空間信息技術(shù)與高等師范院校地理教育的整合

李權(quán)國(guó)

襄樊學(xué)院 地理系，湖北 襄樊 441053

課程建設(shè)

空間信息技術(shù)與高等師范院校地理教育的整合

李權(quán)國(guó)

襄樊學(xué)院 地理系，湖北 襄樊 441053

本文分析了空間信息技術(shù)的內(nèi)涵，探討了空間信息技術(shù)與地理教育的關(guān)系。通過對(duì)地理科學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)方法分析，研究了如何將空間信息技術(shù)與地理教育進(jìn)行整合，提出了信息技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、數(shù)字地球平臺(tái)等與地理教育的整合模式。

空間信息技術(shù)；地理教育；師范院校

空間信息技術(shù)具有多學(xué)科性的特點(diǎn)，與地理教育進(jìn)行整合具有諸多優(yōu)點(diǎn)，有利于優(yōu)化課堂教學(xué)模式，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，增加課堂容量，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，降低教學(xué)難度，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)思維能力，增強(qiáng)情感體驗(yàn)，能有效地解決教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)等，在地理教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，可以使傳統(tǒng)的教學(xué)模式得以彌補(bǔ)和改善，相信將深入到未來的高等師范院校地理教育中?，F(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用，為提高教學(xué)效果起到了巨大作用，地理科學(xué)前沿研究與高新技術(shù)發(fā)展融為一體，重大科學(xué)問題的解決需要跨學(xué)科持續(xù)、有效的聯(lián)合研究，但如何有效將空間信息技術(shù)用于地理教學(xué)的實(shí)踐過程是目前研究的空白，處于探索階段。本文從空間信息技術(shù)的內(nèi)涵出發(fā)，就如何方便地將空間信息技術(shù)用于地理教學(xué)實(shí)踐之中，有效地與地理教育實(shí)現(xiàn)整合進(jìn)行探索。

一、空間信息技術(shù)的內(nèi)涵

當(dāng)前，空間信息技術(shù)被看成是世界上繼生物技術(shù)和納米技術(shù)之后，發(fā)展最為迅速的第三大新技術(shù)。其中，地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）與全球定位系統(tǒng)（GPS）是地球空間信息技術(shù)的核心內(nèi)容。童慶禧院士對(duì)空間信息技術(shù)的概念作過解釋，認(rèn)為空間信息技術(shù)也稱為地理空間信息技術(shù)，從技術(shù)層面上看，它是遙感、地理信息系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合集成，將空間對(duì)地觀測(cè)信息的獲取、處理、分析、應(yīng)用結(jié)為一體的信息技術(shù)體系；從目標(biāo)層面看，整個(gè)空間信息技術(shù)的主要目標(biāo)是研究并支持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，并為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供決策依據(jù)[1]。

二、空間信息技術(shù)與地理教育的關(guān)系

1.空間信息技術(shù)作為教學(xué)內(nèi)容納入地理教育

地理教育把傳授地理知識(shí)、培養(yǎng)地理技能和提高地理思維能力作為基本目標(biāo)，在高等院校地理專業(yè)中實(shí)施空間信息技術(shù)教育不僅是落實(shí)地理教育的責(zé)任，也是落實(shí)教育本身賦予地理教育的任務(wù)?？臻g信息技術(shù)作為教學(xué)內(nèi)容滲透于地理教育中，對(duì)學(xué)生信息技術(shù)的掌握、地理研究技術(shù)的了解與應(yīng)用、地理領(lǐng)域系統(tǒng)思想的建立和地理空間思維能力的培養(yǎng)，以及其他地理問題的分析與處理等多方面都具有獨(dú)特功能。

地理學(xué)是空間信息技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)，為信息科學(xué)提供了空間檢索分析的對(duì)象和規(guī)律，也提供了整合地理特征的空間數(shù)據(jù)?？臻g信息技術(shù)的迅速發(fā)展極快地改變著地理學(xué)的面貌，已成為地理科學(xué)研究的技術(shù)手段和學(xué)科體系的一部分。它不僅提供了一個(gè)執(zhí)行地理學(xué)規(guī)律的有力工具，而且對(duì)了解地球上的過程，積累和綜合各種與空間有關(guān)的知識(shí)提供了幫助。目前所有高等院校的地理科學(xué)專業(yè)已經(jīng)將空間信息技術(shù)的相關(guān)課程納入了教學(xué)計(jì)劃，如“地理信息系統(tǒng)”、“遙感技術(shù)”等都是地理科學(xué)專業(yè)的必修課程，“數(shù)字地球?qū)д摗?、“遙感圖像處理”等課程也被列為選修課程。另外其他課程在教學(xué)內(nèi)容上也都適時(shí)適度地引入了空間信息技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)地理的熱情，端正了對(duì)地理學(xué)的認(rèn)識(shí)，更體現(xiàn)了信息時(shí)代地理學(xué)的最新面貌。

2.空間信息技術(shù)作為教學(xué)手段輔助地理教育

地理教育要突出地理學(xué)科特點(diǎn)，運(yùn)用多種教學(xué)方式、方法和教學(xué)手段，重視創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)?？臻g信息技術(shù)作為人們生活中越來越重要的一種高新技術(shù)手段，其與地理教學(xué)過程的有機(jī)整合就是一個(gè)很適合在高等院校地理專業(yè)中開展的一種教學(xué)新模式。地理信息與其他信息的根本區(qū)別就在于其強(qiáng)烈的空間特性，現(xiàn)代地理學(xué)將空間分布與時(shí)間過程相結(jié)合，探求地理實(shí)體的空間分布格局及其成因和發(fā)展規(guī)律。分析地理事物的空間分布特征、時(shí)間變化規(guī)律時(shí)，完全可以適當(dāng)借助空間信息技術(shù)中的相關(guān)知識(shí)。例如，進(jìn)行空間信息的各種綜合處理、仿真模擬教學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)地理教學(xué)模式想要清晰、高效地完成教學(xué)過程相對(duì)困難，而空間信息技術(shù)在這方面輔助地理教學(xué)具有極大的優(yōu)勢(shì)。

在地理教育中運(yùn)用空間信息技術(shù)不僅可以使學(xué)生接觸到尖端科學(xué)，趕上時(shí)代的步伐，同時(shí)對(duì)于一些地理知識(shí)也更容易直觀了解，達(dá)到更好的教育效果。通過對(duì)傳統(tǒng)地理教學(xué)模式的分析，只要充分發(fā)揮空間信息技術(shù)的作用，完全可以突破傳統(tǒng)地理教育的局限性，最大限度地?cái)U(kuò)展學(xué)生的知識(shí)獲取。一方面可以根據(jù)已學(xué)的知識(shí)溯源其時(shí)空出處，另一方面也可以通過空間信息的虛擬環(huán)境來探索其未來發(fā)展，這將對(duì)高等院校地理教育的教學(xué)內(nèi)容和形式都有極大的影響。另外可以通過空間信息的可視化，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，建立現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的模擬環(huán)境，還能使學(xué)生對(duì)于空間中各事物的狀態(tài)有非常直觀的感受。

三、空間信息技術(shù)與地理教育的整合

1.信息技術(shù)與地理教育的整合

信息技術(shù)與地理課程整合是教育技術(shù)應(yīng)用的核心，是改革地理教育模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段的重要途徑，在地理教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)非常明顯，使傳統(tǒng)的教學(xué)模式發(fā)生了極大的變化，而且這種新的地理教學(xué)模式也將深入到未來的地理教學(xué)中。信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)用環(huán)境的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

計(jì)算機(jī)可以不受時(shí)間和空間、宏觀和微觀的限制，可以無限延伸學(xué)生的多種感官和思維，通過圖像、聲音、色彩、動(dòng)畫將地理教學(xué)所涉及的地理事物、現(xiàn)象、過程、分布、聯(lián)系等直接展示出來，使學(xué)生一目了然，且身臨其境，形象、直觀地感知和認(rèn)識(shí)地理事物，從而掌握地理知識(shí)。

多媒體課件是教師為輔助課堂教學(xué)精心設(shè)計(jì)的教學(xué)軟件，是信息技術(shù)與地理教育整合的具體形式，具有直觀形象、動(dòng)感豐富、新穎有趣、交互便利、音樂優(yōu)美、感染力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而能夠促進(jìn)學(xué)生多種感官參與教學(xué)。

網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境使數(shù)字化的教學(xué)資源具有信息顯示媒體化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息處理智能化和學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬化的特征，師生通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用電子郵件、在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)模擬、在線討論、數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫(kù)等，開展協(xié)商討論、合作學(xué)習(xí)，并通過對(duì)教學(xué)資源的收集利用、探究知識(shí)、發(fā)現(xiàn)知識(shí)、創(chuàng)造知識(shí)、展示知識(shí)的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.地理信息系統(tǒng)與地理教育的整合

地理信息系統(tǒng)（GIS）是現(xiàn)代地理學(xué)的技術(shù)核心，能充分發(fā)揮地理空間性和綜合性的特征，作為現(xiàn)代地理教育技術(shù)手段，具有數(shù)據(jù)多來源、空間多層次、更新速度快、信息深加工、信息多時(shí)態(tài)、產(chǎn)品多形式、多精度需要的應(yīng)用特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的地理能力素質(zhì)，優(yōu)化教學(xué)信息環(huán)境[2]，其強(qiáng)大的地圖展示、處理與分析功能可以為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。教師運(yùn)用GIS可以對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重組和再完善，對(duì)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行再優(yōu)化，對(duì)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)再開發(fā)。GIS軟件能提供界面友好、形象直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，GIS制作的多媒體電子地圖，畫面清晰、色彩協(xié)調(diào)，加上視頻和聲音的配合，具有很強(qiáng)的感染力和人機(jī)交互性，容易培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[3]。學(xué)生通過操作GIS軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，可以改變課程教材只是為教師講授提供藍(lán)本、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的傳統(tǒng)形式。通過GIS與地理教育的整合，有利于學(xué)生的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)探究能力的培養(yǎng)。利用GIS強(qiáng)大的三維分析、緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析等空間分析功能，讓學(xué)生從地理數(shù)據(jù)庫(kù)中提取自己所需的信息加以分析和展示，有助于培養(yǎng)學(xué)生的地理分析能力，提高學(xué)習(xí)興趣。

3.遙感技術(shù)與地理教育的整合

隨著遙感技術(shù)（RS）軟件平臺(tái)的大眾化、遙感影像的普及化，高等地理教育已把遙感課程作為基礎(chǔ)課程，地理教學(xué)應(yīng)用遙感影像向?qū)W生展示和描述地理現(xiàn)象，應(yīng)用遙感技術(shù)來解釋、分析和說明地理現(xiàn)象已成為可能。它不僅給學(xué)生帶來直觀的空間認(rèn)識(shí)，如城鎮(zhèn)、河流、植被等分布，還能通過遙感技術(shù)提取出間接的信息，如生態(tài)環(huán)境的變化、土地利用的變化、城市的擴(kuò)展，甚至地下地質(zhì)情況也能判斷。通過收集所需要的空間信息，并加以加工、分析、處理和運(yùn)用，是地理教學(xué)的一項(xiàng)基本技能和重要任務(wù)[4]。尤其是利用多時(shí)相的遙感影像對(duì)展示地理現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化是其他教學(xué)方法不可比擬的，例如講解城市化進(jìn)程時(shí)，學(xué)生很難想象城市的擴(kuò)展過程，但借助幾期不同時(shí)相的遙感影像，就能夠非常直觀清楚的讓學(xué)生理解，大大提高教學(xué)效果。還可以通過遙感監(jiān)測(cè)案例及其影像，幫助學(xué)生對(duì)地球環(huán)境進(jìn)行立體觀察，幫助認(rèn)識(shí)全球環(huán)境的整體性與變化過程。地表許多自然災(zāi)害從影響區(qū)域來說，可能涉及一個(gè)很大的區(qū)域，RS的宏觀監(jiān)測(cè)特征有助于在教學(xué)過程中幫助學(xué)生理解這些區(qū)域性過程。地理環(huán)境與自然資源教學(xué)中，可以利用遙感圖像幫助學(xué)生識(shí)別地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型、地形分布與自然資源調(diào)查、分布等。

4.全球定位系統(tǒng)與地理教育的整合

全球定位系統(tǒng)（GPS）在輔助地理教學(xué)的應(yīng)用中沒有GIS和RS廣泛，但隨著空間信息技術(shù)的快速發(fā)展和教學(xué)條件的不斷改善，挖掘GPS的輔助教學(xué)功能，加強(qiáng)其教學(xué)應(yīng)用，也是空間信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的一個(gè)重要內(nèi)容[2]。借助GPS輔助講授制圖、氣象、交通、工程等教學(xué)內(nèi)容，通過向?qū)W生介紹GPS的廣泛應(yīng)用性，使學(xué)生了解空間信息技術(shù)與生活的關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和興趣，拓寬知識(shí)面。地理是一門空間性很強(qiáng)的學(xué)科，建立起客觀世界的空間概念，是地理教學(xué)的一個(gè)基本任務(wù)，也是培養(yǎng)學(xué)生地理能力的重要內(nèi)容。GPS精確的空間導(dǎo)航定位功能可以幫助學(xué)生建立空間概念，通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀地圖，幫助學(xué)生記住地理事物、地理現(xiàn)象分布的位置。尤其是地理專業(yè)進(jìn)行野外實(shí)習(xí)和調(diào)研的過程中，GPS方便、快捷、精確的導(dǎo)航定位功能，可以幫助師生迅速獲取平面坐標(biāo)位置、路旁標(biāo)記和航路點(diǎn)、路線、高度、航向、方位角等信息，對(duì)輔助教學(xué)起到了其他傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備不可替代的作用。

5.數(shù)字地球平臺(tái)與地理教育的整合

數(shù)字地球的核心是按照統(tǒng)一的地球空間坐標(biāo)，將三維地球上的地圖、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人文信息等組織起來，構(gòu)成一個(gè)具有多分辨率、多類型、多時(shí)相的三維地球數(shù)據(jù)集，提供有效、直觀的檢索和顯示手段。運(yùn)用數(shù)字地球可以任意選擇、逐級(jí)放大或縮小所感興趣的觀察對(duì)象，可以快速、形象地了解地球上各種宏觀、微觀情況，獲取普通地球儀上無法得到的許多信息，是目前輔助地理教學(xué)的最好工具。當(dāng)前主流的數(shù)字地球平臺(tái)包括Goog le Earth、Wo rld W ind、Virtual Earth、Skyline Globe等，都擁有各自優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。以Google Earth為代表的數(shù)字地球平臺(tái)采用了成熟的寬帶流技術(shù)，實(shí)時(shí)地為用戶提供數(shù)據(jù)，Google Earth關(guān)鍵功能和技術(shù)特點(diǎn)主要包括[5]：（1）強(qiáng)勁的三維引擎和超高速率的數(shù)據(jù)壓縮傳輸；（2）多源影像數(shù)據(jù)和完整的分類數(shù)據(jù)庫(kù)支撐；（3）緊密結(jié)合搜索引擎，提供快捷、免費(fèi)的通用服務(wù)。能夠?yàn)榈乩斫虒W(xué)提供了資源信息豐富、表現(xiàn)直觀、獲取便捷的大量免費(fèi)教學(xué)資源，能夠分解復(fù)雜的教學(xué)信息，使認(rèn)知過程由難變易，將復(fù)雜的地理知識(shí)變得形象具體、生動(dòng)有趣，能夠激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生還可以自行操作，加深對(duì)概念的理解。

四、結(jié)語(yǔ)

通過空間信息技術(shù)與高等師范地理教育進(jìn)行整合，以突破地理課堂教學(xué)原有的信息傳遞結(jié)構(gòu)，即改變以知識(shí)傳授為中心、以教師為中心、以教材為中心和單一人才培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，進(jìn)而建立一種基于空間信息技術(shù)的新型地理教學(xué)模式，從而使學(xué)生從消極被動(dòng)地接受地理知識(shí)、技能和方法轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)地獲取地理知識(shí)、掌握地理技能，也學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)地理的方法。但是地理教育與空間信息技術(shù)的整合是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，目前還僅僅處在探索與磨合階段，還沒有建立一套完全意義上的基于學(xué)科整合的教育教學(xué)指導(dǎo)或參考系統(tǒng)的機(jī)制與體系。隨著地理課程整合實(shí)踐的深入，必將提高師生使用空間信息技術(shù)的意識(shí)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，必將大大提高教學(xué)效率，進(jìn)而推動(dòng)地理教學(xué)改革的進(jìn)程，高師地理教育與空間信息技術(shù)整合必將成為信息時(shí)代中占主導(dǎo)地位的教育模式。

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Integration of Spatial Information Technology and Geography Education in Normal Schools and Universities

LI Quan-guo
Xiangfan University, Xiangfan 441053, China

This paper discusses the content of spatial information technology, then analyzes the relationship between it and geography education. Through analyzing the courses teaching methods of geography science, the paper studies how to integrate spatial information technology effectively w ith geography education, and puts forward integrated model of spatial information technology and geography education, such as information technology, geographic information systems, remote sensing, global positioning systems and digital earth platform.

spatial information technology; geography education; normal schools and universities

G 643

A

1006-9372 （2010）03-0115-04

2010-08-25。

湖北省教學(xué)研究項(xiàng)目（2008216）；襄樊學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(JY0826)資助。

李權(quán)國(guó)，男，講師，主要從事空間信息技術(shù)的教學(xué)與研究工作。