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讓地圖活過來一Google Earth運用於地球科學教學設計之應用

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(1)

運用於地球科學教學設計之應用

廖茵鎮*陳均伊

國立嘉義大學數理教育研究所 ~ ....lrr...OL...=. 宣、自 U 昌 板塊與地形地貌在國中地球科學教 學中,許多現象的呈現往往只能依賴課本 中所給予的圖片與說明,或是教師自行收 集相關圖片進行補充與解說。然而圍於課 本篇幅,所提供的媒材數量有限;若是教 師自行收集圖片或影片,雖可大量提供學 生做為輔助學習之用,仍有媒材間無法連 貫以及圖片比例尺大小難以取捨的問題, 大範間的圖片能提供整體地貌概覽,卻有 無法細看地貌的缺儡,局部地區的詳細地 形圖則缺少大範園地形地貌的壯闊。 近年來,園中小教室資訊設備日趨完 善,互動式電子白板配合 3D 動畫與擴充 實境等設備與技術'相繼被運用在教學上, 成為呈現教學媒材的有力工具。地球科學 課程中,涵蓋許多地形地貌現狀與其發展 過程,教師倘能善用軟、硬體,運用了動 =且模擬及圖片、影片,多元呈現相關媒材, 能在課程中帶給學生更多廠官刺激與體 驗。 使用 Google Earth 作為呈現地理資訊

系統(

GIS' Geographic Information System)

*為本文通訊作者 的平台,配合電子白板或內建陀螺儀之3D 滑鼠進行教學演示,能提供學生更完整連 貫的概念,並使用宏觀的角度進行地球科 學的學習。一般在課堂中使用 Google

Earth

'大多是歐動軟體後,針對教學內 容所需部分做搜尋或輸入個別地標。對教 師而言,此方式有很大的教學彈性與互動 機會,但必須花費許多教學時問做地標搜 尋,即便事先寫下地標名稱或GPS 位址, 教學時仍須不斷做輸人與搜尋,這時教師 不是被綁在電腦前面,便是在電子白板與 電腦主機間不斷穿梭來回,無形之中失去 了不少與學生互動的機會。 為使教師辛苦蒐集而來的地標與相 關說明、多媒體可獲得整合,減少課堂上

搜尋地標的時間,並且在下一年度進行相

同單元介紹時,方便逐年針對編製完成的 地標檔作改進與修正,達到精進教學內容 的功效。本文主要介紹Google Earth 地圖 檔 (kml 、 kmz)的編製、相關媒材整合與選 項設定的使用說明。地區檔應用在教學上 最大的好處是能夠事先編製地標,使教師 在授課前可以針對教學內容所需使用的相 關地標,先做編排與整合成一個檔案,並 且可以在各個地標上添加相關的說明與圖

(2)

拔地圖活過來一Google

Earth

i運用於地球科學教學設計之應用 片或般人影肉,提供學生多元的表徵來輔 助記憶與學習。此外,

Google

Earth 為自 由軟體,取得相當容易,學生課後只要輔 以教師設計的地圖檔kmz 附件,對複習的 進行或作為加深加廣的課外補充也相當便 利。

貳、 GIS 與 GOOGLE EARTH 的介

紹 地理資訊系統(GIS) 是描述地表空 間幾何特性以及地理屬性等兩種資訊之資 料庫, GIS 中記錄的資料藉由適當的軟體 解譯後可重現地表相關地形與地貌。 Google 公司於 2004 年收購衛星影像公司 Keyhole 後, 2005 年發布 GIS 軟體 Google

Earth

3.0' 提供使用者經由網路查詢3D 衛

星圖像(維基百科人,

2012)

,使用者可以

自行設定多地標地圖檔的編輯並在地標上

添加註記。

Google

Earth 所使用地圖檔格式為

kml(Keyhole

Markup

Language)

,採用

XML(eXtensible Markup

Language)語法標

準,內蔽的元素和屬性用於顯示點、線、 面等地理數據,

Raster

Image 的網格式資 料使得使用者能直觀判斷地形與地貌(維 基 E 科人, 2012)okrnl 地圖檔存檔時,可 選擇轉存 kmz 壓縮地圖檔,縮小地圖檔檔 案大小。 一、功能與設定概述

Google

Earth 畫面起始地點可自行設 定,顯示地圖資訊與選項關聯(圖I

)

,在 進行課室操作時,有些還項與操作需要設 定與了解才能有最好的效果,說明如下: 國 l 、地國資訊顯示與選項關聯

(3)

(一)導覽控制項

Google

Earth 主畫面中的導覽控制項 (圖 2) 是控制放大縮小、拉近拉遠、 俯仰角、方位角以及街景、地平面檢 視調整切換,配合滑鼠的中鍵與右鍵 或電子白板,可以快速進行俯角調整 與縮放。導覽控制項可以設定縮放畫 面的大小與快慢。 (二)側邊欄功能簡介 側邊欄主要包含三個工作窗格(圖 2)

,

依序為: I. 上方為搜尋窗格:可於此處搜尋所 需地標地名,直接輸人 GPS 位址, 則 Google Earth 會直接移動到所 輸人位址。 2. 中間窗格為地標窗格:主要處理地 標、覆疊圖層、古地園、以及地標 導覽與路徑播放功能。 3. 下方窗格為圖層選項:用來設定要 出現在 Google Earth 圖資上的附 加資訊,例如:國界、海岸線、火 山等,使用上依教師教學所需選擇, 以避免資訊太多使得圖資太過雜 亂。 (三)軟體選頂 在 Goole Earth 上方功能表列中,依序 選取「工具」、「選項 J '可開歐軟體 選項(圖 3) ,其中;

I.

3D 檢視項次:可以設定地形的起 伏,預設值是 I '可視情況與需求 調高,使地形變化更明顯。

2

遊覽項次:可設定地標間播放遊覽 時的時間長短,與選擇是否要自動 彈現地標說明視窗;由路線建立遊 覽的選項則是針對自訂路徑時的 遊覽速度、俯角及視角做設定。 圖 2 、導覽控制項與個1J 邊欄功能概覽

(4)

2寞地圖活過來一Google Ea的運用於地球科學教學設計之應用 國 3 、軟體還項設定 3. 導覽項次:使用滑鼠進行操作的設 定,包括:點選地標後的前往速度、 滑鼠滾輪控制地圓縮放的速度、貼 近地平線後是否要自動切換到水 平視角進行觀察。 (四)工真列功能簡介 工具列(圓的可以提供地標的新增 以及一些附加的工具選工頁,說明如

下-1.

新增地標:用以新增與修改地標,

並可添加說明與多媒體。

2

新增多邊形:可以手繪多塊區域 並調整透明度與填色,用來標示 特定區域。

3.

新增路徑:可以自行設定一段路 徑,配合選項中的「由路徑建立 遊覽 J '調整沿路徑前進時的速 度、高度與視角。

4.

新增圖像疊加層:用來自行加入 圖片,此圖片會覆蓋於 Google Earth 的圖資上,藉由調整透明 度可用於比對地形與所疊加圖 片。

5

紀錄避覽:用於錄製蹲覽播放的 過程,並輸出成影片使用。

6.

時間軸:包含不同日期的圖資, 可以針對需要比較前後地形差 異的地點作運用。

7.

足規:用於測量點到點的距離或

多段路徑總長,在介紹地貌尺度

或地點間距時可以使用,也可將 測量路徑儲存起來。

(5)

圖 4 、工具列各項功能 二、地標設定與相關資源整合說明 為了讓教學流程更順暢,避免在不同 的軟體間切換,可以將教學所需的說明與 圍內、影片等資源,整合進 Google

Earth

的地標中,整合方式如下: (一)搜尋與設定地標: 這是進行教學設計的第一步,先 針對教學內容定出要搜尋的地標標 的,在 Google Earth 搜尋窗格中直接 使用名稱搜尋,或採經緯度作為定位 依據。若搜尋結果不盡理想,可至網 路相簿(如: plcasa 或 paronamio 等) 中搜尋關鍵字,多可找到相關地標的 經緯度,再藉此判斷此地形是否適於 教學使用。須注意Google Earth 採用 WGS84 的經緯度資料,與台灣地區常 使用的 TWD97 座標較為相近,若是 搜尋到的地標是 TWD67 系統,則需 要利用轉換程式加以處理。 輸人地標經緯度後,畫面會移至 地標上空,調整高度與視角之後新增 地標,可在地標上加人圖片、連結與 註解等,地標圖示也可再作自訂修改, 並利用圓層選項(圍 5 )設定在 Google Earth 軟體上要呈現的各項多媒體資 源與地理標示,例如﹒邊界與地名(如: 國界、縣界、地名、海岸線)、地質 事件(如:火山、地震)、多媒體(如: 360cities 、 panoramio 、 National

Geographic 相片與 youtube 、 National Geographic 、 Nasa 提供的影片)。

(6)

主握地國 j舌過來一Google Earth 運用於地球科學教學設計之應用 國 5 、國層選項各項資源、 (二)多媒體連結骰入: 若是使用 Google Earth 圓層選項所提 供的資源,仍找不到適宜的媒材,可以 自行在地標說明中增加圖片或缺人網 路圖片、影片,最人方式同於一般影音 網站所提供撮人語法,只需擷取嚴人影 片語法,再修改其寬度、高度與連結。 或者,採用貼上連結、插人檔案的方 式,但須注意最好與地圖檔放在同一檔 案夾中,避免因路徑問題而變成無效連 結,圖 6 為最人 Nasa 網站中,臭氧洞 歷年變他影片的方式與成果。 圖 6 、多媒體連結晶投入語法與成果,以臭氧洞為例

(7)

(三)導覽功能與地標自動播放: 完成地標編製之後,將整個檔案另存 成獨立的 kml 或 kmz 檔,在教學時可 利用導覽功能進行教學。利用導覽選 項,依序讓設定好的地標自動播放, 可設定播放時讓自訂地標的註解彈 現,教師預先編排相關地標的先後順 序與資訊,在課堂上不須再手動輸人 地標進行搜尋,也可隨時中斷導覽, 保有對於地標附近進一步搜尋與介 紹的彈性,圓 7 為板塊教學時編製的 地圖檔與播放導覽過程截圓。 (四)時間軸: 特點是可以查詢不同時間的衛星圖,針 對同一地區的變化做前後比較(圓

8)

,利用此一功能介紹莫拉克風災前後 的小林村(圍的,或是海嘯前後的日 東岸(圖 10)' 能夠使學生廠受到天 災的威力與無情。時間軸的設定,可以 在同一地點設定地標時,選擇時間間 隔,並調整所需時間的圖像,或針對同 一地點設定兩個不同時間的地標,在使 用上皆有一樣的效果。 圖 7 、側邊欄中編製完成的地圖檔明細

(8)

壞地圖 j舌過來-G oogle Earth 運用於地球科學教學設計之應用

國 8 、同一地標時間間隔設定

(9)

圖 10 、 311 海嘯前後的日本采岸 (五)古地圖: 勾選圖層選項中圖庫的 Rumsey 歷史 地圖,可在 Google Earth 上找到地圖 標示(圖 11

)

,點選古地圖符號,運 用方式有二,一是直接以圖層覆蓋在 圈

Google

Earth 上,一是下載地圈。以 古地圖比對雲嘉南地區海岸線 1875 年迄今變t 為例(圖 12) ,能用於介 紹雲嘉南地區海岸線與河道的變化, 以及說明北港或新港等地名的來由。

(10)

主寞地圖活過來-Google Earth 運用於地球科學教學設計之應用 圖 12 、 Rumsey 歷史地圖覆疊結果

(六)尺規工具:

教學時,僅呈現地國學生不易想像地 點間距離關餘,利用此工具可以直接 得到距離(圖 13 )。此工真只能在結 束導覽時使用,建議將測量的路徑, 存為地標並加註說明。 圖 13 、利用尺規測量大甲:美新社河階

(11)

(七)多邊形工具:

運用於標識特定一個或多個區域,並 藉由填色的差異來區分及突顯不同 區塊的差別,固 14 利用多邊形標示, 強調該處背斜構造區域。

(八)路徑工具:

可自訂一段路線,此功能可用以介紹 有連貫關係或有先後時序的地形地 貌如河川流域、峽谷地形、洋流行進 等,可以同時兼顧到連貫性與完整性。 在需要對特定路線做沿途景物介紹 時相當實用。點選工具列上「新增路 徑」後繪製路徑,當路徑設定完畢後, 地標導覽到此路徑或手動點還地標, 會依設定之路徑行進,以遊覽方式沿 自訂路徑的起點向終點鳥轍地面移 動,同時播放沿途地形地貌與景物, 視角與移動速率依選項中設定而 定。 路徑工真與尺規工具都可選擇顯示 地形高度剖面(圓的) ,沿路徑遊覽 時會顯示該點海拔,亦可用滑鼠自行 找尋不同位置的高度,提供有別於狀 態列的高度顯示方式。圖 16 為針對 科羅拉多大峽谷繪製一段自訂路徑, 圖 17 為沿路徑遊覽過程之截圈。 國 14 、自繪多邊形標示局部區域

(12)

讓地圖 j舌過來-G oogle Earth 運用於地球科學教學設計之應用

國 15 、科羅拉多大峽谷高度剖面

(13)

園 17 、自訂路徑導覽,有飛越大峽谷效果 供了使用者很大的彈性,圖 18 筆者 修改中央氣象局的地面天氣圖,配合 國層功能中的雲圖,或是連雲圖一併 修改後覆疊上去,可說明雲圖與鋒面 間的關像。另舉一例是將台灣斷層分 布圖疊加上去(圖 19) ,調整過透明 度之後便可用以對照地震與斷層分 布關{怠。 (九)圖層壘加: 利用已有的圖片陸人 Google Earth 中 並將其覆蓋於既有的圖上方,適當的 調整匯人圖片的大小、角度與透明 度,可以將外部圖片上的資訊直接在

Google

Earth 中顯示出來,且能夠進 一步將之與地形關像做連結。

Google

Earth 對於透明圖層的支援提 國 18 、地面天氣圓圓層疊加

(14)

壞地圖 j舌過來-Google Ear出運用於地球科學教學設計之應用 圍內、台灣斷層分布圓圓層疊加

參、教學設計示例

將課程相關部分地標與媒材,依教學 設計的流程排序,教學時依序呈現。利用

Google

Earth 縮放地圖,讓學生兼顧大範圍

地域及小範圍地景;在地標上整合說明的

文字敘述及影片,用多元的方式呈現地質

現象與成因,設計流程如圖 20 。以河流侵 蝕進行教學設計示例,如下表 1 '供使用

者參考。

整理教學內容中相關現象以篩選地標

、/

依教學流程排序地標

將地標加上適當註解、圍內與連結,最人 適宜影片

\ /

將所有地標另存成Kmz檔或站叫檔 圖 20 、教學設計j炙手呈圖

(15)

表卜河流侵蝕與地貌教案示例 教學活動 |地標項目與相關設定 敢動 Google Earth ,開|起始地點

傲地標檔,點選第一|雲林縣立麥寮高中

|緯度:

23.758441

個地標"雲林縣立麥|

|經度

120.25177

E

寮高中",以學生所在, 地點,作為起始點引 起學生動機。 進人教學主題,先以|北台灣上空一覽

影片說明臺灣島隆起|緯度: 24

.4

43615°

過程。藉由 G 叫 Ie I 經度

121.249943°E

~. 1 地標設定: Earth 圖像,可見中少I"': ";.~.~

r

|嚴人影片「山起山落蓬

山脈與雪山山脈因劇|萊島 J '網址

烈侵蝕產生的稜線。 |http://vou

tu. be/Bvdrgk6

此地標做為切換與銜|旦旦旦旦,設定海拔高度為

|相對地面 275K 接下一地標的中繼1 點。 從北台灣上空切換到|河流侵蝕一太魯閣

太魯閣國家公園,以|緯度:24.156365。

|經度:

12

1.

625899° E

此地標說明立霧溪向| |地標設定:

下侵蝕,配合大理岩|撮人動畫"太魯閣的前

層不斷隆起,所造成|世今生" ,網址

的地貌,並帶領學生 |http://www.taroko.goY.t

|w/includes/

f1

ash

/z

hTW /

觀察 V 形峽谷地貌景|

|9x445-1210.swf

觀。 i 切換到太魯閣國家公|向下侵蝕一燕子口街

園景點一燕子口,利用|景

已 |緯度:

24.17

Google

Earth 街景服| ~"_

- -

.~~

-::

.~= 1 經度 12 1. 567401 0E 務,觀看向下侵蝕所, 造成的峽谷地形。並 講學生思考,何以能 雕塑出如此陡峭的地 形。 地標註解或註備

(16)

壞地圖活過來-Google Earth 運用於地球科學教學設計之應用 北台灣上空一覽 緯度:

24

.4

43615°N

經度:

12

1.

249943°E

地標設定: 設定海拔高度為相對地 面 275Km 中、下游河道變化一立 霧溪出海口 緯度:

25.208749° N

經度 12 1. 692967°

E

地標設定: 設定地標海拔高度為相 對地面 1200m '檢視朝 向 -49° ,傾斜 79 。 將地標切換到立霧溪 出海口,觀察中、下 游河道逐漸加寬,請 學生觀察河道寬度的

變化。

利用河階發育動畫, I 向下侵蝕一大甲溪新社

說明河階地形的形成|河階

lZ

le

I 緯度:

24.219501°N

過程,配合 Google

I

~." I 經度:

J20.825128° E

Earth 圓資,請學生找|地標設定:

出河階地形所在位|設定地標海拔高度為相

置。 I 對地面 1000m '檢視朝 向 J

77°

,傾斜 75° 。竄 入河階發育動畫,網址

htto://www.inmih.kh.ed

u. tw/ofoiect/seedschooll

flash/的 o/%E6%B2%B3

%E9%9A%8E.swf

線條測量河階剖面 新社河階高度剖面 緯度:

24.2J 1747° N

經度:

120.827782° E

回到北台灣上空一 覽,準備進入河階的 介紹。 在河階地形上,利用 線條測量或路徑,輔 以高度剖面,顯示河 階地形與高差。除強 化學生對河階地形的 印象,進一步與學生 討論,形成河階明顯 落差的原因。

(17)

回到北台灣上空一|北台灣上空一覽

覽,準備進人向源侵|緯度:

24.443615° N

|經度

121.249943°E

蝕的介紹。 I E 地標設定: 設定海拔高度為相對地 面 275Km EU

N

LHU 。 ny 企串 97 司1JP 、 J 司3 間個 4QJ 區 TFO

弓,-4

山甘心盯

出去丈 42 會恤到划 J2l 侵火

..

源票度度

向苗緯經

炎山風作銳科

火炎於組尖百

栗火由受多基

苗明,叫許維

至說弱划成合。

標師脆以割組力

地教質訴切的仙

換,地與,峰

J

切山的他用山人

移動到火炎山上方, I 向源侵蝕一時間軸

先觀察 2010 年 5 月 II 火炎山 2010 年 5 月 l 日

|緯度:

24.366459°

N

日的影像,以便與下|

|經度

120.729379°

E

一項做比較。 l 地標設定:I 設定地標海拔高度為相 對地面 821m' 檢視朝向 l 少,傾斜 15° ,時間戳 記 2010 年 5 月 l 日。 同一地標,利用時間|向源侵蝕一時間軸

軸移到 2013 年 l 月 21 火炎山 2013 年 1 月 2 日

|緯度:

24.366459°

N

日,講學生觀察並指| |經度:

120.729379°E

出與 2010 年 5 月 l 日|

|地標設定:

的影像差異點。

I 設定地標海拔高度為相

經過比對衛星影像, I 對地面 821 m' 檢視朝向

可以看出經過向源侵119° ,傾斜 15° ,時間戳

|記 2013 年 l 月 2 日。 蝕後,出現了明顯的l 稜線與河道,教師再 說明向源侵蝕造成的 影響。

(18)

壞地圖 j舌過來-G oogle Earth 運用於地球科學教學設計之應用

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上刊的口定拔,山

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U

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側濁

5

一緯經地設對向戳日一側濁

i

緯經地設對向戳日

出幻蝕彎生哪側一出到差道

溪月侵、自學沖到一溪月的河。

5悄嘖訝圖妥。一冰:道明因

鴻年禍叫再',呵呵用一滴年汗就劇

至們的道,出容作一至一

μU

生能

換∞流河道指'的一換叭沛學可

2

河成改並域蝕一切

2H

講的

標口。明造、察區侵一標口。由,忱

地海日說會曲觀個向一地海日藉異變

肆、結語 日趨完善的教學視聽硬體設備,配合 適當的軟體,能讓學生雖身在課室中,藉 由多媒體融人引領下,突破時問空間的藩

籬,跳脫平面的課本與文字,以更多元的

戚官刺激吸收知識,進行學習。

Google

Earth 是一般大眾較常接觸到 的 GIS 軟體,操作相當容易。將 Google Earth 帶進課堂,教學上,對老師而吉, 可以藉此自己設計教案與教學流程,並在 其中最人許多資訊與媒材,增加教學完整 性。對學生來說,也能在上課過程中同時 兼顧宏觀與細部的地理概念,並可進一步 藉由教師提供的地圖檔,再一次的重現教 學內容,做課後的複習與回顧。 學生熟悉 Google Earth 後,教師可以 指導學生編撰 kmz 檔,作為小組合作學習

(19)

的主題,或是個別學生的專題,最後進行 成果發表,將成果納入多元評量中。善用

Google

Earth 整合教學資源,不僅可以便 教學更具有系統性,還能夠取代傳統紙本 地圖,讓原本在紙本上的地圖活過來,隨 著教師的劇本訴說更多地質的故事。

參考文獻

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Google

地球. 2012 年的月 02 日取自維 基百科,自由的百科全書

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.com/

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WatchOzoneNASA.

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Watch:

Latest status of Antarctic

ozone

0 2012 年的月 04 日取自

National

Aeronautics

and

Space

Administration

,

from

http://

數據

圖 4 、工具列各項功能 二、地標設定與相關資源整合說明 為了讓教學流程更順暢,避免在不同 的軟體間切換,可以將教學所需的說明與 圍內、影片等資源,整合進 Google Earth 的地標中,整合方式如下: (一)搜尋與設定地標: 這是進行教學設計的第一步,先 針對教學內容定出要搜尋的地標標 的,在 Google Earth 搜尋窗格中直接 使用名稱搜尋,或採經緯度作為定位 依據。若搜尋結果不盡理想,可至網 路相簿(如: plcasa 或 paronamio 等) 中搜尋關鍵字,多可找到相關地標的 經緯度,
圖 9 、其拉克風災前後的小林村
圖 10 、 311 海嘯前後的日本采岸 (五)古地圖: 勾選圖層選項中圖庫的 Rumsey 歷史 地圖,可在 Google Earth 上找到地圖 標示(圖 11 ) ,點選古地圖符號,運 用方式有二,一是直接以圖層覆蓋在 圈 Google Earth 上,一是下載地圈。以古地圖比對雲嘉南地區海岸線 1875年迄今變t 為例(圖 12) ,能用於介 紹雲嘉南地區海岸線與河道的變化,以及說明北港或新港等地名的來由。

參考文獻

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