徐志梅

地理空間能力是中學(xué)生地理素養(yǎng)的重要組成要素之一，與學(xué)生對(duì)地理問(wèn)題的理解和地理學(xué)習(xí)成績(jī)的提高有著密切的關(guān)系。但是，由于受教學(xué)思想、課程教材、教學(xué)方法等各方面條件的限制，中學(xué)生的地理空間能力比較薄弱。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以為學(xué)生提供真實(shí)或模擬情境下的空間背景，補(bǔ)充學(xué)生由于缺乏空間經(jīng)驗(yàn)造成地理空間能力低下的狀況，為地理空間能力教學(xué)提供很好的技術(shù)支持。

一、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)計(jì)與地理教學(xué)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是以多媒體計(jì)算機(jī)為核心，交互地綜合處理文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、音頻、視頻等多種媒體信息，并使這些信息建立邏輯連接，以協(xié)同表示出更豐富而復(fù)雜的信息。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)了新的課堂教學(xué)工具，可以使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)獲得對(duì)問(wèn)題的視覺(jué)化描述，發(fā)現(xiàn)解決地理問(wèn)題的辦法。多媒體計(jì)算機(jī)與地理學(xué)科教學(xué)整合成為現(xiàn)代地理教育研究的重要課題之一。

英國(guó)《國(guó)家地理課程》非常重視現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用。在“教學(xué)目標(biāo)”的舉例部分以及“學(xué)習(xí)綱要”中，多次提到錄像、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件、CD-ROM、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)碼相機(jī)等在地理教學(xué)中的應(yīng)用，要求在教學(xué)中利用這些先進(jìn)技術(shù)手段分析、處理地理資料與信息，綜合概括地理模式與特征等。

日本強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等工具對(duì)地理事物進(jìn)行全方位考察以及運(yùn)用信息技術(shù)繪制國(guó)家、世界政區(qū)圖的技能，從而培養(yǎng)總結(jié)、分析地理調(diào)查結(jié)果的能力和基本地理思維方式。

我國(guó)全日制義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“構(gòu)建基于現(xiàn)代信息技術(shù)的地理課程。在內(nèi)容選擇、教學(xué)方式方法改革和評(píng)價(jià)中，要充分考慮現(xiàn)代信息技術(shù)的影響，為發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力，創(chuàng)造適宜的環(huán)境?！逼胀ǜ咧械乩碚n程標(biāo)準(zhǔn)在課程基本理念中指出：“強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)在地理學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。充分考慮信息技術(shù)對(duì)地理教學(xué)的影響，營(yíng)造有利于學(xué)生形成地理信息意識(shí)和能力的教學(xué)環(huán)境?！?/p>

由此可見(jiàn)，各國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)都突出現(xiàn)代信息技術(shù)和地理信息處理能力的目標(biāo)，使用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行地理學(xué)習(xí)以及從各種來(lái)源獲取有用的地理信息并學(xué)會(huì)處理和應(yīng)用，是大多數(shù)地理課程目標(biāo)的重要組成部分之一。

二、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)培養(yǎng)地理空間能力的優(yōu)勢(shì)

第一，地理空間認(rèn)知過(guò)程視覺(jué)化。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以提供很好的環(huán)境，允許學(xué)生視覺(jué)化其認(rèn)知過(guò)程。視覺(jué)化可以減少學(xué)生在處理三維任務(wù)過(guò)程中的困難，允許迅速改變視角和投影類(lèi)型，提供逼真圖像視覺(jué)吸引力。

第二，構(gòu)建二維或三維地理空間模擬。如通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可讓學(xué)生“走進(jìn)沙漠”、“進(jìn)入太空”、“返回遠(yuǎn)古”、“潛入海底”，可以對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)、大氣環(huán)流、洋流等進(jìn)行模擬，使學(xué)生在直接的空間感知中體驗(yàn)地理事物的形成和發(fā)展過(guò)程。

第三，直接演示地理空間關(guān)系。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以向?qū)W生提供各種方法指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生一步步學(xué)習(xí)和操作，可以對(duì)圖形進(jìn)行放大或縮小，或進(jìn)行空間平移、翻折、旋轉(zhuǎn)、變形、轉(zhuǎn)換視角等操作。

第四，獲取大量地理空間信息。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)能提供大量的文本、圖片、照片、錄像、地圖等有吸引力的表征。如可向?qū)W生展現(xiàn)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的照片，通過(guò)對(duì)圖形布局研究和操作對(duì)這些圖片進(jìn)行抽象，可以順利達(dá)到對(duì)空間概念轉(zhuǎn)換的全面理解。

第五，提供多種空間表征手段。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，可以要求學(xué)生寫(xiě)出真實(shí)旅行的體驗(yàn)設(shè)計(jì)，用圖片、地圖或素描圖表達(dá)自己的觀點(diǎn)和看法，可提供表達(dá)空間和知識(shí)的多種方式。

三、典型案例——等高線地形圖判讀

等高線地形圖是培養(yǎng)地理空間能力的重要載體之一。等高線地形圖判讀歷來(lái)被認(rèn)為是地理教學(xué)的難點(diǎn)，不僅涉及海拔、相對(duì)高度、山谷、山脊、鞍部等諸多地理空間概念，而且還要求學(xué)生理解用等高線的形式表示地形的起伏，即將立體轉(zhuǎn)化為平面表示，還要學(xué)會(huì)等高線地形圖的判讀即是將平面圖轉(zhuǎn)化為立體形象。由于學(xué)生缺乏空間、立體概念和野外經(jīng)驗(yàn)，因此抽象難懂。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以利用其空間化、視覺(jué)化、操作性和互動(dòng)性等特征，幫助學(xué)生突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，從而在學(xué)生理解掌握地形圖的同時(shí)，提高學(xué)生的地理空間能力。

高度的判斷、地形部位的辨識(shí)、剖面圖的構(gòu)建是理解地形圖的幾個(gè)重要方面，學(xué)生的困難來(lái)自不能理解由等高線二維表征所示的三維透視。運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，可以向?qū)W生提供四個(gè)片段的視頻影像地形圖，學(xué)生可以通過(guò)控制黑白圖像的陰影量，將彩色的地形景觀從一個(gè)視圖旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)視圖，提高和降低水位、橫剖等高線圖等操作，以理解等高線和間距所表征的高度變化。

第一步，顯示一個(gè)簡(jiǎn)單的山地景觀模型。包括山頂、山谷、山脊等通常閱讀和理解地形圖中常見(jiàn)的三個(gè)地形部位。通過(guò)計(jì)算機(jī)建立視覺(jué)影像以顯示三維景觀，學(xué)生可以通過(guò)陰影和光線變化，發(fā)現(xiàn)山頂、山谷、山脊的外觀以及海拔點(diǎn)的高低。將二維景觀和三維景觀以相同的方向和大小同時(shí)顯示在同一個(gè)屏幕中，學(xué)生通過(guò)陰影特征直接比較二維平面和三維立體圖上的具體點(diǎn)和特征，發(fā)現(xiàn)等高線形狀和地形特征之間的關(guān)系。

第二步，在屏幕上同時(shí)呈現(xiàn)彩色的二維平面圖和三維立體圖?？梢钥v橫向旋轉(zhuǎn)該視頻影像，讓學(xué)生從不同方位和視角觀察等高線和地形景觀之間的關(guān)系。通過(guò)拖拽鼠標(biāo)，學(xué)生可以清晰、直觀地觀察到隨著三維地形的變化，二維等高線是如何隨之變化的。并根據(jù)兩個(gè)影像的相應(yīng)變化，探究二維等高線圖與三維立體圖的各部位景觀的相互關(guān)聯(lián)。在這一過(guò)程中，向?qū)W生提問(wèn)與地形景觀觀察相關(guān)的、開(kāi)放的討論性問(wèn)題。如根據(jù)所呈示的視頻圖形影像，現(xiàn)在你能想象這是什么地形？有哪些更詳細(xì)的地形部位？各方向上坡度是否一樣？

第三步，采用水浸方法顯示三維可視化功能。學(xué)生可以通過(guò)在視頻影像中點(diǎn)擊和拖拽剪頭，看到水位上升并平行于某一條等高線；也可以讓學(xué)生在等高線上設(shè)定水位，觀察水位與地形的相互作用。當(dāng)學(xué)生改變水位，觀察水位變化與等高線的關(guān)系時(shí)，要求他們思考并描述水是如何淹沒(méi)該區(qū)域的？當(dāng)水達(dá)到斜坡的某一高度時(shí)會(huì)形成什么格局？在進(jìn)行了幾個(gè)水浸地形圖操作互動(dòng)之后，要求小組用語(yǔ)言描述，隨著時(shí)間的推移土地如何被淹沒(méi)？

第四步，建立等高線景觀剖面。將地形圖和某兩點(diǎn)間的剖面圖視頻影像同時(shí)呈現(xiàn)在一個(gè)屏幕上，當(dāng)學(xué)生在左圖中選擇某一剖面線時(shí)，右屏中同時(shí)顯示其景觀剖面圖。學(xué)生通過(guò)點(diǎn)擊和上下拖拽改變剖面線，以觀察、比較相應(yīng)地形景觀剖面圖的變化。同時(shí)，學(xué)生可以按住鼠標(biāo)沿著二維等高線圖上的紅線運(yùn)行，并顯示相對(duì)應(yīng)的路徑。這時(shí)，可以要求學(xué)生預(yù)測(cè)在每個(gè)路徑下，山谷、山脊等的高程剖面將會(huì)呈現(xiàn)的狀況。