方面的地理學科能力，再在應用軟件市場上進行資源的搜索。

典型案例

在“同屏投影展示空間”試點的支撐下，基于同屏投影技術下三維視角應用軟件與地理教學的融合，考慮自然地理和人文地理的學習內容、課堂教師應用和課外學生應用、常規課堂和課外社團活動呈現等多個方面，選取以下三個實例進行具體說明。

1.“Google earth”在自然地理教學中的應用

Google earth是一款讓人感嘆的應用軟件，是地理教學中最早被深入挖掘應用功能的軟件。隨著功能不斷更新，它提供的已經不僅僅是一個可“觸摸”的地球，還可以帶領使用者在時空中游走。該軟件帶來了豐富的地理知識，在屏幕上可以從外太空的視角一直深入到地表中具體的街道，可以找到不同自然地理事物和人文地理事物的位置，把GPS路線可視化并模擬飛行在其上空的過程，也可以潛入海洋，還可以在3D的模式中俯瞰各個城市，借助歷史地圖和遙感數據的重疊進行分析。

教學情境一：地球是個球體——地平面是個曲面？

平板呈現：Google earth中直接呈現出地球的形狀。

學生活動：指尖觸摸屏幕移動三維視角的地球，進一步感受地球形狀。

學生提問：我們站在地面上如何感受出地平面是個曲面？

平板呈現：Google earth利用飛行模式的功能，進一步讓學生觸摸屏幕模擬出在地平面快速飛行時，先看到一棟高樓的樓頂，然后才看到高樓的全貌的經過。

教學情境二：山體的不同部位——山脊和山谷如何區分？

平板呈現：Google earth在青藏高原上飛越了高山。

學生活動：觸摸平板使鏡頭落在青藏高原的某一座山上，推近鏡頭落到山麓，提高視角觀看冰川或河流的形狀。利用水往低處流的特征明確冰川河流的位置就是山谷的位置。

教學情境三：找到海溝的位置幫助理解六大板塊。

平板呈現：Google earth在馬里亞納海溝附近的鏡頭，感受顏色代表的海水深度，從而確定馬里亞納海溝的位置。

學生活動：對照書本六大板塊的示意圖，結合馬里亞納海溝的深度，觸摸Google earth推近鏡頭感受顏色的變化，尋找其他海溝和六大板塊之間的關系。同時，鞏固海洋深度的概念，回顧海拔高度的閱讀方式。

設計意圖：結合湘教版七年級上冊第二章《地球的面貌》中的學習內容，利用surface平板電腦的多點觸控屏技術支撐，讓學生體驗外太空看地球的感受。Google earth軟件能夠清晰地呈現出世界的海陸分布，學生通過遙感地圖的顏色能清晰地判別地形的類型，在視覺和聽覺體驗的基礎上，提升觸覺體驗，增強對方位的認識。

2.“騰訊地圖”在區域地理教學中的應用

騰訊地圖是一款在電腦和移動終端上都可以很好呈現各種主題地圖的應用軟件，其中包含了基本導航使用的矢量化道路地圖、3D模擬城市建筑物的地圖、衛星地圖和街景地圖。在此基礎上，它配合ios系統移動終端的內置羅盤功能，還能夠在使用街景地圖的過程中，實時判斷使用者面向的方向。衛星地圖可以宏觀呈現出一個區域內的地理事物，而街景地圖則基于全景相機技術的應用微觀呈現出一個讓人身臨其境的景象。

教學情境：河流的冰封——兩幅街景地圖中的河流有可能是同一時間拍攝的嗎？

平板同投：投影出珠江上廣州華南大橋的景觀和黃河上鄭州桃花峪大橋上的景觀。

教師提問：投影上的珠江和黃河上兩座大橋的景觀，騰訊地圖上的景觀是同一時間拍攝的嗎？如果是，是什么季節拍攝的？如果不是，又是什么季節拍攝的？

學生活動：點擊進入這兩座大橋的街景地圖進行體驗和感受。

設計意圖：針對騰訊地圖的地區特點（不能詳細顯示其他國家），該應用軟件在中國地理的學習中效果更佳。一方面，利用俯視和側視兩種視角可以讓學生感受3D的景觀；另一方面，學生結合羅盤功能，通過觀察街景地圖中的人文環境素材，可以從微觀上學到很多主題地圖無法呈現的內容，它是學生用于感受自己未曾到過的區域的一個良好載體。

3.“星圖”在天文學生社團中的應用

星圖是一款被譽為“口袋里的天文館”的應用軟件，功能很強大，適合學生在進行天文類社團活動中使用。它通過GPS定位系統技術，實時描繪出一個三維立體的宇宙狀態，每一顆恒星和行星都能被點擊呈現具體信息。結合移動終端內置羅盤功能，使用者只要轉動移動終端方向，就能實時顯示當前方向天空的景象，再結合指星筆，學生能夠自主學習各種自然天體。

設計意圖：在學生社團的活動中，自主學習應該是活動的基本常態。天文類的社團在開辦的過程中會遇到不少問題，尤其是在設備的購買上。不少學校都在建設天文臺，但投入資金較大，使用頻率不高。星圖這款軟件可以使學生在日常的培訓和自主學習中，以成本最低、覆蓋范圍最廣、操作性最強的既經濟實惠又便捷的方式來認識天體，并在操作的過程中，通過同屏投影技術與其他成員相互學習。

上述的三個案例，在使用者、使用地點和使用時間上，覆蓋面都變得更廣，雖然在這個過程中同屏投影技術只是一個呈現手段，但它把豐富多彩的應用軟件資源帶入了師生學習的空間中。

總結與反思

1.從使用效果方面

三維視角應用軟件在實際的操作中讓人很容易感受空間內的實際情況，同屏投影下呈現出的動態能夠引起學生強烈的學習興趣和操作欲望。在這樣的課堂氛圍下，學生能夠感受更有趣、更豐富的課堂。學生渴望在認真學習的情況下，獲得操作平板的機會，其他學生也能夠實時地看到展示學生的操作情況，加強了生生和師生之間的互動。

但是，一方面，由于平板電腦現在的配備數量以及同屏設備的輸入端口轉換還未能達到高效轉換，因此學生在課上的實際操作時間相對較短。另一方面，由于很多學生剛開始接觸三維視角的應用軟件，還處于摸索使用的狀態，操作時間上需要教師嚴格控制。

2.從學情方面

本案例的實驗場所為初中，因此學生的地理學科素養還處于初始培養階段，通過更多的實際景觀增強學生體驗，增加學生對地理事物的認識是非常重要的。學生的地理思維還沒有完全形成，對多種地理事物還有較強的好奇心，在這樣的學習狀態下，如果學生能在課室中身臨其境地感受世界，則更容易理解正在學習的內容。

3.從教師專業成長方面

同屏投影技術搭建了一座應用軟件和課堂多媒體平臺的橋梁，在信息技術的應用上對教師提出了更高的要求。教師在選擇應用軟件和尋找教學資源的過程中，促進了自身的專業發展。教師在選擇應用軟件的同時需要考慮課程標準和學生學科能力的培養，從而使應用軟件更有針對性地服務于課堂。不浮于表面的應用軟件進課堂是信息技術與地理教學深度融合的重要體現。教師也在此過程中，通過課后反思和總結提升，不斷提高自身專業水平。

4.從地理學科素養培養方面

新的地理學科素養提及，學生需要具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，強調學生自主發展、合作參與和創新實踐。在此要求下，學生的學習素材必定需要更加貼合生活、走向生活、用于生活，教師在課堂上應當引導學生從視覺、聽覺甚至觸覺的體驗上獲取知識，在應用軟件的使用上跟上時代的潮流，充分發揮學生作為“數字土著”的基本學習能力。

5.從信息技術與教學深度融合方面

同屏投影技術在不改變原有設備和師生使用的情況下，已經錦上添花地為師生帶來實在的便利。在同屏投影技術的支撐下，信息技術與教學深度融合體現在對應用軟件的深挖程度上，對應用軟件挖掘得越深、越透徹，課堂的內容就越多元化。其中，三維視角和內置羅盤功能的結合使得所有的體驗都變得真實可信，同屏投影下的實時映像又能向學生展示操作的界面，解決了多媒體站臺固定在一個位置的弊端，也改變了課堂中只能呈現平面視角素材的不足。

相信隨著技術水平的提高，信息技術與教學深度融合還將進一步體現在學生小組互動學習、學生地理素養綜合評價等多個方面。

建議與展望

1.對應用軟件的進一步探索

在資源搜索的過程中，有如下幾點需要注意的事項：一是關注應用軟件的數據來源，選擇權威的應用軟件設計公司，以保證展示課堂內容的科學性；二是關注應用軟件的操作界面，在呈現同樣內容的應用軟件中，選擇操作界面簡單清晰、可視化程度高的應用軟件，以保證課堂展示的清晰度和課堂效率；三是關注應用軟件功能，不少的應用軟件功能相當強大，一款應用軟件可以有多個功能服務于教學，相反應用軟件也可以用在課堂以外的教學環節，帶領學生發現生活中的地理。

2.對學生空間能力素養的思考

本案例主要呈現出信息技術對地理教學的學科素養評價，尤其是在學生地理空間能力的培養上起到了舉足輕重的作用。學生的空間能力是三大基本能力之一，它是數學、物理、化學、生物等學科，甚至藝術類學科都需要的一種能力。本案例能夠對其他學科的教學起到一個啟發的作用，學科教師可以在對學生空間能力要求較高的章節中，使用三維視角應用軟件，給予學生更加深刻的體驗。同時，隨著全球定位系統的逐步普及，對學生的空間能力素養要求的提高，學生學會使用導航軟件，獲取電子地圖信息的能力也是生活中的必備能力之一。

3.對信息技術與教學融合的啟發

知識來源于生活，也要回歸生活，“學以致用”是學生綜合成長的重要體現。所以教師在教學過程中的素材應更多地來自于生活，移動互聯網下的生活模式應更多地建立在移動終端APP上。在基礎平臺和優質網絡環境下，只有秉承“授之以漁”的基本理念，尋覓學生所需，尋覓課程所需，才能真正實現信息技術與教育教學的深度融合，體現教育信息化的重要地位。