融合SAMR模型和GoogleEarth，開展地理虛擬實踐教學

張現瑤 王曉明 劉樹敏 朱麗東

關鍵詞：SAMR 模型;虛擬實踐教學;Google Earth;河流地貌;教學啟示

在《普通高中地理課程標準（2017年版）》（以下簡稱2017版課標）中，地理實踐力作為高中地理學科的核心素養之一。地理實踐既是地理學重要的研究方法，也是地理課程重要的學習方式。[1]而戶外考察、地理調查等手段則是培養學生地理實踐力素養的典型方式。在疫情防控常態化時期應把握轉變育人方式的契機，有效推進地理實踐力教學。本文以“信息技術與課堂教學深度融合”為抓手，遵循SAMR模型的層次內涵，充分利用Google Earth具身化、可視化、多樣化的功能特點，通過“地理虛擬實踐”替代“戶外真實情境”，在任務情境的逐項解決中實現學習進階，在富有秩序和效率的課堂中實現淺層學習向深度學習的轉變。

一、SAMR 模型和Google Earth 在地理虛擬實踐教學中的作用

1.SAMR模型及其與地理虛擬實踐教學的聯系

SAMR模型是一種表述教育技術在教學實踐中的層次模型，是魯本普特杜拉（Ruben R. Puentedura）博士于2009年針對選擇、應用和評價“技術”的作用而提出的。SAMR 是替換（Substitution）、強化（Aug?mentation）、修改（Modification）及重塑（Redefinition）英文首字母的縮略語。它強調首先借助信息技術替代解決傳統教學中提煉的主題或任務，彌補傳統教學工作中因信息技術缺乏所造成的不足與缺陷，完善和豐富教學情境中的知識與能力，從而塑造基于信息技術的個性化教學思路和操作步驟。SAMR模型在契合地理學科思想方法的基礎上融合現代教育技術，使地理虛擬實踐教學由“改善教學”層面進階為“改變教學”層面，推動地理實踐力素養落地，促進學生高階思維能力提升（圖1）。

（1）替代（S）層次

“S”位于信息技術應用的最底層，與傳統的紙筆講授式教學無本質區別，即通過應用教育技術代替傳統的教學操作。在地理虛擬實踐教學中，利用地理信息技術軟件的可視化功能，提取3D立體地圖，指導學生觀察具體的地理事象，通過具身體驗獲得直觀感受，達到替代線下實地戶外實踐的效果，該層次適合地理位置、地理空間分布等主題教學。例如，可以借助Google Earth的虛擬現實技術指導學生觀察歸納溝谷地貌中“V形谷”的位置及形狀。

（2）強化（A）層次

“A”位于信息技術應用的第二個層次，在“替代”的基礎上有所增強，即在實現普遍性的教學操作之后，針對特定的教學任務開展探究活動，從而更具效率地完成指定的課堂任務。在地理虛擬實踐教學中，強化層次不僅僅是“走馬觀花式”的模擬考察觀測，更是通過地理戶外教育的某個主題活動，即依據明確的教學目標開展虛擬實踐，該層次適合地理特征、地理差異類主題教學。例如，可以借助Google Earth的標尺功能指導學生分析“V形谷”的成因，比較“V形谷”和“槽谷”的地理特征差異。

（3）修改（M）層次

“M”是信息技術真正發揮特殊優勢的層次，是指在有秩序地完成教學任務的過程中，發現延伸性的問題，再利用技術進行解決，從而實現“技術輔助教學—發現延伸問題—技術解決問題—深化教學意蘊”式的螺旋上升。在地理虛擬實踐教學中，學生完成“主線”探究任務之后，創造性地在虛擬地圖中發現新的問題并予以解決，實現淺層學習到深度學習的轉變，深化對區域認知、人地協調觀等學科核心素養的感知理解，該層次適合地理因果關系、地理過程等主題教學。例如，可以借助Google Earth的時間序列功能展示不同年份的河谷谷坡位置及數量，引導學生描述河流階地形成的自然地理過程。

（4）重塑（R）層次

“R”是技術應用的最高層級，技術開始定義新的教學任務并引導學生通過自主、合作探究的方式完成相應任務，展示學習成果并進行交流評價。在地理虛擬實踐教學中，教師可以布置課后任務，通過展示地理信息技術中所蘊含的教學創新點，指導學生通過規范化的流程進行探究學習，并及時進行成果展示和評價，該層次適合空間相互作用、人與地理環境關系等主題教學。例如，可以通過地理信息技術軟件中的圖層疊加功能，引導學生評價沖積平原一般作為重要商品糧基地的原因。

2.Google Earth在地理虛擬實踐教學中的優勢

Google Earth作為集成了眾多地理信息資源的虛擬地球，依托其操作便捷、資源豐富、功能全面等優勢，在中學地理教學領域應用廣泛。通過GoogleEarth開展線上地理虛擬實踐活動，可以充分利用其位置搜索、3D模擬瀏覽等功能替代實現線下地理實踐的探究，進而發展學生的空間思維能力，培養其地理實踐力素養水平。

（1）可視化有助于準確定位和直觀感悟

可視化教學是通過地圖手段實現地理信息表達和傳遞的過程，Google Earth以三維地球的形式整合了衛星照片、航空拍攝等多種資料，使得大尺度的地理事物和現象的可視化教學成為可能[2]。地理虛擬實踐教學中通過位置搜索、位置標記功能，精準確定實踐點位，進而利用2D瀏覽模式觀察實踐點的空間范圍和地理事物，形成對區域空間的大致認識，然后通過3D瀏覽模式觀察地理事物的實景圖，直觀感受地理事物的相關特征，總結歸納相應的地理概念，形成個性化的心理地圖。

（2）具身化實現大尺度立體化的虛擬實踐

具身情境的感受是Google Earth的一大特色。通過“瀏覽路線”功能，在線上就可以完成對較大尺度區域范圍的考察，以彌補現實戶外考察范圍相對局限、體力消耗過大、時間不充足等問題，幫助學生形成科學的空間概念和地理思維;通過“街景模式”功能，可以跟隨“游客”的腳步實現虛擬現實的三維場景考察，使學生擁有沉浸式、互動性的體驗，激發學生的學習興趣，在區域認知的基礎上強化情感態度價值觀層面的具身感受。

（3）多樣化使多種地圖要素全面覆蓋

Google Earth的功能多樣化體現在地圖要素的全面覆蓋。通過增刪圖層要素獲取相應的地圖形式，方便進行專門化和特定性的虛擬探究活動;通過標尺功能可以測量某地的長度、高度、寬度、角度等要素，足不出戶就獲得了地理事象的精準測量數據;此外，谷歌地球具有顯示歷史圖像的功能，能夠呈現不同時期地理事物的發展過程[3]，通過該功能了解幾十年來的區域環境變化，突破時間限制，實現區域的“同地異時”比較，便于結合多方面要素開展地理過程的變遷分析。

二、融合SAMR 模型和Google Earth 的“河流地貌的發育”實例探究

技術作為與課堂教學實踐相契合的教學生長點，在地理虛擬實踐教學中發揮著不可替代的作用。在2017版課標中，關于“河流地貌的發育”的內容要求是：通過野外考察或運用視頻、圖像識別河流地貌，并描述該地貌的景觀特征。本堂虛擬實踐課立足于技術的先天優勢，通過SAMR四層次模型規范教學流程，并結合Google Earth的查詢、高程配置顯示等功能帶領學生進行“野外考察”，開展地理虛擬實踐活動。

1.虛擬現實，具身體驗（Substitution）

通常在本節內容講授中，教師組織學生開展以“河谷地貌識別”為主題的野外考察，帶領學生實地識別河流地貌在不同流域的不同特點，增加學生的直觀感受。開展線上教學則可以通過Google Earth的多樣化功能，將野外課堂“搬到”虛擬的線上世界，和學生一起開展一次虛擬地理考察。針對河流地貌發育的知識，教師在課前將Google Earth的安裝包和使用說明發送給學生，請學生提前下載安裝并通過搜索和瀏覽功能提前觀察黃河上、中、下游的地貌景觀，做好課前預習。

2.重組課堂，虛擬實踐（Augmentation）

教師首先播放黃河的俯拍視頻，讓學生感受奔騰的黃河從出山口到入海口所流經的區域及其在沿途塑造的千姿百態的地貌景觀，并適時拋出問題：為什么黃河上、中、下游地區的景觀差異如此之大？隨后，教師打開Google Earth通過保存的臨時位置找到黃河上游河谷，通過3D模式向學生展示河谷的正面形態（圖2），利用“標尺”功能對河道進行標注，并使用“顯示高度配置”功能得到河谷的高程和寬度數據，通過語音提問請學生描述黃河上游河谷的地表形態，即黃河上游區域多高原山地，谷壁陡峭，河道比較狹窄。教師解釋河流上游接近源頭的河谷形態即河谷發育初期的形態特征以及為何形成“V形谷”。教師以同樣的方式找到黃河中游河谷的位置，并展示其3D形態（圖3），觀察到河道寬闊可推測黃河中游流經低山平原，是典型的河谷發育中期的地表形態，形成“U形河谷”。最后教師展示黃河下游山西省永和縣河道連續彎曲的衛星圖，出現了黃河“連續拐彎”現象，可知黃河下游地形以平原為主，流速更加緩慢，是典型的河谷成熟期地表形態，形成寬闊的“槽谷”（圖4）。

教師繪制并展示所取河道的高程—寬度關系圖，引導學生思考上游河谷比中游地區更深長狹窄，下游河谷比中游更寬廣的原因。經過學生自主討論后，教師進行歸納：上游流速快，落差大，水流不斷向下沖刷河床，受沖刷的部位受物質蝕離，且不斷向源頭侵蝕，因此上游地區以下切侵蝕和溯源侵蝕為主;中游地區流速減緩，河道彎曲處水流向外侵蝕拓寬河床（圖3），凹岸產生侵蝕現象，而凸岸堆積，發育農田和聚落，因此中游多以側蝕為主;下游側蝕能力更強，河道不斷侵蝕形成河曲。教師展示河流在不同位置、不同侵蝕方式下形成的不同河谷特征的表格，并要求學生當堂在線填寫，幫助學生更加系統地了解河流地貌的發育過程，明確黃河上、中、下游景觀差異的原因。

3.虛擬考察，深化認知（Modification）

教師通過課前“添加—瀏覽”功能創建的路線設計，帶領學生前往黃河中游內蒙古鄂爾多斯市附近進一步進行虛擬考察。在探究活動前，教師在屏幕上展示牛軛湖的圖片及相關資料，結合Google Earth中鄂爾多斯附近湖泊的衛星圖像，講述該區域牛軛湖的形成過程，幫助學生初步了解牛軛湖的基本形態及其與河道裁彎取直的關系（圖5）。

為便于學生認識湖泊發育演變的地理過程，教師利用“歷史圖像”功能，展示1984年的牛軛湖圖像以供學生對比分析。學生通過對比發現，隨著時間的推移，該湖的河曲彎度不斷變大，后經洪水作用裁彎取直，廢棄河曲發育成牛軛湖。教師結合河流的侵蝕方式總結出牛軛湖的一般形成過程，即河流擺動形成彎曲→側蝕加強，河曲發展→河流沖擊裁彎取直→原河曲成為牛軛湖。教師指導學生借助河流的侵蝕方式明晰了牛軛湖的形成過程，這既是對所學知識的即時應用，也是對黃河流域典型景觀的區域認知。

4.實踐拓展，交流評價（Redefinition）

為了幫助學生更完整地了解黃河流域的地貌類型，教師利用Google Earth的“模擬飛行器”功能帶領學生前往我國國家級自然保護區黃河三角洲進行考察。通過俯瞰考察，可以清晰地觀察到黃河三角洲的形態及其海岸線的分布特征。教師使用“歷史圖像”功能，將1984年和2016年黃河三角洲的衛星圖像（圖6、圖7）進行對比，直觀感受到面積大小、整體形態、海岸線的形狀和土地利用類型等方面發生的變化較大。

為了培養學生搜集地理數據、處理數據和分析評價等基本技能，提高學生的決策能力和問題解決能力，教師布置線上探究任務，以“近30年間黃河三角洲的變遷及其成因簡析”為研究課題，分小組搜集相關的文獻資料、數據信息。學生最終可以通過多種形式（研究報告、視頻等）在線上多媒體平臺進行匯報交流，并由教師及其他同學對每組的成果進行評價賦分。

三、SAMR 模型和Google Earth 融合開展地理虛擬實踐教學的建議

1.熟練使用信息技術，逐級促進學習進階

應用SAMR模型開展教學活動的核心就是充分發揮信息技術的功能。信息技術輔助完成教學任務，又逆向促使新教學任務的產生。因此，信息技術作為SAMR模型中連接既定教學任務和定義新任務的橋梁，在課堂教學中至關重要。SAMR模型的四階段任務，由下至上可以分成兩個層面，替代和強化屬于“改善”（improvement），意味著它們利用技術取代或改進了學習任務中的現有工具;修改和重塑屬于“改變”（change），表示它們為學習提供了新的機會，而這種機會在沒有技術的情況下是不可能出現的[4]。只有熟練使用所需的信息技術，精心制定教學方案和活動方式，并且能夠根據實際情況和學生的接受水平協調技術內容，方能在“改善”到“改變”中實現學習進階，完成從淺層學習到深度學習的轉變。

2.實現具身情境體驗，激發地理思維能力

地理戶外實踐作為培養學生地理實踐力素養的重要方式，不但可以在真實情境中內化相關的地理概念和原理，更能在實踐中培育學生的地理思維，形成“地理眼看世界”的理念。在地理虛擬實踐教學中要達到甚至超越線下教學的效果，就要充分實現具身情境的體驗，讓學生借助3D立體技術進行沉浸式、互動性學習，在更大的尺度和更廣的角度上開展空間格局的覺察和空間現象的思考。在地理思維能力培養中，讓學生從初始的無思維狀態不斷提升，是培養學生地理核心素養的主要路徑。[5]因此，教師要充分運用Google Earth中的位置標記、路線瀏覽、標尺、模擬飛行器等功能，彌補線下地理實踐中考察范圍局限、觀察角度單一等問題，并通過其多樣化的功能，不斷發現有價值的地理問題，將問題交由學生進行科學探究、交流評價，拓寬學生視野，提升學生的地理思維能力。

3.科學制定教學目標，構建系統的“SAMRGE”課程

課程是教學的基本載體，為了使SAMR 模型和Google Earth更好地融合發展，應根據課程的進階性、開放性、有序性特點，依托地理信息技術進行“SAMRGE”課程重點開發。該課程應制定明確的發展目標，即促進地理信息技術與中學地理課堂教學的有機結合，以實現學生對基本知識和基本技能的掌握，從而富有效率地解決地理問題。課程應依托2017版課標的內容準則和學業質量要求，深入挖掘新教材中適宜構建的自然地理、人文地理及區域發展模塊的課程資源，重組設計相應的教學案例，收集Google Earth中的資料影像，編制開發成果評價標準，以期達到培養學生地理學科能力、落實地理核心素養的目的。