“三維數字地球”在地理課堂情境教學中的應用

張根華 竇靜

摘 要：“三維數字地球”是國產的專業虛擬地球類軟件，具有集成數據及影像豐富、數據及影像分析處理能力強、支持數據下載及傾斜投影、真實呈現各種地理信息等優勢。將“三維數字地球”應用到課堂情境教學中，有利于學生開闊視野、從宏觀上正確地認識地理環境、了解區域環境的差異與人類活動、理解人地關系及可持續發展的重要性。文章主要討論了“三維數字地球”在地理課堂情境教學中的優勢和主要應用功能，并舉例進行剖析，以此豐富地理課堂教學的技術手段和應用情境，更好地服務于地理課堂教學。

關鍵詞：三維數字地球;地理課堂;情境教學

隨著信息技術水平的不斷提高，越來越多的虛擬技術融入課堂教學中，并且與課堂教學的融合不斷深入。“三維數字地球”具有強大的數據技術優勢、多樣化的操作應用功能，發揮虛擬技術優勢構建課堂教學“虛擬”情境，能夠幫助學生更好地建立空間概念、認識“真實”的地球與地理環境、掌握區域環境與人類活動的關系、從宏觀上理解人地關系等。

一、“三維數字地球”的數據和技術優勢

三維數字地球作為地球虛擬技術類應用軟件，融合了眾多數字地球類應用的數據優勢和技術優勢，具有地圖數據豐富、分析處理技術功能強大等優勢。

三維數字地球融合了大量地圖在線數據，如谷歌地形、谷歌影像、天地圖、地質圖、海洋圖、氣象圖、歷史地圖及各類專題地圖，為教師尋找教學專題地圖節省了大量時間。三維數字地球提供的大量在線地圖數據，已經基本能夠滿足教學的需要。同時，三維數字地球作為開放性虛擬地球演示軟件還可以加載本地數據，進行數據的演示、分析和處理，為針對性地進行課堂情境教學提供了操作平臺（圖1）。

三維數字地球在技術上具有強大的數據分析處理優勢，利用三維數字地球不僅可以進行在線地圖數據的演示，還可以進行在線數據影像下載、測量及在線分析、數據轉化、地圖標繪編輯、人工模型和場景建立、傾斜攝影等操作。利用三維數字地球的技術優勢，能夠更好地演示地理現象和分析各種地理事物的變化（圖2）。

二、“三維數字地球”在地理課堂教學中的主要應用功能

三維數字地球的多樣化地圖數據和分析處理技術優勢，為信息技術環境下的地理課堂教學提供了更加廣闊的空間和平臺。

借助三維數字地球的“在線地圖”和“本地數據”加載功能，可以展示海量的、多樣的、真實的、三維立體的地圖和影像，可以應用到所有需要地圖的地理教學中，如區域地理、常見地形地貌、聚落空間形態、自然環境對人類活動的影響等，能幫助學生有效地建立空間概念、形成對區域和地理環境的正確認知。利用“經緯網格”顯示功能，可以立體地、多角度地呈現經緯網，有利于學生培養空間思維、正確地認識和掌握經緯網的知識（圖3）。

借助“測量”功能可以實現圖上實際距離、高度、面積的測量，為開展線上虛擬教學提供參考數據。利用等高線預覽功能或地形下載、等高線生成功能，可以實現立體地形與等高線的轉化、疊加，滿足學生學習掌握等高線地形圖的需求，提高學生立體與平面的空間轉化能力[1]（圖4）。

借助“分析”功能的可視分析、剖面分析、淹沒分析、緩沖區分析等，能夠實現兩點之間通視判讀、特定地點可視域范圍分析、剖面圖的繪制、水位變化導致淹沒區變化等。借助這些功能可以為區域開發、工程建設選址、自然環境對人類活動的影響等內容的教學，提供可模擬化的、可視化的案例分析，有助于學生對教學內容的深度理解（圖5）。

借助影像地圖、地形下載功能，可以對在線的影像和地形（DEM）數據下載，借助三維數字地球或其他軟件的數據處理功能，可為教學案例的制作提供有效數據。教師可以根據實際教學需要進行數據的下載和加工轉化，制作教學案例提升教學的有效性和針對性。三維數字地球還可以根據需要繪制虛擬場景、添加3D人工模型、加載和編輯傾斜影像等（圖6）。

三、“三維數字地球”在地理課堂情境教學中的應用案例

結合高中地理課堂情境教學的需求，借助“三維數字地球”海量數據及智能化的分析操作功能，能夠有效地提高教學效率、激發學生的積極性，現階段筆者在課堂情境教學中使用“三維數字地球”的教學案例主要有以下幾例。

1.典型地形地貌類型分析

2017年普通高中地理課程標準中明確提出了培養學生的地理實踐力，通過戶外考察、實驗、社會調查等研究方法，培養學生的意志品質和行動能力。課程內容設計中也有大量的地理實踐內容，如內容標準“1.4 ?野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，說明其景觀的主要特點”。

帶領學生進行野外實踐是幫助學生認識地貌的最佳途徑，但受典型地貌分布分散、實踐安全等因素影響，通過野外實踐認識地貌的實施難度較大。借助“三維數字地球”平臺呈現地形和影像數據，可以將真實的、立體的地形多角度呈現，學生可有效了解各類典型地形地貌的分布、區域環境特征等，進而了解地形特點、分析地貌成因[2]。如以認識沖積扇地貌為例，教師可以在“三維數字地球”中標注出沖積扇的位置，并從不同的角度讓學生觀看沖積扇的特點。通過觀察可以了解到沖積扇與河流、沙源之間的關系，為分析沖積扇的成因奠定基礎（圖7）。

2.地質構造分析

利用“三維數字地球”，以3D視圖形式瀏覽各類地形地貌，為學生還原一個真實的、立體的、三維的空間地形，將地形與地質構造數據疊加，可以為學生學習地質構造提供便利。在學習地質構造內容時，通過加載地形數據、地質構造數據進行圖形疊加，可呈現立體構造地形[3]。以“我國的地質構造”為例，學生通過圖8可以了解我國不同地區的地形與地質情況，輔助學生學習地質構造相關內容。這樣既可以有效地呈現真實的地理信息，同時有利于激發學生學習的積極性。

3.等值線的判讀分析

等值線的判讀與分析是高中地理教學中的重要內容，如等高線、等壓線等，“三維數字地球”可實現等值線的預覽與生成，為等值線的學習提供大量的案例。利用“三維數字地球”的等高線預覽功能，根據教學實際需求選擇“繪制矩形”或是“選擇面”，可直接生成選擇區域內的等高線。學生可以將等高線與地形、地貌進行一一對應，并從不同角度觀察等高線特點，幫助學生理解等高線與地形之間的關系（圖9）。

4.自然條件對聚落的影響分析

自然條件如地形、河流、礦產等方面對聚落選址、形態等方面有重要的影響，如果教學中僅空洞地描述，無法使學生形成形象的認知。利用三維數字地球可以選取真實的聚落案例，從多角度形象地分析自然條件對聚落的影響。如選取平原、山地、丘陵等不同地形區的典型聚落形態，使學生觀察、感受不同地形影響下聚落形態的具體、真實影像，進而理解地形對城市的影響。如平原地區地形對聚落束縛少，聚落多呈團狀;山區地形束縛聚落發展，使聚落多為條帶狀，且多分布在河谷地區（圖10）。

以上是近年來筆者在課堂情境教學中應用“三維數字地球”的部分案例。三維數字地球的數據優勢、分析處理技術優勢以及智能化操作優勢，非常適合應用于地理課堂情境教學。“三維數字地球”在高中地理課堂中的應用是學科教學發展、信息技術與學科教學融合的必然趨勢，但還有待更多地理教師的共同探索和研究，為此筆者將繼續不遺余力地進行探索和實踐。

參考文獻：

[1]季靜宇.AR技術在初中地理教學中的應用——以“等高線地形圖”為例[J]. 地理教育，2018（04）：51-52.

[2]范文娟.身未動 心已遠——Google Earth在地理教學中大顯身手[J].地理教育，2008（01）：65-66.

[3]于濤，尊珠桑姆.虛擬地球逐次添加圖層法在高校地理教學中的應用[J].教育現代化，2017（53）：183-184.