基于GIS的中學地理教學模式研究

徐勁林

摘要 地理信息技術的飛速發展，推動著傳統的教學模式逐漸向現代教學方式的轉變。在總結各種GIS應用案例的基礎上，根據教學中學生自主性程度和GIS應用程度的差異，分別構建了情境化、探究式學習、研究性學習和自主型學習四種基于GIS的中學地理教學模式，闡明了各模式的實施程序，給出了相應的教學實例作為參考，并指出各種模式所適用的范圍和要求。

關鍵詞 中學地理教學模式 GIS

GIS是地理信息系統（Geographic Informationsystem）的簡稱。它是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態的地理信息，以多種形式輸出數據和圖形產品的計算機技術系統。利用GIS可對空間數據進行采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以解決復雜的規劃和管理問題。

GIS在中學地理教學方面的應用相當廣泛。它不僅已經成為中學地理教材的一部分內容，還經常應用于平時的課堂教學、課后練習和課外活動，不斷影響和改變著中學地理教學的教學目的、教學程序、教學手段，及至教育思想與觀念，促進了教學模式的改變。

根據建構主義學習理論教學設計的原則和學習自主性程度的不同，可將基于GIS的教學模式分為以下幾類：情境化教學模式、探究式學習模式、研究性學習模式和自主型學習模式。

一、基于GIS的情境化教學模式

建構主義理論強調真實情境的創設，認為這是“意義建構”的必要前提。因此，創設的情境越真實，越有趣味性，體驗感越強，就越能激發學生的學習興趣。利用GIS軟件當中的虛擬現實和可視化等功能可以實現對現實情境的真實模擬，從而實現對地理情境的再造、復現或模擬，使學生身臨其境；另一方面也可通過GIS加入一些游戲互動環節，增強情境的趣味性。學生在對情境的體驗、觀察、互動和分析過程中逐漸理解和掌握相關知識，由此形成基于GIS的情境化教學模式。

情境化教學大致分為5個步驟，如圖1。以“等高線地形圖”這一知識點為例，理解等高線形態與地勢高低、坡度陡緩的關系以及在等高線圖上識別山峰、山谷、山脊、鞍部與陡崖等地形部位是這一知識點的難點。根據這一難點可確立“創設立體地形模型場景”這一主題，再通過選擇合適的素材來創設情境。比如可以尋找現有的等高線地形圖進行數字化，也可以在GIS中自行繪制二維等高線并賦予高程值，形成數字化的等高線地形圖。利用該數據創建三角網數據，就能建立數字高程模型，從而創設立體化的地形模型場景。在情境呈現環節，可引導學生對山體模型進行旋轉、縮放、色彩變換和調整視點，學生就能夠快速參與到情境的復現活動中。這時教師再順勢指導學生將等高線疊加于山體模型之上，讓學生觀看等高線的投影過程，理解等高線的形成過程。在此基礎上再進行剖面線分析、坡度坡向分析及各地形部位的辨識等，從而總結出等高線與地形部位和坡度之間的關系，解決難點。

基于GIS的情境的教學較適用于形象具體的地理事物、原理和過程的學習。通過GIS創設具備動態性、可控性和互動性的場景，使學生容易接受，激發他們的學習興趣。該模式對創設者的要求可高可低，創設的場景越逼真、越細膩、互動性越強，對地理信息技術和課堂的把控能力要求也就越高。

二、基于GlS的探究式學習模式

探究式學習是教師圍繞某一主題，為學生提供多種形式的材料，讓學生對這些材料進行閱讀、歸納、假設、推理、驗證、評價從而獲取知識的過程。材料的有效呈現和分析是這個過程的關鍵。GIS具備良好的地圖圖層和屬性數據庫管理功能以及地圖查詢、制作功能，可為教師提供形象、直觀的圖文素材；同時也具備數據統計和地圖分析功能，可幫助學生進行深入的材料分析。因此，GIS在這兩個關鍵方面都具備優勢，能夠構建基于GIS的探究式學習模式。

探究式學習大致分為4個步驟，如圖2。以“世界陸地自然帶的分布”這一知識點為例，建立氣候、土壤、植被與自然帶的聯系，理解世界自然帶的分布規律是這一知識點的重點。可根據這個主題先準備世界陸地自然帶的分布圖、世界氣候分布圖、世界土壤、植被分布圖等紙質材料；再對這些紙質的地圖材料進行掃描，在GIS軟件當中進行矢量化，確保各個圖層在數據庫中能夠準確疊合，并輸入與圖相對應的自然帶、氣候、植被、土壤名稱等的屬性數據，添加相關的地圖要素，從而制作出符合主題的專題地圖。呈現材料時，可先演示GIS的一些簡單功能，再拋出若干問題讓學生利用這些功能進行探究。問題的設置應由淺入深，如可先引導學生對各圖層進行隱藏、顯示、調節透明度等操作，直觀感受各要素的分布關系；再引導學生把地圖放大到某一區域讓學生辨別局部區域的異同。最后教師再進行正確操作，讓學生認識進一步深化。

基于GIS的探究式學習比較適合有豐富圖文素材、特別是較多地圖素材的教學內容。利用GIS進行探究時，要避免讓學生進行復雜的操作，將過多的注意力放在軟件上，所以教師要實時觀察，及時排除學生在軟件操作上的困難，引導學生利用好GIS工具進行有效分析，才能得到較佳的教學效果。

三、基于GIS的研究性學習模式

研究性學習模式與探究式學習模式具有一定的相似性，都需要學生對材料進行分析。不同之處在于研究性學習模式的材料由教師提供，而研究性學習模式則要求學生自己去發現問題并通過實驗、社會調查和野外考察等途徑收集、整理、分析材料，最后呈現結論。在研究性學習過程中，學生可以利用GIS的地理空間數據錄入、分析和呈現功能，進行數據處理、材料整理和成果表達。因此，GIS完全可以成為研究性學習的有力工具，形成基于GIS的研究性學習模式。

研究性學習大致分為4個步驟，如圖3。在確定主題時除要考慮與所學知識點相對應外，還要充分考慮主題的可行性。如果實施有難度，教師要建議學生改變選題或研究角度。也可先給出若干可行選題讓學生自選，保證研究性學習任務能按時完成。比如“人口分布狀況與城市功能區分布的關系”這一選題雖好，但可行性不足。可建議學生從各功能區人流量人手進行調查。再如“學校周邊商店分布規律”比較貼進中學生的生活，具有可行性。當確定主題后，學生可以以小組為單位，分工協作、整體配合完成研究任務。有的同學可以到校外對商店進行定位，調查各商店銷售的商品類型和營業規模等情況；有的同學可以在校內運用GIS軟件進行分布圖的制作、材料整理與錄入等工作。在分析材料環節有時需要應用GIS當中的緩沖分析、疊加分析、網絡分析以及各種插值計算等功能。教師可在選題前先介紹這些內容，讓學生了解各功能的用途、特點，以便使選定的主題更具可行性。在最后的小組匯報交流環節，教師可鼓勵學生應用GIS的專題地圖制作功能導出規范、漂亮的圖表，加以精彩解說，讓他們感受成功，培養競爭意識。

基于GIS的研究性學習適用于有多個并列知識點的教學內容，且這些知識點較貼近學生生活。該模式對學生的自學能力有較高的要求，有些研究方法需要學生利用課外時間進行學習，所以教師在整個過程中要注意加強和學生的溝通，幫助學生解決軟件操作上的障礙，保持較高興趣。

四、基于GIS的自主型學習模式

自主型學習模式是讓學生自己選擇學習方法和策略，而教師只對學生的學習過程進行監控，并進行針對性的個別輔導。該模式的關鍵是建立一個滿足學生不同學習需求的自主學習平臺，且該平臺必須具備操作簡單易懂、內容資料豐富、形式新穎趣味、可修改拓展、可定制打包等特點。GIs具有較強的二次開發功能和數據庫管理功能，與網絡技術相結合能夠組建一個較好的自主學習平臺，為構建基于GIs的自主型學習模式提供基礎。

自主型學習大致分為4個環節，如圖4。在主題引入環節可以通過GIS軟件進行開發，制作優美的平臺界面吸引學生注意力。如在學習某地區區域地理時，可安排一些跟該區域有關的熱點文字、精美有趣的圖片或者網絡熱門小視頻放置于平臺界面，激發學生興趣。在自主學習環節，學習材料的組織可分為向導式、問題解決式兩種。向導式是在每個或多個節點給出不同選擇，學生根據興趣定制不同的學習路徑或形式。問題解決式則是呈現較多材料給學生，并提出一些問題，學生可通過查找資源或利用軟件提供的工具對材料進行分析，解答問題。如采用向導模式對區域地理的知識內容進行學習，可先用地圖呈現該區域的地理位置。學生找到位置點擊后，界面跳出該區域氣候、地形地貌、人口、經濟、風土人情等知識點鏈接。學生可根據自己的興趣點，選擇要學習的內容。在學習每個知識點時，可安排相應的練習或問題，且設置一些問題與其他他知識點相關聯，互動交流環節一方面是學生在學習過程中遇到困難時向教師請教，或教師根據學生自主學習的完成度對學生進行針對性輔導；另一方面是在分小組學習前提下，學生之間對主題進行討論和分工協作。學生在完成學習后，還應進行相應的測試或成果評價。教師可將測試的結果和講解顯示于軟件界面，讓學生及時了解知識掌握的程度并進行錯誤分析；也可以根據所學知識點的難易度和時間安排，將最后環節設計為成果展示，讓學生自己呈現學習成果，增強學習自主性。

基于GIS的自主型學習比較適合于區域地理的學習。該模式當中學生的自主性最強，也有利于教師因材施教。但對教師或平臺制作者的要求非常高，即教師不僅要具備軟件二次開發和信息收集、整理和修改等信息技術能力，還要有專業的地理學科素養，能夠在平臺中組織好材料。因此平臺的建設最好采取團隊開發的形式進行。

基于GIs的各種教學模式適用于不同的教學內容和教學情境，對教師和學生的要求也不一樣。因此，教師應根據教學內容靈活運用適宜的教學方法。

[責任編輯 王穎]