例談GIS在高中地理教與學中應用的必要性

蔡珍樹王貴峰（. 江蘇省海州高級中學，江蘇 連云港 03；. 無錫市玉祁高級中學，江蘇 無錫 483）

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例談GIS在高中地理教與學中應用的必要性

蔡珍樹1王貴峰2
（1. 江蘇省海州高級中學，江蘇 連云港 222023；2. 無錫市玉祁高級中學，江蘇 無錫 214183）

摘要：地理信息系統在高中地理教學中的應用已經勢在必行。然而，教師作為這場地理教學革新大潮中的主角卻仍然在認識上、技術上存在很多問題，對于GIS的運用缺乏基本的信心。本文選取典型的等高線教學問題，設計適合的教學案例，以此說明GIS在當前高中地理教學中能夠給教師和學生帶來的切實改變。藉此引導地理教師投身GIS教學大潮中來。

關鍵詞：高中地理教學；GIS；應用；案例

由江蘇省地理學會、江蘇省教育學會地理教學研究會聯合舉辦的首屆省高中地理骨干教師地理信息技術培訓活動在連云港舉行，本次活動主要內容是對高中地理教師進行基本的GIS軟件操作與應用培訓，借以推廣GIS在高中地理教學中的應用。老師們問的最多的問題是：“學習GIS到底能夠給我們老師帶來什么，給學生帶來什么，有必要嗎？”是的，就目前的高考形式下，我們的GIS教育能否給這些站在獨木橋前的老師和孩子們一些幫助呢？我們一直在思考這樣的問題。

順應時代的要求，地理信息技術在高中教學中的運用已經是箭在弦上。尤其是運用越來越廣泛的地理信息系統（簡稱GIS），它與高中地理教學具有較高的整合度，開始以領軍的姿態滲透進高中教學。ArcView是GIS領域中的經典款，由美國環境系統研究所（ESRI）開發，具有最大范圍的專業功能，且界面清晰、操作簡單。ArcView在展示地理信息、培養學生地理思維、提升學生地理能力等方面有著區別傳統教學的獨特功能，較為適用于基礎地理教學［1］。

然而，來自于教育制度、軟件技術、教學觀念等方面的阻礙，廣大的一線地理教師還不能夠全面的了解GIS 的應用意義和掌握GIS的應用方法［2］。如何規避技術層面的困難，讓一線教師真正認同GIS，能夠從應用中獲得教學成就就是目前迫切要關注的問題。本文利用較為簡單的ArcView，以較為典型“等高線的應用”教學案例為基礎，讓廣大師生切實感受到GIS在提升教學質量上帶來的幫助，吸引他們投身GIS教與學當中。

一、“等高線的應用”案例

1.案例設計原則

（1）以高中地理課程標準為基礎

為了吸引一線教育工作者的目光，案例的設計必須緊密結合高中地理課程標準，將GIS真正運用到攻破日常教學難題上來。內容貼近高中地理教學重難點，并不讓保守的教師感到浪費時間。

（2）以易學易實施為準繩

GIS軟件安裝、數據庫建立等技術難題也是教師望而卻步的重要原因［3］。本文案例選用GIS中較為簡單的ArcView作為主要操作軟件，數據來源盡量簡單廣泛，操作過程盡量簡化明確。通過這些措施降低運用的難度，促進案例的推廣。

（3）以建構性教學為導向

本文案例遵循建構主義學習理論，傾向于讓學生根據自己的思維步步建構。案例采用問題式、探究式教學方式，設計一定的情景、提出一定問題引發學生思考，接著步步推進，最終解決問題。

（4）以內容的典型性為要求

本文篇幅有限、數據來源有限，案例盡可能的具有典型性，能夠較廣泛的反映教學的內容和ArcView特點，使教師能夠在以后的教學中舉一反三，自由運用。

（5）以學生的認知規律為前提

教師能否運用根本還在于這些案例能否真正對學生有所幫助，這就需要案例能夠符合學生的認知規律。案例的設計考慮學生的認知水平、認知特點，將教學的直觀性、實用性和趣味性滲透進來。

2.“等高線的應用”教學案例

問題1：基于ArcView的3D效果認識等高線

【情境導入】

同學們，隨著我們地理課程的學習，我們能夠體會到等高線在表現地形起伏中的重要作用。在日常生活中，我們也能夠用到它，例如參加野外登山運動時，面對不同的上山路線，你會如何選擇呢？下面我們就來學習等高線的特點，以及如何閱讀。

【教學過程】

A.加載普通的等高線圖，打開屬性表，認識圖形的數據。

B.用Surface 中的創建不規則三角網命令，將等高線數據轉換成三角網，再將創建的不規則三角網數據裝換成格網，點選View下的3D Scene，創建等高線的3D效果（如圖1）。

C.引導學生進行放大、縮小，并與平面圖進行對比，觀察其特征，分組討論并總結。

圖1　二維等高線地圖與三維地形的轉換

D.請同學們在圖中找到山谷、山脊、山頂和鞍部，并思考若等高線重合會出現什么情況，請設法驗證。

【結論分析】

學生在這一過程中感受等高線在表現三維地形上的相關規則和重要意義，學會觀察分析等高線的基本特征以及相關的地形部位。在這一過程中學生獨立思考，自主驗證，知識的獲得建立在自主構建的基礎上。同時，學生的基本讀圖素養也會在思考過程中得以提升。

問題2：基于可視性分析“判斷兩地可視嗎”

【情境導入】

同學們，我們知道地形的起伏可以遮擋視野，如何在等高線地形圖上判斷兩點之間是否可視呢？通常的做法是繪制兩點間的地形剖面圖。下面我們用一種特別的方式認識地形剖面圖的繪制。

【教學過程】

B.打開一個新的圖版，利用Profile Graph工具在面板上拖動一個矩形邊界，即可得到兩點之間的地形剖面圖（如圖2）。

C.找到等高線圖上兩點間的直線與等高線之間的交點，并在剖面圖中找到這些一一對應的交點。讓學生觀察，分析其繪制的規則，并讓學生自主繪制相關的剖面圖，練習相關的可視化問題。

圖2　利用ArcView繪制地形剖面圖

【結論分析】

判斷觀察點和目標點能否可視是高中地理考點之一，這一類題目對于空間思維能力較弱的學生有一定難度。實際生活中，這類知識廣泛應用到軍事布陣、觀察哨所、雷達站等問題中，該內容能夠吸引學生的興趣。教師配合ArcView的3D視圖，讓學生深刻認識傳統的手工繪制地形坡面圖的原理，提升學生的空間思維能力。

二、GIS能給高中地理教師的教帶來什么

1.提升專業素質

作為高中教師，我們是孩子心中的人生導師，是社會最完美要求的展現，我們擁有當代社會最基礎、最核心的知識和精神裝備。我們形象高大，自然地也被賦予嚴格的要求。我們所要交給孩子的是當代，甚至未來時代所必須的基本素養。想要給他們最完美的一碗水，我們就必須隨著時代的要求不斷填滿自己的一桶水。教師樹立終身學習的理念是當代社會、新課程改革和自身發展的要求。

地理學科在不斷地發展，其中尤以地理信息技術最為靈活迅猛。GIS是其中重要的組成部分，它以其強大的數據獲取和處理功能成為地理學科重要的研究手段和研究內容，被陳述彭院士稱為地理學第三代語言。從上個世紀90年代起，GIS步入了快速發展的階段，在科學研究、社會管理、國土整治、災害評估、生產和生活等各個領域都發揮了重要的作用，已成為國家信息化水平的重要標志。因此，掌握GIS基本操作就是地理教師專業素養不可或缺的一部分。同時，GIS的強大展示、分析功能也可以作為基本工具運用于教師教學中。例如，電子地圖的展示、圖層的空間疊加、基本的空間分析等，它們都是日常教學常用的內容。

2.解決教學重難點

地理學科是一門復雜的兼跨人文和自然兩個領域的基礎學科，具有綜合性、區域性、空間性等特點。地理學十分重視事物的空間分布、空間差異、空間聯系、空間變化等，可以說“空間”是地理學區別于其他學科的特色［4］。因而，學生的空間思維、綜合思維是地理教育的重要內容。然而，在實際教學中，這些思維又常常變成阻礙學生學習的難點。學生思維發展的差異性和不成熟性，都讓我們在教學中遇到很多阻礙，這些阻礙就是我們常說的重難點問題。

作為一門應用廣泛的技術，GIS具有豐富的地理信息，友好的操作界面，其強大的操作功能，例如地圖展示、疊置分析、虛擬現實、空間分析等，對于解決地理教學中的重難點問題可以起到意想不到的效果，對學生邏輯思維能力、空間想象能力、綜合分析能力的培養提供一定的幫助。例如，學習等高線是中學地理中一塊重要內容，要求學生能夠理解、認識，并閱讀基本的等高線地圖。該部分對于學生的要求較高，是地理教學中常見的重難點。GIS提供的三維技術可以實現等高線地形圖與三維立體地形圖之間的轉換，幫助學生理解等高線的形成原理和基本地形單元的等高線特點。在此基礎上，學生逐步獲得閱讀等高線地形圖的能力。

3.踐行課標要求

教育部《基礎教育課程改革綱要（試行）》指出“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用，促進信息技術課程的整合”［5］。2003年頒布的《全日制普通高中地理課程標準》中將“構建基于現代信息技術的地理課程”作為新課改理念之一［6］。地理信息技術在地理教學中的運用已經被提升到相當高的地位，無論是必修還是選修，無論是人教版還是其他版本的教材都明確展示地理信息技術的知識。做為地理老師，踐行課標要求是我們必須完成的任務。

4.增強課堂魅力

教師不應該成為一名教書匠，而應該變成藝術家；課堂不應該是揮灑血淚的地方，而應該變成創造樂趣的工廠；學生不應該是唯命是從的挑山工，而應該是敢于做夢的夢想家。好的課堂要充滿魅力。我們的學生都還是孩子，他們不會對枯燥的講解、死板的文字、永遠不變的公式感興趣，他們喜歡絢麗多彩、新奇變化、動態未知、動手合作。知識是枯燥的，可是知識也包含創生樂趣的空間。我們的地理課堂要充滿魅力可以改進的地方很多，如教師的語言風格、教學內容的選取、教學活動的安排、教學方法的選擇等。

GIS既可以作為內容也可以作為一種工具運用到高中教學中。它可以在一定程度上更新地理知識的展現形式，為地理活動的開展提供多樣的途徑和資源。例如，中國人口的學習，可以讓學生自己上網找尋近幾次我國人口普查的相關數據，利用GIS將數據以圖表的形式展示在中國地圖上，并觀察人口的分布和變化。活動可以小組比賽的形式開展，增強學生的動手操作能力，提升其成就感。

三、GIS能給高中學生的學帶來什么

1.提升地理素養

基本的地理素養包含知識、能力、情感等各方面。GIS技術根生于地理學科與計算機學科的結合，具有地理專業本身的獨有特點。利用GIS去展示高中地理知識、分析基本的地理過程，可以展示地理學科獨有的思維邏輯。例如，利用等高線進行區域的坡向、流向分析，學生可以從中感受地形對于區域水文、植被、氣候等各方面的影響，深刻認識自然地理要素的整體性。

同時，GIS也具有計算機學科的技術特點。需要基本的數據、算法，具有交互性、自主性和操作性的特點。通過找尋數據、分析數據、輸出結果、交流討論這一自主完成的過程，學生的獲取信息、分析思考、解決問題、交流表達等能力都能夠得到鍛煉。并且，在這過程中，教師可以很容易對學生的個人表現進行評價。合理的運用GIS有助于學生地理知識素養、地理能力素養、地理技術素養和基本信息素養的培養。

2.開闊學生視野

這是一個知識大爆炸的時代，需要我們的學生不斷接受新的信息。GIS代表地理學的前沿，代表時代的特點。GIS的應用讓學生更全面的了解地理，了解基本的地理分析的原理、技術操作的過程。例如，當下常用的地圖導航的基本原理就類似于GIS中的網絡分析原理。

3.獲得學習快樂

學生學習的效果直接受制于學生學習的興趣，興趣又來源于學生是否能從學習中獲得快樂，而快樂滋生于學生的自主、合作、探究。GIS以其與時代接軌的強大功能向學生展示一個新奇的地理世界。學生會驀然發現原來地圖可以是動態的，地形圖可以是立體的，生活中的導航原來是這樣的，自己找到的數據可以變成多彩的圖表，自己的主動可以創生出這樣有用的效果。那么，學生將會獲得更多的快樂，學習的主動性也會隨之提高。

總之，現在的高考越來越注重對學生能力的考察，教學中僅通過不斷地記憶、不斷的做題來提高分數是遠遠不夠的，還應該注重思維和能力的培養。學生的思維得到發展、能力得到提高、興趣得到激發，那么分數的提高也就在情理之中了，GIS在其中發揮的作用是顯而易見的。

在信息開放的資源社會，學校里教給學生的知識很有限，對學生思維方式、學習習慣、學習品質、人文素養等等方面的能力關注已經逐漸成為了學校教育的核心追求。地理知識的綜合性和區域性特征迫切需求將GIS技術引入課堂，利用新型數字化教學環境，構建自主學習、合作學習和探究學習的氛圍，并在此氛圍中，培養學生獨立思考、運用各種學習工具探索地理學科知識的未知領域，實現課堂教與學方式的徹底變革。

參考文獻：

［1］ 鄧生娥.ArcView在中學地理教學中的運用［J］.科教創新導報，2008（1）：91-92.

［2］ 王濤玲.中學GIS教育中存在的問題與解決途徑［J］.地理教學，2012（24）：24-27.

［3］ 薛萬蓉.中學地理gis教學存在的問題與對策［J］.教育與教學研究，2009（23）：76-78.

［4］ 孫博略.新課改下對GIS技術輔助高中地理教學的研究［D］.遼寧師范大學，2011.

［5］ 中華人民共和國教育部.基礎教育課程改革綱要（試行）［S］.教育部，2001.

［6］ 中華人民共和國教育部.全日制普通高中地理課程標準［S］.教育部，2003.

（責任編校：方琦）