基于網絡的ＧＩＳ輔助地理教學研究

摘要： 隨著計算機和網絡技術以及地理信息系統的快速發展，為基于網絡的教學提供了更為便利的條件。本文提出了一個基于網絡的地理信息系統輔助地理教學的互動軟件的設計。旨在：通過師生互動的軟件平臺，提高學生學習地理的興趣；提高學生分析問題、解決問題的能力；提高教學的質量。

關鍵詞：地理信息系統（GIS）；地理互動教學軟件；虛擬社區

1地理信息系統（GIS）簡介

隨著人類步入信息社會，地理學與計算機科學、航天技術等現代科學技術結合，孵化出了地理學的一門新型技術地理信息系統(GIS)。地理信息系統指在計算機軟硬件支持下，對空間數據進行存儲、處理、分析、輸出等。它融合了遙感技術、計算機技術、圖形學等于一體的一門交叉學科。

計算機技術的迅速發展，使得GIS發生了新的變化。GIS正朝著一個可運行的、分布式的、開放的、網絡化的全球GIS發展。在未來幾十年內，GIS將向著數據標準化、數據多維化、系統集成化、系統智能化、平臺網絡化和應用社會化（數字地球）的方向發展。其中網絡GIS、三維GIS和時態GIS以及GIS和虛擬現實的結合，已經成為GIS發展的趨勢和研究熱點。

2地理信息系統（GIS）在國內外中學地理教學中的應用現狀

2.1 GIS在國內中學地理教學中的應用現狀

通過在中學進行調查發現：地理信息系統在我國中學的地理教學中普及和應用還有很大程度的欠缺。雖然GIS已經納入了現行的部分版本的地理教材中，但是，在實際教學中，只是作為學生的課外閱讀材料。因此，對GIS這一新型技術的普及與宣傳應該是我國中學地理教育的迫切任務。

90年代以來，以計算機技術和網絡技術為核心的現代教育技術已在課堂教學中廣泛使用，當多媒體、信息高速公路正以驚人的速度改變著人們的工作方式、學習方式、思維方式和交往方式時，使用傳統地理專用教室的以課堂、課本、教師為中心的教學模式便無法適應地理教學現代化的要求。

2.2 GIS在國外中學地理教學中的應用現狀

以美國為例，在教學設置上，美國學校的GIS教學呈必修課，有專門的教材和案例數據。美國在1994年，召開了首屆GIS在教育上的應用會議，會后便開始“Mapping Our City 計劃”，該計劃試圖利用GIS技術，使美國城市的中學生將地理課教學內容與所在城市的社會、環境等問題聯系起來，引導學生關注當地社會熱點問題，借助GIS技術將這些問題可視化并尋找解決方案，最終達到在青少年中普及GIS知識，同時提高中學生科學素質的雙重目的。

3基于網絡的地理信息系統輔助地理教學軟件

結合GIS的特點分析其用于地理教學的優勢

GIS的空間可視化特征：可以培養學生的空間想象能力和建立區域（空間）概念。

GIS的數據關系（屬性數據與空間數據）特征：可以提高學生的地理空間思維能力和辨證思維能力。

GIS對人地關系與可持續發展、環境意識的教育功能：GIS突出了它對現實世界空間關系的模擬，使我們對現實世界空間關系的認識更為直觀、具體。

GIS的各種分析功能非常強大：例如：可視化分析，緩沖區分析，疊加分析。這都有助于提高分析和解決實際問題的能力。

隨著網絡技術的發展，WebGIS成為了GIS的發展熱點之一。由于萬維網具備了資源共享的特點，教師或者學生可以利用網絡上的地理教學資源，如相關的文字、圖片資源、課件等，將其編輯成適當的單元補充教材，并整合GIS相關技術，開展WebGIS輔助地理教學。這樣的教學就具備了網絡教學和GIS輔助教學的雙重優勢。

隨著虛擬現實技術的發展，VRGIS（虛擬現實地理信息系統）也成為GIS領域發展方向的熱點之一。以實時互動三維仿真網絡社區開發的平臺技術來仿真一所虛擬學校，開發出一個地理學習虛擬社區，作為在線教育的載體，讓師生可以進行虛擬互動。對于傳統教育中所用到得經典教學方式，如：講授、提問、作業可以進行很好的仿真，而對于傳統教育中不能避免的局限，如：場地局限、時間局限等則可以將其淡化。

總之， VR/Web 3D的結合為GIS應用到地理教學提供了更大的發展和想象空間，以及為開發基于網絡的互動軟件打下了現實基礎，如下的幾個例子：Google公司推出的基于衛星影像圖的采用的3D地圖定位技術的Google Earth。

4 軟件的具體設計

Lam曾指出，在地理科進行IT教學方面:“現時最大的障礙是欠缺軟件，教師根本是太忙了，他們也欠缺足夠能力自行開發高科技的互動教學軟件”。

因此開發一款適合中學地理教學的互動軟件是非常需要的。通過上面的分析可以看出：采用GIS技術，同時結合網絡、虛擬現實等技術，開發出這樣的一款軟件有很強的可行性，也有很大的優勢。

本軟件的主要思路：在網絡環境下采用GIS技術實現地圖操作以及各種GIS的分析方法，如：緩沖區分析、最短路徑分析、可視化分析等功能；同時采用虛擬現實技術，以虛擬地理社區為教師的授課以及與師生之間進行討論、交流的互動區域。以下是互動軟件的主要模塊：

用戶模塊：用戶管理部分采用基于角色的訪問控制機制（RBAC）。并將用戶分為 ：教師用戶、學生用戶、系統管理人員。

RBAC的基本思想是將訪問權限與角色相聯系，通過給用戶分配適當的角色，達到為用戶授予權限的目的，從而實現了用戶與訪問權限的邏輯分離，降低了權限授予的復雜性，提高了系統的效率，同時也方便了用戶的后臺管理。

虛擬地理學習社區模塊（圖1是軟件的一個虛擬教室的界面）

在這個虛擬社區里，有不同的虛擬教室，老師帶領大家進入一個虛擬教室，“教室里”有類似現實世界的桌椅和講臺，以及大屏幕投影等等教學設備，用戶可以選擇不同教室的外面和室內環境，如：大海風情，北極的世界，熱帶雨林等等。讓教師和學生在一種輕松得狀態，有一種身臨其境的感覺，便于更好地融入教學的環境。他們可以進行的操作如下：

①教師用戶區：課程講授；課件專區；問題設計區；專題制作區；討論區；電子地圖區：形如人教出版社和北京超圖公司共同研發的《地理信息系統教學-超級地圖》，教師根據授課需要對地圖進行操作，如：圖層控制，即：圖層顯示與關閉、增加新圖層、刪除圖層；地圖放大、縮小、平移。

②學生用戶區：課后重溫；地理小游戲：設計一些和地理知識相關的趣味游戲，學生在游戲中學到知識；課外充電區：提供各種開外地理知識供學生參考，學生也可以把自己的知識增加到系統里。具體的一個教學例子，可以如下操作：

首先，教師帶領大家，進入虛擬教師，然后由教師布置實際的問題，以南水北調為例，進行實際問題解決方法的討論。其次，老師給學生提供我國河流的年度流量等等各種相關的水文數據。學生以小組的形式提出實際的方案。每個小組根據我國的河流和省區分布圖，以及各種資料數據，制作專題地圖，分析各種數據和圖表，設計出一套南水北調方案并。學生在虛擬社區里可以“舉手”提出本組的方案，并且說明解決方案的原因。最后，教師和大家一起討論、分析、總結出比較好的解決方案。這期間可以講解相應的知識點，使得學生更好的融會貫通。

野外探險區：學生和教師可以在此報名，參加大家組織的野外活動，體驗大自然。大家利用課余時間去實地進行考察，更直接的了解實際的情況，并且親自采集數據。這樣讓學生自己動手，思考問題，分析結果，得出結論，可以很好的提高學生的實踐能力和團隊合作的能力，提高了各方面的綜合素質。最后將整個活動的照片、視頻、大家的收獲，上傳到社區里，便于沒有參加的人員共同分享，獲得更多的知識和樂趣。

曬曬我的“心情”區：用戶將自己的各種學習成果和生活中的樂趣與大家共同分享。同時，可以提出自己的困難和苦惱，大家一起解決。構成一個真正的大家互相溝通的和諧社區。

5總結

本文的研究目的是根據我國中學地理教學的現狀，將GIS、多媒體以及虛擬現實等多種技術相結合，開發一款真正適合我國中學地理教學的軟件，目的是使地理教學變得生動有趣 ，同時能達到課堂上互動仿真的效果，同時提高學生學習的興趣和教學質量。讓學習不再枯燥，也便于教學和學生的交流。

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