淺談GIS對于開展地理教學的影響

王 莉 阿里木江·卡斯木

（新疆師范大學地理科學與旅游學院 新疆烏魯木齊 830054）

人類生存的地理環(huán)境由復雜的水、巖石、大氣、生物等多個圈層構成，人口、資源、環(huán)境與發(fā)展問題是21世紀人類社會面臨的世紀性難題。隨著新時代的不斷發(fā)展與進步地理學也迎來了屬于地學領域的新時代，作為一門經(jīng)世致用的學科地理學研究的核心是“人地關系地域系統(tǒng)”，其綜合性體現(xiàn)在地理學研究需要動態(tài)的眼光來看待研究 “以人類社會發(fā)展為主體的人類社會動態(tài)”，因而地理學在現(xiàn)代科學體系中占據(jù)著重要地位。在中學階段的地理課程主要包含自然地理、人文地理與區(qū)域地理，知識具有很強的系統(tǒng)性和學科邊緣性，地理核心素養(yǎng)要求培養(yǎng)學生綜合思維能力、區(qū)域認知能力、地理實踐力、人地協(xié)調觀等素養(yǎng)是由地理課程性質所決定的。新課改背景下對于落實中學地理學科核心素養(yǎng)提出了更高的要求并著重強調要通過合作探究等學習形式開展調查、實驗等多種實踐活動達到培養(yǎng)學生的地理實踐力的目的。

一、GlS技術簡介

（一）GlS概念及產(chǎn)品

地理信息技術是集計算機軟硬件為一體的支持矢量、柵格、地圖、文本等多種數(shù)據(jù)，能夠進行處理分析、建模與顯示的現(xiàn)代信息技術，廣泛應用于城市管理、資源調查、環(huán)境監(jiān)測、自然災害防御監(jiān)測、國土資源管理、國土開發(fā)規(guī)劃等領域。從不同的學科角度出發(fā)定義也不盡相同，GIS技術相關的產(chǎn)品包括ArcMap、ArcGIS、MapGIS、SuperMap、Google Earth等，其中在全球占有率最高的當屬Esri公司推出的ArcGIS軟件。

（二）GlS在中學地理應用的背景

較發(fā)達的歐美國家早在20世紀80年代就已經(jīng)開始了將地理信息技術服務于中學地理教學，重視利用地理信息系統(tǒng)思想來解決地理問題，注重學生對地理信息進行整理、分析的能力。例如荷蘭在中學地理教學教材中加入了地理信息系統(tǒng)內(nèi)容的同時也提供免費的配套軟件和所需數(shù)據(jù)。我國對于結合地理信息系統(tǒng)進行中學地理教學的建議的提出相對于歐美等發(fā)達國家較晚，起初教育頒發(fā)的2003年版《普通高中地理課程標準（實驗板）》提出設置“地理信息技術應用”內(nèi)容作為選修內(nèi)容是推進素質教育進程的一項重要舉措，目前地理信息系統(tǒng)在中學地理的教學應用也越來越受重視，在新課標中指出要深化信息技術應用，改變評價方式以促進地理學習的拓展和深入。

二、GlS功能及與地理教學

（一）基于“圖層”，制作專題地圖

地圖是表示地理信息的傳統(tǒng)手段，通常包含圖例、比例尺、指向標等要素，傳統(tǒng)中學地理教學中教師往往借助紙質版地圖和掛圖來開展地理教學活動，紙質地圖的缺點是缺乏靈活性，板書不便且不容易保存。有時課程內(nèi)容涉及多個地理要素不能在一張地圖上顯示，導致不能全面地分析地理事物的特征。地理信息系統(tǒng)之所以能夠進行資源管理、自然災害監(jiān)測預防離不開“圖層”技術，“圖”是GIS支持下的專題地圖，“層”則由多幅專題地圖疊加組成，當涉及的地理問題涉及多個地理要素時可以選擇需要分析的圖層要素單獨顯示，也可以同時勾選多個圖層在同一視圖下顯示各地理要素疊加后的圖層進行綜合分析。GIS的相關軟件產(chǎn)品可以支持不同地理數(shù)據(jù)具有強大的制圖功能的ArcGIS軟件的ArcMap程序，可以呈現(xiàn)地理數(shù)據(jù)視圖和地圖布局視圖，不同視圖下可以有針對性地進行地圖制作，在數(shù)據(jù)視圖中能夠對不同圖層的地理數(shù)據(jù)進行符號化或數(shù)據(jù)分析，在布局視圖能夠添加經(jīng)緯度格網(wǎng)、比例尺、圖例等地理要素美化修飾地圖。用地理信息技術制作的專題地圖可以直接導出為“JPG”格式，方便保存或者便于教師制作課件多媒體投影教學使用，克服了傳統(tǒng)地圖地理數(shù)據(jù)保存和易破損的困難。

（二）依據(jù)屬性查詢與空間分析，開展直觀教學

地理信息技術除了“圖層”顯示與制作專題地圖的優(yōu)勢以外還具有屬性查詢和空間分析功能，在GIS相關軟件以ArcGIS為例的Layer（圖層）屬性表中，可以與表格數(shù)據(jù)屬性連接增加圖層屬性后，依據(jù)關系表格SQL雙向屬性查詢功能篩選所需范圍地理要素。對于不同格式的數(shù)據(jù)也可以數(shù)據(jù)格式轉換工具進行轉換后進行空間分析，如數(shù)值統(tǒng)計計算、緩沖區(qū)分析或屬性疊加分析等。例如在進行人教版高中地理必修2人文地理“人口的數(shù)量變化”一節(jié)的內(nèi)容講解中可以借助地理信息技術將課前收集到的2020年第七次人口普查表格數(shù)據(jù)導入ArcGIS軟件并結合中國行政區(qū)區(qū)劃地圖作屬性連接后指導學生分小組制作全國人口密度專題地圖，然后根據(jù)0—14歲、15—64歲、大于65歲三個階段分析中國最新人口年齡結構。將地理信息技術引入中學地理課堂能夠提升學生的地理學科學習興趣，邏輯思維能力和地理學科的核心素養(yǎng)等能力。通過不同的尺度人口密度專題地圖的分析有利于通過空間區(qū)域的角度培養(yǎng)學生的區(qū)域認知能力，人口密度專題地圖制作過程中通過自主學習、合作、探究等方式有助于提升學生的地理實踐力與綜合思維能力，最終達到學生能夠關心我國人口問題基本國情的目的。

（三）適應數(shù)字化時代，開展地理研學旅行活動

美國最早在20世紀80年代提出建設以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，以地理空間數(shù)據(jù)為依托，以虛擬現(xiàn)實等高新技術為特征的數(shù)字地球，之后我國也加大了相關資金與技術投入。近年來作為邊緣性學科的GIS技術在中學地理研學旅行課程中的價值也日益凸顯，地理研學旅行是一種具有創(chuàng)新授課性質，依托社會資源面向中小學生以集體食宿的形式有目的、有計劃開展野外實踐體驗、探究性學習的旅游教育活動，具有“自然探索”與“社會實踐”相滲透的特性，因此自然與人文要素有機組合而成的地理學科與研學旅行的結合具有其他學科不可比擬的獨特優(yōu)勢，也體現(xiàn)出地理學科發(fā)展與研學結合的必然趨勢[1]。2016年《關于推進中小學生研學旅行的意見》首次為研學旅行活動開展指明了方向，主張將理論與實際相結合尊重學生的自我發(fā)展、以地理學科的視角培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力、創(chuàng)造思維能力和人際交往能力[2]。由于研學旅行契合了落實地理學科核心素養(yǎng)、開展素質教育和培養(yǎng)全面發(fā)展人才的要求， 2017年頒布的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》正式將研學旅行作為綜合實踐課程納入學校教育教學計劃。研究發(fā)現(xiàn)近幾年全國各地的地理教師在研學旅行實踐過程中不斷探索并積累經(jīng)驗，地理教育研究者多以研學旅行的特點為基礎、研學與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)作為核心研究，實施策略作為研究的關鍵，研學旅行課例和資源開發(fā)作為重點研究[3]，但實際開展過程中尚存在一些問題未解決，所以筆者意從GIS視角為研學旅行的現(xiàn)實困境尋找策略。

三、研學旅行現(xiàn)實困境與破解路徑探析

（一）研學旅行現(xiàn)實困境

1.存有認知誤區(qū)

學校以及教育教學研究者對《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》認識不夠深刻，導致大眾對于研學旅行認知上存在一定的誤區(qū)?！爸谎胁粚W”現(xiàn)象突出，研學地點集中于旅游風景區(qū)且過多強調旅行體驗忽略了研學活動的課程性甚至把研學活動等同于春游、夏令營活動，這種蜻蜓點水式的學習方式使得研學效果大打折扣[4]。此外也存在教師或旅行機構過多對研學旅行課程進行設計，降低了學生的參與度從而造成研學深度不夠的現(xiàn)象。

2.研學資源短缺

研究發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的研學旅行課程資源多集中分布在地理特色鮮明的新疆、內(nèi)蒙古、云南等省份并且地理學科研學旅行課程資源多集中于特色旅游資源，存在與課程脫節(jié)現(xiàn)象。Anderson對美國、加拿大和德國三個國家在博物館的旅游教育活動狀況展開了研究，結果表明博物館不能針對教師和學生的教學活動需要與師生很好地協(xié)作，這種現(xiàn)狀對學校與博物館的合作產(chǎn)生了不良的影響，最終提出了為促進雙方間合作博物館的設計策略需要針對服務于教育教學的需求改進的建議[5]。

3.客觀條件限制

裴欣彤[6]在中學地理研學旅行時間安排問題研究中認為，學生是研學旅行教育活動中的主體，所以研學活動時間安排要順應青少年身心發(fā)展規(guī)律，《關于做好全國中小學研學旅行試驗區(qū)工作的通知》中也提到應該分學段錯開旅行高峰期并結合學校實際情況靈活安排研學旅行時間。應試教育下中高考決定著學生未來的發(fā)展、教師績效以及學校聲譽，所以在實際研學時間安排過程中易與教師正常教學安排產(chǎn)生沖突。處于探索階段的研學旅行這種集體食宿的形式缺乏完善的資金支持政策，交通費、食宿費、門票各種費用開支需家長承擔，此外研學期間在途中乘坐交通工具，用餐，住宿或者到達目的地開展活動的每個環(huán)節(jié)都涉及學生的安全問題，時間、資金與安全三大客觀因素是研學旅行教育活動開展面臨的主要困難。

（二）GlS技術與研學旅行實施困境破解

1.篩選研學課程資源

借助GIS技術采用計量數(shù)學與地圖學的方法先將搜集到的研究區(qū)內(nèi)研學旅行資源作為數(shù)據(jù)通過 Google Earth 軟件獲取經(jīng)緯度坐標后導入ArcGIS，選取好坐標系輸出可視圖后可以進行核密度計算并分析研究區(qū)內(nèi)研學旅行資源的空間分布特征，為后期整合資源與規(guī)劃研學旅行路線提供了技術支持?？蝶惙糩7]借助GIS在對烏魯木齊研學旅行資源評價與空間分布特征研究中得出將烏魯木齊市天山區(qū)作為人文景觀為主的研學旅行活動重點，烏魯木齊縣和達坂城區(qū)作為自然景觀為主的研學旅行區(qū)域的結論，并通過地理信息技術將烏魯木齊旅游資源作了細致的劃分，為用烏魯木齊市的一線地理教師選取研學地點與主題提供了很大幫助。

2.有針對性地開展研學活動

根據(jù)預先設定的研學主題在Google Earth軟件中瀏覽高度清晰的衛(wèi)星圖片和直觀逼真的景觀三維模型，預覽符合所需要研學特征的景觀地貌之后再實地考察選擇研學地點，能夠規(guī)避教師實地踩點耗時長、任務量大的缺陷，可以達到節(jié)省研學旅行時間和研學經(jīng)費、提高研學旅行活動效率的目的。根據(jù)預設研學地點教師可以通過GPS導航軟件和團購App選擇合適的出行方式和方便研學的住宿，不僅為研學提供便利還能提高師生安全保障。

綜上所述，這種快速完成信息采集的方式規(guī)避了傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)處理方式人力資源投入大、工作繁浩的問題，借助GIS技術制定研學路線并開展研學活動對于穩(wěn)定旅游業(yè)經(jīng)濟收入和提升研學資源的質量，促進研學旅行專業(yè)化發(fā)展具有重要的推動作用。