GIS技術(shù)在培養(yǎng)高中生區(qū)域思維空間素養(yǎng)方面的研究

摘 要：《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確指出，要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用區(qū)域空間的思維方式和能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理環(huán)境的模型構(gòu)建，加強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)的指導(dǎo)和教育，利用信息技術(shù)加深學(xué)生對(duì)地理環(huán)境的認(rèn)知和了解。GIS將多源空間信息數(shù)據(jù)、空間信息多維表達(dá)及空間信息分析和決策相融合，有利于發(fā)散學(xué)生的地理空間思維。GIS技術(shù)應(yīng)用于高中地理學(xué)科教學(xué)中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生區(qū)域思維空間素養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：高中地理;GIS技術(shù);區(qū)域思維;空間素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-624X（2021）14-0024-02

引 言

空間性既是地理學(xué)科的基本特性，又是學(xué)習(xí)地理相關(guān)知識(shí)的重要前提，因?yàn)榈乩憝h(huán)境是基于空間的維度存在的，所以在高中教育階段，培養(yǎng)學(xué)生的地理區(qū)域思維空間能力可以幫助學(xué)生形成空間區(qū)域感，對(duì)提高其地理認(rèn)知能力、分析能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可以說是地理學(xué)科的重要教學(xué)內(nèi)容。但觀察高中地理教師應(yīng)用GIS技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生地理區(qū)域思維空間能力的教學(xué)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，教師思維意識(shí)和執(zhí)行力不強(qiáng)等一系列問題影響著這一教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，我們首先要對(duì)在高中地理教學(xué)中應(yīng)用GIS技術(shù)的必要性進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)前利用GIS技術(shù)輔助教學(xué)存在的問題展開有針對(duì)性的分析，以期為培養(yǎng)高中生區(qū)域思維空間素養(yǎng)提供一些幫助。

一、利用GIS技術(shù)輔助高中地理教學(xué)的必要性分析

（一）GIS技術(shù)的應(yīng)用特性

如今，信息技術(shù)已滲透到人們生活的方方面面，教育領(lǐng)域也離不開信息技術(shù)的輔助，對(duì)教育領(lǐng)域而言，這既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。在高中地理教學(xué)中，區(qū)域思維空間素養(yǎng)成為教學(xué)研究的重點(diǎn)，有利于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)地理環(huán)境要素、提高空間認(rèn)知感。而所謂GIS，就是地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和顯示的空間應(yīng)用技術(shù)，它由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、圖形處理表達(dá)系統(tǒng)和空間分析系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成，為空間數(shù)據(jù)的分析、表達(dá)和決策提供了新的技術(shù)支撐。

（二）利用GIS技術(shù)輔助高中地理教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

1.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)功能

與傳統(tǒng)平面例圖有所不同，GIS技術(shù)在信息交互性和多維性、共享性等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，能夠存儲(chǔ)海量的數(shù)據(jù)。高中地理教師可以將GIS技術(shù)恰當(dāng)?shù)匾雽?shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生多角度、多元化地觀察地理環(huán)境要素的能力，從而幫助學(xué)生建立空間思維能力。GIS技術(shù)不僅在信息存儲(chǔ)方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，還能展示不同類型的數(shù)據(jù)，提供的信息遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的掛圖更為豐富，而且可以實(shí)現(xiàn)不同圖層的隨時(shí)切換，在不同地圖比例條件下縮放自如。同時(shí)在GIS技術(shù)支持下，教師可以實(shí)時(shí)更新地理信息數(shù)據(jù)，以確保地圖反映客觀事物的真實(shí)性和時(shí)效性。

2.地理空間數(shù)據(jù)的可視化顯示

GIS技術(shù)可以將圖形及文字結(jié)合起來表達(dá)地理空間信息，這種方式更易于被學(xué)生接受和理解，在刺激學(xué)生視覺感官的同時(shí)，有利于學(xué)生注意力的集中和提高。地理空間數(shù)據(jù)的可視化顯示不但體現(xiàn)在二維模型的表達(dá)上，而且在多維空間模型的建構(gòu)上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)?shù)據(jù)信息以動(dòng)態(tài)、立體的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)探索地理知識(shí)的熱情，從而更好地凸顯學(xué)生的課堂主體地位。

3.強(qiáng)大的空間分析功能

地理信息技術(shù)中的空間性、直觀性和綜合性是其三大特點(diǎn)，而空間性最重要——地理信息系統(tǒng)中的空間分析功能能夠?qū)Φ乩韺?duì)象進(jìn)行緩沖分析，實(shí)現(xiàn)地形三維模型構(gòu)建及多種專題地圖的疊加分析[1]。教師利用地理信息系統(tǒng)的空間分析處理功能，能將地理各要素之間的聯(lián)系和影響關(guān)系充分地展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生掌握空間分析技能，使其了解空間分析的應(yīng)用價(jià)值。

4.地理實(shí)踐能力的培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)

將GIS技術(shù)有效融入地理課堂教學(xué)，對(duì)提高學(xué)生的地理實(shí)踐能力具有重要意義。例如，教師組織學(xué)生對(duì)某一問題進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并把所得的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，利用GIS技術(shù)進(jìn)行模擬和展示，再將該區(qū)域的地理位置圖上傳到軟件中，就可以展開相關(guān)問題的對(duì)比和分析。

二、在高中地理教學(xué)中應(yīng)用GIS技術(shù)的現(xiàn)狀及問題

（一）教師對(duì)GIS技術(shù)的應(yīng)用意識(shí)欠缺

當(dāng)前，雖然我國(guó)在高等院校中開設(shè)GIS課程已經(jīng)有一段時(shí)間，向社會(huì)和教育領(lǐng)域輸送了許多GIS專業(yè)技術(shù)人才，但高中地理教師在實(shí)際教學(xué)中較少研究GIS教育功能，對(duì)GIS的教學(xué)策略、具體操作步驟和教學(xué)模式的研究更是缺乏，這在一定程度上阻礙了將GIS技術(shù)有效運(yùn)用于高中地理教學(xué)中。

（二）學(xué)生對(duì)GIS技術(shù)的理解能力不高

高中階段主要是對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行講授，很少涉及專業(yè)特色較強(qiáng)的應(yīng)用軟件，教師如果強(qiáng)硬地將GIS與基礎(chǔ)理論知識(shí)相結(jié)合，會(huì)使很多學(xué)生對(duì)這種技術(shù)的操作過程和顯示原理難以理解，加之部分學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作技能有限，影響了地理學(xué)科中GIS技術(shù)的實(shí)施和完成。

（三）GIS軟件費(fèi)用高昂

GIS軟件是一種專業(yè)特色很強(qiáng)的應(yīng)用型軟件，在商業(yè)機(jī)構(gòu)中利用率較高。GIS軟件比其他教育軟件操作更為復(fù)雜，需要教師和學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去鉆研，再加上高中學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限，且學(xué)校缺乏專業(yè)的GIS技術(shù)人員指導(dǎo)教學(xué)，導(dǎo)致GIS軟件的使用率不高。

三、GIS技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生區(qū)域思維空間素養(yǎng)方面的策略研究

地理空間思維除與一般性學(xué)科特性存在共性外，還有非常明顯的地理學(xué)科綜合性和空間性，而這種綜合性是將地理學(xué)科中的多種要素相融合的結(jié)果，空間性則是將二維地圖、三維地圖與四維地圖相結(jié)合的表達(dá)方式。綜合來看，地理區(qū)域思維空間素養(yǎng)可以分為地理空間定位思維能力、空間想象能力及空間分析能力。而地理信息系統(tǒng)在高中區(qū)域地理教學(xué)中比較適宜的功能有空間數(shù)據(jù)的查詢與定位、數(shù)據(jù)的變換及空間數(shù)據(jù)的可視化顯示和空間分析等。教師利用地理信息系統(tǒng)輔助高中地理教學(xué)，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生獲取地理信息的能力，還能促進(jìn)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用、處理能力及批判性思維能力的提高，促進(jìn)地理生活化教學(xué)及學(xué)生地理實(shí)踐技能的發(fā)展。

（一）利用GIS融合多源空間信息，鍛煉地理空間定位思維能力

GIS技術(shù)最基礎(chǔ)的功能就是對(duì)多源信息進(jìn)行融合和處理，在GIS中，地理數(shù)據(jù)能夠記錄地理對(duì)象的分布位置和信息，是地理空間信息的載體。而GIS技術(shù)能夠容納海量的地理空間數(shù)據(jù)，并將其分類存儲(chǔ)和顯示。GIS技術(shù)可以用于野外調(diào)查和測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)地形地貌數(shù)據(jù)、歷史基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人口分布數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理，可以基于時(shí)間維度進(jìn)行外在表達(dá)，從而展現(xiàn)不同時(shí)間地理對(duì)象變化和發(fā)展的情況，準(zhǔn)確把握不同屬性的地理位置。例如，在教學(xué)“區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展——以我國(guó)東北地區(qū)為例”時(shí)，教師便可以借助GIS技術(shù)將我國(guó)東北地區(qū)的地理位置清晰、準(zhǔn)確地展示出來，在地圖中不僅可以顯示區(qū)域經(jīng)緯度，還可以展示本區(qū)域的地形地貌情況。學(xué)生可以結(jié)合具體地理問題對(duì)區(qū)域地圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛涂s小，從而轉(zhuǎn)換觀察視角。如此不僅對(duì)分析適合本區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的地形條件、溫度條件、光照條件等具有重要作用，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的地理空間定位思維能力。

（二）利用GIS制作專題題圖，培養(yǎng)地理空間想象能力

地理是一門綜合性非常強(qiáng)的自然學(xué)科，其中包含諸多地理要素，而且各要素的類別和形態(tài)千差萬別，要素分類具有多源性，而從學(xué)科分類上又可分為自然地理、人文地理、經(jīng)濟(jì)地理等，如果將不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合匯總，則可以繪制成地理專題地圖，能夠直觀表達(dá)地理信息。教師基于GIS技術(shù)，可以利用數(shù)字高程模型（DEM）模擬地理區(qū)域內(nèi)的地形地貌，并將該區(qū)域的地質(zhì)、水文、氣象等專題地圖進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地理的可視化表達(dá)。例如，在對(duì)我國(guó)西北地區(qū)的地形地貌圖進(jìn)行繪制時(shí)，教師可以運(yùn)用GIS技術(shù)將西北地區(qū)的地形地貌生動(dòng)形象地展示出來，幫助學(xué)生直觀地感受西北地區(qū)的地形情況。又如，在對(duì)華北地區(qū)某一城市近20年發(fā)展空間變化情況進(jìn)行分析時(shí)，教師可以借助Google Earth地圖的時(shí)間變化功能，以5年為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)分析該城市的空間發(fā)展情況，學(xué)生從圖中可以清晰地看到，隨著時(shí)間的變化，城市用地面積在逐漸擴(kuò)大，從而明確了城市發(fā)展的方向，并了解了綠地、人工湖等生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面的發(fā)展。這對(duì)學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)和提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（三）利用GIS疊加地理要素，培養(yǎng)地理空間分析能力

GIS技術(shù)的強(qiáng)大功能之一就是可以將不同類型的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在不同的地理圖層中，并同時(shí)對(duì)這些圖層進(jìn)行疊加，從而構(gòu)建不同地理要素之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，展示具有一定分析意義的主題地圖，從中獲取有價(jià)值的地理信息。例如，在學(xué)習(xí)“荒漠化的防治——以西北地區(qū)為例”一課時(shí)，教師可以利用GIS技術(shù)將本區(qū)域的降水量分布圖層、地形地貌圖層、河流分布圖層、土壤發(fā)育分布圖層及人為因素干擾強(qiáng)度分類圖層進(jìn)行疊加，并對(duì)每個(gè)影響因素賦予一定的權(quán)重，進(jìn)而生成不同分類等級(jí)下的荒漠化圖層，這對(duì)分析本區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和發(fā)展情況具有重要意義。又如，在分析某區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況時(shí)，教師可以利用GIS技術(shù)對(duì)這座城市的道路建立一定距離的緩沖區(qū)，并與這座城市的分布圖層和人口分布情況圖層進(jìn)行疊加，從而分析人口分布、道路設(shè)施建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)性，這對(duì)提高學(xué)生區(qū)域分析能力具有重要作用。

結(jié) 語

綜上所述，GIS技術(shù)在空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、疊加、分析和表達(dá)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，將其恰當(dāng)?shù)厝谌氲乩韺W(xué)科的研究中，可以與地理要素進(jìn)行融合，便于地理數(shù)據(jù)可視化顯示，從而實(shí)現(xiàn)信息的直觀表達(dá)。因此，教師將GIS技術(shù)運(yùn)用到高中地理課堂教學(xué)中，可以極大地提高學(xué)生對(duì)地理空間信息的認(rèn)知和理解能力，使學(xué)生對(duì)地理空間信息進(jìn)行有效獲取和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生地理區(qū)域思維空間素養(yǎng)的培養(yǎng)。

[參考文獻(xiàn)]

吳惠珍.地理信息技術(shù)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用[J].西部素質(zhì)教育，2019，5（22）：141.

作者簡(jiǎn)介：王貴峰（1984.1—），男，山東臨沂人，本科學(xué)歷，一級(jí)教師，研究方向：高中地理教學(xué)。