3ds Max技术在高中生地理空间能力培养中的应用研究＊

朱学尧



3ds Max技术在高中生地理空间能力培养中的应用研究＊

朱学尧

摘 要：地理空间能力是高中生地理学科能力的重要构成要素之一，但从目前状况看，教师不重视对高中生进行地理空间能力的培养，造成高中生地理空间能力偏低的局面。研究发现，3ds Max技术能够帮助高中生发展地理空间能力。地理空间能力的内涵及构成要素、3ds Max技术在培养高中生地理空间能力方面的优势及使用建议，这些问题都值得深入探讨。

关键词：地理空间能力；3ds Max技术；抽象思维能力；观察学习

高中生地理空间能力的高低直接影响其对地理原理的学习和地理问题的解决，地理空间能力是高中生地理学科能力的重要构成要素之一。但从目前状况看，教师不重视对高中生进行地理空间能力的培养，更缺乏地理空间能力的教学策略和教学方法，教学效率较低；因此，容易错失培养高中生地理空间能力的最佳时机，造成高中生地理空间能力偏低的局面。研究发现，3ds Max技术能够帮助高中生发展其地理空间能力。那么，什么是地理空间能力？它由哪些要素构成？作为发展高中生地理空间能力的工具，3ds Max技术有哪些独特的优势？如何才能将3ds Max技术更好地应用到高中地理教学中？这些都是值得我们需要深入探讨的问题。

一、地理空间能力的内涵及其构成要素

1.地理空间能力的内涵

王波儿认为，地理空间能力是对地理事物、地理现象的观察、分析、综合、比较、概括、抽象，从而在头脑中形成它们的空间形象，进行空间位置判定，确定空间分布状态，分析它们在空间上的联系，比较它们的差异点和共同点等能力[1]。徐志梅和袁孝亭认为，地理空间能力是在地理空间认知的基础上，认识自己赖以生存的地理环境的能力，包括分析、理解其中的诸事物和诸现象的相关位置、空间分布、相互关系，以及它们的变化和规律等方面的能力[2]。

虽然上述专家对地理空间能力所下的定义存在差异，但他们都认为地理空间能力是对地理事物或事象的判断、分析能力。简而言之，地理空间能力是指个体对地表上具有有机联系的各个地理要素相互作用形成的地理空间或环境空间的感知、判断、综合分析、概括和评价的能力。

2.地理空间能力的构成要素

地理空间能力是由多种要素构成的一种复杂能力。于永德认为，地理空间思维能力、地理空间想象能力、地理空间定位能力、地理空间推理能力是组成地理空间能力的重要方面[3]。袁书琪认为，地理空间能力包括空间定位能力、空间信息收集、加工处理、存储和提取的能力，空间思维能力等[4]。王启军将地理空间能力划分为地理空间知觉能力、地理空间定位能力和地理空间想象能力[5]。

虽然上述专家在地理空间能力的构成要素的认识上存在差异，但他们都认为是由多要素构成的。笔者认为，地理空间能力的构成要素是：地理空间知觉能力、地理空间思维能力以及地理空间想象能力。地理空间知觉能力储存了丰富的表象，它是地理空间能力的基础；有了充足的地理空间知觉能力，高中生的地理空间想象能力就容易得到提高，同时也为促进高中生的地理空间思维能力奠定了基础。

二、高中生地理空间能力不足的原因

1.抽象思维能力不足

抽象思维在高中地理学习中具有十分重要的作用，它不仅是高中生学好地理知识，培养各种学科能力的重要手段，又是他们提出地理问题、建立地理模型、获得地理规律及解决地理问题的重要思维方式。根据皮亚杰在其经典著作《认识发生原理》中对人的发展所划分的4个阶段可知：高中生思维属于形式运算阶段(空间思维包含其中)。从理论上来讲，高中阶段学生的抽象思维能力的发展已经相当成熟了，然而事实远非如此。对于高中生而言，具体形象的地理事物，他们容易理解和接受，而对于需要判断和推理的地理原理和地理概念，他们就很难领悟和接受。高中生感知地理事物的特点是比较模糊的，往往只能观察到一些孤立的地理现象，看不出地理事物之间的联系和特点，对于地理上的时间和空间观念也比较笼统和不精确。实际的研究实证表明，即使到了研究生阶段，学生的形式运算能力还是明显不足，还有待发展[6]。高中生地理空间抽象思维能力不足是其地理空间能力发展不足的原因之一。

2.缺乏直观的观察且指导方法有限

学习地理的方式有多种，而观察学习是其中的一种。观察学习分为注意过程、保持过程、生成过程、动机过程4个过程。所以学生如果要进行有效的观察学习就必须要进行直观的观察，并掌握正确的观察方法。地球运动是高中地理的重点和难点知识，学生感到很难学，原因是教师采用灌输式的教学方法，只重视知识传授，不重视对学生观察能力的培养。教师没有引导学生对地球绕太阳运动的过程进行直观的观察，更没有指导学生如何观察。而只是生硬地告知学生结论。这是高中生地理空间能力不足的又一原因。

3.空间素养缺乏

地理学主要研究地球表层地理事物的空间分布和空间结构，而且阐明地理事物的空间差异和空间联系，并致力于揭示地理事物的空间运动、空间变化的规律[7]。空间性是地理学的重要特点。因此，培养高中生的空间素养是地理课程的应有之意。地理空间素养是学生在学习有关空间位置、空间分布、空间过程、空间格局、空间上的成因联系等内容的过程中，在掌握地理空间知识和形成地理空间技能的基础上，运用这些知识与技能是解决有关地理空间问题的内在素养[8]。然而，当前中学生地理空间素养整体水平偏低[9]，这是高中地理空间能力不足的又一主要原因。

三、3ds Max在高中生地理空间能力培养方面的优势

《普通高中地理课程标准》在课程基本理念中指出：强调信息技术在地理学习中的应用。充分考虑信息技术对地理教学的影响，营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境[7]。现代信息技术的发展，特别是3ds Max软件的开发，为高中生地理空间能力的培养提供了良好的技术支持。3ds Max全称是3D Studio Max，是Autodesk公司开发的三维静帧效果图和三维多帧动画制作软件。它在高中生地理空间能力培养方面具有以下优势。

1.提供多种类型的空间表征方式 使地理空间认知过程视觉化

3ds Max的三维动画能形象直观的演示地理空间变化和地理空间作用关系，能为学生地理空间推理提供生动的视觉心象[10]。使高中生视觉化地理空间认知过程，提高他们的地理空间表征能力，以减少他们在感知地理空间知识过程中的困难，

2.进行地理空间立体模拟 创设真实的地理空间情境

3ds Max提供了强大的空间三维的建模﹑环境效果和三维动画制作技术真实模拟地理事物和地理过程，为地理教学提供了生动﹑丰富的教学情境[11]。通过模型的建立，可以将抽象的空间事物形象化、具体化，将静态的空间事物动态化，以突出地理空间要素在时空上的变化，使高中生在直接的感知过程中体验地理事物或现象的形成和发展过程。如可以通过3ds Max对地球自转和公转、大气环流、大洋环流等进行模拟，使抽象的、无法感知的地理事物或现象具体化，有助于培养高中生的空间感知能力，从而加深对地理事物或现象的理解。

3.直接演示地理空间关系 形成正确的地理空间概念

3ds Max可以在教师的指导或计算机系统的提示下，让学生学习如何对图形进行放大或缩小，对空间事物进行变形、转换视角、旋转，等操作，以深入提示地理事物在空间上的内在联系或本质特征，以达到对空间概念的正确而全面的理解和把握。所以，教师在利用3ds Max课件进行教学活动展开的时候要注意引导学生认知过程，使他们高效、快捷的对自己大脑中存储的地理知识的图解进行筛选形成心象地图和地理概念知识[10]。

四、运用3ds Max培养高中生地理空间能力的建议

要使3ds Max在培养高中生地理空间能力方面起到应有的作用，还必须做好以下几项工作。

1.提高地理教师运用3ds Max的技能

目前，3ds Max在高中地理教学中，特别是高中生地理空间能力培养方面的运用还不多，主要是由于三维软件本身具有功能庞大、命令繁多的特点，所以教师需要对该项技术有较长时间的精力投入和反复尝试[12]。

因此，要充分发挥3ds Max在培养高中生空间能力方面的作用就必须先对地理教师进行3ds Max软件运用技能方面的培训。然而，目前无论是职前还是职后都没有在地理教师培训中把3ds Max技术培训纳入培训内容。所以，无论是职前还职后，都应该重视对地理教师进行3ds Max技能培训，重点是对地理教师进行如何利用3ds Max制作各种模型、动画、图形等进行培训，要把3ds Max运用技能和高中地理教学内容结合起来。

2.开发适合高中师生使用的3ds Max软件

现有的3ds Max软件都是为专门人员设计和使用的，多数3ds Max软件不适合高中师生使用。所以应该组织3ds Max软件开发专家对现有用户界面进行简化设计，以开发出适合高中师生使用的3ds Max软件系统[13,14]。新开发的3ds Max软件系统能够根据高中师生的特点，具有易操作、易学习的特点，同时能够提供更加直观、形象的地理事物或现象，使其更加具有吸引力。

3.构建基于3ds Max技术的课堂学习模式

运用3ds Max技术对高中生进行地理空间能力的培养还需要课程的支持。因此，我们应该加强研究，3ds Max软件开发专家与高中地理教师合作，开发出高质量、具有挑战性、适合高中学生实际需要，基于3ds Max软件的课堂学习模式。尽管3ds Max在培养高中生地理空间能力方面作用显著，3ds Max也有强大的支持空间能力发展的工具存在，但是并没有对基于3ds Max技术的、适合高中学生学习的课程及材料进行专门化的设计，以充分发展高中生的地理空间能力。因此，需要国家系统开发高中生地理空间能力标准，并且开发出基于3ds Max技术的课堂学习模式，使师生有更加明确的努力方向。

参考文献

[1] 王波儿.地理空间能力立意下的地理高考命题研究[D].上海:上海师范大学,2010.

[2] 徐志梅,袁孝亭.美国地理课程标准中地理空间能力培养要求及启示[J].外国中小学教育,2011(10):61-65,45.

[3] 于永德.高中生地理空间能力现状分析及教学策略研究[D].长春:东北师范大学,2008.

[4] 袁书琪.地理教育学[M].北京:高等教育出版社.2001.

[5] 王启军.初中生地理空间能力性别差异研究[D].长春:东北师范大学,2008.

[6] 王幼俊.浅析对高中生地理空间思维能力“困窘”的干预[J].地理教学,2014(21):17-18.

[7] 中华人民共和国教育部.全日制普通高中地理课程标准:实验[M].北京:北京师范大学出版社,2003.

[8] 韩金荣.基于中学生地理空间素养培育的GE运用策略研究[D].长春:东北师范大学,2009.

[9] 唐信其.基于GIS技术培养中学生地理空间素养的实践研究[D].上海:华东师范大学,2014.

[10] 李春江.基于3ds Max的计算机三维技术辅助高中地理教学培养学生地理空间认知的应用研究[D].上海:华东师范大学,2011.

[11] 李代成,孙青.建构主义与3D MAX三维技术在中学地理教学中的融合[J].科教导刊(电子版),2015(1):42.

[12] 段戴平,曾会应.3D MAX技术在大学“结构化学”探究式教学中的应用[J].化学教育,2014(4):50-54.

[13] 徐强强,朱怡娟,张超.高中生地理空间思维能力“困窘”的干预[J].现代教育科学,2014(6):137-138.

[14] 徐志梅.中学生地理空间能力及其培养研究[D].长春:东北师范大学,2011.

作者信息

朱学尧，硕士，中教高级。江苏省江阴高级中学，214443

*基金项目：本文系江苏省现代教育技术研究2015年度立项课题阶段性研究成果(编号：2015-R-40952)。