淺析“3S”技術(shù)在中學(xué)生空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

王 葉

（長治市第五中學(xué) 山西長治 046000）

地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)的重要內(nèi)容是培養(yǎng)對(duì)地理要素觀察、識(shí)別、分析和應(yīng)用的能力[1-3]。當(dāng)前，對(duì)空間、區(qū)域的認(rèn)知和識(shí)別是我國普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地理學(xué)科培養(yǎng)的核心素養(yǎng)?！?S”技術(shù)，通常認(rèn)為是遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息技術(shù)（GIS）的總稱，其中地理信息系統(tǒng)（GIS）是“3S”技術(shù)的“大管家”，處于核心位置；遙感技術(shù)（RS）是信息采集（提?。┑闹髁Γ蝗蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）是對(duì)遙感圖像（像片）及從中提取的信息進(jìn)行定位，賦予坐標(biāo)，使其能和“電子地圖”同步使用。從科研層面來看，“3S”技術(shù)是目前解決人口、資源、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等重大地理問題的重要手段和關(guān)鍵技術(shù)?！?S”技術(shù)通過對(duì)地表各類事物形成的地理空間數(shù)據(jù)的采集、整理和分析，表達(dá)地表事物的空間屬性，為中學(xué)地理教學(xué)帶來重大的推進(jìn)和變革[4-6]。將“3S”技術(shù)與地理教學(xué)進(jìn)行深度融合，著力培養(yǎng)中學(xué)生的地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)，就是培養(yǎng)中學(xué)生獲得區(qū)域信息、分析區(qū)域特征、解決區(qū)域問題的關(guān)鍵能力，更有助于提升中學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的核心素質(zhì)[7-9]。

一、“3S”技術(shù)已經(jīng)成為中學(xué)地理教學(xué)的重要輔助技術(shù)

“3S”技術(shù)不斷進(jìn)步和成熟，成為培養(yǎng)地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)的現(xiàn)代信息化技術(shù)，隨著“3S”技術(shù)逐步進(jìn)入中學(xué)地理課堂，不斷改進(jìn)了傳統(tǒng)的地理教學(xué)和地理要素展現(xiàn)方式。在2001 年教育部頒發(fā)的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中著重提出“3S”技術(shù)在未來課堂教學(xué)實(shí)踐中的重要作用，包括教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、教師的教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式等方面，充分肯定了“3S”技術(shù)與教學(xué)過程深度融合的必要性[7-8]。在2003 年頒發(fā)的《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中，首次提出將“3S”技術(shù)納入高中地理課程。特別是在《全日制普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，更有針對(duì)性地強(qiáng)調(diào)了“3S”技術(shù)的應(yīng)用，尤其是在地理教學(xué)實(shí)踐中，要重視地理相關(guān)的“3S”技術(shù)與地理內(nèi)容相互融合。

“3S”技術(shù)融入地理教學(xué)中已有十余年的時(shí)間，在參與中學(xué)地理教學(xué)研究過程中，主要體現(xiàn)為以下兩個(gè)方面。第一，“3S”技術(shù)作為中學(xué)地理課程教學(xué)的一部分教學(xué)內(nèi)容。主要探討內(nèi)容包括“3S”技術(shù)在地理教學(xué)和教材中的地位、如何落實(shí)“3S”技術(shù)教學(xué)內(nèi)容以及具體教學(xué)方式和教學(xué)策略等。第二，“3S”技術(shù)作為中學(xué)地理課程輔助教學(xué)內(nèi)容。“3S”技術(shù)可以作為地理教學(xué)過程中的重要輔助技術(shù)，通過一系列的專業(yè)軟件和技術(shù)，模擬地理事物的時(shí)空分布和演變規(guī)律，對(duì)中學(xué)生的地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力的培養(yǎng)具有十分重要的意義[10-11]。

二、中學(xué)生空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力培養(yǎng)是地理教育的核心工作

以地圖為主要展現(xiàn)方式的可視化工具，被認(rèn)為是中學(xué)地理教學(xué)的第二語言。對(duì)與地理知識(shí)有關(guān)的圖像系統(tǒng)的識(shí)別、認(rèn)知和解釋是空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力的重要體現(xiàn)，也是中學(xué)生學(xué)習(xí)地理科目必須掌握的核心技能[9]。地理視覺素養(yǎng)是從以圖像形式呈現(xiàn)的信息中認(rèn)識(shí)、辨識(shí)和表達(dá)含義的能力，從某種程度上拓展了素養(yǎng)的含義；空間素養(yǎng)是一種空間思維能力，是當(dāng)前美國教育界與科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。美國基礎(chǔ)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)核心技能中均包含空間素養(yǎng)成分，同時(shí)把形成空間素養(yǎng)作為各年級(jí)具體標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)主線，并注重探索培育中學(xué)生空間素養(yǎng)的教學(xué)途徑與方法[6-10]。

培養(yǎng)中學(xué)生的地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)主要有兩方面的作用。一方面，提高學(xué)生分析、歸納和總結(jié)地理現(xiàn)象以及解決地理問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地理空間和視覺表征的感知和分析能力，不僅可以通過地理圖像系統(tǒng)掌握分析地理事物的空間分布和動(dòng)態(tài)演變規(guī)律的方法，而且可以采用時(shí)空壓縮的方式將復(fù)雜的地理現(xiàn)象和地理原理進(jìn)行抽絲剝繭的概況歸納，提高分析復(fù)合地理系統(tǒng)的水平，培養(yǎng)學(xué)生綜合多要素分析判斷地理現(xiàn)象的能力。另一方面，培養(yǎng)學(xué)生形成地理空間思維和地理價(jià)值觀念。對(duì)地理環(huán)境的空間認(rèn)知和視覺識(shí)別過程中，學(xué)生通過對(duì)地理空間中經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、歷史和文化等要素的時(shí)空特征分析，產(chǎn)生地理觀念、地理價(jià)值觀等精神內(nèi)核。在教師的引導(dǎo)下，分析具有典型意義和重大歷史事件的地理空間要素圖譜，有助于形成地理邏輯思維，利于學(xué)生的自我認(rèn)知和獨(dú)立思考，同時(shí)在日常生活和學(xué)習(xí)中規(guī)范自身的空間行為，形成正確的世界觀和價(jià)值觀。

三、“3S”技術(shù)與中學(xué)地理教學(xué)尚未實(shí)現(xiàn)深度融合發(fā)展

（一）“3S”技術(shù)與傳統(tǒng)地理教學(xué)的深度融合性不足

中學(xué)地理教學(xué)多將新技術(shù)、新工具引入作為傳統(tǒng)教學(xué)的補(bǔ)充，尚未形成地理教學(xué)領(lǐng)域中的普遍教學(xué)方式。在實(shí)踐教學(xué)中，“3S”技術(shù)多是以課外知識(shí)或?qū)W科內(nèi)容補(bǔ)充的形式，被安排在地理課堂主要教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后的位置，或是課下讓學(xué)生作為一種課外知識(shí)進(jìn)行閱讀和學(xué)習(xí)。這導(dǎo)致“3S”技術(shù)被看作是與地理知識(shí)和課堂相互割裂的存在，在實(shí)際的地理教學(xué)內(nèi)容中，與空間相關(guān)的重要知識(shí)點(diǎn)的講解，“3S”技術(shù)都未充分地參與其中，未充分幫助學(xué)生加深理解和認(rèn)識(shí)，與傳統(tǒng)地理教學(xué)的融合度尚須提升空間[4]。

（二）對(duì)“3S”技術(shù)在培養(yǎng)空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力中的重要性認(rèn)識(shí)不足

地理教學(xué)中，學(xué)生的空間感知和空間想象能力十分重要?？臻g性是地理學(xué)的核心特征，對(duì)空間性具有較好的理解和掌握，是學(xué)好地理的關(guān)鍵之一[5]。在地理教學(xué)課堂中，教師也會(huì)著重強(qiáng)調(diào)地理空間和地理思維的重要性。傳統(tǒng)地理教學(xué)中，學(xué)生往往難以在腦海中形成具象的、三維的，甚至是時(shí)空結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)視圖，不利于空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力的培養(yǎng)。而由于對(duì)“3S”技術(shù)缺乏或是認(rèn)可度不高等原因，“3S”技術(shù)在培養(yǎng)空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力中的重要性被忽視。

（三）“3S”技術(shù)在地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力培養(yǎng)全程參與度不足

培養(yǎng)中學(xué)生地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力不只在教學(xué)課堂上下功夫，還須兼顧地理課程的課前和課后兩個(gè)部分，只有將這三個(gè)部分的教學(xué)和課外準(zhǔn)備有機(jī)結(jié)合起來，才能最大化地提高教學(xué)效率，有效培養(yǎng)空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力，在學(xué)前得以了解、在課堂得以加深、在課后得以強(qiáng)化。在當(dāng)前中學(xué)生的地理課程學(xué)習(xí)中，以及以教師講授為主要方式的中學(xué)課堂教學(xué)中，“3S”技術(shù)的課堂參與度相較于課前預(yù)習(xí)和課后回顧來說是最高的。在課前、課后環(huán)節(jié)，參與課程學(xué)習(xí)的主體是中學(xué)生，中學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性發(fā)揮最主要的作用，也是中學(xué)生預(yù)習(xí)和消化課堂知識(shí)的重要環(huán)節(jié)?！?S”技術(shù)具有較高的技術(shù)門檻和成本，同時(shí)尚未形成成熟的規(guī)模化的學(xué)生參與平臺(tái)和機(jī)制，因而在地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力培養(yǎng)全程參與度偏低。

四、“3S”技術(shù)支持下培養(yǎng)中學(xué)生空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)的策略

將“3S”技術(shù)與中學(xué)地理教學(xué)進(jìn)行深度融合，培養(yǎng)中學(xué)生的地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力，是中學(xué)地理教育的發(fā)展方向和必然選擇，不僅有利于培育中學(xué)生地理認(rèn)知能力，更有助于提升中學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

（一）加強(qiáng)“3S”技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的深度融合

以提高學(xué)生的地理空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力等核心素養(yǎng)為目標(biāo)，在具體的地理教學(xué)方式和觀念上，對(duì)教師的教學(xué)觀念進(jìn)行積極的干預(yù)，跨越傳統(tǒng)教學(xué)的“意識(shí)鴻溝”，擺脫教學(xué)觀念慣性，善于接受新的、優(yōu)秀的教學(xué)方式和理念，采用新的信息技術(shù)，提高教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。利用“3S”技術(shù)的開放性，為學(xué)生提供盡可能多的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)資料，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，讓學(xué)生在自主探索過程中對(duì)地理事物產(chǎn)生空間和視覺的理性認(rèn)識(shí)，從而具有較高水平的空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力。同時(shí)，從學(xué)生視角來講，“3S”技術(shù)可以作為延伸地理課堂的途徑和方式。通過更多的地理空間表達(dá)、分析和可視化的工具，打破了課堂對(duì)學(xué)生的時(shí)空限制，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多樣化。

（二）深入挖掘“3S”技術(shù)在培養(yǎng)空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力中的潛力

“3S”技術(shù)在中學(xué)地理課程教學(xué)中的應(yīng)用受到一定限制，以及取得效果不理想的原因很大一部分是對(duì)“3S”技術(shù)的原理和相關(guān)軟件不熟悉，以至于未真正了解“3S”技術(shù)在培養(yǎng)空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)能力中的重要作用和意義。首先，加強(qiáng)授課教師對(duì)“3S”技術(shù)的了解、認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。只有教師真正重視地理現(xiàn)代化信息技術(shù)的重要作用，才能為學(xué)生打開“3S”技術(shù)具體實(shí)踐和應(yīng)用的大門，引導(dǎo)學(xué)生通過“3S”技術(shù)進(jìn)行課前、課堂和課后的探索式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的空間素養(yǎng)和視覺素養(yǎng)。然后，通過“3S”技術(shù)激發(fā)學(xué)生對(duì)地理知識(shí)的興趣。通過設(shè)置不同的地理應(yīng)用場(chǎng)景，例如，基于遙感技術(shù)的大氣和海水時(shí)空運(yùn)動(dòng)、基于GPS 技術(shù)的交通規(guī)劃、基于地理信息系統(tǒng)的超市選址問題等，促進(jìn)學(xué)生基于生活常識(shí)和知識(shí)積累，利用地理知識(shí)解決實(shí)際問題，將地理學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合。最后，完善“3S”技術(shù)必要的配套設(shè)施?！?S”技術(shù)的具體使用主要基于ArcGis、ENVI 等多種軟件和平臺(tái)，軟件的購買和使用均具有較高的門檻，且專業(yè)性較強(qiáng)。中學(xué)地理教學(xué)中，可具有針對(duì)性地選擇相對(duì)經(jīng)典的案例和軟件操作，并形成與課堂對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教程。

（三）構(gòu)建“3S”技術(shù)在地理教學(xué)中的跨區(qū)域、多主體參與交流的應(yīng)用平臺(tái)

基于地理教學(xué)中“3S”技術(shù)與課堂融合程度不同的現(xiàn)狀，區(qū)域上一級(jí)教育主管部門可構(gòu)建一個(gè)跨區(qū)域的中學(xué)地理“3S”技術(shù)交流平臺(tái)。一方面，聘請(qǐng)“3S”技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士定期為中學(xué)教師進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和知識(shí)普及，形成視頻教學(xué)免費(fèi)共享。另一方面，分享優(yōu)秀的中學(xué)地理教學(xué)與“3S”技術(shù)結(jié)合的案例視頻，為其他教師提供教學(xué)借鑒。此外，設(shè)置問答專區(qū)，就“3S”技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)和問題進(jìn)行相互交流借鑒。通過促進(jìn)教學(xué)資源、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果的扁平化傳播和交流，縮小“3S”技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用、教學(xué)實(shí)踐中的技術(shù)和觀念“鴻溝”。

（四）積極籌備建設(shè)“3S”技術(shù)與人工智能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

傳統(tǒng)中學(xué)地理教育教學(xué)形式的簡單改變已不能滿足國際國內(nèi)經(jīng)濟(jì)新形勢(shì)下地理教育教學(xué)的實(shí)際需求。隨著中學(xué)地理課程改革的深入，中學(xué)地理課程應(yīng)當(dāng)著力發(fā)展內(nèi)涵建設(shè)，培養(yǎng)中學(xué)生建立抽象地理概念與感性地理形象之間的聯(lián)系。中學(xué)地理教學(xué)應(yīng)當(dāng)借助“3S”技術(shù)引導(dǎo)中學(xué)生形成地理學(xué)科視覺辨識(shí)與空間思維能力，用地理視覺素養(yǎng)與空間素養(yǎng)理解新型人地關(guān)系。中學(xué)地理學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)無論培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)精神和實(shí)踐能力還是從地理學(xué)科的角度認(rèn)識(shí)和理解世界都具有深遠(yuǎn)的意義?！?S”技術(shù)與人工智能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人及人工智能的開發(fā)和“3S”技術(shù)的應(yīng)用。隨著“3S”技術(shù)的進(jìn)步和地理學(xué)科的發(fā)展，地理學(xué)的研究已不再局限于傳統(tǒng)的描述式講述，而是集地理信息（GIS）、遙感技術(shù)（RS）、空間定位與分析（GPS）、傳感器監(jiān)測(cè)、人工智能與時(shí)空大數(shù)據(jù)等新技術(shù)為一體的綜合性學(xué)科，以傳感器、定位、導(dǎo)航及圖像智能分析為基礎(chǔ)的多場(chǎng)景智能機(jī)器人應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)地理學(xué)科研育人的一個(gè)有效載體，因此有條件的中學(xué)應(yīng)該積極籌備建設(shè)“3S”技術(shù)與人工智能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，積極引導(dǎo)學(xué)生追隨科技前沿、不斷集成新的科學(xué)成果和技術(shù)方法、拓展并深挖行業(yè)技術(shù)應(yīng)用，激發(fā)中學(xué)生對(duì)地理信息知識(shí)的濃厚興趣，為將來繼續(xù)從事地理學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。