同屏投影技术下三维视角应用软件与地理教学的融合

冯嘉琪

随着智慧校园的建设与学校基础教育平台的完善，信息技术与教学的深度融合在各学科的研究中有了更加精细化的发展。本文基于移动互联网、物联网和应用软件，结合教师自身特点，以“同屏投影展示空间”为支撑，对地理教学的课堂模式进行了探索。

研究背景

1.地理教学中存在的问题

地理空间能力是地理学科学习过程中的核心能力之一，也是空间能力的重要组成部分，但培养学生的地理空间能力在中学阶段较为欠缺。

首先，地理空间思维具有一定的形象性，学习内容的空间尺度超出学生可接触的范围以后，教师只能够通过地图、景观图或多媒体软件为学生提供素材，素材依然以平面素材为主。在实践应用中，地理空间思维还包括空间综合关联性的应用，而平面素材难以充分地展现出地理事物之间的空间位置关系，学生在课堂上的体验程度不高。

其次，在数字化校园建设过程中，各学校基本以安装多媒体教学平台为主，多媒体教学平台基于计算机、投影、电子白板等硬件设备，仅能提供音频、视频和电脑屏幕的输出，对可感性强、体验性强的应用软件无法支持。

最后，在不断发展的移动终端应用市场中，逐渐出现很多对地理教学有帮助的应用软件和素材。为了使用这些移动终端上的素材，教师需要预先通过截图、剪辑视频、制作课件等传统方式对教学资源进行转化，这使得教师在整理教学素材方面花费了大量时间，降低了工作效率。

2.案例产生

地理学科知识来源于生活，丰富多彩的地理事物及其之间的联系是地理学科的基本学习内容，教师在进行备课的过程中对素材的丰富度要求较高。常用素材形式多为视频、照片和文字，但在电脑端或移动终端的应用软件资源上，也能发现不少能够服务于地理教学的应用软件，它们结合移动终端内置的罗盘功能、GPS定位功能和多点触摸屏幕，为使用者提供一个可感性强、体验性强的三维视角。另外，不少的软件还应用全景相机的技术，为使用者提供一个真实的、全方位的、数据量大的三维景观，让其有身临其境的感觉。

虽然应用软件资源如此丰富，但在数字化校园里课室配备的多媒体平台却不足以支撑这样的应用软件。而同屏投影技术的使用能为丰富的三维视角应用软件和课堂教学展示搭建一座桥梁，使得地理教学素材的来源更加丰富，学生的课堂学习体验更加深刻。

3.技术支撑说明

（1）同屏投影技术简介

同屏投影技术是物联网发展过程中的一个产物，在支持多种同屏镜像协议的情况下，通过移动终端上的小屏复制大屏功能，把移动终端上的设备屏幕通过无线网络在投影仪、高清电视上进行输出，从而使更多的人能够共享移动终端上屏幕的内容。

在高效利用现有设备，不影响原有使用过程的基础上，在课室的多媒体平台上添加同屏投影设备。教师自带移动终端设备并通过无线网络连接同屏设备，转换输入信号即可在原有投影仪上输出移动终端屏幕映像，展示移动终端上的内容。

（2）surface平板电脑的应用和应用系统的选择

针对专业性较强的应用软件（如Google earth等），一般选择使用surface平板电脑，这样可以在使用中随意转换电脑模式和平板模式。在电脑模式的使用过程中，教师不需要重新使用一个系统；转换为平板模式后，教师可以在Windows的应用商店中，选择能辅助教学的应用软件。

针对生活性比较强的应用软件（如腾讯地图、星图等），一般选择用ios系统或安卓系统的移动终端设备，教师可以直接在自己的手机上或平板电脑中完成相关的应用软件下载和展示，投入成本和推广难度较低。相对于Windows的平板电脑来说，ios和安卓系统应用商店中的应用软件资源会更加丰富，也更容易应用在生活中。

（3）应用软件探索

作为地理教师，要时时留心生活、发现生活和热爱生活。从备课的角度来说，教师需要拓宽备课素材的来源思路，针对课题所属的知识板块进行划分，并根据课标的具体要求进行深入解读，了解课题中希望培养学生哪些方面的地理学科能力，再在应用软件市场上进行资源的搜索。

典型案例

在“同屏投影展示空间”试点的支撑下，基于同屏投影技术下三维视角应用软件与地理教学的融合，考虑自然地理和人文地理的学习内容、课堂教师应用和课外学生应用、常规课堂和课外社团活动呈现等多个方面，选取以下三个实例进行具体说明。

1.“Google earth”在自然地理教学中的应用

Google earth是一款让人感叹的应用软件，是地理教学中最早被深入挖掘应用功能的软件。随着功能不断更新，它提供的已经不仅仅是一个可“触摸”的地球，还可以带领使用者在时空中游走。该软件带来了丰富的地理知识，在屏幕上可以从外太空的视角一直深入到地表中具体的街道，可以找到不同自然地理事物和人文地理事物的位置，把GPS路线可视化并模拟飞行在其上空的过程，也可以潜入海洋，还可以在3D的模式中俯瞰各个城市，借助历史地图和遥感数据的重叠进行分析。

教学情境一：地球是个球体——地平面是个曲面？

平板呈现：Google earth中直接呈现出地球的形状。

学生活动：指尖触摸屏幕移动三维视角的地球，进一步感受地球形状。

学生提问：我们站在地面上如何感受出地平面是个曲面？

平板呈现：Google earth利用飞行模式的功能，进一步让学生触摸屏幕模拟出在地平面快速飞行时，先看到一栋高楼的楼顶，然后才看到高楼的全貌的经过。

教学情境二：山体的不同部位——山脊和山谷如何区分？

平板呈现：Google earth在青藏高原上飞越了高山。

学生活动：触摸平板使镜头落在青藏高原的某一座山上，推近镜头落到山麓，提高视角观看冰川或河流的形状。利用水往低处流的特征明确冰川河流的位置就是山谷的位置。

教学情境三：找到海沟的位置帮助理解六大板块。

平板呈现：Google earth在马里亚纳海沟附近的镜头，感受颜色代表的海水深度，从而确定马里亚纳海沟的位置。

学生活动：对照书本六大板块的示意图，结合马里亚纳海沟的深度，触摸Google earth推近镜头感受颜色的变化，寻找其他海沟和六大板块之间的关系。同时，巩固海洋深度的概念，回顾海拔高度的阅读方式。

设计意图：结合湘教版七年级上册第二章《地球的面貌》中的学习内容，利用surface平板电脑的多点触控屏技术支撑，让学生体验外太空看地球的感受。Google earth软件能够清晰地呈现出世界的海陆分布，学生通过遥感地图的颜色能清晰地判别地形的类型，在视觉和听觉体验的基础上，提升触觉体验，增强对方位的认识。

2.“腾讯地图”在区域地理教学中的应用

腾讯地图是一款在电脑和移动终端上都可以很好呈现各种主题地图的应用软件，其中包含了基本导航使用的矢量化道路地图、3D模拟城市建筑物的地图、卫星地图和街景地图。在此基础上，它配合ios系统移动终端的内置罗盘功能，还能够在使用街景地图的过程中，实时判断使用者面向的方向。卫星地图可以宏观呈现出一个区域内的地理事物，而街景地图则基于全景相机技术的应用微观呈现出一个让人身临其境的景象。

教学情境：河流的冰封——两幅街景地图中的河流有可能是同一时间拍摄的吗？

平板同投：投影出珠江上广州华南大桥的景观和黄河上郑州桃花峪大桥上的景观。

教师提问：投影上的珠江和黄河上两座大桥的景观，腾讯地图上的景观是同一时间拍摄的吗？如果是，是什么季节拍摄的？如果不是，又是什么季节拍摄的？

学生活动：点击进入这两座大桥的街景地图进行体验和感受。

设计意图：针对腾讯地图的地区特点（不能详细显示其他国家），该应用软件在中国地理的学习中效果更佳。一方面，利用俯视和侧视两种视角可以让学生感受3D的景观；另一方面，学生结合罗盘功能，通过观察街景地图中的人文环境素材，可以从微观上学到很多主题地图无法呈现的内容，它是学生用于感受自己未曾到过的区域的一个良好载体。

3.“星图”在天文学生社团中的应用

星图是一款被誉为“口袋里的天文馆”的应用软件，功能很强大，适合学生在进行天文类社团活动中使用。它通过GPS定位系统技术，实时描绘出一个三维立体的宇宙状态，每一颗恒星和行星都能被点击呈现具体信息。结合移动终端内置罗盘功能，使用者只要转动移动终端方向，就能实时显示当前方向天空的景象，再结合指星笔，学生能够自主学习各种自然天体。

设计意图：在学生社团的活动中，自主学习应该是活动的基本常态。天文类的社团在开办的过程中会遇到不少问题，尤其是在设备的购买上。不少学校都在建设天文台，但投入资金较大，使用频率不高。星图这款软件可以使学生在日常的培训和自主学习中，以成本最低、覆盖范围最广、操作性最强的既经济实惠又便捷的方式来认识天体，并在操作的过程中，通过同屏投影技术与其他成员相互学习。

上述的三个案例，在使用者、使用地点和使用时间上，覆盖面都变得更广，虽然在这个过程中同屏投影技术只是一个呈现手段，但它把丰富多彩的应用软件资源带入了师生学习的空间中。

总结与反思

1.从使用效果方面

三维视角应用软件在实际的操作中让人很容易感受空间内的实际情况，同屏投影下呈现出的动态能够引起学生强烈的学习兴趣和操作欲望。在这样的课堂氛围下，学生能够感受更有趣、更丰富的课堂。学生渴望在认真学习的情况下，获得操作平板的机会，其他学生也能够实时地看到展示学生的操作情况，加强了生生和师生之间的互动。

但是，一方面，由于平板电脑现在的配备数量以及同屏设备的输入端口转换还未能达到高效转换，因此学生在课上的实际操作时间相对较短。另一方面，由于很多学生刚开始接触三维视角的应用软件，还处于摸索使用的状态，操作时间上需要教师严格控制。

2.从学情方面

本案例的实验场所为初中，因此学生的地理学科素养还处于初始培养阶段，通过更多的实际景观增强学生体验，增加学生对地理事物的认识是非常重要的。学生的地理思维还没有完全形成，对多种地理事物还有较强的好奇心，在这样的学习状态下，如果学生能在课室中身临其境地感受世界，则更容易理解正在学习的内容。

3.从教师专业成长方面

同屏投影技术搭建了一座应用软件和课堂多媒体平台的桥梁，在信息技术的应用上对教师提出了更高的要求。教师在选择应用软件和寻找教学资源的过程中，促进了自身的专业发展。教师在选择应用软件的同时需要考虑课程标准和学生学科能力的培养，从而使应用软件更有针对性地服务于课堂。不浮于表面的应用软件进课堂是信息技术与地理教学深度融合的重要体现。教师也在此过程中，通过课后反思和总结提升，不断提高自身专业水平。

4.从地理学科素养培养方面

新的地理学科素养提及，学生需要具备适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，强调学生自主发展、合作参与和创新实践。在此要求下，学生的学习素材必定需要更加贴合生活、走向生活、用于生活，教师在课堂上应当引导学生从视觉、听觉甚至触觉的体验上获取知识，在应用软件的使用上跟上时代的潮流，充分发挥学生作为“数字土著”的基本学习能力。

5.从信息技术与教学深度融合方面

同屏投影技术在不改变原有设备和师生使用的情况下，已经锦上添花地为师生带来实在的便利。在同屏投影技术的支撑下，信息技术与教学深度融合体现在对应用软件的深挖程度上，对应用软件挖掘得越深、越透彻，课堂的内容就越多元化。其中，三维视角和内置罗盘功能的结合使得所有的体验都变得真实可信，同屏投影下的实时映像又能向学生展示操作的界面，解决了多媒体站台固定在一个位置的弊端，也改变了课堂中只能呈现平面视角素材的不足。

相信随着技术水平的提高，信息技术与教学深度融合还将进一步体现在学生小组互动学习、学生地理素养综合评价等多个方面。

建议与展望

1.对应用软件的进一步探索

在资源搜索的过程中，有如下几点需要注意的事项：一是关注应用软件的数据来源，选择权威的应用软件设计公司，以保证展示课堂内容的科学性；二是关注应用软件的操作界面，在呈现同样内容的应用软件中，选择操作界面简单清晰、可视化程度高的应用软件，以保证课堂展示的清晰度和课堂效率；三是关注应用软件功能，不少的应用软件功能相当强大，一款应用软件可以有多个功能服务于教学，相反应用软件也可以用在课堂以外的教学环节，带领学生发现生活中的地理。

2.对学生空间能力素养的思考

本案例主要呈现出信息技术对地理教学的学科素养评价，尤其是在学生地理空间能力的培养上起到了举足轻重的作用。学生的空间能力是三大基本能力之一，它是数学、物理、化学、生物等学科，甚至艺术类学科都需要的一种能力。本案例能够对其他学科的教学起到一个启发的作用，学科教师可以在对学生空间能力要求较高的章节中，使用三维视角应用软件，给予学生更加深刻的体验。同时，随着全球定位系统的逐步普及，对学生的空间能力素养要求的提高，学生学会使用导航软件，获取电子地图信息的能力也是生活中的必备能力之一。

3.对信息技术与教学融合的启发

知识来源于生活，也要回归生活，“学以致用”是学生综合成长的重要体现。所以教师在教学过程中的素材应更多地来自于生活，移动互联网下的生活模式应更多地建立在移动终端APP上。在基础平台和优质网络环境下，只有秉承“授之以渔”的基本理念，寻觅学生所需，寻觅课程所需，才能真正实现信息技术与教育教学的深度融合，体现教育信息化的重要地位。