地理信息系统在高中地理教学中的作用

张永琪

地理信息系统在高中地理教学中的作用
论文发表网站：www.158lunwen.com
摘要：由于信息社会发展和素质教育的需要，地理信息系统已被引入到高中地理教学中。新一轮课程标准中，无论是在选修还是在必修内容中，GIS均有涉猎，这足见其对于基础素质教育的重要性。本文在简要概述了地理信息系统和高中地理教学内容和目标的基础上，详细阐述了GIS技术在完善地理教学组织方式，更新地理教学方法，实现高效教学和培养学生能力的全面发展上所起的巨大作用。此外，本文还概括了目前GIS技术应用于教学所存在的问题，并给予了适当的措施建议。
关键词：地理信息系统；高中；地理教学
引言：
信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，在21世纪，科学技术特别是信息技术的不断突破，对世界政治、经济、文化生活均产生了更加深刻的影响。为了适应信息化高速发展所带来的挑战，我们国家已经意识到培养信息化人才的重要性。此外，由于地理学科的空间性、区域性和综合性，使得多数学生对地理学科的学习存在着或大或小的困难，这就要求地理学科采用崭新、高效的教学方式和方法。地理信息系统是地理学与计算机科学,航天技术等现代科学技术结合的产物,他的产生惠及了社会经济和国民发展的各个领域，同时，地理信息系统用于中学地理教学的长远意义将更加巨大，因为这不仅关系到祖国的未来——青少年的地理素养问题，更关系到全体公民的信息能力和科学素养，关系到中华民族人口的综合素质。
一、地理信息系统的概要
（一）地理信息系统的内涵
地理信息系统(Geographic Information System)简称GIS，是在计算机软、硬件支持下，以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据，为地理和地理决策服务的空间信息系统。[1]GIS是集信息收集、存储、整理、分析、决策为一体的信息技术系统，主要由数据库管理系统（database management）、图形处理与表达（graphic capabilities）和空间分析工具（spatial analysis tools）三部分组成。[２]它是地理学从传统地理向现代地理过渡的一种标志，是当今社会信息化发展的重要手段。GIS始于20世纪60年代，其应用领域主要包括测绘、制图、规划、环境管理等。在我国，虽然GIS起步较晚，但随着社会信息化的发展，GIS的应用领域越来越广泛，涉及国民经济和社会发展的各个行业乃至群众的日常生活。
（二）GIS的教育功能
GIS具有强大的地理信息空间分析与查询、模拟动态演示、数据存储、属性特征显示、热链接、地图处理与操作等功能。虽然GIS并非为中学地理教学而设计，但因其具备空间数据管理的强大功能，包括数据输入、存贮、检索、显示等，所以借助GIS来管理和分析地理信息，并应用于地理学科的探究学习，将大大提高学生对地理信息的收集、分析能力，帮助学生处理地理信息，解决地理问题。
GIS用于教学可以更好地激发学生的求知欲。他能够提供给学生许多真实的学习情境，不仅有课本知识，也有课外知识，动静结合，能引起学生的好奇心理，从而激发学生学习的欲望，使学生增强学习的积极性，有利于学生确立其在学习过程中的主动地位；GIS处理的数据容量大，更新速度快，能满足学生对信息量和信息时效的要求。弥补了目前教科书教学地图中普遍存在的容量小，信息量少，信息混杂，内容固定化的不足；GIS可灵活地实现地图操作。可以根据自己的需要对地图内容进行展示，实现对地图的无级缩放，有选择性地显示及叠加地图的专题内容，以及对特定区域具体内容的查询；同时GIS还可以有效地加强学生对空间概念的感知，建立空间现象关联性，培养学生的空间想象能力。总之，GIS工具具有很强的实用性，GIS学习软件和数据资源也非常丰富。通过GIS可以方便地使学生获取地理信息，培养学生的地理思维和分析问题、解决问题的能力。
二、高中地理教学内容与目标
地理是一门空间性很强的学科，具有区域性、综合性、开放性和实践性等特点。高中阶段的地理课程在内容上侧重于地理基本原理、基本理论的学习、要求学生在梳理、分析地理信息的基础上，运用地理原理探究地理变化机制和过程、地理成因以及地理规律。在学生的地理能力培养上突出表现为：就不同尺度地理空间的地理规律提出问题；从多种地理信息源中有效的搜集相关的资料；通过资料整理与分析给出自己的解释或得出自己的基本结论；进行合理推测并加以检验；初步学会从不同角度寻找解决问题的多种思路和方法等等。[３]
现代信息技术的发展，为地理研究从定性描述走向定量分析，从单系统走向复杂系统的研究提供了一个现代化的工具，随着GIS在社会经济各领域的广泛应用，必然要求中学地理课程增加GIS内容。2003年4月,国家教育部修订、颁布了《普通高中地理课程标准(实验) 》(以下简称《标准》)，较大幅度地增加了地理信息技术类教学内容，不仅反映了快速发展的地理信息技术对普通中学教学内容的影响，也表现了基础教育对社会发展和需求的响应，这对公民形成地理信息意识和能力具有重要意义。新课程标准的基本理念提出：注重信息技术在高中地理课程中的应用。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。课程目标提出：获得地理基本技能，发展地理思维能力，初步掌握学习和探究地理问题的基本方法和技术手段。[４]
　　《标准》将普通高中地理课程划分为3个必修模块和7个选修模块，分4个学期开设。学生在学习必修模块之前、之后或同时，根据兴趣和志向选修7个选修模块中的1～2个模块。必修模块中的地理信息技术教学内容在必修模块3中，专设了“地理信息技术的应用”标题。列入标准的教学内容包括:结合实例，了解遥感(RS)在资源普查、环境和灾害监测中的应用；举例说出全球定位系统在定位导航中的应用；运用有关资料，了解地理信息系统(GIS)在城市管理中的功能；了解数字地球的含义。选修模块由“宇宙与地球”、“海洋地理”、“旅游地理”、“城乡规划”、“自然灾害与防治”、“环境保护”和“地理信息技术应用”7个模块组成。地理信息技术应用模块包括地理信息技术的发展、地图与遥感、全球定位系统、地理信息系统、3S技术综合应用5部分内容，各部分列入标准的教学内容如下所述:1)地理信息技术的发展:运用资料概述地理信息技术的发展；说出地理信息技术的基本内容；根据有关资料，简述地理信息技术在现代生产、生活中的意义。2)地图与遥感(RS)：了解几种常用的地图投影，说出不同地图的特点和用途；结合实例简述遥感的基本工作原理，会初步判读遥感图像；结合实例说明遥感图像在地图制作中的应用。3)全球定位系统(GPS)：简述GPS的基本工作原理；结合实例说出GPS在交通、旅游、导航、军事、野外勘察等领域中的应用。4)地理信息系统(GIS) :结合实例说明GIS的基本功能；了解地图数字化的基本方法；在GIS软件中建立数据表；在GIS软件中改变图层显示的方法；结合实例初步掌握GIS查询方法；用GIS软件制作、输出专题地图；浏览网络GIS地图，查询有关信息。5) 3S(RS、GPS、GIS)技术综合应用:了解3S技术的综合应用；了解数字地球、数字城市的含义。新的地理课程标准正是以长远和发展的眼光看到了GIS的重要性，所以在中学地理课程标准中提出了对GIS的教学要求。[５]
此外，新的课程改革要求在教学目标、教学方式、教学组织形式和教学评价上均有所新的突破和改革。而地理信息系统在培养学生信息意识、使用地图能力和帮助教师实施以学生为主体的探究型、启发型教学方法、课堂组织和科学评价方面均会起到意想不到的效果。
三、地理信息系统在高中地理教学中的作用
GIS在高中地理教学目标上不仅能培养学生一般的信息能力，更能培养空间思维、地理信息素养和技能以及创新能力；在教学内容和方法上，GIS不仅是教学内容的一部分，更是辅助地理教学的方法和手段，运用GIS能够分析和解决其他地理专题中的问题，[４]可见，将GIS引入到中学地理教学中来，可以从教学手段、教学内容、教学组织形式以至教学观念来进行引入。其中，学生学习地理信息系统的意义和作用非常明显，在这里不再赘述。笔者仅就GIS技术对教学和学生培养的作用作进一步的阐述。
（一）促进教学方法的革新
高中阶段是学生自主学习能力提高的重要阶段, 引入GIS，将使教师单纯教授课本知识的教学方法得到改变，学生的学习方式也要发生巨大的变化。GIS 提供了一种分析解决地理问题的环境,使学生在教师的指导下,可自主地利用GIS 进行数据分析、表达、获得地理知识。正因为GIS具有交互性、可视性的特点，它的运用可以使以学生为主体的教学模式得到充分的体现，为课堂教学实施基于问题解决的方法，自主学习方法，合作学习方法，网络学习方法和探究式教学提供了可能。可见，GIS为教师的教学方式改革提供了切入点，同时，可以最大限度的发展学生的个性，确立学习者的主体地位。
　　例如在实施探究式教学中，运用GIS技术来提供学习信息、学习素材，甚至可以提供一些教师已开发好的图件，起引导作用，让学生利用信息库中的空间，属性数据库内容，自主开发，从而使有限的学习素材通过GIS和学生的大脑，成为无限的学习天地。教师根据教学内容，收集必要的数据建立数据库，利用MapInfo配备的MapBasic编程语言编写地理专题地图程序，并编译生成可嵌入MapInfo平台上的菜单，这样学生只需点击菜单即可获得相关的可视地图表达，同时通过对MapInfo的示范操作，介绍基本的地图操作方法，简单的查询，专题图的制图等等，然后由学生进行问题分析，从而得出结论，最后由教师进行总结。[6]
（二）有利于实现高效教学
　　前已述及，由于地理学科本身的特点，使得学生普遍认为学习地理存在着一定的难度。而GIS软件提供的分析功能包括查询分析、叠加分析、缓冲分析等。其中查询分析就是GIS回答问题的操作,例如GIS 能够迅速地告诉我们世界上人最多的国家在哪里,世界上人口数量超过1亿的国家分布等。叠加分析是一种多因素的空间关系的分析操作,将不同要素特征的图层叠加,可分析地理要素空间的影响关系,例如将人口密度分布与地形叠加即可观察自然条件对人口分布的影响。缓冲区分析是地理现象或事件等影响范围的分析操作,例如确定水源地10km 范围的保护区,分析长江干流两岸40km 范围内的人口总量等都属于缓冲区分析。[7]GIS的分析结果最终需要通过地图可视化表达并可附以统计图表等。可视化的表达方式使得学生可以清楚地观察到地理现象的分布,空间的联系等,从中归纳总结最后形成结论。
　　地理信息系统的出现,可以帮助教师清晰地展现这一思维飞跃的认知过程,让学生自己去观察如何对课堂上学到的东西进行再加工,实现理论与实践的结合与转变，使学生认知水平的再提高成为可能。例如:我国糖料作物的种植具有明显的“南蔗北菜”的特点,而这种分布受多种地理因素如温度、降水、光照的制约。教师只要借助地理信息系统提供的图层控制,将绘有水平等温线分布和年降水量分布的两个专题地图打开,并与地形图进行叠置分析。根据甘蔗和甜菜的不同的生活适应要求,通过分析,学生可以直观地得出:甘蔗在我国南方中亚热带、南亚热带和热带水热条件较好的河谷平原、三角洲分布；甜菜在我国的黑龙江、吉林、内蒙古和新疆的部分地区分布,学生一目了然,还可以在今后的学习中举一反三,这样在潜移默化中即优化了地理课堂教学结构,又提高了学生的认知能力。[８]总之，教学手段的直观性，教学方法的启发性，教学组织形式的开放性和互动性，均会优化课堂教学，提高地理教学的质量，最终实现高效教学。
（三）使学生能力培养全面化  
GIS脱胎于地图，是地图信息的一种新的载体形式，[９]通过GIS教育可使学生进一步认识、理解和运用地图；GIS的空间可视化特征可以培养学生的空间想象能力和建立区域（空间）概念；GIS的数据关系（属性数据与空间数据）特征可以提高学生的地理空间思维能力和辩证思维能力；此外，GIS还有对人地关系与可持续发展、环境意识的教育功能。[１０]在地理教学中引入GIS技术，可使学生在分析地理信息基础上得出相应的地理结论，培养学生自主学习地理的热情和能力，甚至是终身学习的能力。通过GIS教学，不但使学生掌握先进的软件知识和地信知识，更能教会学生搜集材料和数据，使他们能够在联系前后知识的基础上，综合分析数据，寻找解决问题的方法和途径，最终得出经验和规律。而在这个过程中，学生的各方面能力得到了全面的发展。
　　总之，GIS在地理教学，尤其在帮助地理教学实现崭新的教学方法方式上存在着明显的优势，而地理教学方式的改变又促进了高效教学的实现和培养学生三维目标的实现，最终，GIS所带来的一系列影响可以逐渐转变教师和学生的教学观和学习观，使正确的观念进一步促进整个教学过程的发展，可见，GIS可以带来教学的一种良性循环。
四、GIS引入高中教学存在的问题和措施建议
高中地理引入GIS教育首先应注意教学需要的适度性和教育对象的适应性，并处理好GIS与其他教学技术的区别与联系。[１１]目前，在我国能够胜任地理信息技术教学要求的中学师资严重短缺，国内地理信息技术普及教育研究非常薄弱，通俗易懂的地理信息技术类教材和普及读物也非常缺乏，而且，地理信息技术实验条件普遍较差，这些都制约了我国GIS教育在高中阶段的普及和实施。面对这样的问题，我们应加快建设适应《标准》要求的师资队伍，加强地理信息技术普及教育研究，积极组织编写出版优秀的地理信息技术中学教材和科普读物，并建设满足《标准》要求的教学实验条件。[5]此外，作为主要培养中学教师的师范类高校要加快高校地理科学专业的教学改革，积极推动在高校开设地理信息科学与技术类课程，以提高未来地理教师的GIS水平。


参考文献：
[１]沈素玲.GIS用于中学地理探究式学习的教学实验研究[J].福建师范大学硕士学位论文，2003.8
[２]张超等.地理信息系统[M]. 北京：高等教育出版社，1995.
[３]柯旭阳.GIS技术在高中学生信息素养培育中的应用研究[J].福建师范大学硕士学位论文，2005.9
[４]柳敏.基础地理教育GIS教学软件平台开发与应用研究[J].华东师范大学硕士学位论文，2005.5
[５]赵　军 武江民 赵生龙. 我国地理信息技术普及教育现状与对策刍议. 地理信息世界，2005，2
[６]刘学艳.地理信息系统在地理教学中的应用[J].沧州师范专科学校学报，2005.6
[７]李晓云.GIS技术在高中地理教学中的应用于思考[J].甘肃科技，2006.5
[８]杨旭　沈方晓.地理信息系统与中学地理教学[J]．中学地理教学参考，2002 No11
[９]林国银.GIS在中学地理地图教学中的应用研究[J].福建师范大学硕士学位论文，2005
[１０]周松林.地图教学尝试[J].中学地理教学参考，2001（1-2）p69
[１１]李玉能.中学地理教学中应用GIS的实践与探索[J].福建师范大学硕士学位论文，2005.8

xuhuaaili

进来学习，感谢提供

张永琪

xuhuaaili 发表于 2015-1-20 20:17
进来学习，感谢提供

嘿嘿  互相学习。。