數字星球系統在地理空間能力培養中的應用

郝亞杰 馬微

摘 要：隨著時代發展，能力的培養取代知識的記憶成為地理教學的重點。地理空間能力是學生必須要培養的能力，如何以合適的方法培養學生地理空間能力也成為教師應當關注的重點。本文立足于數字星球系統在地理空間能力培養中的應用，從地理空間能力，及其重要性;數字星球系統在高中地理空間能力培養中的作用;基于空間能力培養的數字星球系統應用策略三個方面展開探究。

關鍵詞：數字星球系統;地理空間能力;應用

數字星球系統是以計算機技術為核心，由軟件控制平臺、資源軟件和數字視覺成像圓球體屏幕構成的數字化地理教學系統。在教育信息化逐漸流行的如今，數字星球系統的應用有著相當大的作用。其既有多媒體技術的直觀性、素材豐富的特點，也有本身立體化的特點。可以說，在地圖展示方面，尤其是大尺度地圖的展現方面，數字星球系統有著相當大的優勢。這對學生地理能力和素養的培養有著重要的作用。這就需要教師積極尋找在高中地理教學中將數字星球系統充分應用的方法，以此切實有效地提高教學效率。

一、地理空間能力及其重要性

區別于其他學科定義中的空間，地理空間指的是地球表面的圈層和區域，其包括流域、氣團、土地、社團、城市等不同的單元。地理空間認知能力指人腦加工、提取、處理地理空間信息的能力。包括：空間定位、空間分析和空間想象能力。地理是一門以地球表面為研究對象的學科，而當今的教學觀念對學生能力提出了一定的要求。學生需要充分認識自己賴以生存的地球表面環境，其既需要學生能充分了解地理事物的空間分布和結構，也需要學生充分了解地理事物間的聯系與差異，掌握分析和理解生存環境中諸事物的能力。在這一要求下，培養學生地理空間能力有著重要的理論和現實意義。所以，如何以合適的方法培養學生地理空間能力成為每位教師需要思考的問題。

二、數字星球系統在高中地理空間能力培養中的作用

在過去的地理教學中，地理空間能力的培養存在著諸多的問題。一方面，教師對學生地理空間能力的培養不夠重視，在相關的教學活動中也缺乏足夠的動力。另一方面，教師采取的圖文結合的教學方法也不夠直觀，導致很多學生沒有足夠的讀圖能力，難以從教師給予的素材中獲得足夠的空間信息，自然無法有效培養自身地理空間能力，在諸多概念的認識和問題的探究中也會感覺到一定的困難，學習效率不高。在高中地理空間能力的培養過程中，教師必須要轉變教學理念，積極將日常的教育教學與新的教學方法和教學手段有機結合起來。

在高中地理學生空間能力的培養方面，信息技術的發展為教師提供了更加多樣且直觀的素材。而數字星球系統的應用對培養高中地理學生空間能力有著重要的作用，如何將數字星球系統更好地應用于地理課堂教學和學生的自主探究環節，用于提高學生地理空間能力，成為一個值得地理教師思考和研究的問題[1]。數字星球系統是一個專業性很強的專用于地理教學的三維立體動態球幕投影系統。其一方面有著直觀形象的特點，對突破一些空間性比較強的地理知識有著積極的作用;另一方面，相比過去圖文結合為主的教學方法，其本身就能為學生帶來更加強烈的感官沖擊，有利于提高地理教學的實效性和趣味性，創設更有利于學生學習的教學情境。可以說，在如今以學習者為本位的教學理念下，數字星球系統能從多個方面提高學生學習效率，這對于構建以學生為中心的教學模式有著重要的作用。

三、基于空間能力培養的數字星球系統應用策略

（一）積極參加培訓，提高教師自身應用能力

教育信息化的發展對教師的能力提出了更高的要求，如何掌握這些技能也成為影響教學效率的關鍵問題。對教師來說，也需要有終身學習的意識，不可以抱殘守缺，要嘗試使用新媒體、新技術提升地理教學的有效性。要想通過數字星球系統將地球表面空間性比較強的地理知識直觀、立體地展示出來，充分調動學生學習的積極性，數字星球系統的熟練應用是一個前置要求。相比過去的教學，這是有一定難度的。這就需要教師積極參與培訓和學習活動，有效提高自身數字星球系統應用能力。

教師要積極參與學校或者所屬地區開展的關于數字星球系統相關的集體培訓活動，以集中學習有效提高自身數字星球系統應用能力。如果學校未開展集體的學習活動，教師則可以通過大學生MOOC、網易云課堂、中國教師研修網等線上平臺尋找相關的微課學習。在實際的教學中，為了讓自身所采用的教學方法能更加適合本校學生，教師需要結成小組，開展相應的教研活動，提出將數字星球系統應用到高中地理教學中的可行性的策略。而由于數字星球系統制作課件具有一定的技術性難度，在備課環節，教師也要通過集體備課、分工合作的方式來制作數字星球系統支持下的地理課件，以此主動學習和熟悉有關數字星球系統的知識并加以應用，更好地設計問題串，引導學生分析問題。為將數字星球系統充分應用于高中地理課堂教學中做好充分準備，從而為有效培養學生地理空間能力奠定了堅實的基礎[2]。

（二）激發學生興趣，提高學生學習動力

地理空間能力的培養是以學生主體地位的充分突出為基礎的，是學生在高中時期需要培養的重要能力。在這一要求下，培養學生地理空間能力，充分激發學生興趣是一大前提，學生興趣與教師的導入有密切的關系，能否吸引學生注意力很大程度上影響著后續的教學效率。作為以信息技術為核心的一種教學手段，數字星球系統本身就有著直觀性的特點，在充分激發學生興趣上有相當大的優勢。這就需要教師將數字星球系統充分應用于導學環節，為之后的教學奠定堅實的基礎。

例如：在“地球的宇宙環境”這一知識點的教學中，教師可以數字星球系統設計激發興趣的導學環節。在地球的宇宙環境這一節，除了讓學生從可見宇宙開始，精準定位地球的位置外，教師還需要引導學生了解和認識太陽，以及太陽系的八大行星。在過去，學生對這些星球的認識多通過靜態的圖片和相應的文字、數據。而后者往往是相對枯燥的，很容易讓學生產生困頓、厭倦的狀態，不利于學生學習地理知識，培養自身能力和素養。利用數字星球系統，教師能更加形象地展現太陽系內不同星球的狀況，更好地進行相關知識的教學。如在太陽這一恒星的展示中，教師就可以講解太陽黑子、耀斑、太陽風的相關知識。由于數字星球系統直觀性的特點，學生不僅能通過立體圖像形象地了解太陽相關的知識，了解太陽黑子、耀斑、太陽風的具體形態，也會充分為數字星球系統所吸引，在之后的教學活動中表現得更加積極。當然，有必要的話，教師還要給予學生機會，將自己學習到的數字星球系統使用方法教授給學生，讓學生自己操作數字星球系統或者站在數字星球系統球幕旁擔任地理知識講解員。這樣，通過數字星球系統，教師在導學和情境創設環節有效吸引了學生注意力，激發了學生興趣，引發了學生學習地理知識的動力，為地理空間能力的培養奠定了堅實的基礎。

（三）利用可視化手段，提高空間定位能力

數字星球系統作為一種立體球幕多媒體顯示系統，能夠將地理空間中的分布位置和幾何形狀等空間信息更加準確地表達、呈現出來。學生在學習自然地理、人文地理的過程中，需要對多種地理要素的地理位置有比較清楚的了解，比如：通過經緯網確定絕對位置，在地圖中觀察相對位置等。而在過去，平面地圖缺乏直觀性，而地球儀又太小，后排學生無法有效觀察。數字星球系統避免了上述兩種方法的缺點，優勢顯著，如果能充分利用數字星球系統的地理知識可視化功能，教師則能有效提升學生的空間定位能力[3]。

如，“行星風帶”的教學中，教師就可以數字星球系統直觀展示氣壓帶和風帶在全球的分布，學生可以將氣壓帶與風帶，以及自己熟悉的國家和地點一一對應。在后續講解“氣壓帶風帶的季節性移動以及對氣候的影響”時，在過去，受限于學生的地理空間能力，很多學生學起來較為吃力，無法理解氣壓帶和風帶的具體變化。通過數字星球系統的可視化功能，教師能形象演示不同季節全球氣壓帶、風帶的位置，讓學生對不同季節的氣壓帶和風帶的變化精準定位。即學生在學習過程中可以一邊觀察數字星球系統，思考南北緯10°到20°大陸西岸和南北緯30°到40°大陸西岸氣壓帶風帶狀況，另一邊回憶初中學過的全球氣候的知識，思考對應國家或區域的氣候，以及該季節的表現。在這樣的情況下，學生就非常容易理解氣壓帶、風帶的季節性移動原因，以及氣壓帶、風帶季節性移動對氣候的影響了。此外，教師在過去的教學實踐中發現，學生對南亞的夏季風（7月）和澳大利亞西北部的夏季風（1月）理解不清楚，但是在后續基于數字星球系統設計的地理課堂中，學生很輕易就掌握了這一部分知識。可以說，數字星球系統的可視化功能對提升學生地理空間定位能力作用顯著。

（四）展示多種要素，提高空間分析能力

地理是一門綜合性學科，學生在高中地理學習過程中勢必要培養地理空間分析能力，其要求學生能全面了解一個區域的各種地理條件，具有一定的綜合思維。如，一個區域也有著相當多的地理要素。其中，自然地理要素分為地形、氣候、水文、土壤、生物等;社會經濟要素包括人口、城市、農業、工業、交通等。這些要素之間不是孤立的，而是相互制約、相互影響的，只有具備一定的地理空間分析能力，才能將多要素進行整合，理解要素與要素之間的聯系。相比過去的地圖展示方法，數字星球系統立足于信息技術，有著多圖層的特點，能選擇性地展示不同的信息，通過數字星球系統的多要素顯示功能，教師能讓學生在腦海中形成地理要素相互聯系的節點，幫助學生構建完整的知識架構，在以后遇到地理問題時能夠更好地應用所學知識分析、解決問題。

比如：在進行農業區位條件分析時，關于澳大利亞的混合農業，教師就可以將澳大利亞的氣候圖、降水圖、干濕地區分布圖、河流圖、地形圖等一一呈現，然后再將不同要素疊加呈現，這樣，學生就很好地理解了墨累—達令盆地混合農業的區位條件。在學習非地帶性規律時，以馬達加斯加島嶼東側熱帶雨林氣候為例，教師則可以利用數字星球系統將全球氣候圖、全球洋流圖和全球氣壓帶、風帶圖一一顯示，并如地理信息系統一樣，進行多要素疊加分析，而這可以幫助學生迅速理解其成因。這樣，通過數字星球系統，教師引導學生更好地了解了地理要素的內在聯系，提高了學生空間分析能力[4]。

（五）展示多時空地圖，提高空間想象能力

空間想象能力是地理空間能力的重要組成部分，其要求學生能將二維化為三維、將靜態化為動態、將部分化為整體、將文字化為圖像。而在過去的教學中，學生所能觀看到的地圖都是靜態的，這也就導致很多學生都缺乏對動態情境的想象能力。數字星球系統控制軟件有時間軸功能，通過控制時間軸，教師能顯示不同時間地理事物的地理空間分布。而通過數字星球系統多時空、多維度地對地理事物進行展現，學生能夠將本來難以想象的氣象、水文、地質過程變得三維化、可視化、動態化。學生因生活范圍和生活經驗有限，不可能接觸所有的地理事物，如果僅憑文字、圖片，難以對沒有見過的地理事物有一個比較客觀的認識。數字星球系統的多維度表達功能能幫助學生擴大視野范圍，有助于學生獲取更加全面的、真實的地理信息，使學生學習到的知識和認識到的地理事物更加有層次，從而有效提升地理空間想象能力。

如，在學習晨昏線時，如果使用靜態地圖，學生不易快速理解晨線和昏線的概念，因為晨線和昏線概念中就包含了地球動態的過程：隨著地球的自轉，由黑夜進入白天為晨線，反之為昏線。這在過去的靜態地圖中學生是無法直接觀察到的。而使用數字星球系統，充分發揮數字星球系統本身多維度、多時空展示的功能，教師可以操作數字星球系統使其發生自轉。這樣，就得到了動態的、晝夜交替的立體地圖。而這也讓學生形象地觀察到了晨線經過的地方變為白天，而昏線通過的地方變為黑夜，這對學生更好地區分晨線和昏線有著重要的作用。這樣，通過數字星球系統中的多時空地圖，教師有效引導學生進行了空間想象。

結束語

地理空間能力的培養在當今的地理教學中占據重要的地位，而數字星球系統則是培養學生地理空間能力的重要方法。其不僅能激發學生學習動機，也能全面培養學生空間定位、空間分析和空間想象能力。因此，在日常的教學中，教師一方面需要積極參加培訓，有效培養自身對數字星球系統這一工具的應用能力;另一方面也需要將數字星球系統充分應用于課前導學、情境導入等多個環節。只有將數字星球系統與高中地理的教學充分結合，教師才能引導學生更加快速地培養自身地理空間能力，滿足當今教學對學生地理素養更高的要求。

參考文獻

[1]王曦園.基于GE培養學生地理空間能力的應用策略研究[D].桂林：廣西師范大學，2018.

[2]張越佼.基于數字星球系統的初中地理課堂教學設計案例研究[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2014.

[3]賈詩琦，江曄.基于數字星球系統的地理探究式學習課例分析：以“大規模的海水運動”為例[J].地理教學，2018（18）：18-21.

[4]賈詩琦，江曄.基于數字星球系統的地理探究式學習課例分析：以“大規模的海水運動”為例[J].地理教學，2018（18）：4.

本文系寧夏第六屆基礎教育教學課題研究立項課題“數字星球系統提升地理空間能力的教學實踐研究”（課題編號：JXKT-HL-06-019）階段性研究成果。