岭南师范学院地理科学学院，广东 湛江

收稿日期：2023年11月5日；录用日期：2023年12月4日；发布日期：2023年12月12日

摘要

党的“二十大”报告提出加快新时代高等教育创新改革与发展的新要求，这使地理科学专业课程改革面临更多的机遇和挑战。在现代高校课程教学中，利用信息技术使数字化教育与高校课程深度融合的教学方式已成为大势所趋。作为地理科学专业开设的一门基础理论课程，综合自然地理学具有综合性、整体性、交叉性等特点。目前该学科的教学方法和手段仍滞后于新形势下所提出的发展要求，存在着教学资源不足、教学互动困难和教学内容抽象等问题。Google Earth作为一款具有空间、时间尺度的现代化的地理信息软件，以直观性强、交互性高为特点，将其融入综合自然地理教学中可弥补该课程传统教学手段的不足。本文以不同尺度的地域分异规律教学为例，尝试将Google Earth软件应用在综合自然地理学课程教学中，以期为综合自然地理学的课程教学改革提供新思路。

关键词

Google Earth，综合自然地理学，地域分异规律

Application of Google Earth in the Teaching of Integrated Physical Geography

Yu Zeng, Xiaoyu Qin, Qibin Lai, Xiaojing Lin, Zhihui Cheng^*

School of Geographical Sciences, Lingnan Normal University, Zhanjiang Guangdong

Received: Nov. 5^th, 2023; accepted: Dec. 4^th, 2023; published: Dec. 12^th, 2023

ABSTRACT

The “20th National Congress of the Party” proposes the innovative reform and development of higher education in the new era, which makes the curriculum reform of geographic science majors face more opportunities and challenges. In modern college curriculum teaching, it is a trend to use information technology to deeply integrate digital education with college curriculum. As a basic theoretical course for geography science majors, integrated natural geography in geographic science majors is comprehensive, holistic, cross-cutting, etc. The teaching methods and means of this discipline have problems such as insufficient teaching resources, difficult teaching interaction and abstract teaching content, etc. Google Earth, with its modernization of spatial and temporal scales, strong intuitiveness and high interactivity, can make up for the shortcomings of traditional teaching. Taking the teaching of the law of geographical differentiation at different scales as an example, Google Earth is applied in the teaching of integrated physical geography to provide new ideas for the teaching reform of the course.

Keywords:Google Earth, Integrated Physical Geography, The Law of Geographical Differentiation

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1. 引言

近年来，我国高等教育信息化改革突出学生的主体地位，同时要求提升教师的信息化教学能力，促进学生个性化的发展 [1] 。党的二十大报告指出要坚持教育优先发展，深化教育领域的综合改革，推动教育数字化，加快建设教育强国 [2] ；计算机辅助教学是深化我国高等教育发展、实现教育强国目标的重要途径。目前，我国的高等教育已有较多计算机辅助教学的成功案例 [3] [4] ，以Google Earth为例，该软件在广阔的专业领域中均有较强的适应性。例如：生态学中，结合植被监测技术、遥感技术和Google Earth在地表覆盖的监测中进行带宽和评估，检测环境的变化和防止自然资源被破坏；气候学中，结合气候模式、土地利用变化和气候变化特征，利用Google Earth进行全球气候变化影响评估；土木工程学中，结合卫星图像数和Google Earth的辅助公路和桥梁建设，可对环境风险进行综合评估，在此基础上开展交通管理和公路维修等工作。近年来，Google Earth被越来越多地应用到地理科学相关课程的课堂教学中。例如，李高聪等人将Google Earth应用于海洋地貌教学，认为这是提升学生区域认知能力有效的手段 [5] ；危润初等人通过Google Earth在地学类课程中的应用，认为其能弥补野外实践教学课时的不足，提高教学效果 [6] 。

《综合自然地理学》是研究地球表层系统中地理要素的相互作用关系、时空演变过程及地域分异规律的一门综合性交叉学科，强调从整体探讨自然地理环境形成与变化过程中的物质能量转换关系 [7] 。在综合自然地理学科教学中，最能表现综合地理学科综合性、交叉性和整体性的是教学内容的广阔性及其教学要素的关联性 [8] 。对于以展示自然地理环境系统的组成和结构为中心的综合自然地理学而言，传统教学手段存在较大的局限性。例如，在植被的分布、景观类型的描述方面较为抽象；地理环境演化过程的阐释无法突破时空限制；各类教学资源的更新速度无法满足现代教学需求等问题，导致学科教学效果不佳 [9] [10] [11] ，且目前在综合自然地理学的教学实践中，运用信息化教学的案例相对较少。由此可见，将新型地理信息技术引入综合自然地理学课堂教学，推动教学改革势在必行。本文将以Google Earth为例，展示在综合自然地理课程中融合使用新技术的具体案例，以期为综合自然地理学的教学改革提供新思路，实现《综合自然地理学》的中国式教育现代化。

2. Google Earth在综合自然地理学教学中的优势

2.1. Google Earth辅助综合自然地理学教学的优势

Google Earth是一款具有三维实景展示功能的地图搜索引擎，该软件内置的3D地形显示和遥感影像整合技术，能够以虚拟实景三维地球仪的方式展示大量影像、航拍照片和三维数据 [12] 。同时，Google Earth配备的定位查询、地形展示、实景路线游览、历史影像对比等功能，在展示自然地理环境组成及演变方面，具有直观性强、不受时空限制等优势 [6] 。对于强调空间整体性的自然地理学科而言，Google Earth是实现地理景观和地理过程可视化表达的良好载体。

在综合自然地理学的教学中，自然地理要素的空间分布格局通常较为抽象，Google Earth可较好地解决这一问题。例如，在Google Earth建立的虚拟自然地理场景中，植被垂直分布场、山地地形地貌场等元素能够给予学生身临其境的感受，满足学生对实地场景空间感知的需求，达到帮助学生直观感知和理解知识的教学效果。尤为重要的是，Google Earth在综合自然地理教学中的应用可以解决教学素材获取存在局限性的问题。一方面，对于具有典型地理现象的分布区，Google Earth的历史影像和实景漫游功能可削弱时空条件的限制，帮助学生获取各个地域的相关数据，丰富综合自然地理规律教学实例。另一方面，Google Earth的宏观实景展示功能可帮助学生建构自然环境的整体格局，基于学生自身的实践经验来印证前人的研究成果。此外，Google Earth中海量的卫星遥感影像数据在教学实践中师生均可调用，能够实现教学资源开放共享的教育模式，为综合自然地理课堂教学展示与成果交流探究提供平台。同时，Google Earth可通过网络编程语言链接本地或网络的文本、视频、音频、图片等，可加强师生的互动交流，为高效的综合自然地理课堂的构建赋能。由此可见，将Google Earth引进综合自然地理的课堂，有助于打破传统教学模式面临的困境，有效解决教学内容的抽象性问题。同时，增强师生间和学生间的合作交流，为综合自然地理课程改革提供新思路。

2.2. Google Earth在地域分异规律教学应用中的优势

自然地理环境的地域分异规律及成因是综合自然地理学教学的重点和难点之一。自然地理环境的地域分异规律包括纬度分异、干湿分异、垂直分异、构造分异和地貌部位分异等。这些地域分异规律的呈现往往需要较大尺度的地域作为载体。然而，对于较大尺度的地域分异规律，传统的讲授法不利于学生感知和理解地理环境要素间的差异及其变化。将Google Earth引进综合自然地理学课堂，可发挥其在地域分异规律方面的诸多优势，从而提高综合自然地理课程教学质量。

表1. Google Earth在不同尺度的地域分异规律的教学中具体优势

Google Earth在展示自然地理环境的地域分异规律方面具有以下几方面的独特优势。1) Google Earth是地域分异规律可视化表达的良好平台，它能够从不同尺度展示特定的地理对象，直观呈现各种尺度下的地理环境分异现象；2) Google Earth具备地形夸张功能，可放大地形起伏，突显地域间的差异，帮助学生更好地感知和理解地理环境的差异性；3) Google Earth的实景路线漫游功能和地表景观实景模型能极大地突破空间限制，增强地域景观分异教学直观性；4) Google Earth的历史影像切换功能可提供近百年地域分异局部变化的数据，反映一个区域较长时间尺度的地理环境演化过程，有利于拓展学生对地域分异规律变化的认知维度。Google Earth软件在不同尺度的地域分异规律的教学中具体实施如(见表1)所示。

3. 基于Google Earth的综合自然地理教学案例开发设计——以中尺度规模的地域分异为例

3.1. 中尺度的研究区域选取

中尺度的地域分异是指由高原、山地、平原内部的地貌差异所引起的地域分异。与高原、平原、盆地和海洋相比，山地的景观气候和生态环境具有浓缩的环境梯度、高度异质化的生境以及相对较低的人类干扰强度等特征，同时，山地是景观多样性与生物多样性的集聚地，且景观垂直变化梯度大，堪称水平地带性规律的“缩微模型” [13] ，因此，山地可作为地域分异规律教学的理想研究区。

新疆托木尔峰地处天山山脉，海拔7435米，为天山山脉的最高峰 [14] 。该区域地质、地貌、气候、水文、植被、动物和土壤等自然要素十分丰富，具有多样的自然地带类型、地貌类型和自然地理区域类型。较大的垂直梯度变化使托木尔峰土壤、植被等地理要素在平面投影图像上密集分布，因此可作为研究中尺度的自然地理环境分异规律的典型地区。

3.2. Google Earth在中尺度规模的地域分异教学设计

托木尔峰地区地处亚欧大陆内部，属典型的温带大陆性气候特征，较大的高差使该区发育了较完整的垂直自然带谱 [14] 。受到东西走向的天山山脉屏障作用和南部塔克拉玛干沙漠的双重影响，托木尔峰南北坡的水热条件存在明显差异，因而塑造了南北坡不同的自然带谱类型。整体而言，南坡紧邻塔克拉玛干沙漠，地势较为平坦，受来自西南方的干燥气流的影响，降水相对较少，植被稀疏；北坡地形崎岖，受天山山脉和周边山地的显著影响，气温较低，降水较充沛，植被覆盖度高。由于南北两坡水热条件的差异，造成植被覆盖度和植被类型的差异，进而导致土壤类型垂直方向上的差异(见表2)。

表2. 托木尔峰南北坡植被与土壤垂直带谱

本次案例涉及的教学内容包括自然环境的物质组成、自然环境的内部联系、自然地理环境的地域分异规律以及人类活动与自然地理环境关系等(见表3)。主要教学步骤如下：

表3. Google Earth在托木尔峰案例教学中的应用示例

1) 利用Google Earth的地点搜索功能确定托木尔峰山区的地理位置和范围(见图1)。在Google Earth中以托木尔峰地标为中心进行显示缩放，引导学生在不同的空间尺度下展示托木尔峰的地理位置并思考该地理位置对形成托木尔峰独特地理环境要素的影响，从而形成以宏观视角认识地理整体环境的空间认知。这有助于培养学生的地理空间定位能力和地理分布格局的觉察能力。

2) 利用Google Earth图层叠加功能导入托木尔峰地区植被、土壤等图层，引导学生整体观察托木尔峰南北坡的植被分布情况，初步识别自然地理环境组成要素。借助Google Earth的三维立体地形图，直观展示托木尔峰主要的自然地理环境要素，包括地形、气候、水文、生物和土壤等要素(见图2)，了解托木尔峰垂直自然带谱的地域分异特征，帮助学生理解自然综合体的概念。Google Earth的可视化内容能够呈现托木尔峰垂直自然带谱的一些地域分异特征。根据托木尔峰不同地带的带谱分异，引导学生分析自然带分异的成因(见表4)。在操作Google Earth的过程中，学生通过直观生动的实景模型，加强对自然要素间相互作用、相互制约和相互协调关系的理解。

图1. 托木尔峰水汽来源示意图

图2. 托木尔峰南北坡植被整体分布及实景路线示意图

表4. 托木尔峰垂直地带谱及成因的Google Earth可视化分析

3) 利用Google Earth的环形实景游览模式集中展示托木尔峰各自然要素随海拔高度变化的情况(见图2)，增强教学的视觉效果。在课堂演示过程中，重点展示托木尔峰南北两坡的自然带谱差异(见图2)，引导学生探究产生差异的原因。同时引入托木尔峰南北两侧昭苏县和拜城县的地理环境差异现象作为具体案例，引导学生自主探究并分析两地景观差异的成因，培养学生综合思维与地理实践力。

通过以上教学过程可实现Google Earth与综合自然地理课堂中关于“地理环境地域分异”教学的融合应用，从而实现全范围、多尺度地向学生展示多样化的地理环境的教学要求。通过从气候、地形、海陆、时间、构造等多个维度对地域分异规律的产生机制进行剖析，帮助学生深刻认识地域分异规律的内在机理。

4. Google Earth在其他尺度的地域分异规律教学示例

4.1. Google Earth与大尺度地域分异规律

大尺度的地域分异涉及全球或整个海洋或陆地，其表现形式和影响范围非常广泛。Google Earth的虚拟地球模型可呈现全球视角下的地理环境，是大尺度地域分异呈现的良好载体。教学过程中，引导学生观察Google Earth中虚拟地球模型影像，以亚欧大陆30˚N附近植被覆盖情况为例，展示全球大尺度视角下水平方向上的地域分异规律。重点展示我国浙江至青藏高原一带，自东向西探究植被覆盖情况与水热条件的关系(见图3)。自东向西：1) 距海距离增加，降水减少、蒸发增强，植被覆盖度降低；2) 整体海拔升高，平均气温降低，气候从亚热带季风气候向高原气候转变。在热量、降水和地形等地理因子的共同影响下，导致30˚N一带植被类型和植被覆盖呈现出明显的变化。此外，通过Google Earth的图像叠加层功能，加载气压图、降水量图等数据与Google Earth的地图影像相结合，将抽象的数据直观化，帮助学生理解水分差异导致的非纬向地带性分异。

图3. 30˚N一线水热条件及植被景观变化

4.2. Google Earth在小尺度规模的地域分异规律教学示例

自然地理环境的现代结构是长期演化的结果，而这种演化规律是地域分异规律在时间维度上的反映。Google Earth在展示小尺度地区的时空变化分异中同样具有明显的优势。以西藏自治区第一大湖纳木错为例，Google Earth中的历史影像功能可较好地展示该湖在一定时间跨度下水域变化情况。结合不同时期纳木错水域范围和湖岸线长度等数据，Google Earth可直观地呈现湖泊的动态变化情况。例如：对色林错历史影像进行分析结果显示，近40年来该湖泊水域面积不断增加，其中北岸水域变化尤为显著(图4(B)~(D))。在教学过程中，教师可借助Google Earth的历史影像功能，引导学生观察湖区周围的其它地理要素变化并分析原因，设计与自然地理环境的整体性和动态性相关的教学问题。例如，1976至2015年间，纳木错水域面积从1928 km²增加到2018 km² [15] (图4)。试借助Google Earth找出能够印证湖区水域变化的自然地理要素，并推测色林错面积增大的原因，同时预测其未来可能发生的变化。帮助学生从时间和空间两个维度上构建对地域分异规律客观全面的认识，加深对自然地理环境整体性特征的理解。

图4. 色林错近四十年水域面积的变化

5. 结语

Google Earth为综合自然地理学现代化教学提供新的思路。结合Google Earth在《综合自然地理学》不同尺度的地域分异规律中的实践，我们认为该软件与综合自然地理学教学的融合，极大地丰富了教学资源，有助于学生更全面、更直观和更系统地理解地理环境的多样性和地域分异的复杂性。为确保综合自然地理学课程现代化教学的改革顺利实施，教师应提升将现代技术工具合理灵活地融入到课程教学中的能力，从而推动综合自然地理学的教育改革，促进教育现代化。

基金项目

广东省普通高校特色创新项目(项目编号：000302103046)——雷琼火山新生代火山区温室气体释放通量与成因；岭南师范学院2022校一流课程《综合自然地理学》。

文章引用

曾 雨,覃小玉,赖淇彬,林小菁,成智慧. Google Earth在《综合自然地理学》教学中的应用
Application of Google Earth in the Teaching of Integrated Physical Geography[J]. 教育进展, 2023, 13(12): 9782-9790. https://doi.org/10.12677/AE.2023.13121513

参考文献