巧用“星圖”軟件 開展交互可視化地理教學
——以“宇宙中的地球”為例

陸莉敏 蔡 凌 陳 實

（華中師范大學 城市與環(huán)境科學學院, 湖北 武漢 430079）

巧用“星圖”軟件 開展交互可視化地理教學
——以“宇宙中的地球”為例

陸莉敏 蔡 凌 陳 實

（華中師范大學 城市與環(huán)境科學學院, 湖北 武漢 430079）

課堂交互可視化的發(fā)展趨勢，要求教學設備的更新。智能手機將成為實現交互可視化地理教學的有力工具。本文通過案例研究法，以智能手機軟件“星圖”應用于地理教學為例，探討了該軟件開展交互可視化地理教學的三個實施路徑：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提供思路。

軟件教學功能；交互可視化；地理教學

我國未來課堂的特征之一是交互性，良好的互動會幫助有效教學順利達成[1]。未來課堂的交互性體現在人與人、人與資源、人與設備的互動上。如地理課堂上地理教師與學生之間的互動、學生與學生之間的互動、師生與教學資源之間的互動、師生與教學設備之間的互動。這種發(fā)展趨勢要求可視化地理教學走向交互可視化地理教學。因此，相應的教學資源、教學設備、教學方法要滿足交互可視化教學發(fā)展的需要。長期以來，紙質印刷品如課本、投影儀等物品設施一直是可視化教學工具和手段，但這些設施存在信息流通單向、使用途徑單一的弊端。而智能手機因其功能強大、擴展性能強、支持多種第三方軟件等優(yōu)點，是實現交互可視化地理教學的有力工具。因此，本文以智能手機軟件“星圖”應用于地理教學為例，探討開展交互可視化地理教學的實施路徑，為教師開展高水平可視化教學提供思路。

一、“星圖”軟件介紹

“星圖”是一款查看星空分布的軟件，它使用最先進的全球定位系統技術，能實時、準確地描繪一個三維立體的宇宙狀態(tài)，并以地平坐標系為基礎，通過輸入任意地點的經緯度，可以在軟件界面上查看該地星空的場景，如星座位置、行星運動狀態(tài)等。該款軟件支持iOS和Android兩種系統，可通過各大手機應用平臺上搜索下載。

軟件界面簡潔，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)，學生通過點擊菜單或搜索指定內容，軟件就會將其結果呈示在該區(qū)域。

二、“星圖”軟件的教學應用分析

表1 “星圖”軟件部分功能介紹

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

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

1.各類信息交互，滿足學生求知欲

“星圖”軟件內置十二萬五千多個天體，不僅有完整的梅西耶天體目錄中的天體，也包括太陽系各天體，如太陽、地球、月球等。該軟件除了能呈現天體的高清圖片外，還會提供天體的各種參數，如距地球距離、直徑、絕對星等、自轉周期等。教師在授課的過程中，可利用該軟件的這一功能，讓學生進行個性化探索，而軟件根據學生的檢索，會提供相關天體的知識。

案例1：“天體”教學片段

師：同學們閱讀課文段落、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)出的光要經過6千多年才能到達我們地球。它的直徑有11光年，相當于天鵝座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。

本案例通過人機交互，將學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，學生可以從視覺上感知該天體的形狀和亮度，并通過手指在屏幕上操作，進行放大縮小，觀察該天體的內部結構，并給出天體參數的介紹，滿足了學生的求知欲。

了解天體知識是學習天體系統、地球所處的宇宙環(huán)境的重要基礎，學生必須對天體有感性認識，才能抽象出天體系統的概念和圖示。而該內容是高一學生學習自然地理的開始，因此，在教學的過程中，使用該軟件，可以滿足學生對星空及天體的好奇心，激發(fā)學生地理學習熱情，為下一步的學習打下基礎。

2.尺度與視角交互，培養(yǎng)學生空間思維

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

案例2：“太陽系八大行星的共同特征”教學片段

師：太陽系有八大行星，地球是這八大行星中既普通又特殊的行星。為什么說地球是普通的行星呢？因為它與其他行星有相似之處。那接下來我們就從行星繞著太陽公轉的角度來比較八大行星相似之處。我們可以從公轉的哪些方面來比較？

生：運動方向、軌道平面、運動軌跡。

師：現在我們就利用軟件，觀察太陽系八大行星的運動方向、軌道平面和運動軌跡。

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

本案例中，學生通過操作軟件，放大、縮小觀察尺度，感知太陽系的內部構造和各大行星距太陽遠近的次序；上下滑動界面，改變觀察視角并加快時間流逝，從北極或南極上方俯視各大行星繞日運動方向、軌道形狀，從而得出太陽系八大行星的共同特點。

幫助學生形成地理學的空間觀，是賦予基礎地理教育的重要職責[3]。這種由學生操作，改變觀察尺度、視角的教學方式，能有效地培養(yǎng)學生的空間想象力，幫助學生順利建構太陽系的空間體系，為學習地球運動打下基礎。

3.圖像分享交互，師生交流學習成果

高中地理課程標準（實驗）提出，課程目標的“過程與方法”之一，就是要求學生“運用恰當的方法和手段，表達、交流、反思自己地理學習和探究的體會、見解和成果”。該軟件可以將學生觀察到的天體圖片，通過軟件的分享功能，分享到各通訊平臺，如QQ、微信等，與教師、同學交流自己的學習成果，分享個人的學習心得和體會。

圖1 學生部分操作步驟軟件截圖

案例3：“太陽活動”結課片段

師：我們學習到了太陽大氣的結構和太陽大氣的大規(guī)模運動。那么我們現在利用“星圖”軟件，將太陽的圖像分享到班級QQ群中，老師任意選擇一個同學的太陽圖片，放到幻燈片上，請他跟我具體說說太陽的大氣的結構和大氣運動。

生：（展示圖片，如圖2所示）圖中顏色比較暗的是黑子，發(fā)生在光球層；顏色比較亮的是耀斑，發(fā)生在色球層。光球層肉眼可見，而色球層在日食的時候可見，日冕則要借助特殊工具才能觀察到。

圖2 “太陽活動”結課交流圖

本案例中，學生在學習完“太陽活動”的相關知識后，能夠識別出黑子、耀斑等太陽活動，也能區(qū)分日冕、色球、光球等太陽大氣圈層。利用截圖分享功能，將自己對“太陽活動”學習到的內容與全班同學交流，培養(yǎng)學生語言表達能力。通過交流，學生之間能相互指出其表述和內容上的優(yōu)缺點，在溝通中共同進步。

三、“星圖”軟件的教學啟示

1.開發(fā)多種手機軟件的教學功能

利用手機作為多媒體設備展開地理教學的優(yōu)勢在于手機是學生熟悉的電子設備而且人手一部，這可以彌補在電子雙板或投影儀進行展示時，學生因座位偏遠造成觀看模糊。因此，教師應根據教學內容，選擇合適的手機軟件，開發(fā)其教學功能。如，在進行“鋒與天氣”一節(jié)的教學時，教師可選用天氣類軟件，呈現一周內氣溫變化曲線，并提問學生氣溫變化是由冷鋒還是暖鋒引起。

2.注重交互的及時性

課堂教學是教師與學生的雙邊互動。而在課堂教學的過程中，由于教學任務大、教學時間緊張，許多老師都習慣于將知識直接傳授給學生，卻忽視了解學生是否已經習得相關的知識，不能夠對學生的學習結果和學習過程中出現的學習障礙進行及時的反饋。因此，教師應在學生出現疑惑或者學習困難時，了解學生的疑惑，幫助其解決問題。根據教育心理學理論，對學習活動的及時反饋，不僅能增強學習動機，而且對學習能起到促進作用。因此，不僅要重視反饋，還要及時地反饋。

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

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

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