論高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

摘 要：信息化時代背景下，以人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)為代表的數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為教育行業(yè)注入了新鮮而有活力的血液。鑒于數(shù)字技術(shù)融入課堂教學的優(yōu)勢，本文結(jié)合高中地理的學科特征，著眼于一線地理教學的場景需求，設(shè)計了一套集數(shù)字技術(shù)、地理教材、數(shù)字資源、學科工具以及應(yīng)用數(shù)據(jù)為一體的數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)，并結(jié)合具體的案例，概述了高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的應(yīng)用場景的五大特征，推動“學習對生活有用的地理”這一課程理念的落實。

關(guān)鍵詞：高中地理；數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)；開發(fā)與應(yīng)用

《普通高中地理課程標準》（2017年版2020修訂版，以下簡稱《課程標準》）中關(guān)于信息技術(shù)與系統(tǒng)的闡釋就多達50多處，特別強調(diào)了深化信息技術(shù)應(yīng)用，如“借助電子地圖、景觀圖形、地理信息技術(shù)等，構(gòu)建紙電互補的新型教科書系統(tǒng)”[1]。隨著信息化時代的到來，以人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)為代表的新一代的數(shù)字技術(shù)融入地理課堂教學呈現(xiàn)出迫切性與重要性，尤其數(shù)字技術(shù)與高中地理課堂教學的深度融合，是貫徹《課程標準》所提出的“創(chuàng)新培育地理學科核心素養(yǎng)的學習方式”這一基本理念的具體體現(xiàn)，更是推動黨的二十大報告所提的“推進教育數(shù)字化”的應(yīng)然之選，但當前的基于數(shù)字技術(shù)的地理課堂教學呈現(xiàn)出“單一疊加”現(xiàn)象，既影響地理學科核心素養(yǎng)培育的落實，又不利于開展因材施教，推進學生的個性化學習。因此，研究一個適用于高中地理的數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)有著重要意義。

一、數(shù)字技術(shù)融入課堂教學的優(yōu)勢

數(shù)字技術(shù)融入課堂教學，并非數(shù)字層面上的疊加，而是創(chuàng)新地將傳統(tǒng)教學方式與基于數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，達成“1+1＞2”的效果，這就要求，教師著眼于學科課程的本質(zhì)特征，致力于“以生為本”教學理念的貫徹，讓學生的學習方式從被動的“死記硬背”轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥摹八急嫣剿鳌保苿訉W科核心素養(yǎng)培育的落實。將數(shù)字技術(shù)融入學科課堂教學，呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。

（一）激發(fā)學生興趣，提高學生的參與度

諸多研究實踐表明，超過半數(shù)的高中生表示對單一的文字性課堂內(nèi)容提不起興趣，因而在《課程標準》指導下，如何激發(fā)學生興趣，讓學生身心俱在地參與課堂學習成為當代一線學科教育工作者亟待解決的重要問題。借助以數(shù)字技術(shù)為載體的動畫軟件，能夠創(chuàng)建出惟妙惟肖的三維影像，尤其兼有動畫、文字與音樂于一體的三維影像，能夠引領(lǐng)學生逐步走向知識的本質(zhì)，切實提高課堂之上師生“教”與“學”的有效性[2]。例如，三維影像應(yīng)用于人教版高中地理選擇性必修1的第一章《地球運動》中“板塊運動”的模擬中，展示出的地球六大板塊的運動軌跡，可以推動學生思維從“固態(tài)”轉(zhuǎn)換為“動態(tài)”，強化學生對地球作為動態(tài)系統(tǒng)的理解，同時也可以借助三維影像的“新奇”，激發(fā)學生興趣，推動學生的“學”從“要我學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”，提升課堂的參與度。

（二）輔助教師教學，拓展課堂內(nèi)容的廣度

學科課堂教學中融入數(shù)字化教學輔助手段，能夠豐富課堂具體化內(nèi)容的表達形式，既能夠體現(xiàn)學科知識的育人功能，又能夠在探究、內(nèi)化基礎(chǔ)知識的同時，通過精準的文字、生動的圖片、形象的動畫等手段，對教材內(nèi)、外的文字資料進行系統(tǒng)化的整理。尤其將知識的由來、概念的構(gòu)建過程、相關(guān)的文化知識以及知識的實際應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容納入其中。由此而來的教學內(nèi)容，既能夠拓寬學生的視野，讓學生的學習從“學教材”轉(zhuǎn)向為“用教材學”，又能夠錘煉、發(fā)展學生的高階思維能力。

（三）創(chuàng)設(shè)真實情境，降低內(nèi)化課堂教學內(nèi)容難度

數(shù)字技術(shù)融入課堂教學能夠創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學生在“真”情境中關(guān)聯(lián)、思辨與探究，學生主動“學”的過程就是內(nèi)化課堂內(nèi)容的過程，較好地降低了學生內(nèi)化知識的難度，真切地實現(xiàn)“潤物細無聲”的效果。例如，在以感知地理環(huán)境為目標的課堂上，教師利用時間連續(xù)的衛(wèi)星影像還原“2007年希臘森林火災(zāi)的發(fā)展過程”“埃及開羅遭沙塵暴的形成過程”以及“2019年‘利奇馬’臺風的形成過程”，讓學生從實際問題出發(fā)，尤其在分析、關(guān)聯(lián)、探究的過程中強化他們對地理環(huán)境的感知，較好地降低了課堂教學的難度，同時在一定程度上確保了班級學生的參與度，切實地推動了“以學生發(fā)展為本”課程理念的貫徹。

二、高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)

數(shù)字技術(shù)融入學科課堂教學呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，細化至高中地理教學，著眼于一線高中地理教學的場景需求，設(shè)計了一個集數(shù)字技術(shù)、地理教材、數(shù)字資源、學科工具以及應(yīng)用數(shù)據(jù)為一體的數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)，有著顯著的意義。筆者結(jié)合以往的文獻資料與實踐經(jīng)驗，從場景定位、系統(tǒng)架構(gòu)以及內(nèi)容結(jié)構(gòu)三維度，論述了高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)。

（一）場景定位：以一線教師實際水平為依據(jù)

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)應(yīng)用于高中地理課堂，旨在優(yōu)化師生“教”與“學”的質(zhì)量，推動學生的“學”從淺表走向深處，因而結(jié)合高中地理課程的本質(zhì)特征，定位數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的場景要從課堂教學與實踐探究兩個維度進行綜合性考慮，以一線教師實際水平為依據(jù)進行科學分層。《課程標準》指導下，教師不再是課堂的主體，而是課堂教學的主導者，細化到基于數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的地理課堂教學，教師仍為課堂教學的主導者，這就要求數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的場景定位當以一線教師實際水平為依據(jù)，從教師應(yīng)用數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的應(yīng)用需求進行分層，具體為：

一是，提供教學課程。能力相對偏弱的教師，僅需要以數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)內(nèi)所提供的指導性意見施教，便可基本上達成新課程標準的要求。

二是，提供教學資源。能力中等的教師，著眼于課堂具體內(nèi)容的重難點，立足班級學生的“最近發(fā)展區(qū)域”與目標知識間的內(nèi)在邏輯，創(chuàng)新地整合數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)內(nèi)所含有的教學資源，真切地提高學生學習的有效性。

三是，提供思辨工具。能力較強的教師，著眼于學生高階思維能力的發(fā)展需求，有意識地選擇三維影像、空間分析、電子地圖等工具，開展以培育地理學科核心素養(yǎng)為導向的地理教學研究，讓地理課堂從“知識本位”轉(zhuǎn)型為“素養(yǎng)本位”[3]。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)：以及時了解客觀學情為目標

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)包括室內(nèi)的桌面端、室外的移動端、后臺的云端服務(wù)器三部分，具體為：

一是，桌面端。通過3D、VR、AR等技術(shù)集成模型，動畫以及電子地圖等教學資源，特別地，借助數(shù)字技術(shù)整合數(shù)據(jù)分析與成果表述功能，同時獲取學生學習過程的客觀數(shù)據(jù)，并上傳至云服務(wù)器。

二是，移動端。通過App調(diào)用智能手機的攝像頭、磁羅盤等模塊，獲取并上傳教室之內(nèi)的地理位置、景觀照片以及測量數(shù)據(jù)等信息，同時實現(xiàn)實地實踐活動中教師對學生的點撥與引導，一定程度上確保學生“學”的方向。

三是，云端服務(wù)器。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)整合動態(tài)的科學數(shù)據(jù)，既能夠創(chuàng)設(shè)真實、直觀的地理情境，又能確保教師教學、學生學習與課堂評價的一致性。

因而，數(shù)字化教學輔助教學系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)要以及時了解客觀學情為目標，落實“教·學·評”一體化教學理念，構(gòu)建“素養(yǎng)為本”的地理課堂。

（三）內(nèi)容結(jié)構(gòu)：以可視化、數(shù)字化為落腳點

數(shù)字化教學輔助系統(tǒng)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)要聚焦可視化與數(shù)字化。一是，可視化是指通過數(shù)字技術(shù)對傳統(tǒng)教科書內(nèi)的可視化部分，尤其課程內(nèi)容的重難點，進行可視化的動態(tài)設(shè)計，幫助學生直觀、深刻地理解目標知識。該過程中，教師不可拋開傳統(tǒng)教科書進行，也不可拋開學生高階思維的發(fā)展需求進行，而是要注重傳統(tǒng)教科書與數(shù)字化教學輔助體系的同頻聯(lián)動，既降低教師運用數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的難度，又能夠切中學生思維的“生長點”，促使學生在直觀的“真”情境中逐步從低階的識記、理解與應(yīng)用攀升到高階的分析、評價與創(chuàng)造[4]。二是，數(shù)字化主要指數(shù)字化的學習內(nèi)容，以主題為核心組織數(shù)字化的學習內(nèi)容，強化學習資源生成的同時，注重即時評價的實現(xiàn)。也可以說，高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)要凸顯互動性、多樣性以及及時性，很好地保障學習內(nèi)容的有效性。鑒于此，高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的內(nèi)容大致可以分為三部分，具體為：系統(tǒng)界面左上的課程版、右上的復習版以及中下的大數(shù)據(jù)版。

三、高中地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)應(yīng)用場景的特征闡述

（一）應(yīng)用于感知地理環(huán)境與探尋空間規(guī)律

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)內(nèi)遙感影像、電子地圖、三維景觀，巧妙地將傳統(tǒng)教科書內(nèi)靜態(tài)的插圖與圖像都動態(tài)化，創(chuàng)設(shè)直觀、實時、形象的地理“真”情境，較好地縮短學生與地理知識之間的距離，讓學生在地理“真”情境的過程中親身感悟地理環(huán)境，互動探尋空間規(guī)律。如學習人教版高二地理選擇性必修1的第二章第二節(jié)《構(gòu)造地貌的形成》時，教師可以借助AR與VR技術(shù)，展示無限接近真實的“丹霞地貌的形成過程”的模擬，讓學生“看”動畫的過程中認識紅層堆積時期、紅層盆地構(gòu)造抬升時期、丹霞地貌發(fā)育幼年期、丹霞地貌發(fā)育壯年期、丹霞地貌發(fā)育老年期以及丹霞地貌發(fā)育消亡期的地理環(huán)境特征，降低了學生學習難度的同時，加強了學生的參與，推動了“以生為本”教學理念的貫徹[5]。

（二）應(yīng)用于晦澀難懂的地理概念構(gòu)建

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)可以運用圖層疊加的方式，將某一晦澀難懂的地理概念的相關(guān)地理要素整合起來，引領(lǐng)學生從各地理要素之間的相互關(guān)系，理解、構(gòu)建地理概念，很好地把握地理概念的本質(zhì)，為運用地理概念解決實際問題提供扎實的基礎(chǔ)[6]。如構(gòu)建“河流水文特征”這一概念時，可以借助數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)將水系圖、氣候分布圖、氣溫分布圖以及降水量分布圖等相關(guān)的圖疊加起來，引領(lǐng)學生從水、氣候、氣溫、降水量以及地形等多維度進行綜合性的分析，并結(jié)合之前已有的學習經(jīng)驗，推斷河流的水文特征，并借助數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)內(nèi)的遙感數(shù)據(jù)去驗證自己的結(jié)論，促使學生的地理學科核心素養(yǎng)得到提升。

（三）應(yīng)用于復雜系統(tǒng)與因果機制的理解

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的靜態(tài)插圖（圖像）動態(tài)化，在數(shù)據(jù)驅(qū)動下呈現(xiàn)的動態(tài)模擬（模型），能夠讓學生遵循內(nèi)在邏輯關(guān)系觀察、感悟復雜系統(tǒng)所關(guān)涉的相關(guān)要素，尤其在同伴交流、師生探討的過程中精準地把握復雜系統(tǒng)的因果機制，強化他們對其因果機制的理解，達成“知其然知其所以然”的學習效果[7]。例如，學習“地球運動”的重難點——理解地球自轉(zhuǎn)運動規(guī)律與地球公轉(zhuǎn)運動規(guī)律時，教師借助數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)制作地球運動的三維動畫，模擬地球運動的過程，巧妙地將抽象的空間想象與推理過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的動畫觀察與規(guī)律總結(jié)過程，很好地降低了學生學習的難度，同時因三維動畫的“新奇”，也可很好地激發(fā)學生學習興趣，促使學生積極地參與。

（四）支持高中生的個性化學習與自主學習

受各種因素的影響，學生學情呈現(xiàn)出個性化特征，因而在“以學生發(fā)展為本”教學理念指導下，如何引導學生開展個性化學習與自主性學習是數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)與地理課堂教學深度融合不可回避的話題。數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的兼容性非常強，其可以安裝在教室供地理課堂教學使用，也可以安裝于教學樓走廊的觸控大屏上，還可以安裝在家庭的計算機上，讓學生可以根據(jù)自身需求選擇適當?shù)膶W習內(nèi)容，促使學生的“學”從被動的“灌輸”轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥摹疤骄俊保瑥摹疤撞汀弊呦颉白灾汀薄?/p>

結(jié)束語

數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)融入地理課堂，可以為學生創(chuàng)設(shè)直觀、實時的地理“真”情境，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，從枯燥的“死記硬背”轉(zhuǎn)變?yōu)橛腥さ摹疤剿鲀?nèi)化”，讓地理深度學習真實發(fā)生。應(yīng)用實踐中，通過數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、三維動畫等功能，推進了教師教學、學生學習以及課堂評價的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，幫助師生診斷、反饋“教”與“學”的過程，同時也踐行了“因材施教”，推動了學生的個性化學習。受各種因素的影響，當前使用的數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的功能設(shè)置與教學內(nèi)容，均有待進一步豐富與完善。

參考文獻

[1]宋波，郭漢興，吳云.中學地理數(shù)字化輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2023（24）：11-13，23.

[2]費嶺峰.數(shù)字技術(shù)支持：讓區(qū)域教學研修更具生長性：數(shù)字化教學研修的優(yōu)勢、樣式及注意點[J].中國教師，2023（12）：37-40，88.

[3]符永紅.舞蹈創(chuàng)作中計算機三維輔助系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用研究[J].普洱學院學報，2020，36（3）：109-110.

[4]譚湘霞.數(shù)字化資源在高中地理教學中的有效應(yīng)用[J].高考，2024（7）：80-82.

[5]唐寶琪.基于環(huán)節(jié)的地理教學與信息技術(shù)的深度融合：以“構(gòu)造地貌的形成：褶皺”為例[J].安徽教育科研，2023（20）：80-82.

[6]李巖，高勇.中學地理實踐教學的數(shù)字化轉(zhuǎn)型：北斗導航系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中小學信息技術(shù)教育，2023（12）：72-74.

[7]楊圣奎.黃河古地圖地理信息解譯及數(shù)字化研究：以《山東黃河下游之圖》為例[J].古地理學報，2023，25（6）：1437-1451.