數字星球系統在地理教學中的應用芻議

崔靜云 方曉穎 徐寶芳

摘 要：文章在對數字星球系統特征進行分析的基礎上，探究了數字星球系統在地理教學中的應用優勢：地理內容立體化，有利于培養學生空間觀察力與想象力;地理內容動態化，有利于突破地理教學難點;地理教學方式多樣化，有利于激發學生地理學習興趣;地理教學媒體組合化，有利于培育正確的地理觀念。闡述了數字星球系統在地理教學應用中的注意事項：關注學生的地理學科核心素養的培養;遵循認知規律，師生都應成為使用主體;注意多種媒體配合，發揮各教學媒體的優勢。

關鍵詞：數字星球系統;地理教學;核心素養

地理學科是一門集區域性、綜合性于一體的學科，學生掌握地理知識的難點在于如何培養其空間觀察力與想象力。隨著科技進步，數字星球系統應運而生。通過多年的地理教學實踐發現，數字星球系統能將平面地理知識立體化、時序演變地理知識動態化、地理空間格局知識組織化，對激發學生學習興趣、培養觀察能力、開展參與式學習等能起到積極作用。但數字星球系統在地理教學中的普及性還不夠，應用的效果也有待提高。如何發揮數字星球系統的優勢，在地理教學中有效使用數字星球系統，仍需在實踐基礎上不斷探索。

一、數字星球系統組成與地理事物的呈示

1.數字星球系統的組成：硬件、軟件和資源

數字星球系統又稱多媒體球幕投影演示儀，先后被列入《中華人民共和國教育行業標準》和《中學地理專用教室裝備規范》。數字星球系統包含硬件和軟件兩部分：硬件系統由投影機、魚眼透鏡組、球形投影屏幕、底座、遙控器等組成;軟件系統由平臺軟件、二次開發軟件包、配套新課標資源和指導手冊等組成。如圖1所示。

數字星球是經數字化三維顯示地物的虛擬地球，它可以虛擬自然演變的過程。球形投影技術結合軟件技術，數字星球系統能夠立體、動態、直觀地顯示地理、天文等學科知識，模擬各種地理現象以及星體的運動過程。它通過集成多種媒體資源，借助遙感、遙測信息呈現真實的三維地物影像，這是傳統教學無法實現的;數字星球系統的地理教學能夠突破時間和空間、宏觀和微觀、歷史與現實的限制，使知識得以在其產生的情境中呈現，在包含知識的真實場景和問題解決中呈現。

2.數字星球系統呈示地理事物的方式：點、線、面結合

探究數字星球展示不同類型地物的特點對學生理解地理知識有很大的幫助。數字星球主要以點、線、面的方式呈示地理事物。

數字星球呈示點狀地物，通過突出地物的位置引起學生的注意，進而引導學生思考其分布的原因。如教師在講解南極地區的時候，展示南極科考站的位置，學生通過觀察數字星球并結合相關材料思考科學考察站選址的依據。

數字星球呈示線狀地物，突出地物分布的趨勢特征，以加強學生對重要地物輪廓的觀察。教師用線狀的方式展現人類探索世界的過程，既可以看到探索世界的過程及經過的地方，使學生對探索過程充滿興趣，又可以通過數字星球的展示和教師講解的故事，讓學生了解當時的情形，感受探險家的堅強意志力，更好地培養學生的地理觀念。

數字星球呈示面狀地物，突出地物分布及地理現象。數字星球可以結合教學內容的邏輯順序，將講解的重點區域內容以顏色突出、閃爍等方式展示出來，便于學生排除干擾，抓住重點，有利于對各個區域進行觀察與理解，培養學生區域認知等地理學科核心素養。

在不同的比例尺中，同一地物可分別以點、線、面三種形式表達，突出重點;也可將點狀地物、線狀地物、面狀地物疊加顯示，直觀顯示其規律及特點，增強教學效果。

二、數字星球系統在地理教學中的應用優勢

1.地理內容立體化：有利于培養空間觀察力與想象力

空間性是地理學科的一個重要特點，缺乏空間想象力是造成學生學習地理知識的主要障礙之一，因此，培養學生地理空間能力是地理教學中的一個難點。傳統的課堂教學環境主要是平面的，教師只能將空間信息通過地圖或地球儀等教具進行展示。數字星球系統能立體、動態地呈現地理事物，這對培養學生的空間觀察力、空間想象力和空間思維能力有很大的促進作用。

例如，在進行“晨昏線”教學時，教師利用數字星球，可從多個角度觀看地球上的晝夜更替現象。教師確定晨線，讓其位置不動，地球緩慢自轉，讓學生觀察晨線的特征。這時可請學生到球體前觀察，由一名學生按住晨線不動，另一名學生在球體上找到一個點，學生發現隨著地球自轉經過晨線后該地點就由黑夜變為白天。當教師將觀察位置調轉到昏線時，發現昏線和晨線的原理是一致的。這時可讓學生一邊觀察一邊繪制晨昏線（圖2），學生的空間觀察與想象能力就會得到提高。

2.地理內容動態化：有利于突破地理教學難點

地理學科有很多理性知識抽象難懂。單純通過教師講解地理事物的運動和變化過程，初學者在理解上有障礙。借助PPT、圖像、視頻等常規性多媒體技術，一定程度上可將抽象知識具體化，但學生的認知依然以靜止不動為主，教學難點難以突破。數字星球系統在三維球面立體屏幕上動態展示地理現象的空間分布格局和變化過程，使學生獲得連續、動態、立體、形象的感性認識，可降低教學難度，化難為易，提高課堂教學效果。

例如，在運用數字星球系統進行“海底地形”教學時，不僅可直觀表現出地球不同區域海底地形的變化，還可動態展示海水被抽干的過程中形成大陸與海底地形的差異（圖3），解決了傳統教學模式中只能抽象表述的難題。

3.地理教學方式多樣化：有利于激發地理學習興趣

數字星球系統融文本、聲音、圖像、圖形、動畫于一體，可產生球面電影的視覺效果。通過強烈的聽覺和視覺的沖擊力，容易喚起學生的好奇心和注意力。在可感的情境中，幫助學生充分拓寬視野，滿足學生對自然、人文地理的認知欲，有助于激發學生探究地理知識的興趣。

例如，在地理第一課的教學時，可以用天文穹頂展示四季星空圖、星系、星座、星云、宇宙環境等天文景觀，浩瀚的宇宙、美麗神秘的影像，再配合音效，可將學生的注意力吸引到課堂之中。

4.地理教學媒體組合化：有利于培育正確的地理觀念

運用數字星球展示地理現象、地理過程時，可創設教學情境，使學生在掌握地理知識的同時，感知科學家探索世界的過程，體悟環境問題，從而培養學生正確的觀念。例如，在“全球氣候變化”的教學中，利用數字星球系統顯示海平面上升淹沒沿海低地的動態圖，能夠給學生很強的震撼感，在他們心里播下人地協調的種子，在潛移默化中培育學生正確的思想觀念。

三、數字星球系統在地理教學應用中應注意的問題

1.數字星球作用：關注地理學科核心素養的培養

數字星球系統是現代化教學工具，在教學中恰當使用可以提高教學效果。但是教學與技術相比，“教學第一、技術第二”，技術是為教學服務的，數字星球的使用也是如此。數字星球系統運用過程中，必須依據先進的教學理念設計教學，在教學設計中考慮如何發揮數字星球的優勢，在教學實施中恰當地運用數字星球，發揮其對促進學生地理學科核心素養培養的作用。為此，教師更需要關注數字星球技術應用過程中如何發揮其育人價值，例如，如何讓學生多視角觀察數字星球所演示的現象，并進行合理解釋？如何借助數字星球系統開展探究式學習？總之，要充分發揮數字星球教學系統在“激發興趣、學習知識、培養能力、影響思想”等方面的功能。

2.數字星球使用：遵循認知規律，師生都應成為使用主體

《義務教育地理課程標準（2011年版）》和《普通高中地理課程標準（2017年版）》都強調信息技術在地理教學中的應用以及學生應用信息技術的能力，因此，在運用數字星球系統進行教學中，教師和學生都應該成為使用的主體。教師可以借助數字星球系統進行多種類型的教學設計與實施;學生則可以利用數字星球系統向教師講述自己的學習設計、向同學們演示自己的學習成果，完成數字星球教學系統支持下的認知過程，即感知體驗、觀察反思、形成認知、應用知識，詳見圖4所示。這樣一來，強化了學生地理學習的參與感和體驗感，能激發其學習興趣，逐漸把數字星球系統設計成自主學習、合作交流以及情感激勵的工具，從而提高地理學習能力與水平。

3.數字星球運用：注意多種媒體配合，發揮各教學媒體的優勢

實踐證明，在運用數字星球系統進行地理教學時，需要針對不同的教學內容，選擇與其配合使用的多種教學媒體，如交互式電子白板、黑板、學案、地圖冊、教科書等，各種教學媒體互相配合，發揮各自優勢，這樣基于多種媒體的真實體驗與觀察，才能全方位調動學生參與課堂學習的積極性，并不斷拓展參與的廣度與深度，提高地理教學的有效性。

總之，數字星球系統作為一種教與學的支持工具，已成為一種教與學的伙伴，成為支持地理知識建構的一種學具與教具和支持合作學習的一種媒體。我們要在實踐中不斷挖掘其育人價值，探討其在課堂各教學環節中的作用，分析其在自主探究學習中的應用廣度與深度等問題，從而才能不斷提高數字星球在地理教學中的應用水平。