建设内容

建设基于数字化与虚拟现实技术的创新型地理专用教室配置的专用设备能够最大限度创设地理情景，充分利用各种听觉和视觉信息，具有强烈的视觉冲击力和感染力，能够充分激发学生探究科学与技术、过去与未来、自然与社会的兴趣。相关课程资源的应用有利于突破时间与空间的局限，将知识多角度、多层次、多形式地传递给学生，教师可以根据需要进行多角度、多方位、多对象的演示，让学生在教育中“动”起来，“活”起来，使教育更生动、更有效，从而为新课程的实施提供强有力的现代化技术支持。

依据核心技术与支持应用场景特征，本方案配置内容可分为以下四大子系统：

1．数字化教学系统

地图是地理学科教学的核心，传统单一、静态的地图难以有效地表达各地理要素之间的内在联系，教师在备、授课过程中找图、制图和讲图也存在着诸多困难。

本方案数字化教学子系统核心设备主要以电子地图为教学基础素材，融合球幕投影技术、图层叠加技术、全息投影技术、数字交互技术，满足课堂教学展示、演示、模拟、分析的需求。

（1）地理图课云教学平台

l  平台功能

1）预装课程既可由主PPT文件和地图、图片、视频、动画、文本等若干媒体资源构成，也可仅由地图、图片、视频、动画、文本等若干媒体资源构成。每个媒体资源可与主PPT的某页形成关联或与某页的某个区域形成链接，确保在播放课程时，可自动（关联）或手动点击（链接）同步播放该页PPT内容和相关的媒体资源。 

2）用户可将课程打包为自运行的课程包，支持用户将课程包导入到其它安装有本平台的系统中，也可在没有安装本平台但满足适用环境的设备上独立播放。

3）平台中的地图由底图层、透镜层、动画层、热区层构成。其中底图层为必需层，透镜层、动画层、热区层均为可选层，均支持多幅图层叠加。播放时，叠加的每个图层均可实现单独控制显示与播放，可对地图进行放大与缩小操作；平台提供聚光灯功能，用于突出强调重点区域。

l  课程资源

预装课程覆盖初、高中地理课程标准，每个课程由主PPT课件+关联地图、图片、视频、动画等资源构成。

配套初中课程不少于38节，配套高中课程不少于38节。

l  地图资源

平台预装电子地图资源覆盖中学地理课程标准，以初、高中地理教材及地图册为依据，可提供不少于一千幅覆盖中国、中国区域、世界、世界区域的授课所需系统动画地图资源；并提供底图层、透镜层、动画层素材资源，支持教师自主叠加组合生成个性化的动画地图资源。

（2）交互地图教学系统

l  系统概述

交互地图教学系统基于视觉思维理论研发，对数字专题地图及教学课件进行了深度技术整合，利用多图层叠加技术、可视化教学形式及实时交互功能，借助图表、图像对地理知识点进行直观呈现。系统可提供地图编辑工具及课件制作工具，能够支持用户对地图资源进行自主编辑、组合与添加。

l  系统构成

智能交互平板×2、OPS电脑×1、地理图课云教学平台。

l  功能特点

1)   多屏互动：双屏联动，支持与数字星球系统的球屏联动；

2)   多图层叠加：帮助学生理解地理图层分析法，适用于地理现象成因分析的教学应用，对突破地理教学重难点有强大的实用性；

3)   地图编辑器：支持二次开发，满足学生、教师自主编辑地图、添加、组合等实时交互行为；

4)   图层透视：创设性的透镜应用，利于地理成因、地理现象的分析教学，通过问题探究追寻那地理现象背后的奥妙。

（3）数字星球系统

数字星球系统®是目前国内率先实现三维立体动态展示的单体数字化教学仪器。通过国际先进的三维图像处理平台，结合精密光学技术，可将图片、视频、动画等多媒体资源展示于球形投影屏幕上，动态立体再现自然科学和社会科学的现象与过程，广泛应用于中小学科学、地理、历史等多学科教学和科普教育。

l  系统构成

数字星球系统由球幕投影演示仪、控制软件、球面动画资源和课程包构成。

l  功能特点

一球多用、全方位、大尺度、多视角、跨时空。

l  配套设施

宇宙星空演示穹顶（选配）、电动升降展示台。

（4）全息教学系统

全息投影技术也称虚拟成像技术，它是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。应用全息投影技术将地理现象、地理事物以动态、三维立体的方式呈现出来，将地理教学中抽象、难懂的典型地貌以直观、全景、360度的形式展现在学生的眼前。

l  系统构成

全息教学系统由成像面、液晶屏、主机、立体视频播放器、全息3D系统构成。

l  系统资源

1)   宇宙与地球：蓝色星球、地球自转、地球绕日公转、地球：系统的系统、月球自转、太阳系、水星剖面、金星剖面、地球剖面、火星剖面、木星剖面、土星剖面、天王星剖面、海王星剖面、彗星、电磁波谱、伽马射线的产生、引力微透镜、暗物质引力透镜动画、暗能量膨胀、宇宙大爆炸、黑洞、黑洞积吸盘可视化、哈勃超深空、猎户座、马头星云、星系碰撞模拟；

2)   地质地貌：丹霞地貌、五种典型地形、冰川地貌、喀斯特地貌、地上河、地下水、地震、峡谷地貌、干旱地貌、板块构造地貌、梯田地貌、流水地貌、海岸地貌、海岸山川-峡湾、海底地貌、火山、火山地貌、煤炭石油天然气矿质构造、等高线、褶皱与断层、重力地貌、高山湖泊、黄土地貌、河曲地貌；

3)   矿物：方解石、滑石、玄武岩、石英、石英岩、砾石、硅灰石、硅线石、花岗岩、萤石1、萤石2、蓝铜矿、蛇纹石、辉锑矿、铅锌矿、长石、页岩、黄铁矿、黄铜矿；

4)   大气：中雨、中雪、云、冷锋、台风剖面、城市热力环流、多云、大气、大气层分层模型、大雨、大雪、小雨、小雪、晴天、暖锋、沃克环流、热力环流、龙卷风、大气运动；

5)   区域地理：亚洲模型、非洲模型、欧洲模型、北美洲模型、南美洲模型、南极洲模型、大洋洲模型；

6)   人文环境：公路、铁路、水运、航空、人造卫星、（航天飞机）宇宙飞船、玉兔号、神舟飞船、天宫一号、长征二号F、甲烷的来源；

7)   生物圈：GEDI森林高度、全球生物圈；

8)   水文：全球平均海面温度、平均海面盐度、温盐环流、平均海面密度。

（5）语音立体地形图

l  中国语音立体地形图

1）中国语音立体地形图规格：立体模型水平比例尺为1：300万；尺寸：2280mm×1680mm；采用PVC材料用模具热压而成，符合环保要求；

2）政区图、地形图合二为一，达到地图出版精度，由专业地图出版社星球地图出版社出版；

3）支持汉语、蒙语、藏语、维语及朝鲜语多种民族语言，支持版本：汉语版、蒙-汉版、藏-汉版、维-汉版、鲜-汉版（设备运行只支持一种语言版本，标配为汉语版，其他语言版本在设备出厂前据使用方实际需求而定）。

4）电子点读功能：

Ø  提供无线点读教鞭，电子教鞭装有特殊摄像头，具有光学图像识别功能，可识别隐形底码；

Ø  配套音箱上的无线接收器收到无线教鞭发送来的码值信息后，根据程序预先设置好的码值与语音的对应关系，把相应的语音播放出来，对相应内容进行解说。语音内容存放在无线音箱的存储卡中。存储卡使用的是现在通用的SD存储卡，容量大，并可以随时更新语音内容；

Ø  如同时配置2套及以上与本设备同品牌的语音立体地形图，提供1套无线点读教鞭及配套音箱，不再重复配置。

5）地图内容：

Ø  中国的国界线，省级行政区划的名称和界线，首都及各省级行政中心的名称和位置，国内部分城市的名称和位置。

Ø  中国的主要河流、湖泊、山脉、山峰、沙漠、盆地、高原、平原、丘陵、半岛、群岛、岛屿、海洋、海湾、海峡的名称及相关要素。

Ø  中国周边国家及首都的名称及国界线。周边部分河流、湖泊、平原、丘陵、群岛、岛屿、海洋、海峡、海湾的名称及相关要素。

Ø  突出表示三大阶梯、四大高原、四大盆地、三大平原自然地理形态，综合表达中国地形的起伏形态和地理特点。

6）分类教学：地图上可以按照初中版和高中版本教材资源进行分类教学。 

l  世界语音立体地形图

1）世界语音立体地形图规格：立体模型水平比例尺为1：1680万；尺寸：2280mm×1680mm；采用PVC材料用模具热压而成，符合环保要求；

2）达到地图出版精度，由专业地图出版社星球地图出版社出版；

3）支持汉语、蒙语、藏语、维语及朝鲜语多种民族语言，支持版本：汉语版、蒙-汉版、藏-汉版、维-汉版、鲜-汉版（设备运行只支持一种语言版本，标配为汉语版，其他语言版本在设备出厂前据使用方实际需求而定）。

4）电子点读功能：

Ø  提供无线点读教鞭，电子教鞭装有特殊摄像头，具有光学图像识别功能，可识别隐形底码；

Ø  配套音箱上的无线接收器收到无线教鞭发送来的码值信息后，根据程序预先设置好的码值与语音的对应关系，把相应的语音播放出来，对相应内容进行解说。语音内容存放在无线音箱的存储卡中。存储卡使用的是现在通用的SD存储卡，容量大，并可以随时更新语音内容；如同时配置2套及以上与本设备同品牌的语音立体地形图，提供1套无线点读教鞭及配套音箱，不再重复配置。

5）地图内容：

Ø  世界各大洲的名称、范围、界线。中华人民共和国的名称、范围、界限。世界部分主要城市的名称、位置。

Ø  世界主要海洋、河流、湖泊、山脉、山峰、火山、沙漠、盆地、高原、平原、半岛、群岛、岛屿、海峡、海湾、海岭、海丘、海沟、海盆等地理要素的名称及相关要素。

Ø  世界各国的国旗和面积。

Ø  突出显示七大洲、四大洋自然地理形态，综合表达世界地形的起伏形态和地理特点。

Ø  国际日期变更线、北极圈、南极圈、北回归线、南回归线的名称和位置。

6）分类教学：地图上可以按照初中版和高中版本教材资源进行分类教学。

2．虚拟现实教学系统

本系统资源依据中学地理课程标准进行研发设计，以地理核心素养为主导思路，充分发挥VR设备的技术优势，将较大时空跨度的地理场景、复杂的区域地貌和人文景观以直观、全景、多维度、沉浸的形式进行呈现，促进学生地理学科知识的掌握与核心素养的提升，适用于多种应用场景。

（1）寰宇地理VR教学系统

l  系统功能

1）软件在触控笔的配合下使用。操作者无需佩戴传统头盔或专用眼镜，直接使用触控笔即可虚拟“拿起”3D模型，裸眼状态下对其进行360°观察及放大、缩小的操作，并能够对模型进行拆分与组合。

2）软件支持球面、平面地图及动画的显示；支持球面与平面以动画形式进行圆柱投影式切换，展示出球面到平面投影的动态变化；

3）软件支持地图球面、平面不同形态的图层叠加；支持各类区域地图的图层叠加。

4）软件支持通过地球图层进入3D VR虚拟场景的沉浸式体验。

5）软件支持地理实验的功能，可提供自主对比3组变量的实验过程及结果。

6）软件可提供热力环流课程中热力环流的模拟实验，支持选择空气柱数量和位置，支持太阳在场景中位置的选择，支持等压面弯曲方向的改变，支持空气流动方向的改变，要求场景支持构建单圈热力环流、双圈热力环流构建方式。

7）软件可提供地球历史课程中地球46亿年板块运动过程，定位不同时期大陆分布状况，支持穿越白垩纪、三叠纪、侏罗纪场景漫游，支持抓取恐龙，近距离旋转观看。

8）软件支持虚拟沙盘、情景推演，可利用自建数据模型智能模拟、计算某产业生产过程引发的数据变化，及其影响。

9）软件支持思维导图的构建。

10）软件提供语音讲解，内容包含依据课标知识点提出的探究性问题。

l  课程资源

1）初中版系统课程依据义务教育地理课程标准开发，可提供初中配套课程资源不少于45课。

2）高中版系统课程依据普通高中地理课程标准（2017年版2020修订版）开发，可提供高中配套课程资源不少于32课。

（2）地球的演化——沉浸式VR探索系统

普通高中地理课程标准，明确提出必修地理1-1.3“运用地质年代表等资料，简要描述地球的演化过程”。同时在课标中反复提出，充分利用地理信息技术或虚拟技术，营造直观、实时、生动的地理教学环境，引导学生通过自主、合作、探究等学习方式，在真实情境中开展丰富的地理实践活动，满足学生现在和未来学习、工作、生活的需求。《地球的演化》大型沉浸式VR探究系统，创设探究情境，打造十大逼真场景，穿越时空，真实再现从远古地球生命的起源逐渐变化过渡到现在的人类家园，让学生身临其境回到远古时代。通过探究式、游戏式的互动设计，基于学生的认知水平，体验地球自诞生之初逐步演变演化地质变迁到现代所带来的震撼，学习丰富的典型地质年代的相关知识的同时，认识自然规律，理解地球的变化，培养学生的人地协调观和综合思维。

1)   有完整的故事背景，按照地球演化的阶段，划分为生命的起源、生命大爆发、繁盛的海洋、鱼类的时代、生物大灭绝、爬行动物的崛起、恐龙世界、哺乳动物时代、现代生物时代、人类的家园十个场景课程，包括前寒武纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、古近纪、新近纪、第四纪等地质年代的代表场景。

2)   场景宏大，支持学生全景式漫游浏览，动植物分布有机合理，沉浸感和冲击感，吸引学生注意力。

3)   每个场景所呈现的生物包括动物、植物、微生物符合科学常识，3D模型逼真形象，尺寸大小科学，并配套有介绍文字以及介绍语音，动物模型根据场景进行互动。

4)   每个场景均有背景音乐，设置有探究式任务，允许学生自主选择是否完成任务，并会记录任务完成情况。

5)   支持3D抓取、选中，交互设计友好，操作流畅。

（3）虚拟现实（喀斯特）研学系统

虚拟现实（喀斯特）研学系统是一款基于VR技术的虚拟研学体验互动产品，借助虚拟现实头盔，依据地理新课标，落实地理核心素养而创新开发的全沉浸式教学系统。本系统创设跨时空3D沉浸式研学情境，让学生在情境学习中认识喀斯特地貌，在虚拟研学过程中培养地理实践力，致力于搭建情境教学的脚手架。

l  软件功能

1)        软件支持主题场景的切换。

2)        软件支持场景的漫游。

3)        软件支持研学剧情体验、野外探险用品选择，支持使用者通过不同的选择触发不同的野外探险内容。

4)        软件支持地上喀斯特地貌场景游览，包含典型地貌：孤峰、峰丛、峰林、石芽。

5)        软件支持地下喀斯特地貌场景游览，包含典型地貌：地下河、石钟乳、石柱、石盾、落水洞。

6)        软件可提供划船、绳索攀爬探洞等野外探险互动体验。

7)        软件支持在虚拟地上喀斯特场景和地下喀斯特场景内照相，用于记录喀斯特典型微地貌。

8)        软件支持使用者在虚拟场景中利用地图并结合场景中自然要素判断方向，该场景支持漫游。

9)        软件具备野外地质实验内容，支持使用者在虚拟场景中利用专用地质设备进行虚拟实验，并支持对实验结果拍照保存。

10)    可提供配套课程指导书及研学报告。

3．实验实践探究系统

满足地理学科室内实验、小组探协作、自主探究、野外拓展实践的教学、研究与应用需求。

（1）地图图层学习箱

地图图层学习箱适用于中学地理教学，依据地理环境的整体性和区域性的基本原理，基于图层叠加的现代地理分析方法，能够辅助学生发现地理各要素之间的内在联系，是塑造学生地理思维能力的新载体。

l  教学内容

初中版：基础图、七年级上、七年级下、八年级上、八年级下；

高中版：基础图、必修一、必修二、必修三。

l  教学功能

1)        填图练习功能

2)        叠加分析功能

l  产品构成

1) 地图学习工具：图层分析板6个；

2) 地图学习卡集，包括基础底图与图层卡；

3) 地图绘图练习：提供绘图图层，包括世界尺度、中国尺度。

4) 配套附件：储物箱、绘图专用可擦笔及记号笔若干、多功能迷你清洁擦、地图专用放大镜；

5) 每套可供6人单独使用。

（2）地理AR沙盘教学系统

产品为一款数字化投影沙盘，适用于初高中地理教学。沙盘包括中部平面屏幕显示区域和底部沙盘互动区，采用增强现实技术、传感等技术，即时识别投影区互动沙盘形态，依据沙盘变化，将不同的地势地貌形态通过虚拟投影真实展示，同时平面的屏幕会显示对应的内容，形成立体与平面的呼应和交互设计，为学生“做中学地理”提供一个友好的互动平台，使得地理学习随之变得轻松而有趣，真正落实地理实践力的核心素养。

l  硬件

专用电脑、距离传感器、投影机、移动展示架、防触电插座、海沙、实验工具箱。

l  软件

软件将数字信息、三维虚拟模型精确地叠加显示到实景的创新人机交互技术，可实现立体和平面同步显示；实时捕捉沙盘动态变化，自动生成3D模型文件；可通过手动操作实体沙盘生成的模型、结合增强现实技术进行虚拟场景漫游。

l  课程

配套提供3节基于新课标的活动课。

l  实验活动

产品配备了探究土壤和地下水被污染过程的实验活动套装，并提供了四个活动设计：土壤污染模拟实验、地下潜水污染模拟试验、地下水污染实验、对比承压水井和自流井主题实验，以及实验报告、实验指导书。培养学生地理实践力，在地理实验动手探究过程中，观察现象变化，产生直观认知，从而得出科学结论。进而引导学生说出人类活动对环境污染有哪些影响，说出人类哪些活动可以直接导致土壤和地下水水质的污染。

l  操作指导视频

为方便用户使用，提供地理AR沙盘操作指导视频。

（3）交互式实验学具

l  等高线绘制探究活动套装 

l  验证温室气体实验套装 

l  探究热力环流实验活动套装 

l  探究锋面实验活动套装

4．学科文化系统

将学科元素融入空间设计，打造处处有知识、处处可学习的地理学科空间。依托信息化学科社区，落实互联网+地理教育，形成线下到线上地理教学研生态。

（1）空间文化

l  地理知识灯箱

l  地理知识窗帘

l 地理知识展板

（2）网络地理社区

网络地理社区是为地理教师与同伴、专业人员进行地理教学交流、专业切磋提供的跨地区、跨人群、多角度的畅谈平台。以校本研修为中心，以教师的专业化发展为目的，以信息化为手段，立足于以地理教师为本，提供针对地理教师个体研修的服务；立足于同伴互助，提供针对团队的协作式学习服务；满足地理教师对教学问题随时探讨的需求，能进一步加强教师与教师之间教学交流与研讨。

本系统客户端适用的浏览器为IE8以上版本、谷歌、火狐等，操作系统不限，社区可实现以下主要功能应用。

1）门户与空间：包括学校门户、协作组空间、教师个人空间，提供地理学科网络学习空间。

2）研修应用：包括地理学科的集体备课、评课议课、课题研究、科研成果、评比竞赛等应用，为开展地理学科校本教研活动提供支持和服务。

3）基础应用：包括投票、问卷、问答、话题、活动、专题、视频、统计分析等应用，为地理学科的教、学、研等业务应用提供基础支撑服务。

4）后台管理：管理者可组织管理业务活动，掌握学校教育整体运行状况。

5）资源平台：生成性资源中心，业务驱动，创建本地化资源体系建设模式。

6）基础支撑平台：包括用户统一认证服务系统、知识管理系统、文档转换服务系统、应用接入系统、资源汇聚等系统。