論高中地理數字化輔助教學系統的開發與應用

摘 要：信息化時代背景下，以人工智能、云計算、大數據為代表的數字技術的蓬勃發展，為教育行業注入了新鮮而有活力的血液。鑒于數字技術融入課堂教學的優勢，本文結合高中地理的學科特征，著眼于一線地理教學的場景需求，設計了一套集數字技術、地理教材、數字資源、學科工具以及應用數據為一體的數字化輔助教學系統，并結合具體的案例，概述了高中地理數字化輔助教學系統的應用場景的五大特征，推動“學習對生活有用的地理”這一課程理念的落實。

關鍵詞：高中地理；數字化輔助教學系統；開發與應用

《普通高中地理課程標準》（2017年版2020修訂版，以下簡稱《課程標準》）中關于信息技術與系統的闡釋就多達50多處，特別強調了深化信息技術應用，如“借助電子地圖、景觀圖形、地理信息技術等，構建紙電互補的新型教科書系統”[1]。隨著信息化時代的到來，以人工智能、云計算、大數據為代表的新一代的數字技術融入地理課堂教學呈現出迫切性與重要性，尤其數字技術與高中地理課堂教學的深度融合，是貫徹《課程標準》所提出的“創新培育地理學科核心素養的學習方式”這一基本理念的具體體現，更是推動黨的二十大報告所提的“推進教育數字化”的應然之選，但當前的基于數字技術的地理課堂教學呈現出“單一疊加”現象，既影響地理學科核心素養培育的落實，又不利于開展因材施教，推進學生的個性化學習。因此，研究一個適用于高中地理的數字化輔助教學系統有著重要意義。

一、數字技術融入課堂教學的優勢

數字技術融入課堂教學，并非數字層面上的疊加，而是創新地將傳統教學方式與基于數字技術相結合，達成“1+1＞2”的效果，這就要求，教師著眼于學科課程的本質特征，致力于“以生為本”教學理念的貫徹，讓學生的學習方式從被動的“死記硬背”轉變為主動的“思辨探索”，推動學科核心素養培育的落實。將數字技術融入學科課堂教學，呈現出顯著的優勢。

（一）激發學生興趣，提高學生的參與度

諸多研究實踐表明，超過半數的高中生表示對單一的文字性課堂內容提不起興趣，因而在《課程標準》指導下，如何激發學生興趣，讓學生身心俱在地參與課堂學習成為當代一線學科教育工作者亟待解決的重要問題。借助以數字技術為載體的動畫軟件，能夠創建出惟妙惟肖的三維影像，尤其兼有動畫、文字與音樂于一體的三維影像，能夠引領學生逐步走向知識的本質，切實提高課堂之上師生“教”與“學”的有效性[2]。例如，三維影像應用于人教版高中地理選擇性必修1的第一章《地球運動》中“板塊運動”的模擬中，展示出的地球六大板塊的運動軌跡，可以推動學生思維從“固態”轉換為“動態”，強化學生對地球作為動態系統的理解，同時也可以借助三維影像的“新奇”，激發學生興趣，推動學生的“學”從“要我學”轉變為“我要學”，提升課堂的參與度。

（二）輔助教師教學，拓展課堂內容的廣度

學科課堂教學中融入數字化教學輔助手段，能夠豐富課堂具體化內容的表達形式，既能夠體現學科知識的育人功能，又能夠在探究、內化基礎知識的同時，通過精準的文字、生動的圖片、形象的動畫等手段，對教材內、外的文字資料進行系統化的整理。尤其將知識的由來、概念的構建過程、相關的文化知識以及知識的實際應用等相關內容納入其中。由此而來的教學內容，既能夠拓寬學生的視野，讓學生的學習從“學教材”轉向為“用教材學”，又能夠錘煉、發展學生的高階思維能力。

（三）創設真實情境，降低內化課堂教學內容難度

數字技術融入課堂教學能夠創設真實的情境，讓學生在“真”情境中關聯、思辨與探究，學生主動“學”的過程就是內化課堂內容的過程，較好地降低了學生內化知識的難度，真切地實現“潤物細無聲”的效果。例如，在以感知地理環境為目標的課堂上，教師利用時間連續的衛星影像還原“2007年希臘森林火災的發展過程”“埃及開羅遭沙塵暴的形成過程”以及“2019年‘利奇馬’臺風的形成過程”，讓學生從實際問題出發，尤其在分析、關聯、探究的過程中強化他們對地理環境的感知，較好地降低了課堂教學的難度，同時在一定程度上確保了班級學生的參與度，切實地推動了“以學生發展為本”課程理念的貫徹。

二、高中地理數字化輔助教學系統的開發

數字技術融入學科課堂教學呈現出顯著的優勢，細化至高中地理教學，著眼于一線高中地理教學的場景需求，設計了一個集數字技術、地理教材、數字資源、學科工具以及應用數據為一體的數字化輔助教學系統，有著顯著的意義。筆者結合以往的文獻資料與實踐經驗，從場景定位、系統架構以及內容結構三維度，論述了高中地理數字化輔助教學系統的開發。

（一）場景定位：以一線教師實際水平為依據

數字化輔助教學系統應用于高中地理課堂，旨在優化師生“教”與“學”的質量，推動學生的“學”從淺表走向深處，因而結合高中地理課程的本質特征，定位數字化輔助教學系統的場景要從課堂教學與實踐探究兩個維度進行綜合性考慮，以一線教師實際水平為依據進行科學分層。《課程標準》指導下，教師不再是課堂的主體，而是課堂教學的主導者，細化到基于數字化輔助教學系統的地理課堂教學，教師仍為課堂教學的主導者，這就要求數字化輔助教學系統的場景定位當以一線教師實際水平為依據，從教師應用數字化輔助教學系統的應用需求進行分層，具體為：

一是，提供教學課程。能力相對偏弱的教師，僅需要以數字化輔助教學系統內所提供的指導性意見施教，便可基本上達成新課程標準的要求。

二是，提供教學資源。能力中等的教師，著眼于課堂具體內容的重難點，立足班級學生的“最近發展區域”與目標知識間的內在邏輯，創新地整合數字化輔助教學系統內所含有的教學資源，真切地提高學生學習的有效性。

三是，提供思辨工具。能力較強的教師，著眼于學生高階思維能力的發展需求，有意識地選擇三維影像、空間分析、電子地圖等工具，開展以培育地理學科核心素養為導向的地理教學研究，讓地理課堂從“知識本位”轉型為“素養本位”[3]。

（二）系統架構：以及時了解客觀學情為目標

數字化輔助教學系統包括室內的桌面端、室外的移動端、后臺的云端服務器三部分，具體為：

一是，桌面端。通過3D、VR、AR等技術集成模型，動畫以及電子地圖等教學資源，特別地，借助數字技術整合數據分析與成果表述功能，同時獲取學生學習過程的客觀數據，并上傳至云服務器。

二是，移動端。通過App調用智能手機的攝像頭、磁羅盤等模塊，獲取并上傳教室之內的地理位置、景觀照片以及測量數據等信息，同時實現實地實踐活動中教師對學生的點撥與引導，一定程度上確保學生“學”的方向。

三是，云端服務器。通過大數據技術整合動態的科學數據，既能夠創設真實、直觀的地理情境，又能確保教師教學、學生學習與課堂評價的一致性。

因而，數字化教學輔助教學系統的系統架構要以及時了解客觀學情為目標，落實“教·學·評”一體化教學理念，構建“素養為本”的地理課堂。

（三）內容結構：以可視化、數字化為落腳點

數字化教學輔助系統的內容結構要聚焦可視化與數字化。一是，可視化是指通過數字技術對傳統教科書內的可視化部分，尤其課程內容的重難點，進行可視化的動態設計，幫助學生直觀、深刻地理解目標知識。該過程中，教師不可拋開傳統教科書進行，也不可拋開學生高階思維的發展需求進行，而是要注重傳統教科書與數字化教學輔助體系的同頻聯動，既降低教師運用數字化輔助教學系統的難度，又能夠切中學生思維的“生長點”，促使學生在直觀的“真”情境中逐步從低階的識記、理解與應用攀升到高階的分析、評價與創造[4]。二是，數字化主要指數字化的學習內容，以主題為核心組織數字化的學習內容，強化學習資源生成的同時，注重即時評價的實現。也可以說，高中地理數字化輔助教學系統的開發要凸顯互動性、多樣性以及及時性，很好地保障學習內容的有效性。鑒于此，高中地理數字化輔助教學系統的內容大致可以分為三部分，具體為：系統界面左上的課程版、右上的復習版以及中下的大數據版。

三、高中地理數字化輔助教學系統應用場景的特征闡述

（一）應用于感知地理環境與探尋空間規律

數字化輔助教學系統內遙感影像、電子地圖、三維景觀，巧妙地將傳統教科書內靜態的插圖與圖像都動態化，創設直觀、實時、形象的地理“真”情境，較好地縮短學生與地理知識之間的距離，讓學生在地理“真”情境的過程中親身感悟地理環境，互動探尋空間規律。如學習人教版高二地理選擇性必修1的第二章第二節《構造地貌的形成》時，教師可以借助AR與VR技術，展示無限接近真實的“丹霞地貌的形成過程”的模擬，讓學生“看”動畫的過程中認識紅層堆積時期、紅層盆地構造抬升時期、丹霞地貌發育幼年期、丹霞地貌發育壯年期、丹霞地貌發育老年期以及丹霞地貌發育消亡期的地理環境特征，降低了學生學習難度的同時，加強了學生的參與，推動了“以生為本”教學理念的貫徹[5]。

（二）應用于晦澀難懂的地理概念構建

數字化輔助教學系統可以運用圖層疊加的方式，將某一晦澀難懂的地理概念的相關地理要素整合起來，引領學生從各地理要素之間的相互關系，理解、構建地理概念，很好地把握地理概念的本質，為運用地理概念解決實際問題提供扎實的基礎[6]。如構建“河流水文特征”這一概念時，可以借助數字化輔助教學系統將水系圖、氣候分布圖、氣溫分布圖以及降水量分布圖等相關的圖疊加起來，引領學生從水、氣候、氣溫、降水量以及地形等多維度進行綜合性的分析，并結合之前已有的學習經驗，推斷河流的水文特征，并借助數字化輔助教學系統內的遙感數據去驗證自己的結論，促使學生的地理學科核心素養得到提升。

（三）應用于復雜系統與因果機制的理解

數字化輔助教學系統可以將傳統的靜態插圖（圖像）動態化，在數據驅動下呈現的動態模擬（模型），能夠讓學生遵循內在邏輯關系觀察、感悟復雜系統所關涉的相關要素，尤其在同伴交流、師生探討的過程中精準地把握復雜系統的因果機制，強化他們對其因果機制的理解，達成“知其然知其所以然”的學習效果[7]。例如，學習“地球運動”的重難點——理解地球自轉運動規律與地球公轉運動規律時，教師借助數字化輔助教學系統制作地球運動的三維動畫，模擬地球運動的過程，巧妙地將抽象的空間想象與推理過程轉變為直觀的動畫觀察與規律總結過程，很好地降低了學生學習的難度，同時因三維動畫的“新奇”，也可很好地激發學生學習興趣，促使學生積極地參與。

（四）支持高中生的個性化學習與自主學習

受各種因素的影響，學生學情呈現出個性化特征，因而在“以學生發展為本”教學理念指導下，如何引導學生開展個性化學習與自主性學習是數字化輔助教學系統與地理課堂教學深度融合不可回避的話題。數字化輔助教學系統的兼容性非常強，其可以安裝在教室供地理課堂教學使用，也可以安裝于教學樓走廊的觸控大屏上，還可以安裝在家庭的計算機上，讓學生可以根據自身需求選擇適當的學習內容，促使學生的“學”從被動的“灌輸”轉變為主動的“探究”，從“套餐”走向“自助餐”。

結束語

數字化輔助教學系統融入地理課堂，可以為學生創設直觀、實時的地理“真”情境，促進學生學習方式的轉變，從枯燥的“死記硬背”轉變為有趣的“探索內化”，讓地理深度學習真實發生。應用實踐中，通過數字化輔助教學系統的數據采集、三維動畫等功能，推進了教師教學、學生學習以及課堂評價的協調統一，幫助師生診斷、反饋“教”與“學”的過程，同時也踐行了“因材施教”，推動了學生的個性化學習。受各種因素的影響，當前使用的數字化輔助教學系統的功能設置與教學內容，均有待進一步豐富與完善。

參考文獻

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