吳亞琳，李亦秋，史 威

（1.貴州師范大學地理與環(huán)境科學學院，貴陽 550025；2.江蘇第二師范學院地理科學學院，南京 210000）

《普通高中地理課程標準（2017年版）》強調要“充分利用地理信息技術，營造直觀、實時、生動的地理教學環(huán)境”。地理教師應根據(jù)授課內容合理選擇有效的資源和技術進行教學設計，為學生創(chuàng)建與生活實際緊密關聯(lián)的智慧教學環(huán)境，幫助學生理解復雜情境中的實際問題。［1］LocaSpace Viewer（以下簡稱LSV）是一款國產(chǎn)輕量級三維數(shù)字地球軟件，支持各種模型和矢量數(shù)據(jù)的導入，能夠快速地瀏覽、標繪、分析和測量各類二、三維地理信息數(shù)據(jù)［2］，在喀斯特地貌教學中運用該軟件，不僅能有效突破地貌教學中難以深入實地考察的困境，且由此搭建起來的以學生為中心的智慧教學環(huán)境對提升學生地理信息素養(yǎng)水平有明顯的促進作用，是開展喀斯特地貌學習的優(yōu)質教學平臺。

一、運用LSV輔助“喀斯特地貌”教學的適切性

課標對本節(jié)課的內容要求是通過野外觀察或運用視頻、圖像識別3～4種地貌，描述其景觀的主要特點。其行為條件是“通過野外觀察或運用視頻、圖像”，突出了對地理實踐力的培養(yǎng)要求，當野外觀察條件受限時，教師可利用圖像資料和地理信息技術直觀展示各類喀斯特地貌景觀；行為動詞是“識別”和“描述”，均屬于了解層次的認知水平，且“識別”需要知道各類喀斯特地貌之間內在的聯(lián)系與區(qū)別，這就要求學生對喀斯特地貌的形成過程與原理有一定了解，教師可設計相關實驗，帶領學生簡要探究其形成過程；認知內容為“喀斯特地貌的類型及其個體形態(tài)特征”，喀斯特地貌的個體形態(tài)特征是教學重點，其中峰叢峰林地貌具有個體形態(tài)相似性和演化序列復雜性，應是本課的教學難點，教師可引導學生通過判讀等高線地形圖，強化峰叢峰林景觀特征認識。

人教版教材從地表和地下兩方面介紹喀斯特地貌的類型及其個體形態(tài)特征，教材的明線是各種喀斯特地貌景觀特征，暗線是它們之間在成因上的聯(lián)系?？λ固氐孛驳陌l(fā)育演化序列問題不是本課內容的重點，應適當弱化，重點是引導學生對喀斯特地貌景觀進行分類和形態(tài)特征描述。

LocaSpace Viewer具有傳統(tǒng)地圖無法比擬的交互性、動態(tài)性特點，可使學生在充滿趣味的體驗過程中逐漸形成空間觀念與意識。［3］運用LSV軟件添加實驗視頻揭示喀斯特地貌成因、整合GIS地圖數(shù)據(jù)展示喀斯特地貌分布、加載Global Mapper等高線判讀地表喀斯特、鏈接在線全景圖識別地下喀斯特景觀，能直觀、動態(tài)地展示喀斯特地貌的成因、分布和景觀特征，突破教學重難點和滿足課標要求。

二、運用LSV進行“喀斯特地貌”教學的設計與實施

1.嵌入NB實驗內容，揭示喀斯特地貌成因

喀斯特作用的化學方程式是學生在九年級就已掌握的知識點，教師可通過化學實驗幫助學生理解喀斯特作用的化學過程。此處選擇網(wǎng)頁版“NOBOOK化學實驗”軟件開展虛擬實驗，幫助學生理解喀斯特作用的化學過程，這不僅能打破場景和設備的限制，還能有效規(guī)避一定實驗風險，從而保證地理課堂教學有序開展。由于LSV標繪內容的“屬性說明框”可通過創(chuàng)建HTML標簽來添加本地視頻和網(wǎng)頁鏈接，因此，可將NB實驗過程錄制成短視頻插入LSV中，播放展示碳酸鈣的化學溶解和沉淀過程，還可將NB實驗室網(wǎng)頁嵌入LSV中進行實驗操作，加強學生對“喀斯特作用的化學過程”的理解。LSV嵌入NB實驗視頻和NB實驗室網(wǎng)頁的具體方法如下。

（1）NB實驗視頻錄制

在NB實驗室中，利用大理石和稀鹽酸反應制取二氧化碳，再將二氧化碳氣體不斷地注入澄清的石灰水中，石灰水會先變渾濁后變澄清，生成溶于水的碳酸氫鈣（CaCO3+H2O+CO2=Ca（HCO3）2）；再加熱碳酸氫鈣溶液會生成不溶于水的碳酸鈣（Ca（HCO3）2?CaCO3↓+CO2↑+H2O），使溶液再次變得渾濁。實驗過程中使用“喀秋莎錄屏軟件”對實驗步驟和實驗現(xiàn)象進行錄制和剪輯，生成名為“喀斯特作用的化學過程”的視頻，視頻查看地址為https：//mp.weixin.qq.com/s/Gr3VJ0XRA7tOxH_QaSruHQ。

（2）框架結構標簽創(chuàng)建

LSV不能直接嵌入本地視頻和網(wǎng)頁內容，但其“地標屬性說明框”是基于HTML語言設計的，可創(chuàng)建HTML標簽以添加NB實驗視頻和NB實驗室網(wǎng)頁。首先，在LSV中新建一個地標（Alt+1），命名為“喀斯特作用的化學過程”，然后在地標的“屬性樣式說明框”中填入圖1所示內容，可生成“水平分行框架結構”標簽。圖1所示框架結構標簽代碼中的＜frameset rows="50%，50%"＞定義將窗口分割為兩行各占屏幕初始值為50%的框架集；＜frame src="……"＞則指定了被嵌入框架＜frame＞中的文檔的URL，第一行文檔地址指向本地名為“喀斯特作用的化學過程”的視頻，第二行文檔地址則指向網(wǎng)頁端NB實驗室界面。

圖1 HTML框架結構標簽代碼

在“地標屬性說明框”中完成框架代碼創(chuàng)建后，點擊地標即可彈出水平分行框架彈窗（圖2）。拖拽框架中間的分割線還可靈活改變分行占比，以適應不同教學需求。教師可下拉分割線全屏播放“喀斯特作用的化學過程”實驗視頻，幫助學生回顧碳酸鈣的化學性質，然后再上拉分割線全屏展示NB虛擬實驗室界面，引導學生在已布置好實驗藥品和實驗器材的虛擬臺面上進行實驗操作，加強學生對碳酸鈣的化學溶解和沉淀過程的認識，理解喀斯特作用的化學過程。

圖2 LSV嵌入NB實驗視頻和NB實驗室網(wǎng)頁

2.導入GIS空間數(shù)據(jù)，展示喀斯特地貌分布

在LSV中導入具有空間信息的中國碳酸鹽巖分布圖、中國年均氣溫分布圖和年均降水量分布圖，通過轉動、縮放、隱藏和疊加顯示圖層，可以直觀、動態(tài)地展示我國南方獨特的地質和水熱條件。此外，在地圖教學過程中教師還可引導學生使用LSV的“二維線標繪”功能，讀中國年均氣溫和年均降水量分布圖，分別描繪出我國“800毫米等降水量線”和“15攝氏度等溫線”，通過對不同專題圖層的描繪、標注和疊加顯示，幫助學生分析廣西、貴州、云南等地喀斯特地貌發(fā)育最為典型的原因，培養(yǎng)學生利用地理信息技術創(chuàng)新性解決問題的意識和能力。LSV導入和疊加GIS空間數(shù)據(jù)的具體方法如下。

（1）ArcGIS圖層編輯

地圖資料搜集和氣候數(shù)據(jù)下載。在OSGeo中國中心網(wǎng)站下載中國巖溶地貌專題圖，在WorldClim的歷史氣候數(shù)據(jù)中下載世界多年平均溫度和總降水量月度數(shù)據(jù)。

中國碳酸鹽巖分布圖的制作。首先對“中國巖溶地貌”專題圖進行地理配準，然后新建有“碳酸鹽巖類型”文本字段的面要素，對地圖中的碳酸鹽類巖石分布情況進行分類數(shù)字化，并在屬性表中賦予“碳酸鹽巖類型”列字段對應的巖石名稱，再在圖層屬性中選擇“碳酸鹽巖類型”字段作為符號系統(tǒng)類別顯示，最后，利用圖層轉換工具即“Conversion Tools”下的“To KML”將面圖層轉換為KML圖層，使LSV能便捷地加載符號化的地理信息。在LSV菜單欄中點擊“數(shù)據(jù)導入—加載KMZ”，選擇KML格式的中國碳酸鹽巖分布圖，點擊打開，在LSV中導入中國碳酸鹽巖分布圖（圖3）。視窗中展示的圖例是利用地標屬性說明中的“插入圖片”功能制作完成的。

圖3 LSV導入中國碳酸鹽巖分布圖

中國年均降水量分布圖的制作。首先在世界總降水量月度氣候數(shù)據(jù)基礎上利用“Extract by Mask”工具提取中國年均降水量數(shù)據(jù)月度數(shù)據(jù)，然后利用像元統(tǒng)計工具“Cell Statistics”對所有月份數(shù)據(jù)進行求和（SUM），得到中國年均降水量數(shù)據(jù)，再在圖層屬性中對中國年均降水量數(shù)據(jù)進行分類間隔和顯示色帶設置，最后利用“Conversion Tools”下的“To KML”工具將柵格圖層轉換為KML圖層。LSV導入中國年均降水量分布圖的效果如圖4所示。

圖4 LSV導入中國年均降水量分布圖

中國年均氣溫分布圖的制作。中國年均氣溫分布圖的制作方法與年均降水量分布圖一致，需要注意的是年均氣溫與年均降水量的算法區(qū)別，年均降水量是月度降水量數(shù)據(jù)的總和，而年均氣溫則是月平均氣溫的算術平均值。所以這里應利用像元統(tǒng)計工具“Cell Statistics”對所有月份數(shù)據(jù)求平均值（MEAN），得到中國年均氣溫數(shù)據(jù)。LSV導入中國年均氣溫分布圖的效果如圖5所示。

圖5 LSV導入中國年均氣溫分布圖

（2）LSV等值線繪制

添加路徑繪制等值線。在LSV中分別加載中國年均降水量和年均氣溫分布圖，指導學生使用LSV的“繪制線（Alt+2）”功能讀圖描繪“800毫米等降水量線”和“15攝氏度等溫線”，并對等值線樣式進行設置，同時將線的空間信息中的高度模式設置為“緊貼地表”。

添加地標制作等值線標簽。在LSV中新建兩個地標（Alt+1），打開地標的屬性編輯框，首先修改地標名稱為“800毫米等降水量線”和“15攝氏度等溫線”，并對標簽的顏色和大小進行調試，然后拖動地標至等值線合適位置，再設置圖標樣式為“無圖標”，使地標僅顯示字體標簽，最后點擊確定，完成等值線標簽的制作。

本文設計讓學生讀圖繪制等值線的過程，不僅實現(xiàn)了圖層的“面轉線”，打破了原本“面—面”疊加的困境，還培養(yǎng)了學生讀圖獲取信息的能力，增強了學生的課堂體驗感。

（3）LSV圖層疊加

在LSV的場景數(shù)據(jù)中，勾選顯示“中國碳酸鹽巖分布圖”“800毫米等降水線”“15攝氏度等溫線”，通過圖層疊加直觀展示我國碳酸鹽巖石和水熱分布情況（圖6），引導學生結合喀斯特地貌成因，讀圖分析我國廣西、貴州、云南等地喀斯特地貌發(fā)育最為典型的原因，總結我國喀斯特地貌的分布特點。

圖6 LSV圖層疊加

3.覆蓋GM等高線，判讀地表喀斯特

喀斯特峰叢和峰林地貌具有個體形態(tài)特征相似性和演化序列復雜性的特點，是地表喀斯特講解的重難點。地理教師可挖掘Global Mapper中的等高線資源，生成峰叢峰林探究區(qū)對應的等高線，使其覆蓋于LSV的3D地形表面，幫助學生觀察和總結峰林峰叢區(qū)洼地點、山頂點和鞍部點的分布規(guī)律及組合差異，從而有效掌握峰叢和峰林景觀的形態(tài)特征。本文選擇貴州興義萬峰林作為教學展示區(qū)，不僅因其遵循峰叢到峰林的演化序列［4］，適宜進行峰林峰叢發(fā)育演化序列探討，還因其發(fā)育有兩條全球罕見的十余千米長的條帶狀峰林（連座峰林），等高線疊加效果極佳，利于峰林峰叢地貌景觀特征的認識。LSV疊加興義萬峰林GM等高線的具體方法如下。

（1）GM等高線創(chuàng)建

萬峰林地形數(shù)據(jù)的裁剪。首先在LSV中使用“繪制矩形”工具框選出萬峰林等高線覆蓋范圍，并將該范圍面導出至Global Mapper中用于數(shù)據(jù)定位，然后在GM中加載在線地形數(shù)據(jù)（建議選擇精度較高的ASTER GDEM V2），最后在GM中點擊“文件—導出高程網(wǎng)格格式”，并參照之前導入的等高線覆蓋范圍來“繪制方框”選取導出數(shù)據(jù)，最后點擊“確定”，完成萬峰林地形數(shù)據(jù)的裁剪和輸出。

萬峰林等高線的創(chuàng)建。在GM中打開完成裁剪的萬峰林地形數(shù)據(jù)，點擊菜單欄下的“分析—生成等高線”會彈出等高線選項框，在選項框中對等高距、線填充和線分組等進行相關設置后，點擊“確定”，完成等高線生成。右擊生成的等高線圖層，在“選項—線樣式”中還可以對等高線的粗細和顏色進行調節(jié)。完成等高線設置后，將數(shù)據(jù)導出為“矢量/Lidar”下的KML格式，并在導出選項中選擇“在地形曲面上繪制3D線、區(qū)和點”即可完成萬峰林等高線創(chuàng)建。

（2）LSV等高線判讀

在LSV中點擊“文件—打開”加載萬峰林等高線，萬峰林等高線覆蓋效果如圖7所示。利用等高線分別展示有洼地點分布且圍繞洼地點分布有一圈山頂點和鞍部點的峰叢區(qū)、由底座相連且山頂點與鞍部點依次間隔分布的連座峰林和由獨立的石峰構成的獨立峰林。在峰叢峰林講解過程中，可直接點擊等高線顯示山頂點、鞍部點與洼地點的高程值，也可繪制路徑并進行“剖面分析”以輔助峰叢峰林地貌景觀特征的講解。

圖7 LSV覆蓋萬峰林GM等高線

4.添加VR全景圖，近觀地下喀斯特

溶洞是地下喀斯特地貌教學的主要內容，溶洞中的石鐘乳、石筍、石柱、石幔和邊石堤等地下喀斯特景觀特征的教學需要教師呈現(xiàn)豐富的圖像資料。除了搜集傳統(tǒng)圖像資料，地理教師還可創(chuàng)新性地運用“VR全景圖”開展溶洞景觀教學。LSV支持百度地圖中全景圖的嵌入，在LSV地標中嵌入我國著名溶洞的全景圖，不僅能直觀展示各大溶洞的地理位置分布，還能快速切換和縮放瀏覽不同溶洞景觀。LSV嵌入百度地圖中全景圖的具體方法如下。

（1）百度地圖獲取全景鏈接

打開百度地圖，在搜索框中輸入關鍵詞如“織金洞”，在搜索結果中選擇“織金洞國家重點風景名勝區(qū)”，地圖左側面板欄會呈現(xiàn)地點相關信息，在面板欄中找到“相冊”，點擊相冊中帶有“內景”標注的圖片進入全景瀏覽模式，篩選具有教學價值的全景圖，然后點擊圖片右側導航欄中的“分享全景”功能彈出圖片網(wǎng)址，點擊復制完成全景鏈接獲取。

（2）LSV添加地標粘貼鏈接

LSV地標屬性說明框中的“插入圖片”功能僅支持本地圖片，網(wǎng)絡圖片的插入則需要創(chuàng)建HTML超鏈接，通過超鏈接來實現(xiàn)頁面跳轉。首先在LSV中通過地名搜索來添加織金洞地標，然后在地標的屬性說明框中填入圖8所示的HTML代碼，完成織金洞全景圖的添加，最后點擊織金洞地標會彈出“織金洞全景”文本彈窗，再點擊文本鏈接可彈出圖9所示的織金洞全景彈窗。在彈出的系列織金洞全景圖中，教師可篩選具有教學價值的全景對石鐘乳、石筍和石柱等地下喀斯特景觀進行地貌概念講解，也可在學生了解這些概念的基礎上，組織學生分組進行“探洞”活動，在不同全景中通過自主拖動、縮放和觀察，找出石鐘乳、石柱、石筍和石簾等地下喀斯特景觀。

圖8 HTML超鏈接代碼

圖9 LSV地標嵌入織金洞全景圖

三、結語

本文主要從視頻嵌入、GIS數(shù)據(jù)導入、GM等高線加載和全景圖添加四個方面探討LocaSpace Viewer功能在“喀斯特地貌”一節(jié)的運用方法和資源整合方式，打造了具有直觀性、交互性和探究性的喀斯特地貌教學環(huán)境。教育信息化新階段要求地理教師應具備更專業(yè)且富有創(chuàng)新性的地理信息技術運用能力和思維，地理教師應積極挖掘、開發(fā)和整合LocaSpace Viewer、ArcGIS、Global Mapper等地理信息技術軟件，開發(fā)優(yōu)質地理教學資源，創(chuàng)新地理活動機制，提升地理教學效能，促進師生地理信息素養(yǎng)發(fā)展。