数字星球系统在地理空间能力培养中的应用

郝亚杰 马微

摘 要：随着时代发展，能力的培养取代知识的记忆成为地理教学的重点。地理空间能力是学生必须要培养的能力，如何以合适的方法培养学生地理空间能力也成为教师应当关注的重点。本文立足于数字星球系统在地理空间能力培养中的应用，从地理空间能力，及其重要性;数字星球系统在高中地理空间能力培养中的作用;基于空间能力培养的数字星球系统应用策略三个方面展开探究。

关键词：数字星球系统;地理空间能力;应用

数字星球系统是以计算机技术为核心，由软件控制平台、资源软件和数字视觉成像圆球体屏幕构成的数字化地理教学系统。在教育信息化逐渐流行的如今，数字星球系统的应用有着相当大的作用。其既有多媒体技术的直观性、素材丰富的特点，也有本身立体化的特点。可以说，在地图展示方面，尤其是大尺度地图的展现方面，数字星球系统有着相当大的优势。这对学生地理能力和素养的培养有着重要的作用。这就需要教师积极寻找在高中地理教学中将数字星球系统充分应用的方法，以此切实有效地提高教学效率。

一、地理空间能力及其重要性

区别于其他学科定义中的空间，地理空间指的是地球表面的圈层和区域，其包括流域、气团、土地、社团、城市等不同的单元。地理空间认知能力指人脑加工、提取、处理地理空间信息的能力。包括：空间定位、空间分析和空间想象能力。地理是一门以地球表面为研究对象的学科，而当今的教学观念对学生能力提出了一定的要求。学生需要充分认识自己赖以生存的地球表面环境，其既需要学生能充分了解地理事物的空间分布和结构，也需要学生充分了解地理事物间的联系与差异，掌握分析和理解生存环境中诸事物的能力。在这一要求下，培养学生地理空间能力有着重要的理论和现实意义。所以，如何以合适的方法培养学生地理空间能力成为每位教师需要思考的问题。

二、数字星球系统在高中地理空间能力培养中的作用

在过去的地理教学中，地理空间能力的培养存在着诸多的问题。一方面，教师对学生地理空间能力的培养不够重视，在相关的教学活动中也缺乏足够的动力。另一方面，教师采取的图文结合的教学方法也不够直观，导致很多学生没有足够的读图能力，难以从教师给予的素材中获得足够的空间信息，自然无法有效培养自身地理空间能力，在诸多概念的认识和问题的探究中也会感觉到一定的困难，学习效率不高。在高中地理空间能力的培养过程中，教师必须要转变教学理念，积极将日常的教育教学与新的教学方法和教学手段有机结合起来。

在高中地理学生空间能力的培养方面，信息技术的发展为教师提供了更加多样且直观的素材。而数字星球系统的应用对培养高中地理学生空间能力有着重要的作用，如何将数字星球系统更好地应用于地理课堂教学和学生的自主探究环节，用于提高学生地理空间能力，成为一个值得地理教师思考和研究的问题[1]。数字星球系统是一个专业性很强的专用于地理教学的三维立体动态球幕投影系统。其一方面有着直观形象的特点，对突破一些空间性比较强的地理知识有着积极的作用;另一方面，相比过去图文结合为主的教学方法，其本身就能为学生带来更加强烈的感官冲击，有利于提高地理教学的实效性和趣味性，创设更有利于学生学习的教学情境。可以说，在如今以学习者为本位的教學理念下，数字星球系统能从多个方面提高学生学习效率，这对于构建以学生为中心的教学模式有着重要的作用。

三、基于空间能力培养的数字星球系统应用策略

（一）积极参加培训，提高教师自身应用能力

教育信息化的发展对教师的能力提出了更高的要求，如何掌握这些技能也成为影响教学效率的关键问题。对教师来说，也需要有终身学习的意识，不可以抱残守缺，要尝试使用新媒体、新技术提升地理教学的有效性。要想通过数字星球系统将地球表面空间性比较强的地理知识直观、立体地展示出来，充分调动学生学习的积极性，数字星球系统的熟练应用是一个前置要求。相比过去的教学，这是有一定难度的。这就需要教师积极参与培训和学习活动，有效提高自身数字星球系统应用能力。

教师要积极参与学校或者所属地区开展的关于数字星球系统相关的集体培训活动，以集中学习有效提高自身数字星球系统应用能力。如果学校未开展集体的学习活动，教师则可以通过大学生MOOC、网易云课堂、中国教师研修网等线上平台寻找相关的微课学习。在实际的教学中，为了让自身所采用的教学方法能更加适合本校学生，教师需要结成小组，开展相应的教研活动，提出将数字星球系统应用到高中地理教学中的可行性的策略。而由于数字星球系统制作课件具有一定的技术性难度，在备课环节，教师也要通过集体备课、分工合作的方式来制作数字星球系统支持下的地理课件，以此主动学习和熟悉有关数字星球系统的知识并加以应用，更好地设计问题串，引导学生分析问题。为将数字星球系统充分应用于高中地理课堂教学中做好充分准备，从而为有效培养学生地理空间能力奠定了坚实的基础[2]。

（二）激发学生兴趣，提高学生学习动力

地理空间能力的培养是以学生主体地位的充分突出为基础的，是学生在高中时期需要培养的重要能力。在这一要求下，培养学生地理空间能力，充分激发学生兴趣是一大前提，学生兴趣与教师的导入有密切的关系，能否吸引学生注意力很大程度上影响着后续的教学效率。作为以信息技术为核心的一种教学手段，数字星球系统本身就有着直观性的特点，在充分激发学生兴趣上有相当大的优势。这就需要教师将数字星球系统充分应用于导学环节，为之后的教学奠定坚实的基础。

例如：在“地球的宇宙环境”这一知识点的教学中，教师可以数字星球系统设计激发兴趣的导学环节。在地球的宇宙环境这一节，除了让学生从可见宇宙开始，精准定位地球的位置外，教师还需要引导学生了解和认识太阳，以及太阳系的八大行星。在过去，学生对这些星球的认识多通过静态的图片和相应的文字、数据。而后者往往是相对枯燥的，很容易让学生产生困顿、厌倦的状态，不利于学生学习地理知识，培养自身能力和素养。利用数字星球系统，教师能更加形象地展现太阳系内不同星球的状况，更好地进行相关知识的教学。如在太阳这一恒星的展示中，教师就可以讲解太阳黑子、耀斑、太阳风的相关知识。由于数字星球系统直观性的特点，学生不仅能通过立体图像形象地了解太阳相关的知识，了解太阳黑子、耀斑、太阳风的具体形态，也会充分为数字星球系统所吸引，在之后的教学活动中表现得更加积极。当然，有必要的话，教师还要给予学生机会，将自己学习到的数字星球系统使用方法教授给学生，让学生自己操作数字星球系统或者站在数字星球系统球幕旁担任地理知识讲解员。这样，通过数字星球系统，教师在导学和情境创设环节有效吸引了学生注意力，激发了学生兴趣，引发了学生学习地理知识的动力，为地理空间能力的培养奠定了坚实的基础。

（三）利用可视化手段，提高空间定位能力

数字星球系统作为一种立体球幕多媒体显示系统，能够将地理空间中的分布位置和几何形状等空间信息更加准确地表达、呈现出来。学生在学习自然地理、人文地理的过程中，需要对多种地理要素的地理位置有比较清楚的了解，比如：通过经纬网确定绝对位置，在地图中观察相对位置等。而在过去，平面地图缺乏直观性，而地球仪又太小，后排学生无法有效观察。数字星球系统避免了上述两种方法的缺点，优势显著，如果能充分利用数字星球系统的地理知识可视化功能，教师则能有效提升学生的空间定位能力[3]。

如，“行星风带”的教学中，教师就可以数字星球系统直观展示气压带和风带在全球的分布，学生可以将气压带与风带，以及自己熟悉的国家和地点一一对应。在后续讲解“气压带风带的季节性移动以及对气候的影响”时，在过去，受限于学生的地理空间能力，很多学生学起来较为吃力，无法理解气压带和风带的具体变化。通过数字星球系统的可视化功能，教师能形象演示不同季节全球气压带、风带的位置，让学生对不同季节的气压带和风带的变化精准定位。即学生在学习过程中可以一边观察数字星球系统，思考南北纬10°到20°大陆西岸和南北纬30°到40°大陆西岸气压带风带状况，另一边回忆初中学过的全球气候的知识，思考对应国家或区域的气候，以及该季节的表现。在这样的情况下，学生就非常容易理解气压带、风带的季节性移动原因，以及气压带、风带季节性移动对气候的影响了。此外，教师在过去的教学实践中发现，学生对南亚的夏季风（7月）和澳大利亚西北部的夏季风（1月）理解不清楚，但是在后续基于数字星球系统设计的地理课堂中，学生很轻易就掌握了这一部分知识。可以说，数字星球系统的可视化功能对提升学生地理空间定位能力作用显著。

（四）展示多种要素，提高空间分析能力

地理是一门综合性学科，学生在高中地理学习过程中势必要培养地理空间分析能力，其要求学生能全面了解一个区域的各种地理条件，具有一定的综合思维。如，一个区域也有着相当多的地理要素。其中，自然地理要素分为地形、气候、水文、土壤、生物等;社会经济要素包括人口、城市、农业、工业、交通等。这些要素之间不是孤立的，而是相互制约、相互影响的，只有具备一定的地理空间分析能力，才能将多要素进行整合，理解要素与要素之间的联系。相比过去的地图展示方法，数字星球系统立足于信息技术，有着多图层的特点，能选择性地展示不同的信息，通过数字星球系统的多要素显示功能，教师能让学生在脑海中形成地理要素相互联系的节点，帮助学生构建完整的知识架构，在以后遇到地理问题时能够更好地应用所学知识分析、解决问题。

比如：在进行农业区位条件分析时，关于澳大利亚的混合农业，教师就可以将澳大利亚的气候图、降水图、干湿地区分布图、河流图、地形图等一一呈现，然后再将不同要素叠加呈现，这样，学生就很好地理解了墨累—达令盆地混合农业的区位条件。在学习非地带性规律时，以马达加斯加岛屿东侧热带雨林气候为例，教师则可以利用数字星球系统将全球气候图、全球洋流图和全球气压带、风带图一一显示，并如地理信息系统一样，进行多要素叠加分析，而这可以帮助学生迅速理解其成因。这样，通过数字星球系统，教师引导学生更好地了解了地理要素的内在联系，提高了学生空间分析能力[4]。

（五）展示多时空地图，提高空间想象能力

空间想象能力是地理空间能力的重要组成部分，其要求学生能将二维化为三维、将静态化为动态、将部分化为整体、将文字化为图像。而在过去的教学中，学生所能观看到的地图都是静态的，这也就导致很多学生都缺乏对动态情境的想象能力。数字星球系统控制软件有时间轴功能，通过控制时间轴，教师能显示不同时间地理事物的地理空间分布。而通过数字星球系统多时空、多维度地对地理事物进行展现，学生能够将本来难以想象的气象、水文、地质过程变得三维化、可视化、动态化。学生因生活范围和生活经验有限，不可能接触所有的地理事物，如果仅凭文字、图片，难以对没有见过的地理事物有一个比较客观的认识。数字星球系统的多维度表达功能能帮助学生扩大视野范围，有助于学生获取更加全面的、真实的地理信息，使学生学习到的知识和认识到的地理事物更加有层次，从而有效提升地理空间想象能力。

如，在学习晨昏线时，如果使用静态地图，学生不易快速理解晨线和昏线的概念，因为晨线和昏线概念中就包含了地球动态的过程：随着地球的自转，由黑夜进入白天为晨线，反之为昏线。这在过去的静态地图中学生是无法直接观察到的。而使用数字星球系统，充分发挥数字星球系统本身多维度、多时空展示的功能，教师可以操作数字星球系统使其发生自转。这样，就得到了动态的、昼夜交替的立体地图。而这也让学生形象地观察到了晨线经过的地方变为白天，而昏线通过的地方变为黑夜，这对学生更好地区分晨线和昏线有着重要的作用。这样，通过数字星球系统中的多时空地图，教师有效引导学生进行了空间想象。

结束语

地理空间能力的培养在当今的地理教学中占据重要的地位，而数字星球系统则是培养学生地理空间能力的重要方法。其不仅能激发学生学习动机，也能全面培养学生空间定位、空间分析和空间想象能力。因此，在日常的教学中，教师一方面需要积极参加培训，有效培养自身对数字星球系统这一工具的应用能力;另一方面也需要将数字星球系统充分应用于课前导学、情境导入等多個环节。只有将数字星球系统与高中地理的教学充分结合，教师才能引导学生更加快速地培养自身地理空间能力，满足当今教学对学生地理素养更高的要求。

参考文献

[1]王曦园.基于GE培养学生地理空间能力的应用策略研究[D].桂林：广西师范大学，2018.

[2]张越佼.基于数字星球系统的初中地理课堂教学设计案例研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2014.

[3]贾诗琦，江晔.基于数字星球系统的地理探究式学习课例分析：以“大规模的海水运动”为例[J].地理教学，2018（18）：18-21.

[4]贾诗琦，江晔.基于数字星球系统的地理探究式学习课例分析：以“大规模的海水运动”为例[J].地理教学，2018（18）：4.

本文系宁夏第六届基础教育教学课题研究立项课题“数字星球系统提升地理空间能力的教学实践研究”（课题编号：JXKT-HL-06-019）阶段性研究成果。