GIS 在地理教學(xué)中的應(yīng)用研究

李西磊

（重慶市木洞中學(xué)校，重慶 400000）

一、現(xiàn)代地理信息技術(shù)（GIS）概況

1963年加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson 首先提出GIS 這一術(shù)語(yǔ)，并建成世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)用于自然資源的管理和規(guī)劃。之后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，GIS 迅速發(fā)展，逐步成為國(guó)土資源、農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)境和城市規(guī)劃等領(lǐng)域的常備工作系統(tǒng)。我國(guó)GIS 起源于1980年，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，在1996年以后進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段，國(guó)內(nèi)不少IT 企業(yè)都制造出優(yōu)秀的GIS 應(yīng)用軟件。

目前GIS的發(fā)展有兩大趨勢(shì)：（一）與計(jì)算機(jī)及遙感技術(shù)結(jié)合，提供數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、檢查、操作與分析。組合式GIS 技術(shù)的發(fā)展還使之與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成，跨語(yǔ)言使用，提供無(wú)限擴(kuò)展的數(shù)據(jù)系統(tǒng)；（二）最新的GIS 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到對(duì)地理空間信息進(jìn)行可視化的動(dòng)態(tài)分析，在三維圖形中對(duì)信息進(jìn)行交互操作，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、多媒體和立體視覺(jué)給人創(chuàng)造一個(gè)虛擬的數(shù)字地球和數(shù)字城市。來(lái)自地理環(huán)境的信息大部分與位置和空間分布有關(guān)，所以GIS 應(yīng)用非常廣泛。GIS的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?，F(xiàn)代地理信息技術(shù)正深刻改變著人們的生活和工作，同時(shí)也沖擊著傳統(tǒng)的思維方式和教育觀念。

二、在地理教學(xué)中引入GIS的必要性

（一）地理教學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在國(guó)家頒布的《地理課程標(biāo)準(zhǔn)》的第三部分“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”的地圖部分，第五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是要求學(xué)生要“知道電子地圖、遙感圖像等在生產(chǎn)、生活中的用途” 新的地理課程標(biāo)準(zhǔn)正是以長(zhǎng)遠(yuǎn)和發(fā)展的眼光看到了GIS 在中學(xué)地理教育的重要性，所以才在標(biāo)準(zhǔn)中提出了對(duì)GIS的教學(xué)要求。

（二）GIS 學(xué)科的發(fā)展為地理教學(xué)注入了新鮮的血液

著名的地圖與信息系統(tǒng)專家陳述彭院士認(rèn)為：定性描述是地理學(xué)的第一代語(yǔ)言!地圖是地理學(xué)的第二代語(yǔ)言!地理信息系統(tǒng)是地理學(xué)的第三代語(yǔ)言。地理教學(xué)經(jīng)歷了多年的徘徊，學(xué)科基本建設(shè)幾近停頓，地球儀加地圖的教學(xué)手段陪伴著老師們走到了今天。很多方面已不能適應(yīng)現(xiàn)代地理教學(xué)的需要。

GIS的出現(xiàn)為地理學(xué)的發(fā)展提供了契機(jī)，為地理教學(xué)注人了新鮮的“血液”。地理學(xué)是一門(mén)理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用學(xué)科，進(jìn)行地理教學(xué)應(yīng)重視地理理論的教學(xué)，同時(shí)要搞好地理技能的教學(xué)。GIS 一方面不僅能夠采集、編輯、綜合處理地理數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的地圖的存儲(chǔ)、管理和創(chuàng)建功能，以及較強(qiáng)的空間反映功能，為地理教學(xué)提供了現(xiàn)代化的教學(xué)手段；另一方面GIS 應(yīng)用于地理教學(xué)并不是單純的介紹GIS 知識(shí)，而是讓學(xué)生應(yīng)用GIS的知識(shí)和工具，對(duì)大量復(fù)雜的地理信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自行學(xué)習(xí)探討地理知識(shí)。

（三）地理教育滲透GIS的必要性

今天，推廣GIS的基礎(chǔ)教育任務(wù)，責(zé)無(wú)旁貸地要由地理教育擔(dān)負(fù)起來(lái)，這就要求地理教育從基礎(chǔ)知識(shí)的角度進(jìn)行重新審視、整合，把最前沿的GIS 知識(shí)滲透到教材之中，要求地理教師緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，樹(shù)立新的教學(xué)理念，傳授GIS的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，提高學(xué)生的地理信息素養(yǎng)，使他們能用GIS 手段解決信息時(shí)代的基本問(wèn)題。地理課程改革中把培養(yǎng)未來(lái)公民所必備的地理素養(yǎng)作為首要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)在地理學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，只有把GIS 納入教學(xué)系統(tǒng)，地理教育才能適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息時(shí)代的要求。但是，目前GIS 在地理教學(xué)中的推廣非常緩慢，面臨的困難很多。只有教師轉(zhuǎn)變觀念，積極適應(yīng)信息時(shí)代的要求，主動(dòng)學(xué)習(xí)，選擇有效的方法和途徑，GIS 教育就一定能受到學(xué)生的普遍歡迎，產(chǎn)生良好的效果。

（四）GIS 工具軟件為地理教學(xué)提供了現(xiàn)代化的教學(xué)手段

1.地理教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)。

（1）信息量大、綜合性強(qiáng)。

地理學(xué)研究涉及到廣泛的知識(shí)。在地理學(xué)科的教學(xué)過(guò)程中，也涉及到大量的地理信息，在處理、分析的過(guò)程中，僅依靠傳統(tǒng)的抄錄、整理的辦法對(duì)某些地理現(xiàn)象不能更完滿、更充實(shí)的評(píng)價(jià)，使研究的進(jìn)行與研究成果受到種種限制。信息時(shí)代的到來(lái)，為地理教學(xué)帶來(lái)了大量的各種各樣的信息與資料，面對(duì)如此充實(shí)的地理信息，傳統(tǒng)的處理信息方法無(wú)法適應(yīng)。GIS 技術(shù)為改變落后的地理教學(xué)方法提供了契機(jī)，為地理學(xué)科更加方便、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行教學(xué)提供了處理“地理信息”的重要工具。

（2）直觀性強(qiáng)。

地理學(xué)的研究對(duì)象是地球表層上的各種信息，具有客觀性。地理教學(xué)則是將這些客觀性的信息傳授給學(xué)生的過(guò)程。根據(jù)這一特點(diǎn)就要求地理教學(xué)通過(guò)一定的手段將地球表層的信息盡可能的以生動(dòng)形象直觀的方式表達(dá)出來(lái)。讓學(xué)生確實(shí)掌握信息的正確性。

（3）變化復(fù)雜、時(shí)間概念強(qiáng)。

地球表層的信息具有時(shí)間性的特點(diǎn)。隨著時(shí)間的不斷的發(fā)展，信息也發(fā)生一定的變化，而且變化有快有慢、有大有小，變化復(fù)雜。針對(duì)這一特點(diǎn)。就要求地理教學(xué)的手段表達(dá)能力強(qiáng)，運(yùn)用靈活。而現(xiàn)有的教學(xué)手段主要借助于傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖，表達(dá)能力差，即使有條件的學(xué)校借助于現(xiàn)代化的教學(xué)手段，也只能顯示某一特定的過(guò)程，畫(huà)面不能實(shí)現(xiàn)分段、選擇、修改、縮放、分割，而且一般不能做多次的重復(fù)。速度也是固定的。所以在表現(xiàn)地理教學(xué)內(nèi)容時(shí)表達(dá)力和靈活性還是較差，顯得乏力。

2.GIS 工具軟件的強(qiáng)大功能。

（1）地理數(shù)據(jù)的可視化。

GIS 首要的基本功能是將地理事物和現(xiàn)象的空間分布在地圖上最直觀地反映出來(lái)，即地理數(shù)據(jù)可視化。而且，GIS 與Internet、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合日趨完善。這使得GIS 對(duì)空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)力日益強(qiáng)大，將其引入地理課堂也能提高教學(xué)效果。

（2）地理數(shù)據(jù)的查詢。

GIS 采用層的概念。組織、管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)。教師在地理課堂教學(xué)時(shí)。可通過(guò)點(diǎn)擊獲取某一區(qū)域其屬性信息，也可通過(guò)輸入某屬性條件而了解其空間分布。這就是GIS 特有的雙向地理查詢功能，它不僅可以進(jìn)行基于關(guān)系表格的SQL 查詢。而且可以進(jìn)行與地理對(duì)象的空間位置和空間關(guān)系有關(guān)的空間查詢。

（3）空間分析。

GIS 具有空間分析功能，如疊加分析、緩沖區(qū)分析、數(shù)值及統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。教師通過(guò)課堂上的演示，讓學(xué)生對(duì)空間概念有直觀認(rèn)識(shí)的同時(shí)，提高他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。充分認(rèn)識(shí)到GIS 作為決策工具的作用。

（4）強(qiáng)大的地理制圖功能。

GIS 具有完備的制圖工具，老師可自己制作課堂所需的地圖或?qū)ｎ}地圖。學(xué)習(xí)地理。先要學(xué)會(huì)看地圖，通過(guò)GIS制作的電子地圖。具有交互性、無(wú)級(jí)縮放、無(wú)縫、動(dòng)態(tài)、多維化、信息豐富性、共享性等優(yōu)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)的地理掛圖沒(méi)法比擬的。恰恰這一點(diǎn)也是對(duì)地理教學(xué)改革起到促進(jìn)作用的最根本的一點(diǎn)。

GIS 技術(shù)是研究地理學(xué)的一種現(xiàn)代化技術(shù)工具。是綜合處理和分析地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是一種結(jié)構(gòu)化的信息的載體。這種結(jié)構(gòu)化使得各種各樣的信息，可以以不同的形式集合在一起，拓展了研究者與學(xué)習(xí)者的視角。為學(xué)科的研究、學(xué)習(xí)提供了一種新的方法、新的嘗試。

三、我國(guó)中學(xué)地理GIS的教育現(xiàn)狀及對(duì)策

（一）GIS 在地理教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.教師們的GIS 水平問(wèn)題。

八成的教師認(rèn)為在中學(xué)地理教育中，應(yīng)引進(jìn)GIS 內(nèi)容。但對(duì)GIS 相關(guān)知識(shí)沒(méi)有充分了解。現(xiàn)代中學(xué)地理教師的六成已經(jīng)達(dá)到了可以教GIS的水準(zhǔn)?？梢哉莆誈IS 知識(shí)作為地理課教學(xué)工具的教師有二成，對(duì)于GIS 沒(méi)有任何了解的教師占不到一成。

2.學(xué)校的GIS 教育設(shè)施問(wèn)題。

現(xiàn)代中學(xué)GIS教育還沒(méi)有達(dá)到普及的最重要原因是硬件、軟件等GIS環(huán)境的不開(kāi)放。教師對(duì)GIS 知識(shí)的缺乏，地理課堂時(shí)間的不足和地理教學(xué)內(nèi)容的問(wèn)題。很大一部分的教師認(rèn)為GIS 教育還未普及，其原因是硬件、軟件等GIS 環(huán)境的不開(kāi)放。

3.GIS 教學(xué)出現(xiàn)的一些問(wèn)題。

比如：教學(xué)方法的不合理性，學(xué)生的興趣不高，教師對(duì)GIS 知識(shí)的缺乏，地理課堂時(shí)間的不足，地理教學(xué)內(nèi)容的問(wèn)題，等等。

（二）對(duì)策

第一，提高教師們的GIS 技術(shù)素養(yǎng)。

第二，加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，開(kāi)放GIS 軟件的運(yùn)行環(huán)境。

第三，合理教學(xué)內(nèi)容，在地理教學(xué)中進(jìn)行GIS 教育。

1.在課堂教學(xué)中滲透GIS 教育。

GIS的發(fā)展使地理制圖手段發(fā)生了根本的變革，過(guò)去通過(guò)素描繪制的景觀圖和通過(guò)等高線分層設(shè)色繪制的地形圖已經(jīng)逐漸被遙感衛(wèi)星圖片所取代，這些圖片經(jīng)過(guò)技術(shù)處理呈現(xiàn)的真彩色便于判讀。在初中地理新教材中已經(jīng)多處應(yīng)用到這些圖片，教師在講述相關(guān)知識(shí)時(shí)可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容介紹給學(xué)生。重點(diǎn)教會(huì)學(xué)生根據(jù)圖片的形態(tài)、色彩和標(biāo)志性建筑判斷地表景觀和地形起伏。例如：講解西南地區(qū)的地形時(shí)，運(yùn)用遙感圖片，首先根據(jù)色彩判斷雪峰和地表植被，然后觀察山脈走向，判斷山嶺、山脊、山谷、鞍部等基本地形單元。其次，在課堂教學(xué)中教師可以利用GIS 來(lái)輔助教學(xué)，在國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)上，可以隨時(shí)調(diào)用各區(qū)域的地圖并可以任意縮放，查閱各種地理事物的數(shù)據(jù)。該網(wǎng)站還有三峽、雅魯藏布江大峽谷等地區(qū)的虛擬三維動(dòng)態(tài)景觀，教師可以充分利用這些網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生展示豐富多彩的地理畫(huà)面。

GIS 輔助教學(xué)不但使地理課堂的信息容量增加，而且使學(xué)生對(duì)地理事物的空間關(guān)系認(rèn)識(shí)得更加直觀、具體。另外，教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容穿插一些GIS的有趣故事和GIS的最新應(yīng)用來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。

2.在地理活動(dòng)課程中培養(yǎng)學(xué)生的GIS 應(yīng)用能力。

在地理活動(dòng)課程中，教師可以有計(jì)劃、有步驟地培養(yǎng)學(xué)生的GIS應(yīng)用能力。目前北京、上海、廣州、深圳等發(fā)達(dá)城市都已經(jīng)建立復(fù)雜的城市信息系統(tǒng)，可以讓學(xué)生上網(wǎng)瀏覽這些城市的電子地圖，通過(guò)GIS的任意縮放、漫游、查詢等功能研究各相關(guān)城市的氣候、水文、交通、建筑、旅游等問(wèn)題。通過(guò)GIS 還可以獲得各地區(qū)地形、土壤、氣候、植被、土地利用等的信息，再通過(guò)某些GIS 軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，了解人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3.在研究性學(xué)習(xí)中激發(fā)學(xué)生的GIS 創(chuàng)新能力。

地理研究性學(xué)習(xí)要指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用地圖來(lái)分析問(wèn)題，繪制地圖來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，所以在研究性學(xué)習(xí)中可以指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地編制GIS。例如，學(xué)生選擇的研究性課題是“重慶市公廁的衛(wèi)生、布局及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查”、“重慶市人行道交通安全的調(diào)查”等，在這些問(wèn)題的研究過(guò)程中，首先指導(dǎo)學(xué)生利用GIS檢索相關(guān)知識(shí)，查詢地理信息，再通過(guò)調(diào)查、訪問(wèn)分析存在的問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)集體討論和深入研究提出解決問(wèn)題的途徑。最后指導(dǎo)學(xué)生把相關(guān)知識(shí)制作成簡(jiǎn)易的電子地圖，如“重慶市公廁布局示意圖”等。這樣，在地理研究性學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生不僅掌握了GIS的檢索功能、編程功能，而且創(chuàng)造性地學(xué)會(huì)了用GIS展示他們的研究成果，對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的發(fā)展有很大的作用。

四、結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，GIS 工具軟件的應(yīng)用可以促進(jìn)地理教學(xué)的發(fā)展，為中學(xué)地理教學(xué)提供現(xiàn)代化的教學(xué)手段。一方面使教學(xué)信息量大大增加，另一方面增強(qiáng)了地理教學(xué)的直觀性、生動(dòng)性和靈活性。

GIS 軟件在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用，為我們展示了素質(zhì)教育的前景。地理知識(shí)不再是死記硬背的內(nèi)容，而是生動(dòng)的圖像和說(shuō)明。在圖中直觀的數(shù)據(jù)分析代替了繁冗的數(shù)據(jù)解釋及板圖的難度，讓師生倍感獲取知識(shí)的快感。

但目前，由于GIS 本身和其他社會(huì)、經(jīng)濟(jì)方面還存在一些限制性的因素。造成目前在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用還不普及。相信隨著社會(huì)的發(fā)展，GIS 軟件一定會(huì)受到廣大地理教師的“青睞”，這必將會(huì)使地理的教學(xué)邁上一個(gè)新的臺(tái)階。