融合SAMR模型和GoogleEarth，開展地理虛擬實(shí)踐教學(xué)

張現(xiàn)瑤 王曉明 劉樹敏 朱麗東

關(guān)鍵詞：SAMR 模型;虛擬實(shí)踐教學(xué);Google Earth;河流地貌;教學(xué)啟示

在《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱2017版課標(biāo)）中，地理實(shí)踐力作為高中地理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。地理實(shí)踐既是地理學(xué)重要的研究方法，也是地理課程重要的學(xué)習(xí)方式。[1]而戶外考察、地理調(diào)查等手段則是培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力素養(yǎng)的典型方式。在疫情防控常態(tài)化時期應(yīng)把握轉(zhuǎn)變育人方式的契機(jī)，有效推進(jìn)地理實(shí)踐力教學(xué)。本文以“信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合”為抓手，遵循SAMR模型的層次內(nèi)涵，充分利用Google Earth具身化、可視化、多樣化的功能特點(diǎn)，通過“地理虛擬實(shí)踐”替代“戶外真實(shí)情境”，在任務(wù)情境的逐項(xiàng)解決中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階，在富有秩序和效率的課堂中實(shí)現(xiàn)淺層學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

一、SAMR 模型和Google Earth 在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中的作用

1.SAMR模型及其與地理虛擬實(shí)踐教學(xué)的聯(lián)系

SAMR模型是一種表述教育技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的層次模型，是魯本普特杜拉（Ruben R. Puentedura）博士于2009年針對選擇、應(yīng)用和評價“技術(shù)”的作用而提出的。SAMR 是替換（Substitution）、強(qiáng)化（Aug?mentation）、修改（Modification）及重塑（Redefinition）英文首字母的縮略語。它強(qiáng)調(diào)首先借助信息技術(shù)替代解決傳統(tǒng)教學(xué)中提煉的主題或任務(wù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)工作中因信息技術(shù)缺乏所造成的不足與缺陷，完善和豐富教學(xué)情境中的知識與能力，從而塑造基于信息技術(shù)的個性化教學(xué)思路和操作步驟。SAMR模型在契合地理學(xué)科思想方法的基礎(chǔ)上融合現(xiàn)代教育技術(shù)，使地理虛擬實(shí)踐教學(xué)由“改善教學(xué)”層面進(jìn)階為“改變教學(xué)”層面，推動地理實(shí)踐力素養(yǎng)落地，促進(jìn)學(xué)生高階思維能力提升（圖1）。

（1）替代（S）層次

“S”位于信息技術(shù)應(yīng)用的最底層，與傳統(tǒng)的紙筆講授式教學(xué)無本質(zhì)區(qū)別，即通過應(yīng)用教育技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)操作。在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中，利用地理信息技術(shù)軟件的可視化功能，提取3D立體地圖，指導(dǎo)學(xué)生觀察具體的地理事象，通過具身體驗(yàn)獲得直觀感受，達(dá)到替代線下實(shí)地戶外實(shí)踐的效果，該層次適合地理位置、地理空間分布等主題教學(xué)。例如，可以借助Google Earth的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生觀察歸納溝谷地貌中“V形谷”的位置及形狀。

（2）強(qiáng)化（A）層次

“A”位于信息技術(shù)應(yīng)用的第二個層次，在“替代”的基礎(chǔ)上有所增強(qiáng)，即在實(shí)現(xiàn)普遍性的教學(xué)操作之后，針對特定的教學(xué)任務(wù)開展探究活動，從而更具效率地完成指定的課堂任務(wù)。在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中，強(qiáng)化層次不僅僅是“走馬觀花式”的模擬考察觀測，更是通過地理戶外教育的某個主題活動，即依據(jù)明確的教學(xué)目標(biāo)開展虛擬實(shí)踐，該層次適合地理特征、地理差異類主題教學(xué)。例如，可以借助Google Earth的標(biāo)尺功能指導(dǎo)學(xué)生分析“V形谷”的成因，比較“V形谷”和“槽谷”的地理特征差異。

（3）修改（M）層次

“M”是信息技術(shù)真正發(fā)揮特殊優(yōu)勢的層次，是指在有秩序地完成教學(xué)任務(wù)的過程中，發(fā)現(xiàn)延伸性的問題，再利用技術(shù)進(jìn)行解決，從而實(shí)現(xiàn)“技術(shù)輔助教學(xué)—發(fā)現(xiàn)延伸問題—技術(shù)解決問題—深化教學(xué)意蘊(yùn)”式的螺旋上升。在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生完成“主線”探究任務(wù)之后，創(chuàng)造性地在虛擬地圖中發(fā)現(xiàn)新的問題并予以解決，實(shí)現(xiàn)淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，深化對區(qū)域認(rèn)知、人地協(xié)調(diào)觀等學(xué)科核心素養(yǎng)的感知理解，該層次適合地理因果關(guān)系、地理過程等主題教學(xué)。例如，可以借助Google Earth的時間序列功能展示不同年份的河谷谷坡位置及數(shù)量，引導(dǎo)學(xué)生描述河流階地形成的自然地理過程。

（4）重塑（R）層次

“R”是技術(shù)應(yīng)用的最高層級，技術(shù)開始定義新的教學(xué)任務(wù)并引導(dǎo)學(xué)生通過自主、合作探究的方式完成相應(yīng)任務(wù)，展示學(xué)習(xí)成果并進(jìn)行交流評價。在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中，教師可以布置課后任務(wù)，通過展示地理信息技術(shù)中所蘊(yùn)含的教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生通過規(guī)范化的流程進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，并及時進(jìn)行成果展示和評價，該層次適合空間相互作用、人與地理環(huán)境關(guān)系等主題教學(xué)。例如，可以通過地理信息技術(shù)軟件中的圖層疊加功能，引導(dǎo)學(xué)生評價沖積平原一般作為重要商品糧基地的原因。

2.Google Earth在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢

Google Earth作為集成了眾多地理信息資源的虛擬地球，依托其操作便捷、資源豐富、功能全面等優(yōu)勢，在中學(xué)地理教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過GoogleEarth開展線上地理虛擬實(shí)踐活動，可以充分利用其位置搜索、3D模擬瀏覽等功能替代實(shí)現(xiàn)線下地理實(shí)踐的探究，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的空間思維能力，培養(yǎng)其地理實(shí)踐力素養(yǎng)水平。

（1）可視化有助于準(zhǔn)確定位和直觀感悟

可視化教學(xué)是通過地圖手段實(shí)現(xiàn)地理信息表達(dá)和傳遞的過程，Google Earth以三維地球的形式整合了衛(wèi)星照片、航空拍攝等多種資料，使得大尺度的地理事物和現(xiàn)象的可視化教學(xué)成為可能[2]。地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中通過位置搜索、位置標(biāo)記功能，精準(zhǔn)確定實(shí)踐點(diǎn)位，進(jìn)而利用2D瀏覽模式觀察實(shí)踐點(diǎn)的空間范圍和地理事物，形成對區(qū)域空間的大致認(rèn)識，然后通過3D瀏覽模式觀察地理事物的實(shí)景圖，直觀感受地理事物的相關(guān)特征，總結(jié)歸納相應(yīng)的地理概念，形成個性化的心理地圖。

（2）具身化實(shí)現(xiàn)大尺度立體化的虛擬實(shí)踐

具身情境的感受是Google Earth的一大特色。通過“瀏覽路線”功能，在線上就可以完成對較大尺度區(qū)域范圍的考察，以彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)戶外考察范圍相對局限、體力消耗過大、時間不充足等問題，幫助學(xué)生形成科學(xué)的空間概念和地理思維;通過“街景模式”功能，可以跟隨“游客”的腳步實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維場景考察，使學(xué)生擁有沉浸式、互動性的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在區(qū)域認(rèn)知的基礎(chǔ)上強(qiáng)化情感態(tài)度價值觀層面的具身感受。

（3）多樣化使多種地圖要素全面覆蓋

Google Earth的功能多樣化體現(xiàn)在地圖要素的全面覆蓋。通過增刪圖層要素獲取相應(yīng)的地圖形式，方便進(jìn)行專門化和特定性的虛擬探究活動;通過標(biāo)尺功能可以測量某地的長度、高度、寬度、角度等要素，足不出戶就獲得了地理事象的精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù);此外，谷歌地球具有顯示歷史圖像的功能，能夠呈現(xiàn)不同時期地理事物的發(fā)展過程[3]，通過該功能了解幾十年來的區(qū)域環(huán)境變化，突破時間限制，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的“同地異時”比較，便于結(jié)合多方面要素開展地理過程的變遷分析。

二、融合SAMR 模型和Google Earth 的“河流地貌的發(fā)育”實(shí)例探究

技術(shù)作為與課堂教學(xué)實(shí)踐相契合的教學(xué)生長點(diǎn)，在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮著不可替代的作用。在2017版課標(biāo)中，關(guān)于“河流地貌的發(fā)育”的內(nèi)容要求是：通過野外考察或運(yùn)用視頻、圖像識別河流地貌，并描述該地貌的景觀特征。本堂虛擬實(shí)踐課立足于技術(shù)的先天優(yōu)勢，通過SAMR四層次模型規(guī)范教學(xué)流程，并結(jié)合Google Earth的查詢、高程配置顯示等功能帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行“野外考察”，開展地理虛擬實(shí)踐活動。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)，具身體驗(yàn)（Substitution）

通常在本節(jié)內(nèi)容講授中，教師組織學(xué)生開展以“河谷地貌識別”為主題的野外考察，帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地識別河流地貌在不同流域的不同特點(diǎn)，增加學(xué)生的直觀感受。開展線上教學(xué)則可以通過Google Earth的多樣化功能，將野外課堂“搬到”虛擬的線上世界，和學(xué)生一起開展一次虛擬地理考察。針對河流地貌發(fā)育的知識，教師在課前將Google Earth的安裝包和使用說明發(fā)送給學(xué)生，請學(xué)生提前下載安裝并通過搜索和瀏覽功能提前觀察黃河上、中、下游的地貌景觀，做好課前預(yù)習(xí)。

2.重組課堂，虛擬實(shí)踐（Augmentation）

教師首先播放黃河的俯拍視頻，讓學(xué)生感受奔騰的黃河從出山口到入海口所流經(jīng)的區(qū)域及其在沿途塑造的千姿百態(tài)的地貌景觀，并適時拋出問題：為什么黃河上、中、下游地區(qū)的景觀差異如此之大？隨后，教師打開Google Earth通過保存的臨時位置找到黃河上游河谷，通過3D模式向?qū)W生展示河谷的正面形態(tài)（圖2），利用“標(biāo)尺”功能對河道進(jìn)行標(biāo)注，并使用“顯示高度配置”功能得到河谷的高程和寬度數(shù)據(jù)，通過語音提問請學(xué)生描述黃河上游河谷的地表形態(tài)，即黃河上游區(qū)域多高原山地，谷壁陡峭，河道比較狹窄。教師解釋河流上游接近源頭的河谷形態(tài)即河谷發(fā)育初期的形態(tài)特征以及為何形成“V形谷”。教師以同樣的方式找到黃河中游河谷的位置，并展示其3D形態(tài)（圖3），觀察到河道寬闊可推測黃河中游流經(jīng)低山平原，是典型的河谷發(fā)育中期的地表形態(tài)，形成“U形河谷”。最后教師展示黃河下游山西省永和縣河道連續(xù)彎曲的衛(wèi)星圖，出現(xiàn)了黃河“連續(xù)拐彎”現(xiàn)象，可知黃河下游地形以平原為主，流速更加緩慢，是典型的河谷成熟期地表形態(tài)，形成寬闊的“槽谷”（圖4）。

教師繪制并展示所取河道的高程—寬度關(guān)系圖，引導(dǎo)學(xué)生思考上游河谷比中游地區(qū)更深長狹窄，下游河谷比中游更寬廣的原因。經(jīng)過學(xué)生自主討論后，教師進(jìn)行歸納：上游流速快，落差大，水流不斷向下沖刷河床，受沖刷的部位受物質(zhì)蝕離，且不斷向源頭侵蝕，因此上游地區(qū)以下切侵蝕和溯源侵蝕為主;中游地區(qū)流速減緩，河道彎曲處水流向外侵蝕拓寬河床（圖3），凹岸產(chǎn)生侵蝕現(xiàn)象，而凸岸堆積，發(fā)育農(nóng)田和聚落，因此中游多以側(cè)蝕為主;下游側(cè)蝕能力更強(qiáng)，河道不斷侵蝕形成河曲。教師展示河流在不同位置、不同侵蝕方式下形成的不同河谷特征的表格，并要求學(xué)生當(dāng)堂在線填寫，幫助學(xué)生更加系統(tǒng)地了解河流地貌的發(fā)育過程，明確黃河上、中、下游景觀差異的原因。

3.虛擬考察，深化認(rèn)知（Modification）

教師通過課前“添加—瀏覽”功能創(chuàng)建的路線設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生前往黃河中游內(nèi)蒙古鄂爾多斯市附近進(jìn)一步進(jìn)行虛擬考察。在探究活動前，教師在屏幕上展示牛軛湖的圖片及相關(guān)資料，結(jié)合Google Earth中鄂爾多斯附近湖泊的衛(wèi)星圖像，講述該區(qū)域牛軛湖的形成過程，幫助學(xué)生初步了解牛軛湖的基本形態(tài)及其與河道裁彎取直的關(guān)系（圖5）。

為便于學(xué)生認(rèn)識湖泊發(fā)育演變的地理過程，教師利用“歷史圖像”功能，展示1984年的牛軛湖圖像以供學(xué)生對比分析。學(xué)生通過對比發(fā)現(xiàn)，隨著時間的推移，該湖的河曲彎度不斷變大，后經(jīng)洪水作用裁彎取直，廢棄河曲發(fā)育成牛軛湖。教師結(jié)合河流的侵蝕方式總結(jié)出牛軛湖的一般形成過程，即河流擺動形成彎曲→側(cè)蝕加強(qiáng)，河曲發(fā)展→河流沖擊裁彎取直→原河曲成為牛軛湖。教師指導(dǎo)學(xué)生借助河流的侵蝕方式明晰了牛軛湖的形成過程，這既是對所學(xué)知識的即時應(yīng)用，也是對黃河流域典型景觀的區(qū)域認(rèn)知。

4.實(shí)踐拓展，交流評價（Redefinition）

為了幫助學(xué)生更完整地了解黃河流域的地貌類型，教師利用Google Earth的“模擬飛行器”功能帶領(lǐng)學(xué)生前往我國國家級自然保護(hù)區(qū)黃河三角洲進(jìn)行考察。通過俯瞰考察，可以清晰地觀察到黃河三角洲的形態(tài)及其海岸線的分布特征。教師使用“歷史圖像”功能，將1984年和2016年黃河三角洲的衛(wèi)星圖像（圖6、圖7）進(jìn)行對比，直觀感受到面積大小、整體形態(tài)、海岸線的形狀和土地利用類型等方面發(fā)生的變化較大。

為了培養(yǎng)學(xué)生搜集地理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和分析評價等基本技能，提高學(xué)生的決策能力和問題解決能力，教師布置線上探究任務(wù)，以“近30年間黃河三角洲的變遷及其成因簡析”為研究課題，分小組搜集相關(guān)的文獻(xiàn)資料、數(shù)據(jù)信息。學(xué)生最終可以通過多種形式（研究報(bào)告、視頻等）在線上多媒體平臺進(jìn)行匯報(bào)交流，并由教師及其他同學(xué)對每組的成果進(jìn)行評價賦分。

三、SAMR 模型和Google Earth 融合開展地理虛擬實(shí)踐教學(xué)的建議

1.熟練使用信息技術(shù)，逐級促進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)階

應(yīng)用SAMR模型開展教學(xué)活動的核心就是充分發(fā)揮信息技術(shù)的功能。信息技術(shù)輔助完成教學(xué)任務(wù)，又逆向促使新教學(xué)任務(wù)的產(chǎn)生。因此，信息技術(shù)作為SAMR模型中連接既定教學(xué)任務(wù)和定義新任務(wù)的橋梁，在課堂教學(xué)中至關(guān)重要。SAMR模型的四階段任務(wù)，由下至上可以分成兩個層面，替代和強(qiáng)化屬于“改善”（improvement），意味著它們利用技術(shù)取代或改進(jìn)了學(xué)習(xí)任務(wù)中的現(xiàn)有工具;修改和重塑屬于“改變”（change），表示它們?yōu)閷W(xué)習(xí)提供了新的機(jī)會，而這種機(jī)會在沒有技術(shù)的情況下是不可能出現(xiàn)的[4]。只有熟練使用所需的信息技術(shù)，精心制定教學(xué)方案和活動方式，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況和學(xué)生的接受水平協(xié)調(diào)技術(shù)內(nèi)容，方能在“改善”到“改變”中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階，完成從淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

2.實(shí)現(xiàn)具身情境體驗(yàn)，激發(fā)地理思維能力

地理戶外實(shí)踐作為培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力素養(yǎng)的重要方式，不但可以在真實(shí)情境中內(nèi)化相關(guān)的地理概念和原理，更能在實(shí)踐中培育學(xué)生的地理思維，形成“地理眼看世界”的理念。在地理虛擬實(shí)踐教學(xué)中要達(dá)到甚至超越線下教學(xué)的效果，就要充分實(shí)現(xiàn)具身情境的體驗(yàn)，讓學(xué)生借助3D立體技術(shù)進(jìn)行沉浸式、互動性學(xué)習(xí)，在更大的尺度和更廣的角度上開展空間格局的覺察和空間現(xiàn)象的思考。在地理思維能力培養(yǎng)中，讓學(xué)生從初始的無思維狀態(tài)不斷提升，是培養(yǎng)學(xué)生地理核心素養(yǎng)的主要路徑。[5]因此，教師要充分運(yùn)用Google Earth中的位置標(biāo)記、路線瀏覽、標(biāo)尺、模擬飛行器等功能，彌補(bǔ)線下地理實(shí)踐中考察范圍局限、觀察角度單一等問題，并通過其多樣化的功能，不斷發(fā)現(xiàn)有價值的地理問題，將問題交由學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、交流評價，拓寬學(xué)生視野，提升學(xué)生的地理思維能力。

3.科學(xué)制定教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建系統(tǒng)的“SAMRGE”課程

課程是教學(xué)的基本載體，為了使SAMR 模型和Google Earth更好地融合發(fā)展，應(yīng)根據(jù)課程的進(jìn)階性、開放性、有序性特點(diǎn)，依托地理信息技術(shù)進(jìn)行“SAMRGE”課程重點(diǎn)開發(fā)。該課程應(yīng)制定明確的發(fā)展目標(biāo)，即促進(jìn)地理信息技術(shù)與中學(xué)地理課堂教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對基本知識和基本技能的掌握，從而富有效率地解決地理問題。課程應(yīng)依托2017版課標(biāo)的內(nèi)容準(zhǔn)則和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求，深入挖掘新教材中適宜構(gòu)建的自然地理、人文地理及區(qū)域發(fā)展模塊的課程資源，重組設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)案例，收集Google Earth中的資料影像，編制開發(fā)成果評價標(biāo)準(zhǔn)，以期達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生地理學(xué)科能力、落實(shí)地理核心素養(yǎng)的目的。