新一轮课程改革强调指出:大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用,促进信息技术与学科课程的整合,充分发挥信息技术的优势,为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。本研究采取学习科学主要的研究方法——基于设计的研究,致力于创建基于现代地理信息技术的新型地理教学环境和学习工具——数字星球教学系统,通过“设计”特定的地理学习方式和在境脉中系统地研究这些学习方式,以发展境脉中的理论、产品和可以推广的实践,并通过实证研究说明了教学革新的有效性。　　 本研究共包含3个研究:(1)研究一“现状研究”含2个子研究。子研究1为“信息技术与中学地理教学整合现状和需求研究”,子研究2为“中学地理教师对信息技术应用的态度、观念和意识和地理教与学问题研究”。(2)研究二为“数字星球教学系统的设计研究”含2个子研究。子研究1为教学系统设计研究,子研究2为教学模式研究。(3)研究三为“数字星球教学系统教学应用实践研究”。　　 本文得到的主要研究结果如下:　　 (1)研究一:通过问卷调查发现,信息技术在地理教学中的应用,因为教师课时紧张、信息技术工具与资源不足等,信息技术的应用处于早期应用阶段。突出地表现在,多数教师是应用技术支持自身的教,较少教师开展较高层次的支持学生学习的技术应用,而且主要还是一些通用的多媒体技术应用,缺乏学科特色的支持学习的技术工具。尽管教师有运用信息技术改变教学方式的愿望但仍然以传统的授受式教学模式为主。目前地理教学中存在的最大问题是学生缺乏地理学习的动力和兴趣；学生地理学习中的最大障碍是不会看“图”,不能从“图”中获取有效信息,阐释成因与规律,分析解决问题,直至提出创新性见解,其中特别困难的是空间图形与平面图形之间的转换；再者是学生学习的概念化、原理与规则性知识与真实的地理实践情境严重脱节。　　 (2)研究二:针对目前存在的问题,从地理教学的学科本质出发,通过第一轮设计研究,运用球幕投影技术整合数字地理信息技术,突破传统地图的局限,构建空间术语中的世界,形成与地理学科教学过程整合的三维、立体、动态地图资源；第二轮研究发展系统的屏中屏、空间信息可视化功能,实现地方与区域内容的表达与查询；第三从学习内容的设计扩展到包括教学策略、教学活动的“学习活动”设计,形成虚拟真实地理情境支持的地理课程教学结构化资源；第四与多媒体白板技术、GIS、3D、AR等技术融合,扩展系统的数据查询、分析、处理与交互功能；并形成了一套较为完整的设计原则与策略。运用归纳法和演绎法,构建了基于该系统的5种信息化地理教学模式,从而为一线的教师进行资源开发和教学设计提供有力的参考。最终,形成从硬件设备、软件技术、教学资源、教学模式到资源网站、研究支撑平台在内的,包括物理的、人文的(包括教师、管理人员、学生、家长、实践科学家和其它有兴趣的人在内)本地共同体和全球共同体的新型地理教学环境和学习工具——数字星球教学系统。　　 (3)研究三:通过综合运用质性研究、实验研究以及行动研究,发现并证明数字星球教学系统的应用有利于帮助学生建构关于客观地理世界有机、完整、可视化的知识图像,发展学生地理空间思维能力和构建“脑中地图”；克服目前学校地理教学“去情境化”、学习内容远离真实世界情境的弊端,通过把真实世界的地理问题与情境带入课堂,能够激发学生的学习兴趣和内在学习动机,加强知识的情绪体验,调动学生学习的积极性、主动性,扩展了课堂的参与度。对比实验的和跟踪实验的结果证明,学生的地理学业成绩提高,学生学习地理的情感、态度和价值观也发生积极的变化,地理课堂教学形式正逐步转向以教师为主导、学生为主体的新型课堂教学结构。　　 本文研究工作的创新点主要体现在以下三个方面:　　 (1)综合集成和教学环境创新。本研究将球幕投影技术与数字地理信息技术、多媒体技术、交互式电子白板、AR、人体工程交互设备等技术的整合,将单一的球幕投影技术发展、演变成为具有信息加工功能、分析功能、演示功能、资源功能和交互功能,支持教师教和学生地理学习的系统技术和教学环境。　　 (2)教学资源创新。创造性地设计和开发了与地理学科教学过程整合的三维、立体、动态地图资源和地理课程教学资源,使得教学得以突破时间与空间的局限,知识内容得以在三维虚拟真实情境中呈现,解决了学校地理教育中的去情境化问题,以及学生学习的符号化、概念化与规则和原理知识与知识的应用情境脱节的问题。　　 (3)教学模式创新:通过教学实践构建新的教学环境下的教学策略、教学模式和教学方法,创新发展信息化地理教学模式的理论与实践框架。　　 本文的研究以理论为导向,以实践为主导,结合设计和研究,兼顾技术与理论,既通过理论改进实践,以教学技术的开发为目标,同时通过实践发展理论,追求理论上的发掘与创新。从理论与实践的结合上诠释高新信息技术与教育新理念融合的实质、结构要素、教学资源、教学模式以及具体的操作技术与方法,为在同时变革教与学的理念和工具的过程中构建新的地理教学范式提供理论上的着眼点和实践上的着力点。