数字星球系统在地理教学中的应用刍议
崔静云 方晓颖 徐宝芳
摘 要：文章在对数字星球系统特征进行分析的基础上，探究了数字星球系统在地理教学中的应用优势：地理内容立体化，有利于培养学生空间观察力与想象力;地理内容动态化，有利于突破地理教学难点;地理教学方式多样化，有利于激发学生地理学习兴趣;地理教学媒体组合化，有利于培育正确的地理观念。阐述了数字星球系统在地理教学应用中的注意事项：关注学生的地理学科核心素养的培养;遵循认知规律，师生都应成为使用主体;注意多种媒体配合，发挥各教学媒体的优势。
关键词：数字星球系统;地理教学;核心素养
地理学科是一门集区域性、综合性于一体的学科，学生掌握地理知识的难点在于如何培养其空间观察力与想象力。随着科技进步，数字星球系统应运而生。通过多年的地理教学实践发现，数字星球系统能将平面地理知识立体化、时序演变地理知识动态化、地理空间格局知识组织化，对激发学生学习兴趣、培养观察能力、开展参与式学习等能起到积极作用。但数字星球系统在地理教学中的普及性还不够，应用的效果也有待提高。如何发挥数字星球系统的优势，在地理教学中有效使用数字星球系统，仍需在实践基础上不断探索。
一、数字星球系统组成与地理事物的呈示
1.数字星球系统的组成：硬件、软件和资源
数字星球系统又称多媒体球幕投影演示仪，先后被列入《中华人民共和国教育行业标准》和《中学地理专用教室装备规范》。数字星球系统包含硬件和软件两部分：硬件系统由投影机、鱼眼透镜组、球形投影屏幕、底座、遥控器等组成;软件系统由平台软件、二次开发软件包、配套新课标资源和指导手册等组成。如图1所示。
数字星球是经数字化三维显示地物的虚拟地球，它可以虚拟自然演变的过程。球形投影技术结合软件技术，数字星球系统能够立体、动态、直观地显示地理、天文等学科知识，模拟各种地理现象以及星体的运动过程。它通过集成多种媒体资源，借助遥感、遥测信息呈现真实的三维地物影像，这是传统教学无法实现的;数字星球系统的地理教学能够突破时间和空间、宏观和微观、历史与现实的限制，使知识得以在其产生的情境中呈现，在包含知识的真实场景和问题解决中呈现。
2.数字星球系统呈示地理事物的方式：点、线、面结合
探究数字星球展示不同类型地物的特点对学生理解地理知识有很大的帮助。数字星球主要以点、线、面的方式呈示地理事物。
数字星球呈示点状地物，通过突出地物的位置引起学生的注意，进而引导学生思考其分布的原因。如教师在讲解南极地区的时候，展示南极科考站的位置，学生通过观察数字星球并结合相关材料思考科学考察站选址的依据。
数字星球呈示线状地物，突出地物分布的趋势特征，以加强学生对重要地物轮廓的观察。教师用线状的方式展现人类探索世界的过程，既可以看到探索世界的过程及经过的地方，使学生对探索过程充满兴趣，又可以通过数字星球的展示和教师讲解的故事，让学生了解当时的情形，感受探险家的坚强意志力，更好地培养学生的地理观念。
数字星球呈示面状地物，突出地物分布及地理现象。数字星球可以结合教学内容的逻辑顺序，将讲解的重点区域内容以颜色突出、闪烁等方式展示出来，便于学生排除干扰，抓住重点，有利于对各个区域进行观察与理解，培养学生区域认知等地理学科核心素养。
在不同的比例尺中，同一地物可分别以点、线、面三种形式表达，突出重点;也可将点状地物、线状地物、面状地物叠加显示，直观显示其规律及特点，增强教学效果。
二、数字星球系统在地理教学中的应用优势
1.地理内容立体化：有利于培养空间观察力与想象力
空间性是地理学科的一个重要特点，缺乏空间想象力是造成学生学习地理知识的主要障碍之一，因此，培养学生地理空间能力是地理教学中的一个难点。传统的课堂教学环境主要是平面的，教師只能将空间信息通过地图或地球仪等教具进行展示。数字星球系统能立体、动态地呈现地理事物，这对培养学生的空间观察力、空间想象力和空间思维能力有很大的促进作用。
例如，在进行“晨昏线”教学时，教师利用数字星球，可从多个角度观看地球上的昼夜更替现象。教师确定晨线，让其位置不动，地球缓慢自转，让学生观察晨线的特征。这时可请学生到球体前观察，由一名学生按住晨线不动，另一名学生在球体上找到一个点，学生发现随着地球自转经过晨线后该地点就由黑夜变为白天。当教师将观察位置调转到昏线时，发现昏线和晨线的原理是一致的。这时可让学生一边观察一边绘制晨昏线（图2），学生的空间观察与想象能力就会得到提高。
2.地理内容动态化：有利于突破地理教学难点
地理学科有很多理性知识抽象难懂。单纯通过教师讲解地理事物的运动和变化过程，初学者在理解上有障碍。借助PPT、图像、视频等常规性多媒体技术，一定程度上可将抽象知识具体化，但学生的认知依然以静止不动为主，教学难点难以突破。数字星球系统在三维球面立体屏幕上动态展示地理现象的空间分布格局和变化过程，使学生获得连续、动态、立体、形象的感性认识，可降低教学难度，化难为易，提高课堂教学效果。
例如，在运用数字星球系统进行“海底地形”教学时，不仅可直观表现出地球不同区域海底地形的变化，还可动态展示海水被抽干的过程中形成大陆与海底地形的差异（图3），解决了传统教学模式中只能抽象表述的难题。
3.地理教学方式多样化：有利于激发地理学习兴趣
数字星球系统融文本、声音、图像、图形、动画于一体，可产生球面电影的视觉效果。通过强烈的听觉和视觉的冲击力，容易唤起学生的好奇心和注意力。在可感的情境中，帮助学生充分拓宽视野，满足学生对自然、人文地理的认知欲，有助于激发学生探究地理知识的兴趣。
例如，在地理第一课的教学时，可以用天文穹顶展示四季星空图、星系、星座、星云、宇宙环境等天文景观，浩瀚的宇宙、美丽神秘的影像，再配合音效，可将学生的注意力吸引到课堂之中。
4.地理教學媒体组合化：有利于培育正确的地理观念
运用数字星球展示地理现象、地理过程时，可创设教学情境，使学生在掌握地理知识的同时，感知科学家探索世界的过程，体悟环境问题，从而培养学生正确的观念。例如，在“全球气候变化”的教学中，利用数字星球系统显示海平面上升淹没沿海低地的动态图，能够给学生很强的震撼感，在他们心里播下人地协调的种子，在潜移默化中培育学生正确的思想观念。
三、数字星球系统在地理教学应用中应注意的问题
1.数字星球作用：关注地理学科核心素养的培养
数字星球系统是现代化教学工具，在教学中恰当使用可以提高教学效果。但是教学与技术相比，“教学第一、技术第二”，技术是为教学服务的，数字星球的使用也是如此。数字星球系统运用过程中，必须依据先进的教学理念设计教学，在教学设计中考虑如何发挥数字星球的优势，在教学实施中恰当地运用数字星球，发挥其对促进学生地理学科核心素养培养的作用。为此，教师更需要关注数字星球技术应用过程中如何发挥其育人价值，例如，如何让学生多视角观察数字星球所演示的现象，并进行合理解释？如何借助数字星球系统开展探究式学习？总之，要充分发挥数字星球教学系统在“激发兴趣、学习知识、培养能力、影响思想”等方面的功能。
2.数字星球使用：遵循认知规律，师生都应成为使用主体
《义务教育地理课程标准（2011年版）》和《普通高中地理课程标准（2017年版）》都强调信息技术在地理教学中的应用以及学生应用信息技术的能力，因此，在运用数字星球系统进行教学中，教师和学生都应该成为使用的主体。教师可以借助数字星球系统进行多种类型的教学设计与实施;学生则可以利用数字星球系统向教师讲述自己的学习设计、向同学们演示自己的学习成果，完成数字星球教学系统支持下的认知过程，即感知体验、观察反思、形成认知、应用知识，详见图4所示。这样一来，强化了学生地理学习的参与感和体验感，能激发其学习兴趣，逐渐把数字星球系统设计成自主学习、合作交流以及情感激励的工具，从而提高地理学习能力与水平。
3.数字星球运用：注意多种媒体配合，发挥各教学媒体的优势
实践证明，在运用数字星球系统进行地理教学时，需要针对不同的教学内容，选择与其配合使用的多种教学媒体，如交互式电子白板、黑板、学案、地图册、教科书等，各种教学媒体互相配合，发挥各自优势，这样基于多种媒体的真实体验与观察，才能全方位调动学生参与课堂学习的积极性，并不断拓展参与的广度与深度，提高地理教学的有效性。
总之，数字星球系统作为一种教与学的支持工具，已成为一种教与学的伙伴，成为支持地理知识建构的一种学具与教具和支持合作学习的一种媒体。我们要在实践中不断挖掘其育人价值，探讨其在课堂各教学环节中的作用，分析其在自主探究学习中的应用广度与深度等问题，从而才能不断提高数字星球在地理教学中的应用水平。
