基于中學生地理空間概念建構(gòu)的GoogleEarth運用策略

基于中學生地理空間概念建構(gòu)的GoogleEarth運用策略

空間性是地理學科的重要特點。地理學的探究主要朝向?qū)ふ铱臻g的秩序，建構(gòu)地理空間概念是有效尋找空間秩序的基礎(chǔ)。西方地理學家凱特早在1976年就提出將地理知識體系的基礎(chǔ)歸結(jié)到三個地理學科獨特的、在實質(zhì)上相互聯(lián)系著的概念上[1]。這三個地理概念是空間位置、空間分布和空間關(guān)系，它們在學校地理中起著根本的組織作用，其他概念，諸如人地關(guān)系、區(qū)域等都是由地理關(guān)鍵概念衍生出來的。因此可以認為，使學生建立起地理空間概念系統(tǒng)是地理空間素養(yǎng)教學的起點，把握好這一起點，才能更好地引領(lǐng)學生進行地理空間表述、空間推理，進而形成一定的地理空間素養(yǎng)。GoogleEarth（以下簡稱GE）作為一種新興的信息技術(shù)工具，在國內(nèi)外都有研究和運用，也逐步為眾多地理教育工作者所熟悉，其功能可以為地理空間概念的建構(gòu)提供有益的輔助和支撐[2]。研究基于地理空間概念建構(gòu)的GE運用策略，引領(lǐng)學生進行地理空間表述、空間推理，可為中學地理教學培養(yǎng)學生的地理空間素養(yǎng)提供有力的教學手段和探索新的路徑。一、運用GE豐富地理空間表象形成地理表象，是學生學習地理知識的一種重要心理過程。地理表象是對地理事實與現(xiàn)象外部特征的反映，是形成地理概念、將地理事物與現(xiàn)象本質(zhì)屬性知識化的基礎(chǔ)[3]。GE各個圖層含有海量的景觀圖片、標本、文字描述等，是學生形成地理表象的最佳資源，在學習相應的地理概念、特征、原理、規(guī)律時，對GE善加運用，可發(fā)揮其建立地理表象的獨特價值。1.運用GE可豐富學生的地理表象儲備GE可以顯示平面和立體的地理事物或現(xiàn)象，對于中學生生活中難以直接感知的地理現(xiàn)象，可以運用GE模擬野外觀察和實習，達到豐富地理表象儲備的目的。例如，在學習等高線及其地形圖的判讀的知識時，學生若沒有很好地在頭腦中建立起山脊、山谷等概念，就無從判斷等高線地形圖中的山脊和山谷等部位。而運用GE這一信息技術(shù)手段，恰可以在豐富學生有關(guān)地形部位表象的基礎(chǔ)上，幫助學生建構(gòu)起清晰的關(guān)于地形各個部位的空間概念。例如，教師與學生可以通過GE任選一座名山大川的立體實景圖，觀察山體的各個部位，建立空間表象，進而形成概念。地理表象具有可以離開被感知對象，仍可在頭腦中保持對象形象的特點，同時還可以加工形成新的表象。這樣，建立了山脊、山谷等概念，就可以進一步對等高線地形圖中的山脊、山谷等部位進行正確判斷。大尺度的地理空間過程、空間排列狀態(tài)、地理景觀等等，往往是難以直接感知的，要形成這些地理事物和現(xiàn)象的表象，就要充分利用直觀教具，GE可以呈現(xiàn)真實的、模擬的、二維的、三維的圖像，直觀地展示不同尺度區(qū)域中的地理要素和景觀，是豐富學生地理空間表象的有效教學工具。2.GE輔助地理空間表象形成的方法多樣而有實效首先，通過GE的輔助，可以在有地理表象儲備的基礎(chǔ)上通過類比或比喻指出異同引起聯(lián)想而形成一種新的地理形象。其次，通過GE的輔助，可在學生已有的某種綜合性較強、比較復雜的表象的基礎(chǔ)上，直觀地分析指出它的各個組成部分以分別形成各個部分的表象。再次，通過GE的輔助，可引導學生運用綜合的方法把若干個體的地理表象綜合起來形成一個整體形象。在類比、分析和綜合方法運用的過程中，GE能夠提供各種新的地理形象，顯示各個組成部分和整體形象，有效地輔助各種方法的實施。例如，在學習經(jīng)緯線部分的知識時，運用GE展示經(jīng)線的走向、起止點、相互關(guān)系，就運用到分析和綜合法，得到經(jīng)線的一些特征，同時可以縮小地球，對結(jié)論進行驗證，繼而可以運用GE以類比的方法認識緯線。二、運用GE進行地理空間位置的定位與描述空間位置在地圖中的表達方式主要有兩種，一是地理事物間的相對關(guān)系，如中國位于太平洋的西岸、亞歐大陸的東部；二是用經(jīng)、緯度來描述地理位置，這是地理事物的絕對位置。教學中，要求學生養(yǎng)成將地理事物放到經(jīng)緯網(wǎng)中認識其空間屬性的習慣，某區(qū)域與特殊的、重要的經(jīng)緯線關(guān)系是理解其特殊空間屬性的出發(fā)點。這是認識地理事物空間屬性，培養(yǎng)學生地理空間位置觀念的重要方法。傳統(tǒng)地圖由于紙張大小和篇幅的限制，相較于GE，難以呈現(xiàn)任一地點進行定位訓練，需要獲取更多的紙質(zhì)地圖，有的甚至難以獲取。如若要對兩個地點進行比較，不在同一幅圖上也會對認知造成一定障礙。如果只是用文字描述，也難以讓學生形成地理空間位置的概念。運用GE可以根據(jù)需要改變觀察角度和呈現(xiàn)觀察對象來描述一地的地理空間位置，利用其能夠反映地理真實環(huán)境的特點，可以利用經(jīng)緯線確定任一地點的位置和每一區(qū)域的視圖。教師在區(qū)域地理教學的過程中，應重視運用GE顯示某區(qū)域的地理空間位置，讓學生作出描述，以培養(yǎng)學生的地理空間表述技能。這樣，經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)訓練，學生能夠逐步掌握地理空間位置的描述方法。例如，學習亞洲的時候，讀出亞洲的經(jīng)緯度并確定該地在地球表面的位置，分別觀察其最北端、最南端等的經(jīng)度與緯度，以及其東西半球位置、南北半球位置，還可以描述亞洲與其他大洲大洋的相對關(guān)系。我們可以運用GE確定某一地與特殊緯線的位置關(guān)系，確定重要經(jīng)緯線所穿過的典型的地形單元，反映地表事物與山、河、湖、海洋等自然要素的相互關(guān)系，運用GE呈現(xiàn)不同區(qū)域的空間位置差異，運用GE分析不同地理位置的空間要素配置。GE能夠表達地理事物的各種位置關(guān)系，便于學生運用GE分析地理位置的影響，結(jié)合區(qū)域位置推斷出該區(qū)域的自然要素、現(xiàn)象、原因，進而分析和評價地理位置。三、運用GE認識地理空間分布就地理空間分布規(guī)律而言，在理論地理學的研究領(lǐng)域內(nèi)，一般可分成兩個互為聯(lián)系的尺度，以進行不同層次的分析。其一，宏觀意義下的地理空間分布。所著眼的尺度范圍為全球規(guī)模，至少也是在大洋、大洲、國家等級別的層次上。由此角度出發(fā)，探索地理現(xiàn)象、地理過程所服從的空間分異規(guī)律，是宏觀意義下的空間分布研究。其二，微觀意義下的地理空間分布。這里所謂的微觀，當然與物理學中所指的微觀含義不能完全等同，凡是涉及區(qū)域的、地方的、直至更小范圍的地理空間，由于它們受到宏觀地理空間分布規(guī)律的統(tǒng)一制約，在自然條件上表現(xiàn)為相對差異不大，處于同一或近似的環(huán)境之中，因此它更加注重的是較細微、較精密的空間結(jié)構(gòu)、空間排布等規(guī)律的探討[4]。GE從整體到局部的呈現(xiàn)能力使各種尺度下地理空間分布的認識得以很好地落實。運用GE可從整體到局部認識地理空間分布的特征。Navon的“總體先于局部”的原理告訴我們，人們對圖的理解總是傾向于先由整體特征把握圖的整體意義，再注意其局部細節(jié)。而在知覺圖的局部過程中，關(guān)于圖的整體意義的一般知識、期望或假設(shè)引導了對局部細節(jié)的注意和知覺。即使當圖比較復雜，而必須進行自下而上的加工時，相對于某一局部，仍然遵循從整體到局部的知覺順序[5]。GE的呈現(xiàn)方式就是由整體到局部，在此過程中把由大到小的地理區(qū)域逐步展現(xiàn)在師生面前，有目的地引導學生探究，從整體上看大的結(jié)構(gòu)，局部看分布細節(jié)來加深對地理空間分布特征的認識，理解地理空間分布概念。以圖1（圖略）為例，A、B、C、D分別是在查詢首都機場時，GE出現(xiàn)首都機場時的幾個截圖。在大洲大洋的空間位置直至到首都機場的分布格局都可以呈現(xiàn)，支持使用者的探究。運用GE從整體到局部來探究地理空間分布具有一定優(yōu)勢，有助于學生理解在某一地區(qū)，整體的空間分布是局部某些地理現(xiàn)象產(chǎn)生的背景和依據(jù)，而局部則是地理空間背景下的具體空間分布格局。從而理解地理事物的大小或范圍，歸納地理事物的形狀、地理事物的屬性劃分等，可以較為順利地理解地理事物空間分布的有序性規(guī)律[6]。這不但有助于地理空間分布概念本身的理解，也易于推理得出地理事物和現(xiàn)象的成因。以北京氣候特點及沙塵暴的成因為例，理解分別從整體和局部的視角觀察地理事物空間分布及其影響的重要性。我國北方為干旱區(qū)，山脈多為東西走向，北部和中部為內(nèi)蒙古高原和黃土高原，地處華北平原，北京因周圍整體較大地形區(qū)的空間分布特點而發(fā)生沙塵暴。進一步來看，北京市中心位于北緯39度，東經(jīng)116度，地處歐亞大陸的東岸，因而氣候類型是溫帶季風氣候。北京西部的西山為太行山脈，北部的軍都山為燕山山脈。兩山脈在北京的南口（南口是兵家要地）會合形成向東南展開的半圓形大山灣，山灣環(huán)抱的是北京平原。北京的地勢是西北高、東南低，便于沙塵暴長驅(qū)直入。再詳細些還可以縱覽北京的城市結(jié)構(gòu)。運用GE支持由整體到局部可以從氣候類型及氣象災害等的成因探究逐步進行到城市空間結(jié)構(gòu)甚至是某一建筑格局的探究。運用GE變換空間尺度大小可認識空間分布格局。GE軟件可以呈現(xiàn)不同尺度下的地理研究對象，為地理空間分析和地理空間推理奠定基礎(chǔ)。尺度的變化過程中，GE展現(xiàn)地理事物的詳細程度不同。GE對現(xiàn)實世界的空間關(guān)系的模擬，可以使學生對空間各種事物的狀態(tài)有非常直觀的感受。地理教師可以用GE的簡單空間操作分析工具，為學生提供空間可視化的分析結(jié)果，能揭示地理事物的空間關(guān)系和空間分布模式，幫助學生理解地理學科的特征，建立地理學科的知識結(jié)構(gòu)，提高地理課堂效益。例如，在較大的尺度上，運用GE觀察和認識中國山脈空間分布格局，辨識北美洲地理空間分布格局。再如地理教學中的難點——世界陸地自然帶的分布及其成因，體現(xiàn)了地理科學的整體性和區(qū)域性特征，不斷變換尺度的大小，展現(xiàn)出來的空間信息也會不斷更新，這樣讓學生始終能直觀地感受和理解世界陸地自然帶分布特征及其成因。運用GE可認識地理事物空間展開的范圍與大小。由于地理事物所占空間廣大，難以用肉眼直接觀察，因此它的形態(tài)特征，包括范圍、海拔、輪廓等只能在地圖上進行觀察研究。為了研究和認識地表空間的需要，用科學的方法把地理空間繪制成各種地圖，地圖是由距離（比例尺）、方位（方向）、高度（等高線、顏色高度表）等空間要素組成的。GE不但含有上述地圖要素，而且在操作過程可以通過尺度的變化，更細致地觀察地理空間分布的形狀、大小和范圍。在大洲和大洋的課堂教學過程中運用GE教學便于學生對形狀、大小、輪廓的觀察；運用GE的圖層疊加功能可以將非洲氣候類型圖疊加在GE上，根據(jù)需求打開經(jīng)緯網(wǎng)、邊界與地名、氣溫、地形等各要素的圖層探究非洲氣候類型的成因，學習過程中還會加深學生對非洲輪廓的認識。長江是世界著名的河流，GE可以鮮明地呈現(xiàn)長江本身的特征：水系呈樹枝狀、支流眾多、水網(wǎng)稠密，然后讓學生聯(lián)系長江流域的地形地勢和氣候進行思考，就容易理解長江是我國流域面積最廣、水力資源豐富、航運發(fā)達的黃金水道。通過尺度的變化過程中的觀察，也可以理解在地圖地理空間分布的點、線、面的變化。當GE的尺度由大變小，所見城市就從一個一個點變成占據(jù)一定空間，有著特定外部輪廓形狀的面狀分布狀態(tài)。四、控制GE的不同圖層認識地理空間關(guān)系地理空間關(guān)系是指地表具有有機聯(lián)系的各個地理要素的相互聯(lián)系。GE的圖層可以根據(jù)使用者的選擇而呈現(xiàn)，這相當于多幅地圖在課堂上根據(jù)需要展現(xiàn)在師生面前，比多幅地圖更優(yōu)越的是全部在一幅圖上引出，讓學生很容易掌握各區(qū)域的相互位置關(guān)系，也容易理解具有經(jīng)濟意義的物質(zhì)要素和地理環(huán)境的空間關(guān)系，如鐵路、港口、交通樞紐、城市、自然資源富集地等。如呈現(xiàn)不同比例尺顯示下的臺灣道路網(wǎng)，教師在課堂上運用這一類圖層的相互顯示可以講清地圖上地理要素的空間分布規(guī)律，同時啟發(fā)學生思考這些分布規(guī)律的形成因素，以及思考與之有相互關(guān)聯(lián)要素之間的聯(lián)系。五、利用GE認識地理過程的時空特性時間和空間是同時存在的。地理空間的位置、空間分布和空間關(guān)系是存在于一定時間尺度之內(nèi)的，組成地理環(huán)境的各個要素時刻發(fā)生著變化。例如，河流地貌的發(fā)育，不但在空間上存在地貌景觀的差異，在河流發(fā)育的不同時期由于主導的外力作用不同也存在著地貌的差異。這就要求在地理學習中注重以動態(tài)的、發(fā)展的、過程的視角去觀察地理事物，形成時間和空間統(tǒng)一的時空概念。GE包含不同歷史時期的衛(wèi)星圖片，撥動指針即可獲得，且包含很多特制的錄像和影像資料，可將事物發(fā)生、發(fā)展、變化的過程直觀、形象地表現(xiàn)出來，有利于化解難點，順利實現(xiàn)教學目標，如海陸的變遷、印度洋海嘯前后的圖片對比、2010年美國颶風的動態(tài)路徑圖的過程分析等均屬此類。而且網(wǎng)絡(luò)中有很多用戶自創(chuàng)的KMZ文件，師生可以量力而為，在能夠獲取資料的情況下，盡量運用有限的資源取得最大的效果。再如，時差的概念本身很難理解，僅有平面的時區(qū)圖，學生很難理解這一時間概念，進而影響到空間概念的理解。而GE本身就具有動態(tài)的顯示光照影像等功能，當我們運用GE中顯示日光的功能，拉動指針，觀察過去和未來任一時間點世界各地的光照實況時，對于形成時差概念來說其作用就毋庸置疑了。而且GE能夠切換到太空中便于師生探究太陽