基于数字星球的适于探究学习的地理课程资源开发

崔迪，徐宝芳

( 内蒙古师范大学地理科学学院数字星球系统实验室，内蒙古呼和浩特010022)

       摘  要: 由教育部教学仪器研究所引进的数字星球系统是信息时代最先进的教学仪器之一，它通过球形

       投影和软件的结合，能够立体、动态、直观地再现自然科学和社会科学的现象与过程。基于数字星球的探究性地理课程资源的开发，应遵循实效性原则、形式多样性原则、内容动态立体性原则、过程开放性原则以及多对象操作、简单且智能化原则；应采取的策略有:以思想性和地理性作为课程资源开发的前提，以教师与学生作为课程资源开发的主体，以适宜性和适度性作为课程资源开发的重点，以探究性和效能性作为课程资源开发的关键，以技术性和创新性作为课程资源开发的基点，以深化课程改革、提高教学质量作为课程资源开发的目的。

       关键词: 数字星球；探究学习；地理课程资源；开发

       中图分类号: G 42    文献标识码: A    文章编号: 1671-0916(2013) 02-0104-04

       地理新课程强调自主合作探究学习，强调信息技术在地理学习中的应用，体现了将探究学习和信息技术既作为地理教与学的一种方法与手段，又作为一种培养学生探究意识与能力和地理信息技术素养的目标。由教育部教学仪器研究所引进的数字星球系统是信息时代最先进的教学仪器之一，它通过球形投影和软件的结合，能够立体、动态、直观地再现自然科学和社会科学的现象与过程，能够模拟演示各种地理现象、过程以及天体运动。

       一、基于数字星球系统的探究性地理课程资源含义界定

       （一）基于数字星球系统

       基于数字星球系统，就是充分且合理利用数字星球，发挥其优势作用提高教学效用。首先，应考虑数字星球系统与课程内容的适宜性、教学过程中学生对数字星球系统的可参与程度和教师对数字星球系统的利用程度，即学生参与数字星球系统的观察与操作程度高，教师运用数字星球系统演示程度高。其次，应注意数字星球系统在教学活动中的使用时间和次数，真正意义上发挥其作用，例如笔者设计的基于数字星球系统的探究活动项目——“探究人口空间迁移”一节教学设计中有4个探究小活动，其中通过观察和运用数字星球系统完成探究任务的有2个，分别是通过观察数字星球系统探究不同历史时期世界人口迁移流向和意义，通过数字星球演示历史上几次大规模人口迁移路线，从而归纳影响人口迁移的主要因素。发挥数字星球系统优势，体现“基于”性，既培养学生观察能力，又提高学生探究能力。

       （二）探究性地理课程资源

       地理课程资源是指有利于实现地理课程目标的所有因素和条件的总和，即广泛蕴藏于学生生活﹑学校﹑社会以及自然中的所有有利于地理课程实施，有利于实现地理课程教学目的的教育资源。地理探究性课程资源就是适于探究学习的地理课程资源。

       课程资源按照不同的标准可以划分不同的类别。依据功能划分可划分为素材性课程资源和条件性课程资源。素材性课程资源的特点是作用于课程，并且能够成为课程的素材或来源，比如知识、技能、经验、活动方式与方法、情感和价值观等方面的因素。本文探讨属于素材性课程资源的基于数字星球系统的课程资源的开发问题。

       二、适合基于数字星球的探究性地理课程资源开发内容

       任何一种学习方式都有其适应范围，并不是所有地理课程内容都适合基于数字星球的探究性学习。适合基于数字星球探究学习的地理课程资源要求我们在进行探究性课题的选择时，要综合考虑数字星球系统资源呈现的适宜性，学习内容的探究性，学生学习的需求性。笔者参考王向东、袁孝亭先生在《地理探究学习的重点内容领域》一文中的观点，认为适宜基于数字星球探究学习的地理课程内容大体包括以下几个方面。

       （一）确定与评价空间位置

空间位置反映地理事物间的空间关系。空间关系的分析、辨识，需要学生读图获取和分析相关信息并得出结论。数字星球系统能显示全球尺度的空间分布，帮助学生掌握地理事物和现象的地理分布和空间结构关系。空间位置的学习还常常涉及对其优势与劣势的评价，评价过程中需要提出并验证假设。例如，“传统工业与新兴工业”一节中，可分小组探究不同工业布局的特点，并假设在某地建厂，为证明可行性，需综合分析布局地的自然条件、地理位置和运输条件、技术条件、劳动力质量、经济政策和环境等影响因素。进而总结该地发展工业的利弊条件，通过探究活动，数字星球演示传统工业与新兴工业的全球分布，掌握影响工业布局的主要因素。

       （二）揭示空间有序性

       地理事物的空间有序性，指地理事物的空间排列状态、空间结构、空间格局等，观察、辨识、比较、归纳地理事物的空间有序性的过程。空间有序性的特点在于有规律可循，循此规律，可以引导学生提出问题、提出假设、搜集证据、得出结论、表达与交流。例如，“撒哈拉以南的非洲”一节中，数字星球球面图像帮助学生进行区域定位，观察球面呈现的非洲气候类型分布特点，引导学生表述发现并提出问题:为什么非洲气候类型对称分布? 组织学生收集、整理信息，利用数字星球系统表述探究结果。

       （三）揭示地理因果联系

       地理因果关系指某地理事物或现象的地理成因，主要包括地理现象、地理分布、地理特征或地理规律的原因等。地理因果关系知识逻辑性强、有因必有果、有果必有因，便于提出问题、假设或猜想，学生能够通过严密的推理进行分析与阐述，“以果探因”适合于地理探究学习。数字星球能显示全球尺度的空间运动，帮助学生获得连续、动态、立体形象的感性知识。例如，“探究全球气候变暖问题”，通过观察数据表明全球变暖，组织学生探究全球变暖的原因，以数字星球资源包的形式呈现给学生小组探究页面，学生可自主操作数字星球观看上面的相关资料，大胆提出假设，小组合作讨论，归纳出探究结果，再利用数字星球系统进行演示说明完成陈述。

       （四）分析归纳地理过程规律以及预测地理过程

       地理过程是反映各种地理事物或现象随时间推移而出现的动态变化，无论是对地理过程规律的归纳，还是对地理过程的预测，都可以让学生感受地理事物变迁的过程，适合地理探究学习。数字星球系统能显示地理现象的时间动态，将发生于遥远空间、漫长时间及瞬间发生的地理事物、现象、过程及其发展变化以一种直观生动的方式呈现，促使教学不受时间与空间、宏观与微观的限制，为学生创设数字化探索空间。例如，学习“地壳运动演变过程”时，通过数字星球演示地壳演变过程，让学生观察数字星球，说明人类探索地壳运动情况，学生通过收集和整理有关地壳运动方面信息，通过对信息分析进而归纳总结地壳运动特征及其影响因素，这里通过观察、收集整理资料、问题讨论，旨在培养学生提出问题、观察现象、分析问题和解决问题的能力。

       （五）解释与阐述地理要素的空间效应

       地理要素的空间效应主要包括自然地理要素的变化影响，人文地理要素的变化影响，地是怎样影响人的，人是怎样影响地的等等。地理要素的空间效应知识贴近生活、贴近社会，学生较容易获取相关信息。数字星球能进行多角度、多方位、多对象演示，通过屏中屏功能可以将地理知识分层次演示。例如，“探究洋流运动”一节中分四个环节进行探究活动“是什么”、“怎么样”、“为什么”及“洋流运动产生的影响”，数字星球可以分层次分区域进行局部到整体的演示。

       （六）关注全球尺度环境热点问题

       20世纪50年代以来，尽管新技术的发明和运用，使社会生产力得到迅猛发展，并创造了高度发达的现代文明，但由于人类对自然规律认识不足、对自然环境肆意开发、加上人类自身的盲目增长，致使资源、能源被大量消耗，物质供应日趋紧张，生态恶化、污染加剧……目前，人口问题、粮食问题、环境问题等已成为世界共同关心的主题。引导学生从多角度、多层面参与探讨和解决问题，是地理课“探究性学习”实践活动的主要目标。例如，“亚马孙热带雨林开发与保护问题”，组织学生操作数字星球、观看有关亚马孙热带雨林资料，分组讨论亚马孙热带雨林开发与保护的有关措施，归纳出各小组探究结果，再利用数字星球系统进行演示说明各小组成果。

       三、基于数字星球的探究性地理课程资源开发原则

       （一）实效性原则

       首先，要考虑数字星球系统在地理教学中的作用。例如，“大规模海水运动”一节中，课标要求“运用地图，归纳世界洋流分布规律，说明洋流对地理环境的影响”，数字星球系统运用球幕投影技术模拟洋流在全球尺度的空间运动过程，学生可通过观察不同海区洋流运动的特点，通过比较分析，探究共性和差异性，自主归纳洋流的分布规律。能有效突破教学难点，提高教学效果。

       其次，考虑数字星球的专业教学特性，既数字星球传递、处理不同内容的教育教学信息能力，数字星球系统适合运用于大尺度、宏观地理现象与过程的演示。

       再次，数字星球传播教学信息的空间范围有限，要研究如何让全班同学均能观察到数字星球所显示的地理现象与过程等问题。

       最后，要考虑数字星球系统与其他媒体使用的结合性，即考虑数字星球与电子白板、教科书和学案等教学媒体结合使用的和谐性，使各种资源有机配合、发挥最有效的功能。

       （二）形式多样性原则

       传统的课程资源呈现方式单一，偏重纸张印刷品，把教科书作为最重要的课程资源加以固化，对于开发多样化的课程资源呈现形式则重视不够。而数字星球系统是实现三维立体动态展示的单体数字化教学仪器，基于此技术开发的课程资源呈现形式多样。

       首先，球面与平面相结合。可以球面动画、球面视频等多种形式呈现，并与平面白板相结合，多屏幕多角度立体直观进行知识讲解。

       其次，室内天象穹顶演示，替代传统的天文演示模型和天文圆顶，使得天文演示更灵活、内容更丰富、效果更显著，犹如置身户外抬头仰望星空，探索宇宙奥秘。例如，演示太阳系、四季星空等。

       最后，课内与课外相结合。满足学生探究兴趣，丰富地理探究课程资源，不拘泥于课本知识。例如，探究火星是否有生命存在、月球的奥秘、走进太阳等。

       （三）内容动态立体性原则

       数字星球系统资源平台内容丰富，以动态立体的资源呈现方式，辅助学习内容与真实世界结合。数字星球所呈现的三维球面图像是真实的遥感信息并集成多种媒体资源，是传统的教学手段无法实现的； 基于此技术下的课程资源涵盖的内容可突破时空的限制，在地理问题产生的情境中呈现，让“大世界”走进“小课堂”，成为对接教室环境与社会环境的弹性支架，并实现了地理教学资源“从平面到立体”和“从静态到动态”的两大跨越，帮助学生构建空间概念，将抽象问题形象化，化难为易，化抽象为具体；帮助学生认识地理事物的发展过程，动态呈现地理现象、再现地理过程——可演示长时间、大尺度、多因素的自然和人文地理现象，将抽象难懂的知识，地理、历史、生态环境等事物现象的发展变化模拟成一种直观生动的方式展现，亦可模拟抽象地理现象。例如，演示海水抽干后的地表形态，地球自转产生的昼夜更替现象、气压带和风带季节性移动、板块运动及飓风移动等。

       （四）过程开放性原则

       数字星球平台的开放性、互动性，能够满足教学多元化和个性化需求。首先，开发和利用主体的开放性，基于数字星球系统的适于探究活动的地理课程资源，不仅只有地理教师、学者才可以开发与利用，学生也可以通过参与探究活动、体验地理探究乐趣，利用数字星球系统展现自己探究成果。例如，在“探究火星是否有生命存在”探究活动中，分正反两方命题，学生小组合作探究为各自命题搜集论据，最后表述成果时，借助数字星球系统演示说明探究成果，在这一环节中，学生合作开发满足自己小组命题的基于数字星球系统的课程资源；其次，课程资源开发过程的开放性，数字星球系统有着时时更新的资源共享平台和良好的客户服务端，为地理课程资源开发提供了新颖丰富且立体仿真的资源素材，是其他教学媒体所不能实现的。例如，探究2011年日本福岛地震引发核泄漏事件是否会污染扩散到中国，数字星球系统资源库，依据NOAA(美国国家海洋)遥感遥测信息和MOST软件绘制最新发布的遥感影像，绘制了该扩散途径的动画，紧跟时事，充分调动学生的好奇心与积极性。

       （五）多对象操作、简单且智能化原则

       课程资源适用于中学地理教学，因此秉承方便易操作的原则。而基于数字星球系统的适于探究学习的地理课程资源，操作简单且智能化，配备远红外遥控器设备，不仅能满足教师脱离电脑和讲桌的控制，在教室任何位置多角度多方位灵活控制球面动画和图像，呈现移动式教学的新特点；亦可满足学生方便易操作进行探究学习需求，教室不同位置学生控制数字星球进行探究活动及表述观点，为课堂构建更和谐的教学氛围。例如，“探究全球气候变化”一节设计中，教师通过开发一系列可供学生课堂自主探究使用的数字星球资源，在教师的启发下，以学生合作讨论的形式完成探究活动，利用数字星球展示探究成果，自由表达观点。

       四、基于数字星球的探究性地理课程资源开发策略

       （一）以思想性和地理性作为课程资源开发的前提

       本文基于数字星球的地理课程资源开发是在地理“双动两案”教学模式思想指导下进行的。“双动”指的是学生的学习活动过程与教师的教学活动过程。“两案”指的是学习方案(简称学案)与教学方案(简称教案)。该教学模式的主要功能是教师和学生共同进步与发展。双动两案教学模式“十大思想”包括教学抓手思想、教学过程思想、教学方法思想、教学反馈思想、教学动力思想、内容结构思想、教学合作思想、教学发展思想、有效教学思想和教学创新思想。这些思想为地理教学设计提供了依据，是地理课程资源开发的指导思想。

       地理性意味着地理课程资源的开发和利用必须紧紧围绕地理学科的特色，筛选出有益于地理教育教学活动的课程资源。地理学科具有广泛性、综合性、区域性等特色，为使学生能掌握地理学科的基本概念、原理、规律，发现和解释地理现象，应充分挖掘数字星球系统显示优势:首先，能显示全球尺度的空间分布，帮助学生掌握地理事物和现象的地理分布和空间结构，如世界地形、世界时区等；其次，能显示全球尺度的空间运动，帮助学生获得连续、动态、立体形象的感性知识，化解知识难点，如地球的运动、季风环流等；再次，能显示地理现象的时间动态，将发生于遥远空间、漫长时间及瞬间发生的地理事物、现象、过程及其发展变化以一种直观生动的方式呈现，如大陆漂移、气候变暖等；最后，能进行局部的、区域的显示，最小适宜尺度可达到国家级，满足区域地理学习需求，如中东地区、澳大利亚等。

       （二）以教师与学生作为课程资源开发的主体

       地理课程资源要能够真正地发挥作用则依赖于开发主体。教师不仅决定探究性地理课程资源的鉴别、开发、积累和利用，是素材性探究性地理课程资源的重要载体，而且还是地理课程实施的基本条件资源。所以，从这个意义上来讲，教师是最为重要的地理课程资源，教师的素质状况决定了探究性地理课程资源的识别范围、开发与利用的程度以及发挥效益的水平。

教师还要带领学生共同开发地理课程资源。数字星球系统的课程资源可二次开发，学生在探究活动中，可根据学习目的，通过活动设计，对地理课程资源进行自主开发。因此，学生也要参与探究性地理课程资源开发，共同成为地理课程资源开发主体。

       （三）以适宜性和适度性作为课程资源开发的重点

       数字星球系统作为现代化教学工具，在地理课程资源开发中除了注重通过提供丰富信息的表征形式来改变学习者的认知方式，还应注重地理课程资源开发主题的适宜性和内容编排的适度性。数字星球系统与地理课程内容的深度整合中，适宜性越高，则实用性就越大，丰富的地理课程资源，拓展了地理课程发挥空间，使之具有最佳的整体功能；把握好地理课程资源开发的深度和广度，资源的开发与利用要能够与学生原有的生活体验和能力发展结合，重视质量，深度开发，在丰富、优化地理课程资源的情况下，从不同角度审视资源，挖掘资源的内涵和潜在的教育价值。因此，适宜性和适度性是地理课程资源开发需重点考虑的策略。

       （四）以探究性和效能性作为课程资源开发的关键

       《地理教育国际宪章》强调“鼓励学生采用质疑或探究的方式进行学习。”普通高中地理课程标准( 实验) 的基本理念强调“重视地理问题的探究”。共同强调探究学习在教学中的重要性，所以开发地理课程资源务必考虑课程资源的探究性设计。而地理课程资源的效能性直接决定了地理课程资源的作用，并最终影响地理教学质量。因此，考虑探究性和效能性是探究性地理课程资源开发的关键问题。

       （五）以技术性和创新性作为课程资源开发的基点

       数字星球系统作为数字时代的教学仪器，融合了计算机三维图像处理技术、软件技术、网络技术和多媒体技术等众多先进技术，通过软件控制平台、资源软件和数字化球形投影屏幕展示技术以及实时互动演示及屏中屏功能，实现了信息技术与现代教育的充分整合。这对具有“空间科学”称誉的地理学科运用该系统进行教学并帮助学生形成空间概念、空间联系具有重要意义。要发挥数字星球系统在地理教学中应有的功效。进行地理课程资源开发，需具备一定的计算机技能和知识才能更好地开发符合地理课程内容需要的资源。

       开发地理课程资源，教师不仅需要遵循一定的教学规律，更需要具有一定创新意识与能力。地理课程资源开发应该是一个创造性地解决地理教学问题的过程。数字星球系统通过先进的三维图像处理平台，方便教师将图片、视频、动画等多媒体资源转变为球面图像，动态立体的再现地理现象与过程。独特的表征形式，使得开发出的地理课程资源具有独特性。例如，模拟演示海冰的消融与形成过程、厄尔尼诺现象、海平面上升等。因此，创新无论在地理课程资源开发还是利用过程中都是一个需要着重考虑的问题。所以，技术性和创新性为地理课程资源开发的基点。

       （六）以深化课程改革、提高教学质量作为课程资源开发的目的

       基于数字星球系统的地理课程资源因其独特的表征形式为学生创设了一个能认知、能体验、能感悟的地理教学情境，这有利于地理知识学习和应用地理知识解决问题，有利于地理课程内容与学生生活世界联系，使学习成为通过探求获得地理知识的活动。地理学科的知识时空尺度很大，而教学环境的空间很小。面对这一矛盾，利用现代信息技术与地理教学内容有机整合，成为地理学习方式和教学方式改革的重要突破口。

       基于数字星球的地理课程资源满足了地理学习的综合性、情景性、抽象性的可视化表达，对完成地理学习任务，提高地理教学质量具有积极意义。地理课程资源的开发，无论采取什么手段、方法，最终目的都是为了更好地提高地理教学质量，这也是地理课程资源开发的根本目的。