基于Marble软件的地理空间思维能力培养

杨思窍林 华陈诗吉

（1. 厦门第六中学, 福建 厦门 361012; 2. 厦门外国语学校, 福建 厦门 361026; 3. 华东师范大学地理系, 上海 200241）

基于Marble软件的地理空间思维能力培养

杨思窍1林 华2陈诗吉3

（1. 厦门第六中学, 福建 厦门 361012; 2. 厦门外国语学校, 福建 厦门 361026; 3. 华东师范大学地理系, 上海 200241）

作为一款虚拟地球仪的自由软件，Marble软件操作非常方便，绿色免安装，其容量仅有24MB多。地理教师只需将其拷贝至U盘中随身携带，在电脑上双击可执行文件（*.exe）即可开始使用，免去安装等繁琐操作。同时，Marble软件对设备性能要求不高（内存512MB的基本配置即可），启动速度快（约2秒），不会将宝贵的课堂时间浪费于等待软件运行上。相对于Google Earth教学应用，Marble软件应用于中学地理课堂教学往往事半功倍：一是源代码完全开放，无需付费和以任何形式进行注册，可免费在线下载更新数据库；二是软件界面简洁，操作性简便，广大中学地理教师易于接受，实证发现首次接触的教师或学生在半小时内均可上手；三是可轻松浏览地球表面，并通过各种风格模式的切换，结合丰富的线上扩展资讯（如地震、天气、风光照片等），有效地辅助地理课堂教学。本文主要探讨如何将该软件应用于地理课堂教学，辅助中学生空间思维能力的培养。

一、构建地理空间表象

地理空间表象是对地理事象外部特征的反映。表象在离开被感知对象后仍可在头脑中保持，并可进一步加工形成新的表象。因此，地理空间表象是形成地理概念的基础，在地理学习中具有重要意义。

地理学科的特点决定了其空间表象涉及的空间尺度往往较大。这些大尺度的地理空间过程、空间排列状态、地理景观等空间表象，学生往往难以直接感知，需要依托视角的转换帮助学生在头脑中构建这些地理事物和现象的表象。此外，地理教学内容涉及的一些地理概念较为抽象，学生同样缺乏直观认识，传统教学中常用直观教具辅助突破教学难点。

Marble软件中丰富的地理要素和地理景观图片，是学生形成地理空间表象的优质资源。在学习相应的地理概念、现象、规律、特征和原理时，应用Marble软件的功能与素材，能够发挥其构建地理表象的独特教学价值。

案例1：应用Marble软件构建经纬网概念的空间表象

经纬网是中学地理教学重要的基础内容。在学习经线和纬线的特点，以及在经纬网地图中判别方向时，Marble软件对于构建这些概念的空间表象有其独特的价值。Marble支持地球模型任意缩放，从任一角度去观察纬线与经线的特征。通过软件界面的呈现（图1），学生易于构建纬线是“环绕地球一周、由赤道向两极逐渐变小的圆”和经线是“长度都相等的半圆”等空间表象。随着Marble软件中经纬网视角的改变（图2），“所有经线都相交于南北极点”“相对的经线形成一个圆，二者经度之和是180°”等空间表象能够构建得非常到位。这种教学效果是传统的经纬地球仪不易实现的。

图1 经线与纬线示例

图2 视角转换后的经纬网（以北极点为中心）

在经纬度的教学中，可以引导学生通过Marble软件探究经度和纬度的变化规律（图3）。在这个从动手实践到归纳结论的过程所形成的地理空间表象，相较于地球仪和传统纸质地图而言更为直观，学生的记忆也更为深刻。在此基础上推进“利用经纬网定位”等后续教学内容也就顺理成章了。

许多常见的经纬线地图（除圆柱形投影地图外）中，经线和纬线通常不是水平或竖直的形式，一些空间思维能力相对薄弱的学生在判别两点间的方位关系时容易产生误判。利用Marble软件，可通过多次旋转视角，实证检验“纬线指示东西方向，经线指示南北方向”这一空间表象。对于相对较难判断的极地及其附近地区（图4）两点间的方位关系，可通过操作软件（鼠标右击Directions from here / to here加点）进行练习，达到熟能生巧的水平。

图3 经纬度变化规律与经纬网定位

图4 经纬网地图中任意两点的方向判别

案例2：应用Marble软件构建大尺度地形特征的空间表象

对于省区、国家（地区），乃至大洲，这些大尺度区域的地理要素，是学生缺乏感性认识的地理空间表象。Marble软件为学生认识大尺度区域的地理要素（如地形特征等）打开了一扇窗户。Marble软件提供了不同的专题要素图层，包括地形图、卫星影像、街道地图、温度和降水地图、夜间地球航片、观看星空和暮色区域在地图上的变化等。例如，在软件中选择卫星影像视图，界面呈现出台湾岛的三维地形画面（图5），学生可通过感知和观察，建立台湾地形的空间表象，并在教师的引导下进一步对其进行描述和内化。这对于学生构建大尺度地理要素的空间表象颇为有益。

二、描述地理空间位置

地理空间位置是分析地理现象、解决地理问题的基础。通常，地理空间位置有绝对位置和相对位置之分，前者是在经纬网地图中用经纬度描述地理位置，后者则是地理事物间相对关系的描述。新课程已经淡化识记某一区域的地理位置特点，而是注重训练学生正确描述一地区的地理空间位置的基础上，分析地理现象、解决地理问题的能力。

Marble软件突破了纸质地图幅面大小和内容的限制，能够在课堂教学中实现任意地点的定位训练，并根据需要改变观察角度和呈现观察对象的条件，训练学生正确描述某地的地理空间位置，并结合区域位置推断出区内自然要素、现象、成因，进而分析评价地理位置的优劣，在逐渐推进深化的过程中实现地理空间思维能力的提升。

案例3：应用Marble软件学习区域地理位置描述（以亚洲为例）

通过Marble软件呈现图6所示亚洲区域地图，在引导学生描述亚洲所处空间位置的基础上，通过缩放和视图切换进一步确定区内主要地形、水系和气候类型的空间位置及其相互关系。学生根据地理位置的特点和地形位置特点，推断亚洲气候类型的分布特点。进而分析评价亚洲地理位置对气候类型的影响。

图5 台湾岛三维地形画面

图6 亚洲区域视图画面

案例4：应用 Marble 显示各区域与特殊经纬线的关系

在用经纬网进行区域空间定位时，一方面通过读图训练熟悉特殊经纬线穿过的重要地理事物，另一方面找到区域内特殊经纬线的交点作为控制点（如主要城市），进而以点为中心分析其四周的地理事物。利用Marble软件能够沿某一经线或纬线进行360°观察，教师引导学生读图训练。以赤道为例，在Marble中进行“环球浏览”可发现，赤道从南美洲和非洲穿过（图7），在此基础上引导学生认识两个大洲在陆地轮廓和跨越经度上的差异。通过Marble呈现主要经纬线及其附近的地理事物，学生易于获得感性认识和对比记忆。

三、说明地理空间分布

地理空间分布通常分为大尺度（大洲/大洋、国家/地区）和小尺度（地方）两种互为联系的尺度，以进行不同层次的分析。中学地理教学中更多涉及的是探索地理现象或过程所遵循的空间分异规律，即大尺度空间分布问题。由于软件容量的限制，Marble软件辅助说明地理空间分布主要限于大尺度地理空间分布规律，但已能够满足中学地理教学的需要。

由于地理事物空间范围大，其分布特征只能借助地图等载体进行观察。地图是由距离、方位、高度等空间要素组成的，反映地理事物空间分布。Marble软件不但涵盖上述地图要素，能够进行点状（如中国城市的分布）、线状（如中国交通运输线路的分布）、面状（如中国气候类型的分布）要素分布的描述，还可通过尺度转换更细致地观察地理事象的空间分布，理解地图上同一地理要素（如城市）的点、线、面变化，亦可通过视图切换观察不同地理要素的空间分布。

案例5：应用Marble软件说明中国气候类型的分布

气候类型的分布规律及成因分析是中学地理教学的重、难点。Marble软件的视图切换功能提供了世界范围内的气候类型分布图，并以链接的形式提供了主要气候类型的拓展介绍。通过缩放和旋转在界面中显示中国气候类型分布图（图8），在图层叠加过程中加深学生对我国地理事象空间分布的认识。在条件许可的情况下，可以在计算机教室中开展这一探究活动，让学生亲身实践。要求学生使用Marble软件从经纬度位置、海陆位置等空间要素，结合地形图等专题地图进行分析，得出：①由于中国位于世界最大的大陆亚欧大陆的东部和世界最大大洋太平洋的西岸，海陆热力性质差异大，因而季风气候显著；②中国南北跨度大，地形复杂，因而气候类型多样，各种气候类型有其特定的分布范围。教学实践发现，这一案例为地理空间素养的培养提供了一条有效的途径。

图7 赤道从南美洲和非洲穿过

图8 中国气候类型分布画面

四、分析地理空间关系

在地理环境诸要素空间分布的基础上，认识不同要素之间的空间关系，也是地理空间思维能力的重要体现，有助于理解地理环境的整体性与差异性，正确分析地理事象分布的形成原因等一系列问题。Marble软件提供了不同的专题地图要素，可以根据需要进行呈现。在课堂教学过程中依次使用多幅地图，实现不同要素在一幅图上叠加，展现空间位置对不同地理要素之间的空间联系与差异所产生的影响，便于学生掌握地理事象空间关系的分析，也容易理解自然地理环境要素之间的相互联系、相互影响和相互作用的空间关系。

案例6：应用Marble软件呈现空间位置的差异和地理要素的空间关系

首先，Marble软件能够呈现澳大利亚大陆东西两岸位置的差异而形成不同气候类型（图9）。大陆东岸、西岸与大气环流和洋流等地理要素的空间关系有明显差异，由此形成特征迥异的气候类型。具体而言，大陆西岸受离岸东南信风和沿岸寒流的影响，形成热带沙漠气候；大陆东岸是东南信风迎风地带，并受沿岸暖流的影响形成热带雨林带气候。

图9 澳大利亚大陆东、西岸的地理空间要素配置

其次，应用Marble软件展现澳大利亚空间要素配置及其形成的地理现象。不同空间要素在区域内的配置是地理空间关系的重要体现。一是地形要素的配置对澳大利亚气候的影响（图10）。应用Marble软件观察澳大利亚的地形，得出地形对澳大利亚气候的影响最明显的是大分水岭山脉。由于其南北纵列、偏居东岸，构成了气团运行的障壁，对来自东部太平洋的暖湿气团起了限制作用，是形成澳大利亚西岸热带雨林气候、亚热带季风性湿润气候呈南北方向延伸的主要因素。二是地理位置的配置对澳大利亚气候的影响。由于澳大利亚位于南半球副热带地区，四面环海，造成北岸和南岸受到气压带和风带季节移动的影响显著，形成北部季风和副热带高压带交替控制的热带草原气候，南部西风带和副热带高压带交替控制的亚热带草原气候。在不同的地形区、不同的海陆位置、不同的气压带和风带位置等空间要素配置的影响下，决定了澳大利亚的气候类型和特征。

图10 澳大利亚地形要素配置与气候分布的关系

地理空间思维能力的培养是中学地理教学的基本任务和重要目标。研究表明，应用Marble软件，有助于培养学生构建地理空间表象、描述地理空间位置、说明地理空间分布和分析地理空间关系的能力，从而提高学生的地理空间思维能力。当然，Marble软件也存在其自身的缺陷，需要广大地理教师在教学实践中挖掘潜力，并扬长避短，使其成为地理课堂教学的有力工具。

图9

在“地球的运动”这一章节中涉及太阳光照图的知识和相关题型较多，这一简易地理模型对学生加深本节知识的理解和相关练习题的解析，都能够发挥一定的作用，常常取得令人惊喜的教学效果。

三、结束语

《普通高中地理课程标准》的总体目标之一是“要求学生初步掌握地理基本知识和基本原理；获得地理基本技能，发展地理思维能力，初步掌握学习和探究地理问题的基本方法和技术手段”。同时《内容标准（必修课程地理Ⅰ）》的活动建议中也明确要求“学生要学会运用教具、学具，或通过计算机模拟，演示地球的自转与公转”。因此在日常教学过程中运用简易自制模型，通过学生的参与和体验，可以将抽象空洞的知识变得直观形象，发展了学生的学习能力、思维能力、实践能力，让学生体验到成功、让课堂变得更“轻松”。