利用GIS輔助學(xué)生構(gòu)建空間思維

譚剛

摘要：作為現(xiàn)代地理學(xué)發(fā)展的前沿陣地，GIS技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)不局限于地理專業(yè)方面的應(yīng)用，而是與普通人的生活聯(lián)系更加緊密。如何將GIS技術(shù)有效地應(yīng)用到中學(xué)地理教學(xué)中，是一個(gè)亟待探討的話題。本文選擇地理信息系統(tǒng)（GIS）作為多媒體課堂探究的重點(diǎn)，側(cè)重分析運(yùn)用GIS輔助學(xué)生構(gòu)建空間思維。

關(guān)鍵詞：GIS；地理教學(xué)；空間思維

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，是地理學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)、地球科學(xué)和測(cè)繪學(xué)、遙感學(xué)等多種學(xué)科交叉形成的產(chǎn)物，具有信息量大、空間層次多、分析功能強(qiáng)等應(yīng)用特點(diǎn)。初中地理課程標(biāo)準(zhǔn)在課程背景、課程理念以及課程內(nèi)容這三部分對(duì)運(yùn)用地理信息技術(shù)輔助教學(xué)都作了必要說明。普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)也將GIS作為教學(xué)內(nèi)容正式列入高中地理必修模塊，并把“地理信息技術(shù)應(yīng)用”納入選修課程之列。 與此同時(shí)， 高中理科教學(xué)儀器配備標(biāo)準(zhǔn)中“高中地理教學(xué)儀器的配備要求” 對(duì)地理信息系統(tǒng)教學(xué)軟件、地理信息數(shù)據(jù)的配備等內(nèi)容也作了相關(guān)規(guī)定。GIS軟件應(yīng)用在教學(xué)中，能夠解答用語言難以準(zhǔn)確描述的問題。初中階段的學(xué)生考慮問題比較片面，通過GIS軟件的幫助，有利于建立地理事物是相互聯(lián)系、相互影響并且不斷發(fā)展變化的觀點(diǎn)，形成地理思維方式。

一、利用地圖縮放功能了解區(qū)域特征

作為地理學(xué)科的第二語言，地圖是學(xué)習(xí)地理的重要工具。傳統(tǒng)的地圖是靜態(tài)的，只能表現(xiàn)早就設(shè)計(jì)好的內(nèi)容，而且容量非常有限，固定的比例尺、固定的區(qū)域范圍、固定的專題…往往使傳統(tǒng)地圖的應(yīng)用局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。而GIS是動(dòng)態(tài)地圖，可以突出顯示特定的地理事物，也可以按照需求生成專題地圖。圖中的地理事物也可以設(shè)置專門的鏈接，通過網(wǎng)頁跳轉(zhuǎn)了解更詳細(xì)的信息。所以，GIS電子地圖具有傳統(tǒng)掛圖所不具備的交互性、無極縮放、動(dòng)態(tài)載負(fù)量調(diào)整、多維化、信息豐富、共享性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際教學(xué)時(shí)，教師在介紹某一區(qū)域的時(shí)候，要給學(xué)生一個(gè)從宏觀到微觀的認(rèn)識(shí)，只需要利用地圖的無極縮放功能，以小比例尺查看區(qū)域的整體，了解區(qū)域的自然環(huán)境特征；再用大比例尺查看區(qū)域的局部，了解區(qū)域的工農(nóng)業(yè)布局等。這樣，可以培養(yǎng)學(xué)生由宏觀到微觀的豐富想象力，幫助學(xué)生了解和分析宏觀事物與微觀要素之間的聯(lián)系。另外，GIS軟件在進(jìn)行無極縮放的時(shí)候，還能夠根據(jù)當(dāng)前的比例尺，自動(dòng)顯示或隱藏圖層，調(diào)整某一圖層中信息量，從而保證最佳的視覺效果和最快的顯示速度。

例如，學(xué)習(xí)七年級(jí)下冊(cè)世界地理時(shí)，以日本為例，先以小比例尺查看日本所處的地理位置（位于東半球、北半球），確定日本所在的半球，然后再逐步放大到大洲再到具體的日本輪廓，最后以較大比例尺查看日本內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)（包括領(lǐng)土的構(gòu)成、城市的布局、工業(yè)的分布等），甚至可以用大比例尺觀察東京的面積、城市規(guī)劃、土地利用方式等，展現(xiàn)日本在狹小國土上取得的成就，使學(xué)生能夠進(jìn)一步反思中國的問題。在學(xué)習(xí)過程中，隨著比例尺的不斷變化，所負(fù)載的信息量也不斷增多。這樣一來，既建立了日本的外部環(huán)境和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，又養(yǎng)成了學(xué)生客觀全面地看待問題的思考習(xí)慣，提高學(xué)生分析、解決問題的能力。

二、利用GIS軟件繪制專題地圖

運(yùn)用GIS軟件繪制專題地圖不是完全新繪一張地圖，而是使用GIS軟件分步展現(xiàn)地圖內(nèi)容。不同于以往“死”的紙質(zhì)地圖，“活”的GIS地圖新增了圖層功能，這是它相較于傳統(tǒng)地圖的一大優(yōu)勢(shì)。教師在教學(xué)過程中可以根據(jù)實(shí)際需求，按照學(xué)生認(rèn)知的過程，使用圖層的顯示或隱藏功能，將地理信息一步一步呈現(xiàn)在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生跟隨教師的節(jié)奏逐步深入思考，從而更好地理解地理要素之間的因果關(guān)系，增強(qiáng)教學(xué)的有效性。該方法操作簡(jiǎn)單、易于掌握、適用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)，是GIS輔助中學(xué)地理教學(xué)初期比較常用的手段。教師可以引導(dǎo)學(xué)生建立和管理展示空間的符號(hào)、顏色和大小等，將疊加信息表現(xiàn)在不同的圖層面上，同時(shí)或者逐步展示，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，也能讓學(xué)生直觀理解地理現(xiàn)象和原理之間的關(guān)系。例如，講解七年級(jí)上冊(cè)聚落分布時(shí)，以美國為例，先加載美國的國土輪廓圖層、河流圖層、地形圖層，分別控制每個(gè)自然地理環(huán)境圖層的隱藏或顯示功能，依次分析各個(gè)聚落分布地區(qū)的自然環(huán)境條件，可以讓學(xué)生真正理解自然地理環(huán)境對(duì)聚落分布的影響，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。

三、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示區(qū)域場(chǎng)景

隨著社會(huì)和時(shí)代的發(fā)展，二維GIS技術(shù)具有自身難以克服的缺點(diǎn)，不能給人以真實(shí)自然的感覺，直觀性受到較大限制。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將二維空間拓展為三維空間，增加高程數(shù)據(jù)，模擬一個(gè)虛擬的世界，讓使用者可以有聽覺、視覺甚至嗅覺、觸覺的真實(shí)感受，可以實(shí)時(shí)、360°全景觀察三度空間內(nèi)的事物。例如，等高線地形圖的判讀一直是初中地理教學(xué)的一個(gè)重難點(diǎn)問題。初中生缺乏空間想象能力，難以理解等高線的含義。而運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以通過等高線數(shù)據(jù)為學(xué)生創(chuàng)造一組立體地形。在課堂教學(xué)中，教師可以拖動(dòng)鼠標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度觀察不同高度等高線的形狀，從而理解等高線的含義。也可以讓學(xué)生根據(jù)山的不同高度，給予不同顏色，從而講解分層設(shè)色地形圖的含義，引導(dǎo)學(xué)生觀察不同顏色所代表的地形，歸納總結(jié)這些地形在地圖上的特點(diǎn)，使枯燥、難懂的地理課變得生動(dòng)活潑起來。

圖1就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬等高線地形圖。電腦利用輸入的等高線數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成的三維場(chǎng)景，可以進(jìn)行任意的旋轉(zhuǎn)、縮放，讓學(xué)生能夠從不同角度觀察地貌特征，有利于空間概念的形成。

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，GIS最重要的優(yōu)勢(shì)在于它能幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，將GIS引入中學(xué)地理課堂，將極大地增強(qiáng)地理課堂教學(xué)的有效性，改變地理教育現(xiàn)狀。

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