虚拟与现实相结合的地理教学研究
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改革开放以来，我国经济呈现出快速发展的良好势头，人们的生活生产方式也发生着翻天覆地的变化。经济全球化的不断深入导致信息全球化的随之蔓延和加深，信息技术的广泛使用促使人类世界大步跨进“零距离”的虚拟环境。在信息技术的巨大威势下，教育作为人类社会发展的根基，同样也不可避免地受到“虚拟世界”的影响。近几年，多媒体信息技术在地理教学中的广泛应用，提高了地理教学内容及形式的丰富性，使以往不可能的地理教学环境变成现实，一定程度上增强了学生学习地理的积极性和趣味性。但是，哲学上的质量互变原理告诫我们一切都要坚持“适度原则”，信息技术所谓“过分”的优势使越来越多的地理教师完全沉浸于虚拟世界所带来的便利之中，忽视了原本现实的教学环境的可贵，从而使师生陷入一种虚拟幻觉之中无法脱离。因此，作为地理教师，我们有义务有责任打破新形势下的“新潮病”，将虚拟与现实相结合，使地理学习变成一种虚拟引领下的现实活动，为地理教学开拓一片新的天地。由于本文是针对地理教学展开的，因此，所涉及的“虚拟”与“现实”主要针对的是教学所涉及的地理环境。
一、“虚拟”“现实”与地理教学
（一）虚拟地理环境的概念及特征
虚拟地理环境，可以定义为以化身人、化身人群、化身人类为主体的一个虚拟共享空间与环境，它既可以是现实地理环境的表达、模拟、延伸与超越，也可以仅是指赛博空间中存在的一个虚拟社会世界。其中的化身人、化身人群、化身人类是表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合体。化身是用户在虚拟世界中的三维图形表达，是一种身份表达。对于虚拟地理环境，教育部重点实验室主任吕国年教授也给出了定义：虚拟地理环境（Virtual Geographical Environment，VGE）是指数字化了的现实地理环境、恢复与复原的过去的地理环境、预测与预报的未来的地理环境。为了更好地界定虚拟与现实的区别，本文我们暂且以吕国年教授所给定的虚拟地理环境为蓝本进行论述。以此概念，虚拟地理环境用于地理教学主要表现为在多媒体计算机辅助下，主体运用某种软件（ARCGIS、AUTHORWARE等）进行模拟现实的教学活动过程。
虚拟地理环境应用于地理教学有如下特征：（1）真实环境的仿真模拟再现，如地形、地貌以及河流等环境的真实再现，包括对过去或未来的模拟再现。（2）用户可以在其间任意虚拟侵入、渗透和交互以及根据意愿任意移动。（3）部分可以实现地理空间数据的存储、查询和空间分析。例如运用GIS可以实现这种高级的地理空间数据的管理。（4）可视化是其重要的价值体现，是用户实现应用的基础。
（二）现实地理环境的概念及特征
通常，我们这么来理解现实地理环境：指一定社会所处的地理位置以及与此相联系的各种自然条件的总和，包括气候、土地、河流、湖泊、山脉、矿藏以及动植物资源等。地理环境是能量的交错带，位于地球表层，即岩石圈、水圈、土壤圈、大气圈和生物圈相互作用的交错带上，其厚度10～30千米。自然环境是由岩石、地貌、土壤、水、气候、生物等自然要素构成的自然综合体，是一种人类能够直接感觉到的真实地理环境。本文中还要涉及一种地理实体模型的展示探讨，我们暂且将其定义为“现实仿地理环境”。二者同属于“现实”范畴之中。
现实地理环境有如下基本特征：（1）复杂性。地理环境中涉及的因素种类多、数量大，各要素之间存在着各种各样的关系连接，结构十分复杂。（2）关联性。众多的地理要素之间存在着各自规律性的关联，同时体现着事物普遍联系的哲学原理。（3）地域性。地理环境是一个整体的概念，但是不同的地域其地理环境不尽相同，存在一定的差异。（4）稳定性。一定的地理环境在现实世界中在较长的时间内，其形态特征基本趋于稳定状态。例如山地不会轻易转变为平原，平原不会短时间内成为永久性海洋。（5）实践性。现实地理环境的深层可知性是建立在实践的基础之上的，地理学习者只有在现实的地理环境中才能深刻体会与感知地理事物的存在价值，在现实活动中体验地理学习的无穷乐趣，以及培养自身的真实地理情操。
（三）“虚拟”与“现实”在地理教学中的应用
虚拟地理环境在地理教学中具有超强的优势效应，如地形地貌时空动态仿真模拟、水文动态模拟、社会文化现象静动态演示等。地理环境具有空间性和区域性，直接的现实活动很难将复杂的地理事物展示出来，所以我们需要借助于虚拟的地理环境将纷繁多样的地理事象很简单方便地呈现出来，以达到教学效果。但是，对于一些地理教学内容，如果完全依赖于虚拟的信息媒体，会使教学过程单一化、程式化，致使师生陷入虚拟世界无法现实表达。所以，我们在应用虚拟世界的同时，也应注意现实世界的教学实现。
从教学的角度来看，学生本身存在于地理环境之中，对所在地理环境有一定的浅显理解，但是在学习比较抽象的地理事物或难以表达的内容时，如果能够在教师引导之下亲身感受或间接通过现实仿地理模型来进行地理事物感知，不仅可以锻炼学生的社会实践能力及动手能力，而且可以大大提高学生学习地理的积极性和主动性。由于现实地理环境的特征不可能实现学生的彻底实践性，所以还应注意结合虚拟世界的动态便利来实现教学过程的双赢。
因此，在地理教学过程中，要善于抓住所学地理内容，因质制宜、合理安排教学形式和教学方法，避免“一刀切”所产生的“学习审美疲劳感”，注重虚拟与现实的双重地理环境的有效结合，从而达到最佳的教学互动状态。为了较为明确地说明该问题，本文以等高线地形图的判读这一地理教学内容为例进行详细的探讨。
二、案例分析
（一）等高线地形图判读的教学案例
等高线地形图的判读是人教版七年级地理第一章第二节第二课时的内容，该部分内容是整个初中地理教学的一个重点和难点。因为要用纷乱的二维地图来想象复杂的三维地形，对于立体感还比较差、见识也比较少的初一学生来说比较抽象，掌握难度较大，非常不容易。初中地理新课标在该部分的课程标准是：识别等高线地形图上的山峰、山脊、山谷等，在等高线地形图上估算海拔与相对高度，利用泡沫塑料、沙土等制作地形模型。虽然“标准”中只列出了三个地形部位，但其他的地形部位也应作为教学要求，不然的话，学生将不能完整地读懂等高线地形图。在几种常见地形部位中，山峰、鞍部、陡崖都是比较容易识别的，山脊和山谷的区分则较难一些。为达到本条“标准”的要求，学生应能在读图的过程中总结出山脊部位和山谷部位等高线的特点。同时，新课标中并未对等高线地形图的应用问题有所要求，即使如此，我们在真正教学的过程中也要注意把握其应用性。这样不仅让学生懂得学习该内容的现实意义，同时也符合初中地理新课程理念，进而为学生以后进一步深化学习打下坚实的基础。而在学生现有认知比较浅显的情况下，如何把握等高线的抽象性与现实性相结合，着实需要进一步探讨。
在此情况之下，我们可以先让学生在当地进行实地观察，了解山地不同部位的现实形态，首先使学生形成一定的感性知识经验，然后利用虚拟地理环境进行展示，让学生深刻理解等高线的含义及山地不同部位等高线的形态特征。同时，为了使学生对等高线地形图有个更加深刻的印象，可以组织学生进行等高线实体模型的制作，培养学生自主探究以及动手实践能力。这样，便将地理知识的学习实现了现实地理环境初步感知――虚拟地理环境的演示――现实仿真模型的自主建立的过程，使学生的认知由感性逐步上升到理性，最后达到现实应用的目的。这样的虚拟与现实世界的良好结合会产生事半功倍的效果，极大地实现兴趣与效率的双赢。
1.现实地理环境考察阶段
地理教师提前让学生预习等高线地形图的判读，有意义地指导山地不同部位的含义，即山脊、山谷、鞍部、陡崖、山顶。提前带领学生或让学生自主合作进行野外或相关环境的实地观察，切身感受山地不同部位的现实景观。如果实地缺少相关的部分景观，可以指定相似的小地理事物环境进行仿似观察。例如，学生可以去附近公园的高地，仿似感受山顶的景观，在高低凹坡处感受山谷的景观，等等，从而使学生在头脑中初步积累相关的感性材料，为下一步理性感知的加工提供必要的准备。
2.虚拟地理环境演示阶段
（1）首先可以利用ARCGIS10.0软件进行山体三维实体与等高线的交互显示。打开经过处理的三维实体遥感图，引导学生清楚认识山体的不同部位：山脊、山谷、鞍部、山顶等，使学生对山体概念有个清楚的认识，如图1所示。然后，再打开与该山体模型相对应的等高线图层并叠加到图层1上，如图2所示。移动鼠标使学生从不同角度观察山体等高线，最后定为俯视图观察角度，如图3所示。接着，关闭图层1，在演示窗口只留下等高线图层，如图4所示。此时关于该山体的等高线地形图一目了然。
（2）在AUTHORWARE 软件环境支持下，同样可以进行等高线与山地实体的转换，并且赋予其更加灵活的动态性。具体演示过程如下：首先显示一个简单的山地图片，然后在不同的高度上显示等高线，关闭山地图片，形成一个简单的等高线实体框架，如图5。然后点击图5所示的“down”按钮，会使该部分等高线向下移动，形成一个平面形式的等高线示意图，如图6。接着再点击“up”按钮，等高线又恢复到立体结构，如图5。之后，根据这样的演示先让学生理解等高线的来源，使学生的认知从立体到平面实现动态的转换，然后根据类似的立体――平面的转换，进而实现山地不同部位的三维到二维的转变，使学生能根据等高线地形图的平面深刻感知其立体的模式，实现一种从虚拟到现实的认知感受。
3.仿真实模型实践阶段
学生在观察多媒体进行等高线三维模拟展示之后，就对等高线的产生有了一定的了解，为了让学生进一步感受等高线的产生过程，深化学生的理解，需让学生亲手制作等高线实体模型，那么教师可以先以自制模型为例进行引导。同时可以充分利用身边的现实环境事物来深化理解，充分发挥学生的想象，也是整堂课的点睛之笔，立刻激活了学生的热情和大脑皮层的神经，学生开始观察、思考、实践、模拟，创造出了很多奇妙的小点子。此时我们可以利用身边信手拈来的事物，让学生思维发散。总之，要充分利用周围现实环境的事物实现地理学习的生活趣味性。
（1）纸环叠置抻压法
材料准备：白纸若干张，剪刀，胶棒，彩笔。
这种方法的制作过程如下：找一张白纸，剪成一个圆环，圆面尽量较宽，命名为“圆1” ；再减一个圆环，圆环半径略小于圆1，命名为圆2，将圆2的内侧边界与圆1内侧边界用胶棒粘牢；接着再剪一个圆3，其圆环半径比圆2略小，将圆3外侧边界与圆2外侧边界用胶棒粘牢。依次类似剪几个圆环，并且依次按以上做法似叠罗汉在边界处粘在一起，最终形成一个类似山体的模型。然后在山体模型的棱角边缘用彩笔画线，模拟等高面的边界，接着从所谓山顶向下按压就会形成平面等高线示意图，彩色边界线即为该山体的不同海拔的平面等高线。同时还可以拉抻形成立体模型，在立体与平面转换过程中体现灵活多变性。根据类似做法，我们可以制作稍微复杂的山体，即带有山谷和山脊或其他的山体模型。这样的制作简单易懂，容易使学生接受和理解，同时实际操作简单，与传统的泡沫塑料法相比既省时省力，又可以进行立体与平面的转换，一举两得。
（2）铁丝套用法
以简单山体为例，先用纸片制作一个简单的山体模型，然后假想以桌面作为海平面，在山体不同的海拔高度相应的以合适的细铁丝圈套牢，将细铁丝取下，在桌面上按海拔高低顺序进行圈套，形成一个简单的等高线平面实用图。这种制作方法也非常简单易懂，学生容易完成，符合学生初中阶段的简单认知规律。
（3）手心纹理观察法
我们可以观察自己的手心，发现有许多纹理，汗液会集中于纹理凹内。这时我们可以假想凹线为山谷，那么汗液代表流水，汗液集中在手掌纹理凹线内，也就说明如果山上有水源一般会集中在山谷顺地势而下，这进一步加深了学生对“水与山谷”关系的理解。
（4）双拳对接法
把两只手弓起来，对连在一起，形成两座山脉。手指关节突起的部位就是山顶，两手间的部位相当于鞍部，手指的背部相当于山脊，手指缝相当于山谷，手的侧面相当于陡崖。
（5）土豆切割法
将土豆看成是一个山体，按照一定高度比例切成不同小片，表示山体不同等高面。然后从最低面开始依次取出“等高面”放在白纸上，用笔将边界轮廓描画出。这样一个土豆山体等高线示意图就画成了。这种做法可以使学生对等高线的产生有一个更加清楚的认识，同时也增加了地理课堂的趣味性。
在地理学习过程中，有些地理事物我们无法通过直接经验学习来获得知识，所以必须依靠虚拟地理环境的演示来实现形象逼真的感受，但是我们看到虚拟世界带给我们丰富多彩的感知的同时，往往对其依赖过度，久之便会产生一种脱离现实的飘渺感。因此，对于一些地理事物的学习，我们不可缺少地要走进现实世界，只有将现实与虚拟有效地加以结合，学生的学习过程才会实现趣味性和实效性的共赢，才能够真正提高学生的创新能力和实践能力。
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