三維數字地球（LocaSpace-Viewer）在高中地理教學中的應用初探

摘 要： 隨著信息技術與課程融合的不斷深入，越來越多的信息化手段融入我們的課堂教學當中，同時各種信息技術軟件更加智能化、操作人性化、使用門檻降低，使得很多教師更加樂于使用信息技術手段解決課堂教學的重難點。三維數字地球（LocaSpace-Viewer，簡稱“LSV”）是一款地理教學中非常實用的地理信息技術軟件，本文結合近年來筆者對“三維數字地球”在課堂應用的心得，從“三維數字地球”的功能介紹、“三維數字地球”的課堂應用案例分析、“三維數字地球”的應用優勢等方面，介紹“三維數字地球”在高中地理教學中的應用。

關鍵詞： 三維數字地球（LocaSpace-Viewer）;地理教學;應用

隨著現代化達標建設和三通兩平臺的建立，為信息技術的應用提供了硬件保障和網絡支撐，近年來筆者在教學中不斷嘗試將“三維數字地球（LocaSpace-Viewer，簡稱“LSV”）”技術融入高中地理課堂，經過幾年的實踐和探索，發現“三維數字地球（LSV）”不僅轉變了學科知識的呈現方式、學習方式，更多地還在轉變我們的思維方式。下面介紹一下筆者對三維數字地球（LSV）在高中地理教學中的應用的淺顯認識。

一、三維數字地球的主要功能

“三維數字地球（LSV）”是一款國產的專業虛擬地球軟件，集成了谷歌地圖、天地圖、微軟地圖以及氣象地圖、地質圖等影像，能夠實現傾斜投影、快速地瀏覽、測量、分析和標注三維地理信息數據，并支持離線使用。其主要功能有：

1.地圖及影像瀏覽功能

三維數字地球集成了多款地圖數據，能夠實現各類在線數據，如谷歌地圖（包括谷歌影像、谷歌歷史影像）、天地圖、微軟地圖以及氣象地圖、地質圖等影像添加，也可以添加本地數據。通過添加各類影像數據，用戶可以在顯示窗口任意瀏覽、查詢所需要的地圖和影像信息，同時三維數字地球以3D視圖形式進行地圖瀏覽和呈現。

利用三維數字地球以3D視圖形式查看和瀏覽各類地形地貌、城市形態、地圖道路以及建筑等，為學生還原一個真實的、立體的、三維的空間形態。

2.智能化的地圖標繪和編輯功能

三維數字地球具有智能化和全面化的標注功能，利用三維數字地球的標注功能，不僅可以添加地標、繪制線、添加任意面和矩形，并能夠對添加的對象進行移動和節點編輯等，還可以根據需要進行地圖標繪的編輯。這樣可以使我們的地圖標繪更加優化，在地圖標繪的基礎上，選擇區域進行后面地圖瀏覽或是地圖的分析。

3.智能化的分析功能

三維數字地球在智能化分析功能方面，相較于同類軟件，在地理學科的課堂教學中更具有可操作性、普及性。三維數字地球的智能分析功能主要包括通視分析、可視區域分析、雷達分析、填挖方分析、剖面分析、淹沒模擬和創建緩沖區。通過選擇對應的點、線或是面狀區域，可以進行相應的區域通視、剖面繪制、填挖方計算、淹沒過程分析和緩沖區建立分析，為我們講述等高線通視、剖面圖繪制、氣候變暖海平面上升等，進行實踐模擬提供了真實的演示操作。

4.全面的測量功能和經緯網顯示

在測量功能上，三維數字地球能夠進行三維立體測量，即距離、高度、面積和三角測量，不再局限于單純的距離測量，測量功能更加實用和強大。例如在距離測量中，可以實現地表距離、空間距離和投影距離的測量;在面積測量中，可以實現地表面積、空間面積和投影面積的測量;在空間上還可以進行高度和三角測量。

在三維數字地球中還可以進行星空、大氣層和經緯網（網格）的設置，從而顯示星空背景、大氣層狀態和經緯網形狀等，為學生呈現較為真實、直觀的模擬地球，其中的經緯網顯示功能，能夠更好地幫助學生理解經緯網的特點。

5.簡單化的地圖下載和高程預覽與生成

三維數字地球具有影像和地形數據下載功能，用戶可以根據實際需要進行數據的下載，并且可以將數據進行轉化加工，重新加載到三維數字地球軟件當中進行顯示。同時三維數字地球還提供了高程提取，借助此功能可以實現區域內高程的提取，生成高程文件;等高線預覽功能則可以根據需要進行任意等高線的預覽;等高線的生成功能則是將數據根據需要，轉化成等高線的shp文件，可將改文件加載到三維數字地球或是谷歌地球中，實現二維平面等高線與立體地形的疊加使用。

二、三維數字地球的課堂應用案例

三維數字地球的智能化操作和強大的功能，為我們的地理教學提供了大量的技術支撐和資源支持，若將三維數字地球的各項功能進行合理組合，應用到我們的地理課堂教學當中，將很大程度地提高我們的教學效率，激發學生的積極性。現階段，筆者在課堂教學中應用到三維數字地球的課堂案例眾多，下面選取部分案例進行展示，主要有：

1.三維數字地球與經緯網案例分析

經緯網是學習地球、地圖的基礎，是初高中地理教學中的重難點內容之一，尤其是在學習地球運動意義時，若經緯網知識掌握不牢固則很容易出現錯誤。同時由于經緯網是人為假想的網格線，學生只能通過地球儀觀察到經緯線，不利于學生的理解和掌握。利用三維數字地球的經緯網格功能，可以將經緯網加載到三維數字地球，同時對赤道、回歸線、極圈以及重要的經線進行了標注處理，可以有效演示經緯網分布規律、不同視角的經緯網形態等。

在經緯網的學習中，最短航線是困擾學生的難點之一，利用三維數字地球的經緯網格功能和測量功能，可以有效地幫助學生理解最短航線問題。在處理最短航線問題時，首先可以沿緯線選取起點和終點，測量兩點沿緯線的距離。然后仍以兩點為起點和終點，繪制不同線段并測量該線段長度，并與沿緯線長度進行對比。如下圖，起點和終點分別相同，若沿緯線測距兩地為3 610. 41 km，而通過向高緯彎曲選點測距僅為3 571. 44 km，由此可見兩地之間的最短航線并非沿緯線航行，通過這樣的比較使學生理解最短航線。在舊版本的三維數字地球中還具有最短航線的演示，可以更加直接地幫助學生理解最短航線，利用三維數字地球有利于學生學習和理解最短航行航線的相關內容。

2. 三維數字地球與地形地貌類型、地質構造案例分析

在地形地貌類型分析和地質構造案例的教學中，可以利用三維數字地球的地形數據、地形影像和地質圖的加載、瀏覽功能，完成該部分內容的教學。

首先在地形地貌類型的學習中，學生應該了解不同類型的地形地貌，并能夠根據地形地貌的特點、分布等分析其成因。在完成此部分內容教學時，教師通過三維數字地球加載谷歌地形和谷歌影像數據，可以將真實的、立體的、三維地形以3D形式進行呈現。同時各類典型地形地貌的分布區、區域環境特征等，也能夠通過影像進行觀察，從而有利于學生了解地形特點、分析地貌成因。如以山地為例，學生可以從不同的角度觀察山地特點。

在進行地質構造內容教學時，教師可以通過加載地形數據、我國地質構造數據等，以我國的地質構造為例，分析地質構造相關內容。如下圖，學生可以了解我國不同地區地形與地質情況，輔助學生學習地質構造相關內容。

3." 三維數字地球與等高線的判讀應用案例分析

等高線預覽、生成是三維數字地球相較于其他類似軟件最為突出的功能之一，在等高線的判讀與應用課例中，可以使用三維數字地球的谷歌等高線加載功能、等高線預覽功能或是等高線生成功能等，完成本節課的學習。

首先是加載谷歌等高線完成等高線的判讀，主要方法是加載谷歌地形、谷歌等高線，并將谷歌等高線數據屬性設置為70%的透明度（如圖），這樣可以直接觀察各類地形地貌的等高線特點，輔助學生理解等高線與地形之間的對應關系和等高線的特點等。

其次利用三維數字地球的等高線預覽功能，選擇“操作”工具欄中的“工具”功能區中的“等高線預覽”，根據實際情況在彈出的對話框中選擇“繪制矩形”或是“選擇面”，既可以直接生成選擇區域內的等高線，同時系統可以將生成的等高線進行自動平滑處理，使得視覺效果更佳。（過程和效果如下圖）

最后利用等高線的生成功能，通過“地形數據”下載、數據格式轉化、生成等高線shp文件、加載等高線shp文件等過程來實現。方法一的谷歌等高線圖像模糊;方法二只能進行預覽，預覽過程中無法進行其他操作。而此方法是以數據的形式進行加載，避免了前兩種的弊端。（如下圖）

4. 三維數字地球與天氣變化及特征案例分析

在傳統的天氣變化及特征的教學當中，教師多是從身邊案例入手，利用天氣預報視頻、文字材料、學生對天氣的感受等進行分析，對學生而言多是直觀的感受，并沒有對天氣變化的成因進行深入的學習和分析。

在利用三維數字地球進行天氣變化及特征分析時，教師可以利用三維數字地球的氣象數據加載功能，在氣象數據中加載實時的世界風向、氣溫、降水、氣壓以及海浪數據進行影像呈現，學生可以直觀地觀察到不同地區氣溫、降水、氣壓、風向的變化以及海洋地區的海浪情況。教師可以選取某地作為研究案例，分析該地的氣候特征，同時學生也可以選擇任意案例進行描述，從而完成天氣變化及特征的學習。

例如，我們以下圖中的地區為例，通過加載風向數據和氣壓數據，學生可以對風向和氣壓變化進行可靠分析。

5.三維數字地球與人類活動選址案例分析

在學科教學過程中涉及大量的人類活動選址，例如商業活動選址、學校選址、交通樞紐選址等等，我們利用三維數字地球的創建緩沖區功能，可以為我們的人類活動選址提供較為科學的依據。

例如，下圖為某地區同一人類活動現址的分布情況，若每個活動中心的服務范圍均相同，則可以根據此圖制作緩沖區示意圖，由緩沖區示意圖可知在新地標處是現址服務的空白區，因此適宜建立新的活動中心。

三維數字地球由于其強大的演示功能、在線操作分析功能，非常適合地理課堂的應用，以演示和解決地理教學中的重難點。同時其操作的智能化，適合教師和學生共同操作使用，完成課堂的教學與學習。以上案例僅僅是筆者在課堂教學中的部分實踐，仍有大量的課堂教學案例可以通過使用三維數字地球更好地完成，這也有待于所有地理教師的共同探索。

三、三維數字地球應用的突出優勢

隨著三維數字地球技術的不斷開發與發展，應用優勢也越來越明顯。其優勢主要體現在：

1.開放性軟件，基礎地圖數據豐富

三維數字地球是一款開放性的虛擬地理演示軟件，有PC端、安卓端和網絡版，與同類型的其他軟件相比，具有明顯的開放性特征。三維數字地球集合了各類軟件的操作優勢，同時利用網絡的開放性，融合了大量的、不同類型的地圖數據庫，如三維數字地球可以加載在線的谷歌地圖、天地圖、微軟地圖和各種專題地圖，同時可以加載本地的地圖數據。豐富的地圖數據，為我們的教學提供了更多的選擇。

2.集演示與功能操作于一體

三維數字地球不僅能夠通過加載不同的地圖數據進行3D演示，還具有分析操作功能，如透視分析、緩沖區分析、剖面圖分析和等高線的預覽與生成等等。使用者既可以利用三維數字地球進行各類數據的演示，還能夠進行各種數據的操作，集演示與功能操作于一體，大大方便了我們的課堂教學。

3.數據下載與加工功能相結合

三維數字地球為我們提供了數據和影像的下載功能，我們能夠根據教學需要進行數據、影像下載，這樣可以滿足我們在斷網情況下使用。同時三維數字地球的數據加工也是非常強大的，例如傾斜投影的數據轉化、影像地形拼接、影像地形處理、GPS轉化KML以及Excel向KML的轉化等。

4. 軟件之間的兼容性強，可與多款軟件兼容使用

三維數字地球兼容了多種軟件的優點，也可以與多種軟件進行兼容性使用，例如三維數字地球可以與谷歌地球進行數據互通使用。同時三維數字地球可以與surfer、global-mapper以及ArcGIS等兼容，這樣可以將各類軟件的制作成果，利用三維數字地球進行呈現，豐富教學內容。

以上是近年來筆者通過對三維數字地球的不斷摸索研究，并根據課堂教學應用實踐所得到的心得體會。三維數字地球在高中地理課堂中的應用是學科教學發展、信息化技術發展的必然趨勢。為此筆者將繼續不遺余力地進行探索和實踐，也請各位專家不吝賜教，感謝各位專家。