融合SAMR模型和GoogleEarth，开展地理虚拟实践教学
作者：张现瑶 王晓明 刘树敏 朱丽东
来源：《地理教育》2022年第05期
        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、资源丰富、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。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，可以跟隨“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3d地图实景地图
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）。