50款软件在高中自然地理教学难点中的应用：功能挖掘与操作介绍

李沁毅 邓 钧 全汝逸 黄燕桦 何子亮

（华南师范大学 地理科学学院, 广东 广州 510631）

一、引言

地理学是关于地表的知识，具有区域性和综合性的特征，其内容表达需要借助地图，由此决定了地理思维具有综合、区域、空间、联系等特性。[1]高中生的抽象思维能力较匮乏，同时课堂上可供立体观察、实体交互的直观教具较少，使得部分自然地理知识晦涩难懂、学生难以消化。随着信息技术的发展，教育类软件和地理专业软件层出不穷，为传统课堂的教学难点提供了新颖、直观、可交互的解决方案，能够让学生在兴趣生成的过程中习得地理知识、发展地理思维。然而，专门针对地理教学开发的地理软件较少。教师对各种软件教学功能的开发与应用往往零散且低效，这不利于其系统地学习新技术和新方法以形成新时代素养本位下的新教法。基于此，本文对各类地理软件进行教学维度的功能挖掘与介绍，并将其整理成“操作手册”，以期为高中地理教师高效了解和熟悉各类软件及其教学功能提供便利，推动地理新技术课堂的实现。

二、50款软件的搜集与特点

首先，在各类应用商店及相关网站搜索与地理学科相关的软件，共86款。然后，参考其他研究者确立自然地理教学难点的依据，确定高中自然地理教学难点，[2]尝试对所搜集到的软件进行教学功能的挖掘，即是否能够解决高中自然地理教学难点。若该软件无解决难点功能则被剔除，若可实现难点教学则意味着具备教学价值功能，予以保留。经过筛选后，共整理出50款极具课堂应用价值的软件。这些软件具备如下共同特征：（1）软件的内容和主题侧重于单个地理要素或物质系统，如立足于地球、地外系统的探索类软件“Star Walk2”、着重于植被要素的“形色”“花伴侣”等，因此大致能够以自然地理环境的物质、要素组成及其外部系统为分类依据，将各个软件归为行星地球类软件、大气运动类软件、地质地貌类软件等；（2）形式新颖，面向的用户群体年龄范围较广，说明软件具有较强的专业性、知识性和趣味性，能为教师提供优质的教学资源，而这也对教师的操作能力有一定要求，学习成本较高；（3）软件所能解决的知识难点较具体，连贯性较低，说明其蕴含的教学价值较隐蔽（见表1），使教师投入挖掘和利用的时间较多。

表1 50款软件所指向的自然地理教学难点

（续上表）

三、指向教学难点的软件介绍

为降低教师应用软件的学习成本，笔者将50款软件的基本特点、所指向的教学难点进行简单介绍。其中，每个难点的具体操作步骤及相关截图被整理成《地理软件操作手册》（见图1），以供教师进一步学习。

图1 地理软件操作手册

1.侧重于行星地球教学的软件

高中必修《地理一》和《选择性必修1》的第一章内容是关于影响自然地理环境的外部因素的知识，即行星地球类知识。其最大的难点在于“空间性”，例如日、地、月之间的运动关系及地理意义，需要学生富有空间想象力才能理解。而此阶段学生并不具备立体几何的知识，对宇宙空间缺乏直观感受，因此学习过程障碍重重。软件凭借其自由交互、三维立体等特点直观地展示了宇宙空间、地球运动等画面（见表2），使学生进行多视角观察并全面认识地球与地外系统的运动特征及地理意义，充分满足学生的空间观察需求，为其知识生成提供支架。

表2 侧重于行星地球教学的软件

Sun Surveyor是一款以地平视角观察太阳视运动的软件，适用于太阳周日视运动时空变化规律的探索。学生可自主选择观察点，在“24小时”时间模式中，拖动时间滚动条，观察不同日期日出、太阳上中天和日落的方位。当时间模式切换为“365天”时，可观察不同日期周日圈的位置变化。Worldwide Telescope是微软公司开发的一款集丰富的天文资料和探索功能于一体的虚拟望远镜软件。教学中，人教版必修《地理一》的月相观察活动常常难以落实。此时，教师可借助该软件搜索月球并选择观察时间和地点，通过更改连续的日期模拟地球上某地一月内的月相变化，促使学生提出问题“月相为何发生变化”，再切换太阳系视角，调整视野至可见太阳、地球、月球三者关系的画面，演示月相变化的原理（见图2）。此外，该软件也能解决天体系统的嵌套关系、东西时间差异等教学难点。

图2 Sun Surveyor（左）和Worldwide Telescope软件（右）截图

2.侧重于地质地貌教学的软件

地貌模块知识对应表1课标内容要求1.4和I-1.3中的教学难点，包括地貌的特征、分布及其形成和演化规律，强调时空演变过程。地貌对于学生来说是静态的结果，而地貌的形成却是动态的过程。静态思维往往导致学生难以想象各种地貌过程及其内外力作用机制。受生活经验影响，学生也很难准确感知地貌的各种空间尺度。软件具有强大的表现力，能在交互的基础上呈现不同时空尺度的地貌演变过程，具有较大的教学价值（见表3）。

表3 侧重于地质地貌教学的软件

地球万象（见图3）是一款兼具综合性、直观性和交互性的地貌模拟软件。学生可通过自行操作，了解地貌形成过程。例如，在蜿蜒河流的演示模型中，学生可看到河流形态的动态演化过程并探究其成因，轻松解决“河曲及牛轭湖形成过程”这一难点。该软件也提供了多种外力作用的动画过程，如“生物风化”“河流冲蚀”“冰楔作用”等。学生通过自主操作、观察对比外力作用下地表物质的位置变化，即可发现风化和侵蚀这对相近概念的区别。类似的软件还有Jigspace，该软件内容丰富多样，包含了“科学”“空间”等多个探究版块，形式精美有趣。借助此软件，学生可通过AR与“科学”板块中的“构造板块：消亡边界”互动，探究海沟、岛弧的形成过程。

图3 地球万象（左）和Jigspace软件（右）截图

地貌的学习需要真实的地貌资料。谷歌地球、奥维互动地球等虚拟地球软件组织了大量卫星图像、三维图像，具有搜索、缩放、测量等各种功能，是地貌教学的重要工具。以奥维互动地球（见图4）为例，在学习风蚀地貌时，学生可利用该软件的检索和缩放功能，清晰看到雅丹地貌的形态特征，利用其比例尺实现空间尺度感知，再结合其他软件，如Earth NullSchool中的风向图层即可清晰了解雅丹地貌走向与风向的关系。同理也可探究新月形沙丘等其他地貌的形态特征。

图4 奥维互动地图软件截图

3.侧重于水文与大气教学的软件

水圈、大气圈中发生的地理过程往往不可见，且是多种要素综合作用的结果，具有高度的抽象性和综合性。学生一方面需要学习行星风带、热力环流、洋流等理想模型，另一方面又要以区域视角分析不同尺度下的真实情况，理解水圈和大气圈的相互作用，这对于学生的尺度思想和综合思维要求较高。同时解决大气和水文教学难点的软件（见表4）通过叠加水文或气象要素图层，展示动态真实的水—气运动过程来降低学生学习难度，使其充分厘清理想模式与现实环流的差异及其原因。

部分专业性较强的软件通过呈现真实的、动态的水—气运动过程，帮助学生认识实际的大气状况和水文状况，并结合区域要素分布特征综合分析其成因。以Earth NullSchool软件为例，它将大尺度的、不可见的风可视化，在破解东亚和南亚季风成因差异这一难点时，学生通过调节时间，可直观看到两地冬夏季风的风向差异并结合地理位置进行成因分析；在厄尔尼诺和拉尼娜的成因教学中，教师也可利用其海洋模式中的“海温偏差值”，向学生直观展示东太平洋海区的海温距平情况，引导学生应用热力环流原理，使教学顺利进行。又如Windy包含多种海气要素图层，教师可利用其向学生展示世界表层洋流的分布实况，引导学生归纳其分布规律。其中“风”图层及海陆分布格局的呈现，也为学生探究洋流成因提供了素材。教师还能利用APP中的海温分布图层，引导学生观察海温的整体规律和局部特征，探究海温的影响因素。

还有一些软件将抽象的大气现象趣味化和具象化，使学生借助动画演示理解运动过程。以“天气”（见图5）为例，它是一款气象模拟教育APP，以模型呈现不同场景的气象发生过程，操作简单、化难为简。如台风场景，该软件模拟热带洋面暖水区空气受热膨胀上升、成云致雨并最终发展为台风系统的全过程，结合简要文字清楚地展示台风的结构，使台风的教学难点迎刃而解。同样，它也能呈现大气对流运动，将抽象概念形象化。

图5 “天气”软件截图

4.侧重于土壤和植被教学的软件

新一轮课程改革后，高中自然地理加入了植被和土壤模块，课标具有明显的地理实践力培养指向。目前大多数中学尚不具备开展野外实践的条件，这一矛盾使土壤观察等相关内容成为教学难点。具备较强实践性的相关软件可有效化解这部分难点（见表5）。以“形色”“花伴侣”软件为例，学生可利用其地图进行线上植物调查，探究植物与环境的关系。又如实验空间：国家虚拟仿真实验教学项目课程共享平台，向学生提供土壤观察的操作指引、操作工具和观察项目，为土壤观察及其成因探究提供了便利条件。

表5 侧重于土壤、植被教学的软件

四、总结与展望

信息技术运用于地理课堂是新时代教育的发展方向。地理软件不仅能为实现素养本位的地理教育提供巨大发挥空间，还能凭借其易安装、低成本、易传播的特点助力乡村地理教育振兴。因此，本文以减少教师应用地理软件的成本为落脚点，通过梳理不同软件所能解决的教学难点来实现其教育价值，共探索了50款地理软件并总结其具体的操作过程，旨在为新技术走进地理课堂提供借鉴。50款软件虽有部分指向相同教学难点，但其实现的形式和过程各有特色，教师可结合课堂实际或学生喜好加以优化选择，还可以组合搭配不同形式的软件以实现最佳的教学效果。

然而，现有软件仍无法满足所有的难点教学需求，如：横波和纵波的区别、恒星日与太阳日的区别、地形倒置等。因此亟需一款依照课程标准设计的中学地理教学软件以解决教学难点。此外，本文仅挖掘了指向教学难点的软件功能，而软件中的其他功能，诸如地理课堂实践活动资源、面向研学的户外功能等内容还未涉及，有待广大地理教育工作者的继续关注和探索。