遙感影像輔助地理時空綜合思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

李雅婷 胡文英

一、引言

關(guān)于如何創(chuàng)新培育地理學(xué)科核心素養(yǎng)，新課程標(biāo)準(zhǔn)基本理念要求充分利用地理信息技術(shù)，營造直觀、實(shí)時和生動的地理教學(xué)環(huán)境［1］。遙感影像在課堂上的運(yùn)用不僅能豐富課程資源，而且通過多時相、不同地理空間尺度的劃分、轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)，可以幫助學(xué)生提升對地理時空要素和地理時空結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，進(jìn)一步加深對技術(shù)的理解?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)版）》明確提出應(yīng)培養(yǎng)高中生就不同尺度地理空間的地理現(xiàn)象提出問題的能力 ［2］。利用遙感影像這類地理信息技術(shù)對地理時空綜合思維的培養(yǎng)是一個全新視角，延伸了課標(biāo)內(nèi)涵，充分利用教材邏輯拓寬教材的素材，幫助教師開拓全新課堂教學(xué)模式。同時也能拓寬學(xué)生關(guān)于地理信息技術(shù)的視野，補(bǔ)充當(dāng)前教學(xué)地理信息技術(shù)運(yùn)用不充分的短板。

1.地理時空綜合思維

時空綜合思維是高中地理綜合思維的重要維度之一，能夠幫助學(xué)生把握地理事象的空間格局和時間演變，即理解地理的過程，這是解決地理問題的關(guān)鍵能力。地理問題離不開同時站在時間與空間的角度去分析。當(dāng)前許多研究主要集中在綜合思維層面，而深入剖析時空綜合思維的研究相對較少［3］。張家輝等人認(rèn)為地理學(xué)的時空衡量標(biāo)準(zhǔn)為地理時空尺度，是全面認(rèn)識復(fù)雜地理事象的關(guān)鍵點(diǎn)，地理時空綜合思維能力分為地理時空尺度劃分能力、地理時空尺度轉(zhuǎn)換能力、地理時空尺度關(guān)聯(lián)能力、地理時空要素演變認(rèn)知能力和地理時空結(jié)構(gòu)演變認(rèn)知能力［4-5］。對于地理時空思維能力的劃分各家觀點(diǎn)并不完全統(tǒng)一，本文以王文興的尺度劃分作為依據(jù)進(jìn)行教學(xué)與案例研究［6］。

2.遙感影像在地理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

國內(nèi)外學(xué)者針對遙感影像在地理課堂中的開發(fā)應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)：國際大多數(shù)高等院校都增加了遙感課程，當(dāng)前，遙感衛(wèi)星圖像的使用已推廣至基礎(chǔ)教育階段。遙感數(shù)據(jù)除了具有較高清晰度和時效性外，還具有很大教育潛力，但目前這種潛能在學(xué)校實(shí)踐中得不到充分運(yùn)用。魏玉成提出遙感影像在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用可以優(yōu)化地理教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在推進(jìn)信息技術(shù)過程中培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)，在訓(xùn)練學(xué)生思維過程中培養(yǎng)學(xué)生探究能力［7］。程彬從課標(biāo)分析角度闡述了信息技術(shù)在地理學(xué)習(xí)中的作用，并強(qiáng)調(diào)將遙感與中學(xué)地理教學(xué)相結(jié)合，為中學(xué)地理教學(xué)的目的、教法和學(xué)法帶來一場新的革命［8］。林培英認(rèn)為高中地理課程中地理信息技術(shù)教學(xué)的普遍開展，需要各方面力量的支持，共同為教師創(chuàng)造必要教學(xué)條件［9］。

二、遙感影像在地理時空綜合思維培養(yǎng)中的教學(xué)應(yīng)用策略

1.教材中的遙感影像與地理時空綜合思維的關(guān)聯(lián)

以魯教版必修二為例，教材中圖像部分涉及遙感影像，承載了豐富的地理信息，與地理時空綜合思維關(guān)聯(lián)緊密（表1）。

2.地理時空綜合思維能力的培養(yǎng)策略

地理時空尺度劃分能力指在對一個大范圍區(qū)域進(jìn)行研究，或?qū)σ粋€地理事件在時間上演變進(jìn)行分析時，擁有對地理事件進(jìn)行空間和時間尺度分割的能力［6］。如表1“圖1-1-1”所示地區(qū)夜間燈光遙感圖，所表達(dá)的尺度先為全球尺度，再劃分到歐洲大陸，根據(jù)不同尺度轉(zhuǎn)換帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識地球表面。如在分析美洲的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，先展示美洲整體概況，再劃分為北美洲和南美洲。北美洲中的墨西哥以北地區(qū)與墨西哥以南地區(qū)兩個區(qū)域有著明顯的差別；尺度的劃分可對同一地理事件的要素進(jìn)行整合，做出地域性解釋。

時空尺度轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)基于改變觀察地理事物和分析地理問題的尺度時，其結(jié)果會隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。地理事象處于不同的尺度框架下時，其成因機(jī)理和對它進(jìn)行的比較分析會產(chǎn)生明顯差別。如表1“圖2-3-1”安徽省合肥市及周邊地區(qū)不同年份衛(wèi)星遙感影像，在對該地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程進(jìn)行探討時，我們更關(guān)注的是該地區(qū)的整體城市面積擴(kuò)展范圍等全局特性。用多時相尺度變化來確定該地區(qū)的空間布局特點(diǎn)變化，以空間范圍聯(lián)系和時間的尺度對細(xì)節(jié)進(jìn)行掌握，從而可以提升時空綜合思維。

時空尺度關(guān)聯(lián)能力的培養(yǎng)基于不同尺度上地理事物和現(xiàn)象之間的相互作用。課程標(biāo)準(zhǔn)對時空綜合思維的要求是能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中地理事象，如自然環(huán)境的變化、區(qū)域發(fā)展、資源環(huán)境與國家安全問題等，運(yùn)用要素綜合、時空綜合、地方綜合的分析思路，對其進(jìn)行系統(tǒng)性、地域性的解釋［1］。地理事件中的要素是相互聯(lián)系、相互作用的，大尺度的地理事象改變會對局部環(huán)境產(chǎn)生影響。比如全球氣候變暖大環(huán)境下會導(dǎo)致某地海平面上升或某地局部高溫及氣候變化等。小范圍內(nèi)的地理事件改變也會成為大范圍地理環(huán)境變化的誘因，如日本排放核污水事件會對太平洋流域甚至全球流域的生態(tài)系統(tǒng)造成影響。這需要教師在涉及相關(guān)地理尺度關(guān)聯(lián)的問題時，從大尺度到小尺度，小尺度再到大尺度雙向?qū)Φ乩硎录M(jìn)行時間與空間的關(guān)聯(lián)分析。

時空要素演變認(rèn)知能力的培養(yǎng)基于隨著地理事象的發(fā)展與變化，各種地域因素也隨之發(fā)生時間與空間上的發(fā)展與變化，在時間與空間變化過程中，各種地理要素也在不斷整合。如昆明市的輻射功能：隨著世界格局的演變，中國與東南亞國家的地理聯(lián)結(jié)與經(jīng)貿(mào)合作成為一帶一路的節(jié)點(diǎn)，昆明必須擴(kuò)大城市體量，聯(lián)合周邊城市如玉溪、曲靖、楚雄等建設(shè)滇西城市群，擴(kuò)大城市輻射范圍帶動周邊地區(qū)發(fā)展，并能夠承接上一級長江經(jīng)濟(jì)帶的產(chǎn)業(yè)鏈與東南亞形成地理聯(lián)結(jié)上的合作。在時間與空間的要素與格局發(fā)生演化時，進(jìn)而對整個片區(qū)的輻射范圍產(chǎn)生影響。

時空結(jié)構(gòu)演變認(rèn)知能力的培養(yǎng)基于地理事象空間布局并非一成不變，隨著時間推移會出現(xiàn)事物的新舊更替、物換星移。在這一塊的認(rèn)識上上升到了對地理時空認(rèn)知水平較高的理解，學(xué)生已經(jīng)能夠自由劃分、轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)地理時空尺度并對地理要素的演變有了認(rèn)知，可以看清楚時空結(jié)構(gòu)演變，將大小范圍的尺度進(jìn)行整合分割并進(jìn)行布局，這種對空間的布局和時間的規(guī)律認(rèn)識可以觸動學(xué)生對地理之美的深刻認(rèn)知。

三、“城鄉(xiāng)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)”教學(xué)案例設(shè)計(jì)

研讀課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年），分析教學(xué)內(nèi)容，收集昆明市的功能分區(qū)遙感數(shù)據(jù)并利用ENVI軟件進(jìn)行校正、分析，最后輸出專題地圖。采用案例教學(xué)法根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)教學(xué)案例，突出地理時空綜合思維的培養(yǎng)（表2）［10］。

“城鄉(xiāng)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)”課程標(biāo)準(zhǔn)為：結(jié)合實(shí)例，解釋城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，說明合理利用城鄉(xiāng)空間的意義［1］。該課主要概念為城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)、鄉(xiāng)村內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。在課堂中概念解析是遙感影像案例教學(xué)授課的基礎(chǔ)［11-12］。

1.課標(biāo)解讀

刻畫城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村不同類型區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)有三個步驟：一是確定各類功能區(qū)的范圍；二是描述各類功能區(qū)；三是描述各類功能區(qū)之間的相對位置和形成原因。關(guān)于判斷利用城鄉(xiāng)空間布局的合理性，需要看城市規(guī)劃是否有一定的綠地面積，是否有便利條件，是否有合理的教育用地，是否有文化保護(hù)區(qū)或文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)區(qū)。

2.教學(xué)重難點(diǎn)

刻畫城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村不同類型區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)；判斷城鄉(xiāng)是否合理利用城鄉(xiāng)空間。

3.教學(xué)過程

教學(xué)過程設(shè)計(jì)如表3所示。

四、結(jié)語

本節(jié)課所用案例是昆明市城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，致力于把遙感影像應(yīng)用到地理時空綜合思維培養(yǎng)當(dāng)中，在課堂中采用情境教學(xué)法，挖掘身邊案例使課堂更形象具體。地理時空綜合思維中的時空尺度劃分、時空轉(zhuǎn)換、時空關(guān)聯(lián)及時空要素和結(jié)構(gòu)的演變幾大要點(diǎn)貫穿整個高中，是學(xué)生認(rèn)識地理過程的一個重要維度。同時在對時空綜合思維培養(yǎng)過程中應(yīng)注意挖掘核心素養(yǎng)中的其他方面，彰顯地理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的完整性。

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