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摘要：本文基于5年来的教学实践，介绍了Goolge Earth在地学类课程教学中的应用。Goolge Earth是基于三维地形和遥感技术的地球模型，其具有三维显示、多尺度视角、海量影像库、历史影像展示等特点。在地学类课程教学中应用Goolge Earth软件能够实现地形地貌的三维演示、岩性与构造的宏观识别、地理环境地域分异的直观图解、地质灾害的多角度辨析、人与地球互馈关系的形象展示，这不仅能够在将“野外现场”带进课堂，弥补野外实践教学课时的不足，同时能够借助Goolge Earth丰富的素材库向学生展示地学素材，从而激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
关键词：Google Earth；地学类课程；教学应用；三维仿真
本文引用格式：危润初,等.GOOGLE EARTH在地学类课程教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(94):147–149.
地学类课程是很多工程类专业的基础课，该类课程对奠定学生的地学功底、培养其宏观逻辑思考能力和自然环境意识具有重要意义。目前，除地质类专业外，水利类、交通类、土木类等工程专业均开设了地学基础课程，涉及的主要的课程包括：“地质学基础”、“地球科学概论”、“自然地理学”、“工程地质学”等。地学类课程具有实践性强的特点，但对于非地质类专业来说，实习条件和课时往往受到很大限制，同时地学类课程多作为通识课、专业基础课开设，课程安排多在第一学年或第二学年，大部分学生缺乏对野外的直接认知，这给地学类课程教学带来了一定困难。Google Earth是目前世界上最成熟的三维地球仿真软件，近5年来笔者所在课程团队将Google Earth软件应用于地学类课程教学，将课堂教学内容与野外实地场景无缝连接，给学生提供了与地学相关的虚拟现实场景，增加了学生的现场感，取得了很好的教学效果。
一Google Earth数据简介
Google Earth最早由Keyhole公司开发。Keyhole公司是一家卫星图像公司，成立于2001年，从事数字地图测绘等业务，它提供的Keyhole软件允许网络用户浏览由卫星及飞机拍摄的地理图像，这一技术依赖于数以TB计的海量卫星影像信息数据库——而这正是Google Earth的前身。2004年Google公司收购Keyhole公司，并与2005年推出了Google Earth系列软件[1]。Google Earth软件将卫星影像、航空影像、道路信息等数据集成并融合地形数据从而形成一信息丰富的三维地球模型。用户通过客户端软件，能够全方位地、立体浏览全球各地的地面影响[2,3]。
Google Earth使用WGS84坐标系统，其卫星影像并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。其卫星影像部分来自于美国DigitalGlobe公司的QuickBird（快鸟）商业卫星与EarthSat公司（美国公司，影像来源于陆地卫星LANDSAT-7卫星居多），航拍部分的来源有BlueSky公司、Sanborn公司、美国IKONOS及法国SPOT5。其中SPOT5可以提供解析度为2.5米的影像、IKONOS可提供1米左右的影像、而快鸟就能够提供最高为0.61米的高精度影像，是全球商用的最高水平[4]。
二Google Earth在地学类课程教学中分类应用
工程类相关专业学生在学习地学类课程之前地学基础不一，特别是很多城市生源学生缺少对野外地理要素的直观认知。为了解决这一问题，自2014年起本课程组引入Google Earth开展辅助教学。在讲解地学类课程之前就向学生展示Google Earth软件，在课堂上演示使用，要求他们在自己电脑上安装并完成相关作业，如“利用Google Earth软件绘制家乡山川图”。通过积极引导，学生会对Google Earth产生较大兴趣，这有利于在后续课程中运用Google Earth辅助教学。
根据近五年来的教学经验，笔者将Google Earth在地学类课程教学中的应用归纳为5大类，下面对各类型进行介绍。
（一）地形地貌的三维演示
地表形态是内动力作用与外动力作用共同作用的结果，地貌学作为地理学的重要内容，是多个工程类专业的基础课程。地貌学对于学生学习资源开发、工程地质、环境保护、灾害防治等相关内容具有重要的作用。同时，地貌学也是学生理解地球内动力地质作用和外营力作用的重要载体。Google Earth是在NASA生产的SRTM全球数字高程数据的基础上进行三维建模，精确度接近1:5万地形图水平，在此基础上，进行遥感图像的三维显示，效果逼真。通过Google Earth，可以调整视角高度从而获得不同的观查尺度，也可调整方向为学生提供全方位演示。借助Google Earth能够给学生展示山脉、河流、湖泊、平原、沙漠、草原等各种地貌形态，增强教学过程的现场感。
（二）岩性与构造的宏观识别
岩性与构造是地学类课程的重要教学内容，通过标本、图片、视频等手段可以有效地达到认识岩性与构造的教学要求，但是却很难让学生从宏观上理解岩性与构造的空间分布规律及其内在的影响机制。不同岩性在Google Earth上往往能够表现为色调、地形、水系形态等方面的差异，而构造则通常表现为线性地貌形态，这为Google Earth在岩性与构造教学中的应用提供了条件。联合运用Google Earth和地质图开展教学，能够让学生更好地理解岩性的宏观分布特征及其对地貌、植被、水文等的影响。同时，利用Google Earth高视角功能，可以更加宏观地观察大、中型地质构造现象（图1），这有利于加深学生对地质构造全貌的认识，从而更深刻地理解岩性、构造分布背后的大地构造演化过程。
（三）地理环境地域分异的直观图解
地理环境地域分异是指地球表面地理环境及其要素在空间分布上的变化，一般来说主要包括纬度分异、干湿分异、垂直分异、构造分异、地貌部位分异等。地理环境地域分异是地学类课程的重要教学内容，其对学生理解地球环境各组成要素之间的整体性和差异性有重要作用。对于工程类专业学生来说，在全面认识地理环境地域分异基础上理解地球环境多样化的内在机制，这对深刻理解工程环境的差异、培养开放多元的工程思维具有重要意义。利用Google Earth开展“地理环境地域分异”各知识点教学，不仅能够从全范围、多尺度给学生展示多样化的地球环境（图2），同时可以利用Google Earth开展地域分异对比教学，从气候、地形、海陆、维度、构造等多角度为学生剖析地理环境地域分异的内在影响因素及作用机理。
（四）地质灾害的多角度辨析
我国幅员辽阔，地质条件非常复杂，各类地质灾害频发。对工程类专业人才来说，认识各类地质灾害现象并熟悉其防范和治理方法，对其在未来工程实践过程中充分认识人、工程与地质环境之间的关系，科学开展工程设计与施工具有重要意义。地质灾害重要包括崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等，在以往的教学过程中很难从宏观上让学生去认识和理解很多地质灾害现象。运用Google Earth能够在全球范围内选择典型地质灾害点，为学生提供多角度、变尺度的三维影像演示，这不仅能够帮助学生对各类地质灾害的认识与理解，同时借助于Google Earth的空间浏览功能，强化学生对地质灾害形成环境与机理的认识。自2014年来，笔者将Google Earth广泛运用于地质灾害教学，积累了丰富的教学素材，如金沙江上游德荣县徐龙乡左岸大型滑坡群（图3）、湖南宁乡煤炭坝岩溶塌陷群、8.7舟曲泥石流等，取得了很好的教学效果。
（五）人与地球互馈关系的形象展示
地球环境是人类赖以生存的基础，同时人类活动也在不断改造地球环境。理解地球环境与人类相互之间的互馈关系是工程类专业人才培养的内在要求。如何形象、直观地将让学生理解人与地球环境之间的关系，一直是地学类课程教学的难点问题。Google Earth能够实现在世界不同地区自由调转，可以非常便捷地向学生展示自然环境、资源、人口、经济等要素的匹配关系，使学生深刻理解自然环境与资源对经济社会的决定性影响。同时，Google Earth内嵌了历史影像功能，能够展示近30年来全球地理环境的变化（图4）。通过该功能结合相关人类活动的历史数据，可以让学生深刻理解人类活动对地球环境的反馈影响。运用Google Earth向学生展示人与地球环境的互馈关系，不仅能够加深学生印象，增强学生对知识点的理解，同时也能够引导学生从更宏观的角度去思考相关环境问题的本质及人类活动对环境问题发展的影响。
三 Google Earth在地学类课程中辅助教学的优势分析
Google Earth作为现代遥感技术、信息技术等综合成果，其在教学过程中的应用具有独特的优势。通过五年应用实践，笔者将Google Earth应用教学的优势总结如下：
1.提供高度仿真现场模拟，弥补野外实践教学课时的不足。地学类课程是阐述自然现象与规律的科学，对于低年级学生来说往往缺少对野外现场的感知，这阻碍了学生对相关知识点的理解。基于3D地形显示与遥感技术的Google Earth本质上为高度仿真的三维地球模型，能够从不同尺度给学生展示特定的地理对象，使其有身临其境的感觉，从而弥补野外实践教学课时的不足。
2.Google Earth为地学类课程的教学提供了丰富的素材库。Google Earth的数据库几乎囊括了地球各个角落不同历史时期的影像，这为地学类课程的教学提供了非常丰富的素材库。从地学类课程的客观需求来看，在教学过程中可以重点挖掘地质、地貌、构造演化、地形、气象、人地关系等素材来支撑课程教学。
3.有效培养学生的宏观思维和整体观念，提高时空逻辑能力。地学类课程的学习需要有较强时空逻辑能力，能够用系统的观点去思考地球环境演化过程，而很多学生在这个方面的能力不足。运用Google Earth引导学生分别从全球尺度、洲际尺度、区域尺度去探究地球演化过程及各类地学现象，能够有效培养其宏观思维和时空逻辑能力。
4.Google Earth的全球视角，有利于国际化视野的培养。近年来，中国企业积极落实国家“一带一路”战略，逐步加大国际化经营，这不仅为自身发展赢得了空间，也极大地促进了项目所在国经济社会发展。这种新变化，要求我国高校工程类专业人才的国际化视野培养要有新的高度[5]。运用Google Earth辅助地学类课程教学，能够从全球视角为学生讲解地学基础理论，同时教学素材和案例也源自不同国家和地区，这就在无形中培养了学生的国际化视野。
四 结论与建议
（一）结论
Google Earth是基于三维地形和遥感技术的地球模型，其具有三维显示、多尺度视角、海量影像库、历史影像展示等特点。在地学类课程教学中应用Google Earth软件能够实现地形地貌的三维演示、岩性与构造的宏观识别、地理环境地域分异的直观图解、地质灾害的多角度辨析、人与地球互馈关系的形象展示，这不仅能够在将“野外现场”带进课堂，弥补野外实践教学课时的不足，同时能够借助Google Earth丰富的素材库向学生展示地学素材，从而激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
（二）建议
地学类课程教学可能涉及多个专业，不同专业学生的地学基础、专业教学要求各部相同，因此在运用Google Earth辅助教学时，需要根据不同专业的课程设置情况开展课程联动，同时也要充分研究各专业对人才培养的地学素质要求，以便灵活运用Google Earth，做到有的放矢、循序渐进。
参考文献
[1]王润生,熊盛青,聂洪峰,等.遥感地质勘查技术与应用研究[J].地质学报,2011,85(11):1699–1743.
[2]郑泽忠,范东明,李玉霞,等.多种对地观测技术及Google Earth技术应用于土地利用/覆被变化建库[J].地球物理学进展,2008(4):1326–1331.
[3]黄琪,张宗毅.基于Google软件的农地区高程获取及精度评价[J].测绘通报,2015(2):51–54.
[4]刘晓,郑家文,张照录,等.Google Earth在遥感地质教学中的应用[J].中国地质,2017,26(2):52–55.
[5]马臻,张士成,杨新.在通识教育背景下培养具有国际化视野的研究性人才[J].中国大学教育,2015,6:18–20.
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