“三维数字地球”在地理课堂情境教学中的应用

张根华 窦静

摘 要：“三维数字地球”是国产的专业虚拟地球类软件，具有集成数据及影像丰富、数据及影像分析处理能力强、支持数据下载及倾斜投影、真实呈现各种地理信息等优势。将“三维数字地球”应用到课堂情境教学中，有利于学生开阔视野、从宏观上正确地认识地理环境、了解区域环境的差异与人类活动、理解人地关系及可持续发展的重要性。文章主要讨论了“三维数字地球”在地理课堂情境教学中的优势和主要应用功能，并举例进行剖析，以此丰富地理课堂教学的技术手段和应用情境，更好地服务于地理课堂教学。

关键词：三维数字地球;地理课堂;情境教学

随着信息技术水平的不断提高，越来越多的虚拟技术融入课堂教学中，并且与课堂教学的融合不断深入。“三维数字地球”具有强大的数据技术优势、多样化的操作应用功能，发挥虚拟技术优势构建课堂教学“虚拟”情境，能够帮助学生更好地建立空间概念、认识“真实”的地球与地理环境、掌握区域环境与人类活动的关系、从宏观上理解人地关系等。

一、“三维数字地球”的数据和技术优势

三维数字地球作为地球虚拟技术类应用软件，融合了众多数字地球类应用的数据优势和技术优势，具有地图数据丰富、分析处理技术功能强大等优势。

三维数字地球融合了大量地图在线数据，如谷歌地形、谷歌影像、天地图、地质图、海洋图、气象图、历史地图及各类专题地图，为教师寻找教学专题地图节省了大量时间。三维数字地球提供的大量在线地图数据，已经基本能够满足教学的需要。同时，三维数字地球作为开放性虚拟地球演示软件还可以加载本地数据，进行数据的演示、分析和处理，为针对性地进行课堂情境教学提供了操作平台（图1）。

三维数字地球在技术上具有强大的数据分析处理优势，利用三维数字地球不仅可以进行在线地图数据的演示，还可以进行在线数据影像下载、测量及在线分析、数据转化、地图标绘编辑、人工模型和场景建立、倾斜摄影等操作。利用三维数字地球的技术优势，能够更好地演示地理现象和分析各种地理事物的变化（图2）。

二、“三维数字地球”在地理课堂教学中的主要应用功能

三维数字地球的多样化地图数据和分析处理技术优势，为信息技术环境下的地理课堂教学提供了更加广阔的空间和平台。

借助三维数字地球的“在线地图”和“本地数据”加载功能，可以展示海量的、多样的、真实的、三维立体的地图和影像，可以应用到所有需要地图的地理教学中，如区域地理、常见地形地貌、聚落空间形态、自然环境对人类活动的影响等，能帮助学生有效地建立空间概念、形成对区域和地理环境的正确认知。利用“经纬网格”显示功能，可以立体地、多角度地呈现经纬网，有利于学生培养空间思维、正确地认识和掌握经纬网的知识（图3）。

借助“测量”功能可以实现图上实际距离、高度、面积的测量，为开展线上虚拟教学提供参考数据。利用等高线预览功能或地形下载、等高线生成功能，可以实现立体地形与等高线的转化、叠加，满足学生学习掌握等高线地形图的需求，提高学生立体与平面的空间转化能力[1]（图4）。

借助“分析”功能的可视分析、剖面分析、淹没分析、缓冲区分析等，能够实现两点之间通视判读、特定地点可视域范围分析、剖面图的绘制、水位变化导致淹没区变化等。借助这些功能可以为区域开发、工程建设选址、自然环境对人类活动的影响等内容的教学，提供可模拟化的、可视化的案例分析，有助于学生对教学内容的深度理解（图5）。

借助影像地图、地形下载功能，可以对在线的影像和地形（DEM）数据下载，借助三维数字地球或其他软件的数据处理功能，可为教学案例的制作提供有效数据。教师可以根据实际教学需要进行数据的下载和加工转化，制作教学案例提升教学的有效性和针对性。三维数字地球还可以根据需要绘制虚拟场景、添加3D人工模型、加载和编辑倾斜影像等（图6）。

三、“三维数字地球”在地理课堂情境教学中的应用案例

结合高中地理课堂情境教学的需求，借助“三维数字地球”海量数据及智能化的分析操作功能，能够有效地提高教学效率、激发学生的积极性，现阶段笔者在课堂情境教学中使用“三维数字地球”的教学案例主要有以下几例。

1.典型地形地貌类型分析

2017年普通高中地理课程标准中明确提出了培养学生的地理实践力，通过户外考察、实验、社会调查等研究方法，培养学生的意志品质和行动能力。课程内容设计中也有大量的地理实践内容，如内容标准“1.4  野外观察或运用视频、图像，识别3～4种地貌，说明其景观的主要特点”。

带领学生進行野外实践是帮助学生认识地貌的最佳途径，但受典型地貌分布分散、实践安全等因素影响，通过野外实践认识地貌的实施难度较大。借助“三维数字地球”平台呈现地形和影像数据，可以将真实的、立体的地形多角度呈现，学生可有效了解各类典型地形地貌的分布、区域环境特征等，进而了解地形特点、分析地貌成因[2]。如以认识冲积扇地貌为例，教师可以在“三维数字地球”中标注出冲积扇的位置，并从不同的角度让学生观看冲积扇的特点。通过观察可以了解到冲积扇与河流、沙源之间的关系，为分析冲积扇的成因奠定基础（图7）。

2.地质构造分析

利用“三维数字地球”，以3D视图形式浏览各类地形地貌，为学生还原一个真实的、立体的、三维的空间地形，将地形与地质构造数据叠加，可以为学生学习地质构造提供便利。在学习地质构造内容时，通过加载地形数据、地质构造数据进行图形叠加，可呈现立体构造地形[3]。以“我国的地质构造”为例，学生通过图8可以了解我国不同地区的地形与地质情况，辅助学生学习地质构造相关内容。这样既可以有效地呈现真实的地理信息，同时有利于激发学生学习的积极性。

3.等值线的判读分析

等值线的判读与分析是高中地理教学中的重要内容，如等高线、等压线等，“三维数字地球”可实现等值线的预览与生成，为等值线的学习提供大量的案例。利用“三维数字地球”的等高线预览功能，根据教学实际需求选择“绘制矩形”或是“选择面”，可直接生成选择区域内的等高线。学生可以将等高线与地形、地貌进行一一对应，并从不同角度观察等高线特点，帮助学生理解等高线与地形之间的关系（图9）。

4.自然条件对聚落的影响分析

自然条件如地形、河流、矿产等方面对聚落选址、形态等方面有重要的影响，如果教学中仅空洞地描述，无法使学生形成形象的认知。利用三维数字地球可以选取真实的聚落案例，从多角度形象地分析自然条件对聚落的影响。如选取平原、山地、丘陵等不同地形区的典型聚落形态，使学生观察、感受不同地形影响下聚落形态的具体、真实影像，进而理解地形对城市的影响。如平原地区地形对聚落束缚少，聚落多呈团状;山区地形束缚聚落发展，使聚落多为条带状，且多分布在河谷地区（图10）。

以上是近年来笔者在课堂情境教学中应用“三维数字地球”的部分案例。三维数字地球的数据优势、分析处理技术优势以及智能化操作优势，非常适合应用于地理课堂情境教学。“三维数字地球”在高中地理课堂中的应用是学科教学发展、信息技术与学科教学融合的必然趋势，但还有待更多地理教师的共同探索和研究，为此笔者将继续不遗余力地进行探索和实践。

参考文献：

[1]季静宇.AR技术在初中地理教学中的应用——以“等高线地形图”为例[J]. 地理教育，2018（04）：51-52.

[2]范文娟.身未动 心已远——Google Earth在地理教学中大显身手[J].地理教育，2008（01）：65-66.

[3]于涛，尊珠桑姆.虚拟地球逐次添加图层法在高校地理教学中的应用[J].教育现代化，2017（53）：183-184.