空間視角下GIS教育的必要性

摘 要：地理學是研究地球表面時間與空間范圍內一切自然現象、人文現象及其相互關系的科學，空間視角是其獨特的研究視角。GIS具有多方面培養地理空間能力的優勢。本文從“空間認知”、“空間思維”和“空間技能”三個遞進維度對GIS教育的必要性進行分析，旨在要求學生在認識地理事物空間位置及分布特征的基礎上，學會判斷并選擇合適的GIS空間分析方法輔助地理問題的解決，進而獲得運用相關GIS軟件處理和分析空間數據的能力。

關鍵詞：空間視角 GIS教育 必要性

地理信息系統（Geographical Information System）簡稱GIS，它將現代信息技術與地理學聯系在一起，以復雜世界中的空間數據為操作對象，是當今地理學研究重要的技術手段之一。隨著GIS技術的不斷發展，GIS教育在地理教育界也越來越受到重視。地理學是研究地球表面自然現象、人文現象及其相互關系的科學，空間視角及人地關系視角是地理學特有的研究視角。GIS的視覺化、空間化特性及強大的空間分析功能對發展學生地理空間能力有重要的作用[1]。因此，實施GIS教育不僅是時代發展的需要，更是未來地理教學發展的必然趨勢。

2003年，我國教育部頒布《普通高中地理課程標準（實驗）》，首次將GIS引入高中地理教學，并安排GIS課程內容于必修地理3和選修7兩個模塊，注重學生對GIS功能、應用等知識的認知與理解。GIS擁有強大的地理空間數據處理及分析功能，并能將所得結果用于直觀、動態顯示地理事物及現象，尤其對地理學習者空間思維能力的發展具有重要意義。本文從“空間認知”、“空間思維”和“空間技能”三個遞進維度對GIS教育的必要性進行分析，旨在要求學生在認識地理事物空間位置及分布特征的基礎上，學會判斷并選擇合適的GIS空間分析方法輔助地理問題的解決，進而獲得運用相關GIS軟件處理和分析空間數據的能力。

一、GIS的可視化特性有助于開拓學生地理空間認知的視角

地理空間認知是指在一定地理空間范圍內將地理事物區分出來，并對其位置、形態、結構及其與地物相互關系進行觀察與理解的過程。研究發現，在人的五種感官中，視覺獲取信息的通道接受能力最強，它是人們認識事物最主要的途徑。GIS的可視化特性主要表現在對地理事物的動態顯示、三維轉換及現實虛擬等幾個方面，借助GIS技術，學生可以多角度認知地理事物及現象，加強區域認知，不斷提升地理空間素養。具體來說，GIS可以提供以下幾種進行地理空間認知的視角：

第一、GIS作為一種可視化工具，可以通過多種方式表征地理數據，如地圖、圖表、圖像及動畫等。學生可以利用這些直觀化的表達方式獲得對地物的基本認知，此外，GIS電子地圖可以實現縮放、旋轉和漫游等操作，讓學生在不同時空尺度下以多重視角對地物進行觀察，激發學生學習地理的興趣。

第二、當要在已有圖層上查找某一要素空間位置和分布時，可利用GIS空間查詢工具按一定條件對所需地理要素進行選擇，并將所選要素轉出為新的數據圖層，單獨顯示。例如，在全國水系分布圖層中為學生演示長江干流的分布情況時，可在ArcMap中按屬性要素在我國一級河流圖層中查詢名稱為“長江”的圖層數據，并將所得數據在新數據圖層中顯示，為接下來探討長江流域主要城市分布情況奠定基礎。

第三、利用GIS可以在同一區域顯示多個圖層要素，學生可以將其聯系在一起，探究不同地理要素間的空間關系，同時，各個專題圖層彼此相互獨立，學生可進行自由組合，探究不同地理問題。例如，在我國城市化水平地區差異圖層上疊加我國各省市GDP圖層，探究城市化水平與經濟發展間的關系。

第四、三維GIS與虛擬GIS可以模擬現實空間，幫助學生更加直觀、形象的認知地理空間。在學習等高線地形圖部分內容時，教師可利用GIS的三維轉換功能將平面等高線地形圖立體顯示，將抽象難懂的空間信息具體化，學生憑借已有知識對空間地理事物作出準確判斷，并將觀察到的空間事物信息用地理語言描述出來，提高學生的地理素養。虛擬GIS為地理學習者打造出一個三維的虛擬世界，它充分考慮到人的視覺、聽覺、觸覺等感官接收信息的特點，讓地理學習者可以及時、自由地觀察地理空間內的事物，再現真實地理情境。如教師可利用某一地區的高分辨率遙感影像圖片和數字高程模型在GIS軟件中生成三維地理環境，學生在教室就可以對該地區基本地理情況進行觀察與分析，為以后進行野外實地觀測做好準備。

二、GIS的空間分析功能有助于提升學生地理空間思維的能力

地理空間思維是指個體對地球表面一定空間范圍內的地理事物進行觀察、描述、分析及推理的一系列思維活動。在GIS教育中，空間思維更加強調在一定空間認知的基礎上，選擇合適的GIS空間分析方法輔助空間決策，不斷提升學生的綜合思維能力。地理環境豐繁復雜，地球各圈層中的地理要素相互聯系共同構成一個整體，其中某一要素的變化都會引起其他要素的變化。GIS特有的空間分析功能會為學生進行空間思維創造開放式和交互式的學習環境，利于學生高效地解決真實地理情境中的問題。

設計探究性教學案例——石家莊市裕華區大型超市的選址。為學生介紹目前石家莊市裕華區經濟、交通、人口及其他基礎設施發展狀況，創設探究情境，讓學生通過角色扮演思考哪些因素會影響大型超市的選址，并在此基礎上搜集裕華區內居民小區分布位置、交通情況（包括公交站點及線路分布，公路信息和在建地鐵站點分布等）、已有大型超市分布位置等信息，借助GIS相關軟件創建面狀圖層“裕華區分布圖”，線狀圖層“裕華區交通網絡圖”，點狀圖層“居民小區分布圖”、“公交站點分布圖”、“未來地鐵站點分布圖”和“已有大型超市分布圖”，最后依據該大型超市選址的具體要求，利用GIS的緩沖區分析與疊加分析功能，選擇出最佳超市地址。在整個教學過程中，學生手腦并用，針對具體情境下的地理問題，選擇合適的GIS空間分析方法，高效解決地理實際問題，有利于提升學生的空間綜合思維能力。

三、GIS輔助教學軟件有助于學生地理空間技能的提升

地理空間技能是基于地理空間認知與空間思維之上的，強調對學生實踐操作能力的提升。GIS技術作為地理學第三代語言，在GIS教育中，不僅要求學生知道“為什么使用GIS？”和“GIS有什么用？”，還要讓學生學會“怎么使用GIS？”，提升學生的軟件操作技能。華東師范大學地理教育研究所段玉山教授主持研發的“中學地理信息系統（GIS）教學平臺”專門用于基礎教育GIS知識的講授與輔助地理教學的應用，其中，“基于GIS的教學平臺”具備GIS地圖及分析功能，并為地理教學提供大量與教材相匹配的地理地圖、地形圖和專題地圖[2]。以上海市為例，探究交通運輸與城市發展的關系。先依次添加中國國界與省界圖層、中國省會及地級市圖層、中國河流水系圖層及中國主要鐵路圖層，再通過GIS空間查詢工具按屬性要素在中國省會及地級市圖層中查詢名稱為“上?！钡狞c狀要素，并將所得數據在新數據圖層中顯示，最后設置各圖層屬性信息，直觀展示上海交通條件的優越性。在整個操作過程中，學生不僅可以對空間地理事物及現象進行認知與思考，還可以習得一些GIS軟件的操作技巧，提升學生的地理實踐能力。

參考文獻

[1]徐志梅，袁孝亭.運用GIS培養中學生地理空間能力[J].中國電化教育，2010（8）：96-100.

[2]段玉山，王家偉.運用“中學GIS教學平臺”培養中學生地理空間比較分析能力的研究[J].地理教學，2012（10）：43-47.

作者簡介

李佳宬，女，漢族，共青團員。2016年9月至今在河北師范大學資源與環境科學學院學科教學（地理）專業讀研。endprint