融合SAMR模型和GoogleEarth，开展地理虚拟实践教学

张现瑶 王晓明 刘树敏 朱丽东

关键词：SAMR 模型;虚拟实践教学;Google Earth;河流地貌;教学启示

在《普通高中地理课程标准（2017年版）》（以下简称2017版课标）中，地理实践力作为高中地理学科的核心素养之一。地理实践既是地理学重要的研究方法，也是地理课程重要的学习方式。[1]而户外考察、地理调查等手段则是培养学生地理实践力素养的典型方式。在疫情防控常态化时期应把握转变育人方式的契机，有效推进地理实践力教学。本文以“信息技术与课堂教学深度融合”为抓手，遵循SAMR模型的层次内涵，充分利用Google Earth具身化、可视化、多样化的功能特点，通过“地理虚拟实践”替代“户外真实情境”，在任务情境的逐项解决中实现学习进阶，在富有秩序和效率的课堂中实现浅层学习向深度学习的转变。

一、SAMR 模型和Google Earth 在地理虚拟实践教学中的作用

1.SAMR模型及其与地理虚拟实践教学的联系

SAMR模型是一种表述教育技术在教学实践中的层次模型，是鲁本普特杜拉（Ruben R. Puentedura）博士于2009年针对选择、应用和评价“技术”的作用而提出的。SAMR 是替换（Substitution）、强化（Aug⁃mentation）、修改（Modification）及重塑（Redefinition）英文首字母的缩略语。它强调首先借助信息技术替代解决传统教学中提炼的主题或任务，弥补传统教学工作中因信息技术缺乏所造成的不足与缺陷，完善和丰富教学情境中的知识与能力，从而塑造基于信息技术的个性化教学思路和操作步骤。SAMR模型在契合地理学科思想方法的基础上融合现代教育技术，使地理虚拟实践教学由“改善教学”层面进阶为“改变教学”层面，推动地理实践力素养落地，促进学生高阶思维能力提升（图1）。

（1）替代（S）层次

“S”位于信息技术应用的最底层，与传统的纸笔讲授式教学无本质区别，即通过应用教育技术代替传统的教学操作。在地理虚拟实践教学中，利用地理信息技术软件的可视化功能，提取3D立体地图，指导学生观察具体的地理事象，通过具身体验获得直观感受，达到替代线下实地户外实践的效果，该层次适合地理位置、地理空间分布等主题教学。例如，可以借助Google Earth的虚拟现实技术指导学生观察归纳沟谷地貌中“V形谷”的位置及形状。

（2）强化（A）层次

“A”位于信息技术应用的第二个层次，在“替代”的基础上有所增强，即在实现普遍性的教学操作之后，针对特定的教学任务开展探究活动，从而更具效率地完成指定的课堂任务。在地理虚拟实践教学中，强化层次不仅仅是“走马观花式”的模拟考察观测，更是通过地理户外教育的某个主题活动，即依据明确的教学目标开展虚拟实践，该层次适合地理特征、地理差异类主题教学。例如，可以借助Google Earth的标尺功能指导学生分析“V形谷”的成因，比较“V形谷”和“槽谷”的地理特征差异。

（3）修改（M）层次

“M”是信息技术真正发挥特殊优势的层次，是指在有秩序地完成教学任务的过程中，发现延伸性的问题，再利用技术进行解决，从而实现“技术辅助教学—发现延伸问题—技术解决问题—深化教学意蕴”式的螺旋上升。在地理虚拟实践教学中，学生完成“主线”探究任务之后，创造性地在虚拟地图中发现新的问题并予以解决，实现浅层学习到深度学习的转变，深化对区域认知、人地协调观等学科核心素养的感知理解，该层次适合地理因果关系、地理过程等主题教学。例如，可以借助Google Earth的时间序列功能展示不同年份的河谷谷坡位置及数量，引导学生描述河流阶地形成的自然地理过程。

（4）重塑（R）层次

“R”是技术应用的最高层级，技术开始定义新的教学任务并引导学生通过自主、合作探究的方式完成相应任务，展示学习成果并进行交流评价。在地理虚拟实践教学中，教师可以布置课后任务，通过展示地理信息技术中所蕴含的教学创新点，指导学生通过规范化的流程进行探究学习，并及时进行成果展示和评价，该层次适合空间相互作用、人与地理环境关系等主题教学。例如，可以通过地理信息技术软件中的图层叠加功能，引导学生评价冲积平原一般作为重要商品粮基地的原因。

2.Google Earth在地理虚拟实践教学中的优势

Google Earth作为集成了众多地理信息资源的虚拟地球，依托其操作便捷、資源丰富、功能全面等优势，在中学地理教学领域应用广泛。通过GoogleEarth开展线上地理虚拟实践活动，可以充分利用其位置搜索、3D模拟浏览等功能替代实现线下地理实践的探究，进而发展学生的空间思维能力，培养其地理实践力素养水平。

（1）可视化有助于准确定位和直观感悟

可视化教学是通过地图手段实现地理信息表达和传递的过程，Google Earth以三维地球的形式整合了卫星照片、航空拍摄等多种资料，使得大尺度的地理事物和现象的可视化教学成为可能[2]。地理虚拟实践教学中通过位置搜索、位置标记功能，精准确定实践点位，进而利用2D浏览模式观察实践点的空间范围和地理事物，形成对区域空间的大致认识，然后通过3D浏览模式观察地理事物的实景图，直观感受地理事物的相关特征，总结归纳相应的地理概念，形成个性化的心理地图。

（2）具身化实现大尺度立体化的虚拟实践

具身情境的感受是Google Earth的一大特色。通过“浏览路线”功能，在线上就可以完成对较大尺度区域范围的考察，以弥补现实户外考察范围相对局限、体力消耗过大、时间不充足等问题，帮助学生形成科学的空间概念和地理思维;通过“街景模式”功能，可以跟随“游客”的脚步实现虚拟现实的三维场景考察，使学生拥有沉浸式、互动性的体验，激发学生的学习兴趣，在区域认知的基础上强化情感态度价值观层面的具身感受。

（3）多样化使多种地图要素全面覆盖

Google Earth的功能多样化体现在地图要素的全面覆盖。通过增删图层要素获取相应的地图形式，方便进行专门化和特定性的虚拟探究活动;通过标尺功能可以测量某地的长度、高度、宽度、角度等要素，足不出户就获得了地理事象的精准测量数据;此外，谷歌地球具有显示历史图像的功能，能够呈现不同时期地理事物的发展过程[3]，通过该功能了解几十年来的区域环境变化，突破时间限制，实现区域的“同地异时”比较，便于结合多方面要素开展地理过程的变迁分析。

二、融合SAMR 模型和Google Earth 的“河流地貌的发育”实例探究

技术作为与课堂教学实践相契合的教学生长点，在地理虚拟实践教学中发挥着不可替代的作用。在2017版课标中，关于“河流地貌的发育”的内容要求是：通过野外考察或运用视频、图像识别河流地貌，并描述该地貌的景观特征。本堂虚拟实践课立足于技术的先天优势，通过SAMR四层次模型规范教学流程，并结合Google Earth的查询、高程配置显示等功能带领学生进行“野外考察”，开展地理虚拟实践活动。

1.虚拟现实，具身体验（Substitution）

通常在本节内容讲授中，教师组织学生开展以“河谷地貌识别”为主题的野外考察，带领学生实地识别河流地貌在不同流域的不同特点，增加学生的直观感受。开展线上教学则可以通过Google Earth的多样化功能，将野外课堂“搬到”虚拟的线上世界，和学生一起开展一次虚拟地理考察。针对河流地貌发育的知识，教师在课前将Google Earth的安装包和使用说明发送给学生，请学生提前下载安装并通过搜索和浏览功能提前观察黄河上、中、下游的地貌景观，做好课前预习。

2.重组课堂，虚拟实践（Augmentation）

教师首先播放黄河的俯拍视频，让学生感受奔腾的黄河从出山口到入海口所流经的区域及其在沿途塑造的千姿百态的地貌景观，并适时抛出问题：为什么黄河上、中、下游地区的景观差异如此之大？随后，教师打开Google Earth通过保存的临时位置找到黄河上游河谷，通过3D模式向学生展示河谷的正面形态（图2），利用“标尺”功能对河道进行标注，并使用“显示高度配置”功能得到河谷的高程和宽度数据，通过语音提问请学生描述黄河上游河谷的地表形态，即黄河上游区域多高原山地，谷壁陡峭，河道比较狭窄。教师解释河流上游接近源头的河谷形态即河谷发育初期的形态特征以及为何形成“V形谷”。教师以同样的方式找到黄河中游河谷的位置，并展示其3D形态（图3），观察到河道宽阔可推测黄河中游流经低山平原，是典型的河谷发育中期的地表形态，形成“U形河谷”。最后教师展示黄河下游山西省永和县河道连续弯曲的卫星图，出现了黄河“连续拐弯”现象，可知黄河下游地形以平原为主，流速更加缓慢，是典型的河谷成熟期地表形态，形成宽阔的“槽谷”（图4）。

教师绘制并展示所取河道的高程—宽度关系图，引导学生思考上游河谷比中游地区更深长狭窄，下游河谷比中游更宽广的原因。经过学生自主讨论后，教师进行归纳：上游流速快，落差大，水流不断向下冲刷河床，受冲刷的部位受物质蚀离，且不断向源头侵蚀，因此上游地区以下切侵蚀和溯源侵蚀为主;中游地区流速减缓，河道弯曲处水流向外侵蚀拓宽河床（图3），凹岸产生侵蚀现象，而凸岸堆积，发育农田和聚落，因此中游多以侧蚀为主;下游侧蚀能力更强，河道不断侵蚀形成河曲。教师展示河流在不同位置、不同侵蚀方式下形成的不同河谷特征的表格，并要求学生当堂在线填写，帮助学生更加系统地了解河流地貌的发育过程，明确黄河上、中、下游景观差异的原因。

3.虚拟考察，深化认知（Modification）

教师通过课前“添加—浏览”功能创建的路线设计，带领学生前往黄河中游内蒙古鄂尔多斯市附近进一步进行虚拟考察。在探究活动前，教师在屏幕上展示牛轭湖的图片及相关资料，结合Google Earth中鄂尔多斯附近湖泊的卫星图像，讲述该区域牛轭湖的形成过程，帮助学生初步了解牛轭湖的基本形态及其与河道裁弯取直的关系（图5）。

为便于学生认识湖泊发育演变的地理过程，教师利用“历史图像”功能，展示1984年的牛轭湖图像以供学生对比分析。学生通过对比发现，随着时间的推移，该湖的河曲弯度不断变大，后经洪水作用裁弯取直，废弃河曲发育成牛轭湖。教师结合河流的侵蚀方式总结出牛轭湖的一般形成过程，即河流摆动形成弯曲→侧蚀加强，河曲发展→河流冲击裁弯取直→原河曲成为牛轭湖。教师指导学生借助河流的侵蚀方式明晰了牛轭湖的形成过程，这既是对所学知识的即时应用，也是对黄河流域典型景观的区域认知。

4.实践拓展，交流评价（Redefinition）

为了帮助学生更完整地了解黄河流域的地貌类型，教师利用Google Earth的“模拟飞行器”功能带领学生前往我国国家级自然保护区黄河三角洲进行考察。通过俯瞰考察，可以清晰地观察到黄河三角洲的形态及其海岸线的分布特征。教师使用“历史图像”功能，将1984年和2016年黄河三角洲的卫星图像（图6、图7）进行对比，直观感受到面积大小、整体形态、海岸线的形状和土地利用类型等方面发生的变化较大。

为了培养学生搜集地理数据、处理数据和分析评价等基本技能，提高学生的决策能力和问题解决能力，教师布置线上探究任务，以“近30年间黄河三角洲的变迁及其成因简析”为研究课题，分小组搜集相关的文献资料、数据信息。学生最终可以通过多种形式（研究报告、视频等）在线上多媒体平台进行汇报交流，并由教师及其他同学对每组的成果进行评价赋分。

三、SAMR 模型和Google Earth 融合开展地理虚拟实践教学的建议

1.熟练使用信息技术，逐级促进学习进阶

应用SAMR模型开展教学活动的核心就是充分发挥信息技术的功能。信息技术辅助完成教学任务，又逆向促使新教学任务的产生。因此，信息技术作为SAMR模型中连接既定教学任务和定义新任务的桥梁，在课堂教学中至关重要。SAMR模型的四阶段任务，由下至上可以分成两个层面，替代和强化属于“改善”（improvement），意味着它们利用技术取代或改进了学习任务中的现有工具;修改和重塑属于“改变”（change），表示它们为学习提供了新的机会，而这种机会在没有技术的情况下是不可能出现的[4]。只有熟练使用所需的信息技术，精心制定教学方案和活动方式，并且能够根据实际情况和学生的接受水平协调技术内容，方能在“改善”到“改变”中实现学习进阶，完成从浅层学习到深度学习的转变。

2.实现具身情境体验，激发地理思维能力

地理户外实践作为培养学生地理实践力素养的重要方式，不但可以在真实情境中内化相关的地理概念和原理，更能在实践中培育学生的地理思维，形成“地理眼看世界”的理念。在地理虛拟实践教学中要达到甚至超越线下教学的效果，就要充分实现具身情境的体验，让学生借助3D立体技术进行沉浸式、互动性学习，在更大的尺度和更广的角度上开展空间格局的觉察和空间现象的思考。在地理思维能力培养中，让学生从初始的无思维状态不断提升，是培养学生地理核心素养的主要路径。[5]因此，教师要充分运用Google Earth中的位置标记、路线浏览、标尺、模拟飞行器等功能，弥补线下地理实践中考察范围局限、观察角度单一等问题，并通过其多样化的功能，不断发现有价值的地理问题，将问题交由学生进行科学探究、交流评价，拓宽学生视野，提升学生的地理思维能力。

3.科学制定教学目标，构建系统的“SAMRGE”课程

课程是教学的基本载体，为了使SAMR 模型和Google Earth更好地融合发展，应根据课程的进阶性、开放性、有序性特点，依托地理信息技术进行“SAMRGE”课程重点开发。该课程应制定明确的发展目标，即促进地理信息技术与中学地理课堂教学的有机结合，以实现学生对基本知识和基本技能的掌握，从而富有效率地解决地理问题。课程应依托2017版课标的内容准则和学业质量要求，深入挖掘新教材中适宜构建的自然地理、人文地理及区域发展模块的课程资源，重组设计相应的教学案例，收集Google Earth中的资料影像，编制开发成果评价标准，以期达到培养学生地理学科能力、落实地理核心素养的目的。