地理信息技術輔助培育學生核心素養實踐研究

地理課程要培育的核心素養主要包括人地協調觀、綜合思維、區域認知和地理實踐力。如何更好地落實素養培育，是教師長期研究的問題?！读x務教育地理課程標準（2022年版）》要求學生掌握適應現代社會生活的基本數字化生存技能，教師在教學中將現代信息技術與地理教學充分融合，借助地理信息技術手段營造出仿真的地理場景或實驗場景，從而在課堂上拓展教學時空，突破教學難點，輔助開展實踐活動。圖新地球（LocaSpace Viewer，LSV）是一款三維數字地球桌面軟件，可模擬顯示數字地球，助力教師實現可視化教學。該軟件支持各種模型和矢量數據的導入，能夠讓師生快速地瀏覽、標繪、分析和測量各類二維、三維地理信息數據，創設增強學生空間思維的教學情境，培育學生核心素養。本文以“等高線地形圖的判讀”為例，介紹如何借助圖新地球助力學生核心素養的培育。

一、圖新地球為教師在地理課程中培育學生的核心素養提供了重要工具

圖新地球是一款強大的數字地球軟件，具備便捷的影像、高程數據下載功能；支持多種在線地圖加載，可以添加多種圖層、格式的數據；具有頁面簡單、功能較多、易于操作的優勢，界面主要由菜單欄、圖層面板、搜索面板和三維數字地球等部分組成。其中，三維數字地球部分占據界面最大，位于界面的主要位置，也是軟件的渲染界面。教師開發地理課程時，要考慮圖新地球軟件能否支撐課程所需教學資源，進而選擇對應功能。

（一）幫助學生實現空間思維進階轉化

中學地理課程涉及大量地理空間內容，需要學生具有較強的地理空間思維能力才能透徹理解。等高線地形圖作為學生地理學習的重要工具，它將現實生活中的地形通過一定方法轉化為平面。理解該工具，需要學生有較強的空間思維。課標對該內容的要求是，結合地形觀察，說出等高線地形圖、分層設色地形圖表示地形的方法，在地形圖上識別一些基本地形。生活中，學生可以感知到地形的高低起伏，即現實中的“3D”景觀。但由于空間思維能力不足，學生建立地形與等高線地形圖的對應關系有一定困難。圖新地球為教師突破這一教學難點提供了很好的智能環境。課前，要求學生拍攝身邊熟悉的山體景觀照片，初步感知地形的高低起伏。課堂上，教師利用圖新地球找到該山體的虛擬模型并制作等高線，實現等高線和山體虛擬模型的疊加顯示，讓學生直觀地感受到地形與等高線地形圖的對應關系，幫助學生實現思維的轉化。隨后，教師不斷將等高線地形圖和虛擬山體模型循環使用、驗證，潛移默化中使學生看到平面等高線地形圖，在腦海中能映射出與其對應的立體山體，實現空間思維轉化進階。

（二）讓教學實現“軟件演示→師生共探索→學生自主探索”的互動進階

以學生為主體，激發學生強烈的學習興趣和探索欲望，是初中地理課堂教學成功的關鍵。圖新地球作為一款師生易獲取的、輕巧的、易操作的地理信息技術軟件，不僅可以成為教師課堂教學的地理工具，也可以成為學生探索地理世界的智能工具，在教師演示、師生共探索、學生自主探索等環節，逐步滲透認知區域的方法，培養學生的地理空間思維。學生通過自主探索，在虛擬地形的基礎上疊加其他地理事物分布，分析地形與其他地理要素的關系，從而培養綜合思維能力，形成一定的人地關系觀念，樹立人地協調觀。

二、基于圖新地球的等高線地形圖判讀教學實施

（一）教學設計思路

本課教學活動主要圍繞圖新地球提供的可視化立體虛擬地形功能進行設計（如圖1）。課前，教師結合教材和學情分析確定使用圖新地球的必要性。教學過程包括課堂學習和課后自主探究兩部分。課堂學習部分，主要是教師以圖新地球為教學工具，將其適合的功能與教學活動融合，通過教師演示、師生互動等方式，幫助學生突破時空局限，建立空間思維，突破教學重難點，實現思維的進階轉化，落實核心素養培育要求。課后自主探究部分，教師為學生提供了更多開放的學習空間。學生以圖新地球為學習工具，通過自主操作探究地形與其他地理要素的關系，全面提升核心素養。

（二）教學策略及實踐

1.靈活變換空間范圍，初步建立尺度思想

為了更好地引領學生認識人類的地球家園，地理課程設計了“全球”和“區域”兩大部分，并用空間尺度線索加以組織，體現一種認識路徑[1]。根據區域認知素養概念闡述，將地理環境劃分成不同空間尺度是認識區域的方法之一。由此可見，空間尺度思想是中學地理教學的重要思想，不同的空間尺度為我們提供了看問題的不同視角。改變分析的空間尺度，能提高我們深入了解地理過程和現象的洞察力[2]。對于空間尺度思想，學生不易理解，需要教師在平時教學中逐步滲透。生活中，學生觀察局部地形景觀很容易，但觀察地形全貌則很難，不容易感知空間尺度的變化。圖新地球能展現從全球到地方不同范圍的模擬地形景觀。教學中，教師引導學生從不同空間尺度認識地球表層、世界和中國，感知空間尺度變化。打開圖新地球軟件后，教師在左側的圖層面板中勾選天地圖地形圖層，右側的三維數字地球界面即可模擬顯示全球地形；點擊鼠標左鍵，可以任意拖曳三維數字地球，配合滾輪縮放三維數字地球。將以上兩種操作結合使用，教師可將三維地球顯示范圍從全球縮小到學生熟悉的某區域，也可直接在圖新地球界面左下方搜索面板輸入區域名稱，點擊回車鍵即可瞬間感受從全球到地方的空間尺度變化過程。上述操作演示讓學生在等高線地形圖的判讀教學活動中，直接感知了空間尺度變化，初步建立了空間尺度思想，培育了區域認知素養。

2.為地理實踐活動做鋪墊，突破學習難點

地理實踐是地理學的重要內容。在實踐活動中運用綜合思維和區域認知，是學生感悟、體驗現實世界中人地關系的重要途徑[3]。課標要求學生能夠說出等高線地形圖的繪制方法，這是教學的難點所在。為突破此教學難點，教師設計了課堂地理實驗探究活動（如圖2），讓學生利用塑料透明盒子、尺子、馬克筆，以小組合作的方式將課前制作好的各種超輕黏土山體模型繪制成等高線地形圖。用“做中學”的方式可以激發學生學習興趣，提升思維能力，培育地理實踐力素養。

實踐活動有序開展的前提是學生要對等高線地形圖有初步的感性認識。如果讓學生直接觀察某個等高線地形圖，學生會覺得很陌生，不容易接受。圖新地球可以實現山體虛擬模型與對應等高線地形圖的可視化顯示，給予學生一定的視覺沖擊，更貼近生活實際，符合學生認知規律。具體操作是，打開圖新地球，在左下方搜索學校所在的北京市昌平區，利用鼠標滾輪鎖定昌平區某山地區域，點擊菜單欄中的測量/分析，選擇等高線分析選項中的局部等高線選項，用鼠標劃定一個矩形區域，將等高距設置為100米，在地圖繪制軟件中打開即可得到如圖3所示的該區域等高線地形圖。為幫助學生形成對等高線地形圖的初步認識，課堂教學中，教師讓學生觀察此圖并回答5個問題 ：（1）等高線地形圖是平面圖還是立體圖？（2）圖中等高線是直線還是曲線？（3）等高線地形圖中，等高線有一條還是多條？（4）同一等高線上，各點海拔是否相等？（5）相鄰兩條等高線之間的差值是否都相等？

通過上述問題鏈的引導，學生對等高線地形圖有了初步感知，地理實踐活動就可以順利開展了。由此可見，圖新地球雖然沒有直接用于地理實踐活動，但其模擬出的真實情境為實踐活動的開展提供了必要的知識鋪墊，幫助學生突破學習難點，間接助力地理實踐力素養的培育。

3.師生課堂互動，強化知識，激發興趣

通過上述活動，學生了解了等高線地形圖的概念和性質。下面活動的重點是讓學生能夠在不同的等高線地形圖中準確識別五種地形部位。教師先讓學生觀察實體模型及對應的等高線地形圖，分析不同地形部位的等高線特征。此時學生剛獲得新知識，有的還停留在對照模型機械分析的能力水平上。為使學生能夠在不同區域的等高線地形圖中準確識別地形部位，師生可以利用圖新地球相關功能進行課堂互動，以強化知識，加深理解。等高線地形圖實質上是一幅地形俯視圖。在三維地球界面中，師生可以找到某山體虛擬模型并開啟等高線地形圖。三維數字地球渲染界面的默認角度為俯視圖，因此，學生可通過觀察俯視圖中的等高線特征識別出不同的地形部位。為印證學生答案是否正確，教師可以按住鼠標滾輪并拖動，將三維數字地球由俯視圖轉為側視圖，驗證學生所得結論（如圖4）?；又校處熯x擇學生熟悉的、感興趣的區域進行識別。這不但有利于學生進一步理解和內化知識，還可以感受到不同區域、不同視角的地形特征，培養從不同視角認識地理現象的意識和習慣。另外，課堂上，教師使用圖新地球給學生帶來了新的體驗，通過變換三維數字地球的角度，驗證學生結論，從而激發學習興趣，提高課堂參與度。

4.課后學生利用圖新地球自主探究，全面提升核心素養

課堂上，主要是教師進行圖新地球軟件的實際操作，感興趣的學生可在課后利用軟件功能進行自主探究?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出，借助大數據、人工智能、“互聯網+”等信息技術的學習，是面向未來的學習方式之一。教學中，教師應為學生提供自主學習、探究學習和合作學習的開放空間，促進地理學習的拓展和深入。義務教育和普通高中課程標準對于地理課程要培養的學生核心素養在定義、內涵表述上是一致的。為進一步提高學生素養水平，教師在課后布置了讓學生利用圖新地球軟件自主探究等高線地形圖應用的拓展活動。具體要求是，學生提交一張自己感興趣的地理事物（如河流、道路、聚落、長城等）的實景照片，按照教師編寫的操作方法制作出該地理事物所在區域的等高線地形圖，簡要說明該地理事物的分布與等高線之間的關系。圖5為部分學生作業展示。圖5（a）顯示，某河流附近等高線向高值凸出，為山谷。從等高線數值看，該區域西北高東南低，該段河流流向為自西北向東南。圖5（b）展示的是某盤山公路沿著等高線修建。

學生以圖新地球為地理工具進行自主探究活動，核心素養得到有效提升?！读x務教育地理課程標準（2022年版）》在地理實踐部分特別提出設計簡單的實驗方案，利用模擬、虛擬等方式開展地理實驗的要求。其中，模擬方式指借助多媒體、仿真和虛擬現實等技術營造出仿真的地理場景或實驗場景，可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境。可見，學生利用圖新地球自主探究是地理實踐的一種方式。操作中，學生主要使用了圖新地球的圖層疊加功能。圖5（a）所示的學生作業是在圖新地球地形圖層的基礎上添加了水系圖層，探究地形與河流兩要素的相互關系。圖5（b）所示的學生作業是在圖新地球地形圖層的基礎上添加了道路標注圖層，探究地形與交通兩要素的相互關系。圖層疊加功能體現了綜合思維素養中的要素綜合，讓學生在分析中形成從地理綜合視角看待和分析問題的意識與能力。同時，學生作業體現出不同區域有不同特征，潛移默化中培養學生從區域視角看地理事物特征的思維方式。另外，地形與交通要素分別屬于自然要素和人文要素，學生可從中體會到人地關系是客觀存在的：修建盤山公路說明人類依賴自然生存，必須通過實踐認識自然環境，或通過勞動改變環境，使環境適合人類生存。盤山公路沿等高線修建體現了人類活動尊重自然、順應自然、保護自然的人地關系思想。人地協調觀是人類活動與地理環境之間應秉持的正確價值觀。培育人地協調觀有助于學生形成尊重和保護自然、綠色發展等觀念，滋養人文情懷，增強社會責任感[4]。

三、基于地理信息技術培育核心素養的關鍵點

（一）以教學重難點為核心，讓地理信息技術成為輔助教學的利器

信息技術融入教學是實現教育現代化的必然要求。教師在教學中應用地理信息技術可以為課堂注入新鮮感，激發學生的學習興趣，但更重要的是提高課堂學習效果，突破教學重難點。地理學研究對象的區域尺度很大，難以直接觀察；部分內容所跨越的時間尺度長，學生生活積累不夠。地理信息技術的應用，有助于教師對重難點問題的闡釋、演示和理解。然而，教學中，教師不能為技術而用技術，而是要不斷思考如何恰到好處地讓信息技術輔助教學，促進學生發展。

（二）以學生為中心，為學生的深度學習提供智能教學環境

信息技術不僅能在教師演示或教學中使用，也要在師生互動、學生主動探索中運用。在課時和教師精力有限的情況下，如何引導學生更好地利用地理信息技術主動探索現實世界，解決生活中遇到的地理問題，是非常重要的。信息技術為教師設計真實、生動的地理教學情境提供可能，使學生能夠深度參與學習活動，實現層進式學習和沉浸式學習。

（三）堅持使用地理信息技術解決地理問題，潛移默化中培養學生核心素養

一方面，教師要在教學及與學生的相處中，堅持使用地理信息技術軟件，讓學生感受到地理信息技術在學習地理知識和探索真實世界中的重要作用；另一方面，還要引導學生在學習、生活中使用地理信息技術觀察地球。如去某區域旅游前，可先用圖新地球熟知所選區域的位置、地形等自然特征，為制定旅游攻略提供相關依據。經過長時間堅持，學生將使用地理信息技術解決問題內化成一種習慣、一種思維，為終身發展奠定良好基礎。

綜上可見，地理信息技術與教學融合是教育現代化的要求。技術軟件的應用，有助于無限拓展教學空間，也增強了教學內容的直觀性。對于空間思維尚未很好構建的學生來說，理解等高線地形圖有一定的難度。圖新地球的相關功能對培養學生的空間思維具有重要作用。學生通過等高線地形圖判讀內容的學習，認識到地理信息技術作為學習工具可以很好地幫助他們解決學習中遇到的實際問題，不斷提高空間思維能力，進而解決現實生活中的問題，發展核心素養。

注：本文系北京市教育科學“十四五”規劃2021年度青年專項課題“家校社協同視域下中小學災害教育系統化實施的模式構建研究”（課題編號：CDCA21103）、北京教育學院2023年“教育改革特色專題培訓”項目“融入技術的初中地理高質量教學實踐”的階段性研究成果。

參考文獻

[1][3][4]韋志榕，朱翔.義務教育地理課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]周春梅，袁孝亭.滲透空間尺度思想的教學關鍵點及其教學示例：以“天氣與氣候”為例 [J].地理教學，2021（7）：7-9.

（作者梁晰系北京市昌平一中教育集團西關校區教師；尹衛霞系北京教育學院地理教研室講師，本文通信作者）

責任編輯：孫建輝