论高中地理数字化辅助教学系统的开发与应用

摘 要：信息化时代背景下，以人工智能、云计算、大数据为代表的数字技术的蓬勃发展，为教育行业注入了新鲜而有活力的血液。鉴于数字技术融入课堂教学的优势，本文结合高中地理的学科特征，着眼于一线地理教学的场景需求，设计了一套集数字技术、地理教材、数字资源、学科工具以及应用数据为一体的数字化辅助教学系统，并结合具体的案例，概述了高中地理数字化辅助教学系统的应用场景的五大特征，推动“学习对生活有用的地理”这一课程理念的落实。

关键词：高中地理；数字化辅助教学系统；开发与应用

《普通高中地理课程标准》（2017年版2020修订版，以下简称《课程标准》）中关于信息技术与系统的阐释就多达50多处，特别强调了深化信息技术应用，如“借助电子地图、景观图形、地理信息技术等，构建纸电互补的新型教科书系统”[1]。随着信息化时代的到来，以人工智能、云计算、大数据为代表的新一代的数字技术融入地理课堂教学呈现出迫切性与重要性，尤其数字技术与高中地理课堂教学的深度融合，是贯彻《课程标准》所提出的“创新培育地理学科核心素养的学习方式”这一基本理念的具体体现，更是推动党的二十大报告所提的“推进教育数字化”的应然之选，但当前的基于数字技术的地理课堂教学呈现出“单一叠加”现象，既影响地理学科核心素养培育的落实，又不利于开展因材施教，推进学生的个性化学习。因此，研究一个适用于高中地理的数字化辅助教学系统有着重要意义。

一、数字技术融入课堂教学的优势

数字技术融入课堂教学，并非数字层面上的叠加，而是创新地将传统教学方式与基于数字技术相结合，达成“1+1＞2”的效果，这就要求，教师着眼于学科课程的本质特征，致力于“以生为本”教学理念的贯彻，让学生的学习方式从被动的“死记硬背”转变为主动的“思辨探索”，推动学科核心素养培育的落实。将数字技术融入学科课堂教学，呈现出显著的优势。

（一）激发学生兴趣，提高学生的参与度

诸多研究实践表明，超过半数的高中生表示对单一的文字性课堂内容提不起兴趣，因而在《课程标准》指导下，如何激发学生兴趣，让学生身心俱在地参与课堂学习成为当代一线学科教育工作者亟待解决的重要问题。借助以数字技术为载体的动画软件，能够创建出惟妙惟肖的三维影像，尤其兼有动画、文字与音乐于一体的三维影像，能够引领学生逐步走向知识的本质，切实提高课堂之上师生“教”与“学”的有效性[2]。例如，三维影像应用于人教版高中地理选择性必修1的第一章《地球运动》中“板块运动”的模拟中，展示出的地球六大板块的运动轨迹，可以推动学生思维从“固态”转换为“动态”，强化学生对地球作为动态系统的理解，同时也可以借助三维影像的“新奇”，激发学生兴趣，推动学生的“学”从“要我学”转变为“我要学”，提升课堂的参与度。

（二）辅助教师教学，拓展课堂内容的广度

学科课堂教学中融入数字化教学辅助手段，能够丰富课堂具体化内容的表达形式，既能够体现学科知识的育人功能，又能够在探究、内化基础知识的同时，通过精准的文字、生动的图片、形象的动画等手段，对教材内、外的文字资料进行系统化的整理。尤其将知识的由来、概念的构建过程、相关的文化知识以及知识的实际应用等相关内容纳入其中。由此而来的教学内容，既能够拓宽学生的视野，让学生的学习从“学教材”转向为“用教材学”，又能够锤炼、发展学生的高阶思维能力。

（三）创设真实情境，降低内化课堂教学内容难度

数字技术融入课堂教学能够创设真实的情境，让学生在“真”情境中关联、思辨与探究，学生主动“学”的过程就是内化课堂内容的过程，较好地降低了学生内化知识的难度，真切地实现“润物细无声”的效果。例如，在以感知地理环境为目标的课堂上，教师利用时间连续的卫星影像还原“2007年希腊森林火灾的发展过程”“埃及开罗遭沙尘暴的形成过程”以及“2019年‘利奇马’台风的形成过程”，让学生从实际问题出发，尤其在分析、关联、探究的过程中强化他们对地理环境的感知，较好地降低了课堂教学的难度，同时在一定程度上确保了班级学生的参与度，切实地推动了“以学生发展为本”课程理念的贯彻。

二、高中地理数字化辅助教学系统的开发

数字技术融入学科课堂教学呈现出显著的优势，细化至高中地理教学，着眼于一线高中地理教学的场景需求，设计了一个集数字技术、地理教材、数字资源、学科工具以及应用数据为一体的数字化辅助教学系统，有着显著的意义。笔者结合以往的文献资料与实践经验，从场景定位、系统架构以及内容结构三维度，论述了高中地理数字化辅助教学系统的开发。

（一）场景定位：以一线教师实际水平为依据

数字化辅助教学系统应用于高中地理课堂，旨在优化师生“教”与“学”的质量，推动学生的“学”从浅表走向深处，因而结合高中地理课程的本质特征，定位数字化辅助教学系统的场景要从课堂教学与实践探究两个维度进行综合性考虑，以一线教师实际水平为依据进行科学分层。《课程标准》指导下，教师不再是课堂的主体，而是课堂教学的主导者，细化到基于数字化辅助教学系统的地理课堂教学，教师仍为课堂教学的主导者，这就要求数字化辅助教学系统的场景定位当以一线教师实际水平为依据，从教师应用数字化辅助教学系统的应用需求进行分层，具体为：

一是，提供教学课程。能力相对偏弱的教师，仅需要以数字化辅助教学系统内所提供的指导性意见施教，便可基本上达成新课程标准的要求。

二是，提供教学资源。能力中等的教师，着眼于课堂具体内容的重难点，立足班级学生的“最近发展区域”与目标知识间的内在逻辑，创新地整合数字化辅助教学系统内所含有的教学资源，真切地提高学生学习的有效性。

三是，提供思辨工具。能力较强的教师，着眼于学生高阶思维能力的发展需求，有意识地选择三维影像、空间分析、电子地图等工具，开展以培育地理学科核心素养为导向的地理教学研究，让地理课堂从“知识本位”转型为“素养本位”[3]。

（二）系统架构：以及时了解客观学情为目标

数字化辅助教学系统包括室内的桌面端、室外的移动端、后台的云端服务器三部分，具体为：

一是，桌面端。通过3D、VR、AR等技术集成模型，动画以及电子地图等教学资源，特别地，借助数字技术整合数据分析与成果表述功能，同时获取学生学习过程的客观数据，并上传至云服务器。

二是，移动端。通过App调用智能手机的摄像头、磁罗盘等模块，获取并上传教室之内的地理位置、景观照片以及测量数据等信息，同时实现实地实践活动中教师对学生的点拨与引导，一定程度上确保学生“学”的方向。

三是，云端服务器。通过大数据技术整合动态的科学数据，既能够创设真实、直观的地理情境，又能确保教师教学、学生学习与课堂评价的一致性。

因而，数字化教学辅助教学系统的系统架构要以及时了解客观学情为目标，落实“教·学·评”一体化教学理念，构建“素养为本”的地理课堂。

（三）内容结构：以可视化、数字化为落脚点

数字化教学辅助系统的内容结构要聚焦可视化与数字化。一是，可视化是指通过数字技术对传统教科书内的可视化部分，尤其课程内容的重难点，进行可视化的动态设计，帮助学生直观、深刻地理解目标知识。该过程中，教师不可抛开传统教科书进行，也不可抛开学生高阶思维的发展需求进行，而是要注重传统教科书与数字化教学辅助体系的同频联动，既降低教师运用数字化辅助教学系统的难度，又能够切中学生思维的“生长点”，促使学生在直观的“真”情境中逐步从低阶的识记、理解与应用攀升到高阶的分析、评价与创造[4]。二是，数字化主要指数字化的学习内容，以主题为核心组织数字化的学习内容，强化学习资源生成的同时，注重即时评价的实现。也可以说，高中地理数字化辅助教学系统的开发要凸显互动性、多样性以及及时性，很好地保障学习内容的有效性。鉴于此，高中地理数字化辅助教学系统的内容大致可以分为三部分，具体为：系统界面左上的课程版、右上的复习版以及中下的大数据版。

三、高中地理数字化辅助教学系统应用场景的特征阐述

（一）应用于感知地理环境与探寻空间规律

数字化辅助教学系统内遥感影像、电子地图、三维景观，巧妙地将传统教科书内静态的插图与图像都动态化，创设直观、实时、形象的地理“真”情境，较好地缩短学生与地理知识之间的距离，让学生在地理“真”情境的过程中亲身感悟地理环境，互动探寻空间规律。如学习人教版高二地理选择性必修1的第二章第二节《构造地貌的形成》时，教师可以借助AR与VR技术，展示无限接近真实的“丹霞地貌的形成过程”的模拟，让学生“看”动画的过程中认识红层堆积时期、红层盆地构造抬升时期、丹霞地貌发育幼年期、丹霞地貌发育壮年期、丹霞地貌发育老年期以及丹霞地貌发育消亡期的地理环境特征，降低了学生学习难度的同时，加强了学生的参与，推动了“以生为本”教学理念的贯彻[5]。

（二）应用于晦涩难懂的地理概念构建

数字化辅助教学系统可以运用图层叠加的方式，将某一晦涩难懂的地理概念的相关地理要素整合起来，引领学生从各地理要素之间的相互关系，理解、构建地理概念，很好地把握地理概念的本质，为运用地理概念解决实际问题提供扎实的基础[6]。如构建“河流水文特征”这一概念时，可以借助数字化辅助教学系统将水系图、气候分布图、气温分布图以及降水量分布图等相关的图叠加起来，引领学生从水、气候、气温、降水量以及地形等多维度进行综合性的分析，并结合之前已有的学习经验，推断河流的水文特征，并借助数字化辅助教学系统内的遥感数据去验证自己的结论，促使学生的地理学科核心素养得到提升。

（三）应用于复杂系统与因果机制的理解

数字化辅助教学系统可以将传统的静态插图（图像）动态化，在数据驱动下呈现的动态模拟（模型），能够让学生遵循内在逻辑关系观察、感悟复杂系统所关涉的相关要素，尤其在同伴交流、师生探讨的过程中精准地把握复杂系统的因果机制，强化他们对其因果机制的理解，达成“知其然知其所以然”的学习效果[7]。例如，学习“地球运动”的重难点——理解地球自转运动规律与地球公转运动规律时，教师借助数字化辅助教学系统制作地球运动的三维动画，模拟地球运动的过程，巧妙地将抽象的空间想象与推理过程转变为直观的动画观察与规律总结过程，很好地降低了学生学习的难度，同时因三维动画的“新奇”，也可很好地激发学生学习兴趣，促使学生积极地参与。

（四）支持高中生的个性化学习与自主学习

受各种因素的影响，学生学情呈现出个性化特征，因而在“以学生发展为本”教学理念指导下，如何引导学生开展个性化学习与自主性学习是数字化辅助教学系统与地理课堂教学深度融合不可回避的话题。数字化辅助教学系统的兼容性非常强，其可以安装在教室供地理课堂教学使用，也可以安装于教学楼走廊的触控大屏上，还可以安装在家庭的计算机上，让学生可以根据自身需求选择适当的学习内容，促使学生的“学”从被动的“灌输”转变为主动的“探究”，从“套餐”走向“自助餐”。

结束语

数字化辅助教学系统融入地理课堂，可以为学生创设直观、实时的地理“真”情境，促进学生学习方式的转变，从枯燥的“死记硬背”转变为有趣的“探索内化”，让地理深度学习真实发生。应用实践中，通过数字化辅助教学系统的数据采集、三维动画等功能，推进了教师教学、学生学习以及课堂评价的协调统一，帮助师生诊断、反馈“教”与“学”的过程，同时也践行了“因材施教”，推动了学生的个性化学习。受各种因素的影响，当前使用的数字化辅助教学系统的功能设置与教学内容，均有待进一步丰富与完善。

参考文献

[1]宋波，郭汉兴，吴云.中学地理数字化辅助教学系统的开发研究[J].中国现代教育装备，2023（24）：11-13，23.

[2]费岭峰.数字技术支持：让区域教学研修更具生长性：数字化教学研修的优势、样式及注意点[J].中国教师，2023（12）：37-40，88.

[3]符永红.舞蹈创作中计算机三维辅助系统开发及应用研究[J].普洱学院学报，2020，36（3）：109-110.

[4]谭湘霞.数字化资源在高中地理教学中的有效应用[J].高考，2024（7）：80-82.

[5]唐宝琪.基于环节的地理教学与信息技术的深度融合：以“构造地貌的形成：褶皱”为例[J].安徽教育科研，2023（20）：80-82.

[6]李岩，高勇.中学地理实践教学的数字化转型：北斗导航系统的创新应用[J].中小学信息技术教育，2023（12）：72-74.

[7]杨圣奎.黄河古地图地理信息解译及数字化研究：以《山东黄河下游之图》为例[J].古地理学报，2023，25（6）：1437-1451.