空間視角下GIS教育的必要性

摘 要：地理學(xué)是研究地球表面時間與空間范圍內(nèi)一切自然現(xiàn)象、人文現(xiàn)象及其相互關(guān)系的科學(xué)，空間視角是其獨(dú)特的研究視角。GIS具有多方面培養(yǎng)地理空間能力的優(yōu)勢。本文從“空間認(rèn)知”、“空間思維”和“空間技能”三個遞進(jìn)維度對GIS教育的必要性進(jìn)行分析，旨在要求學(xué)生在認(rèn)識地理事物空間位置及分布特征的基礎(chǔ)上，學(xué)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(jìn)而獲得運(yùn)用相關(guān)GIS軟件處理和分析空間數(shù)據(jù)的能力。

關(guān)鍵詞：空間視角 GIS教育 必要性

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System）簡稱GIS，它將現(xiàn)代信息技術(shù)與地理學(xué)聯(lián)系在一起，以復(fù)雜世界中的空間數(shù)據(jù)為操作對象，是當(dāng)今地理學(xué)研究重要的技術(shù)手段之一。隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS教育在地理教育界也越來越受到重視。地理學(xué)是研究地球表面自然現(xiàn)象、人文現(xiàn)象及其相互關(guān)系的科學(xué)，空間視角及人地關(guān)系視角是地理學(xué)特有的研究視角。GIS的視覺化、空間化特性及強(qiáng)大的空間分析功能對發(fā)展學(xué)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(fā)展的需要，更是未來地理教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。

2003年，我國教育部頒布《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》，首次將GIS引入高中地理教學(xué)，并安排GIS課程內(nèi)容于必修地理3和選修7兩個模塊，注重學(xué)生對GIS功能、應(yīng)用等知識的認(rèn)知與理解。GIS擁有強(qiáng)大的地理空間數(shù)據(jù)處理及分析功能，并能將所得結(jié)果用于直觀、動態(tài)顯示地理事物及現(xiàn)象，尤其對地理學(xué)習(xí)者空間思維能力的發(fā)展具有重要意義。本文從“空間認(rèn)知”、“空間思維”和“空間技能”三個遞進(jìn)維度對GIS教育的必要性進(jìn)行分析，旨在要求學(xué)生在認(rèn)識地理事物空間位置及分布特征的基礎(chǔ)上，學(xué)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(jìn)而獲得運(yùn)用相關(guān)GIS軟件處理和分析空間數(shù)據(jù)的能力。

一、GIS的可視化特性有助于開拓學(xué)生地理空間認(rèn)知的視角

地理空間認(rèn)知是指在一定地理空間范圍內(nèi)將地理事物區(qū)分出來，并對其位置、形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其與地物相互關(guān)系進(jìn)行觀察與理解的過程。研究發(fā)現(xiàn)，在人的五種感官中，視覺獲取信息的通道接受能力最強(qiáng)，它是人們認(rèn)識事物最主要的途徑。GIS的可視化特性主要表現(xiàn)在對地理事物的動態(tài)顯示、三維轉(zhuǎn)換及現(xiàn)實虛擬等幾個方面，借助GIS技術(shù)，學(xué)生可以多角度認(rèn)知地理事物及現(xiàn)象，加強(qiáng)區(qū)域認(rèn)知，不斷提升地理空間素養(yǎng)。具體來說，GIS可以提供以下幾種進(jìn)行地理空間認(rèn)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(shù)據(jù)，如地圖、圖表、圖像及動畫等。學(xué)生可以利用這些直觀化的表達(dá)方式獲得對地物的基本認(rèn)知，此外，GIS電子地圖可以實現(xiàn)縮放、旋轉(zhuǎn)和漫游等操作，讓學(xué)生在不同時空尺度下以多重視角對地物進(jìn)行觀察，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣。

第二、當(dāng)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(jìn)行選擇，并將所選要素轉(zhuǎn)出為新的數(shù)據(jù)圖層，單獨(dú)顯示。例如，在全國水系分布圖層中為學(xué)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(shù)據(jù)，并將所得數(shù)據(jù)在新數(shù)據(jù)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(chǔ)。

第三、利用GIS可以在同一區(qū)域顯示多個圖層要素，學(xué)生可以將其聯(lián)系在一起，探究不同地理要素間的空間關(guān)系，同時，各個專題圖層彼此相互獨(dú)立，學(xué)生可進(jìn)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(qū)差異圖層上疊加我國各省市GDP圖層，探究城市化水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的關(guān)系。

第四、三維GIS與虛擬GIS可以模擬現(xiàn)實空間，幫助學(xué)生更加直觀、形象的認(rèn)知地理空間。在學(xué)習(xí)等高線地形圖部分內(nèi)容時，教師可利用GIS的三維轉(zhuǎn)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(xué)生憑借已有知識對空間地理事物作出準(zhǔn)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(xué)生的地理素養(yǎng)。虛擬GIS為地理學(xué)習(xí)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(diǎn)，讓地理學(xué)習(xí)者可以及時、自由地觀察地理空間內(nèi)的事物，再現(xiàn)真實地理情境。如教師可利用某一地區(qū)的高分辨率遙感影像圖片和數(shù)字高程模型在GIS軟件中生成三維地理環(huán)境，學(xué)生在教室就可以對該地區(qū)基本地理情況進(jìn)行觀察與分析，為以后進(jìn)行野外實地觀測做好準(zhǔn)備。

二、GIS的空間分析功能有助于提升學(xué)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(nèi)的地理事物進(jìn)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(qiáng)調(diào)在一定空間認(rèn)知的基礎(chǔ)上，選擇合適的GIS空間分析方法輔助空間決策，不斷提升學(xué)生的綜合思維能力。地理環(huán)境豐繁復(fù)雜，地球各圈層中的地理要素相互聯(lián)系共同構(gòu)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(xué)生進(jìn)行空間思維創(chuàng)造開放式和交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，利于學(xué)生高效地解決真實地理情境中的問題。

設(shè)計探究性教學(xué)案例——石家莊市裕華區(qū)大型超市的選址。為學(xué)生介紹目前石家莊市裕華區(qū)經(jīng)濟(jì)、交通、人口及其他基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展?fàn)顩r，創(chuàng)設(shè)探究情境，讓學(xué)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(chǔ)上搜集裕華區(qū)內(nèi)居民小區(qū)分布位置、交通情況（包括公交站點(diǎn)及線路分布，公路信息和在建地鐵站點(diǎn)分布等）、已有大型超市分布位置等信息，借助GIS相關(guān)軟件創(chuàng)建面狀圖層“裕華區(qū)分布圖”，線狀圖層“裕華區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)圖”，點(diǎn)狀圖層“居民小區(qū)分布圖”、“公交站點(diǎn)分布圖”、“未來地鐵站點(diǎn)分布圖”和“已有大型超市分布圖”，最后依據(jù)該大型超市選址的具體要求，利用GIS的緩沖區(qū)分析與疊加分析功能，選擇出最佳超市地址。在整個教學(xué)過程中，學(xué)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(xué)生的空間綜合思維能力。

三、GIS輔助教學(xué)軟件有助于學(xué)生地理空間技能的提升

地理空間技能是基于地理空間認(rèn)知與空間思維之上的，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生實踐操作能力的提升。GIS技術(shù)作為地理學(xué)第三代語言，在GIS教育中，不僅要求學(xué)生知道“為什么使用GIS？”和“GIS有什么用？”，還要讓學(xué)生學(xué)會“怎么使用GIS？”，提升學(xué)生的軟件操作技能。華東師范大學(xué)地理教育研究所段玉山教授主持研發(fā)的“中學(xué)地理信息系統(tǒng)（GIS）教學(xué)平臺”專門用于基礎(chǔ)教育GIS知識的講授與輔助地理教學(xué)的應(yīng)用，其中，“基于GIS的教學(xué)平臺”具備GIS地圖及分析功能，并為地理教學(xué)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(yùn)輸與城市發(fā)展的關(guān)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“上海”的點(diǎn)狀要素，并將所得數(shù)據(jù)在新數(shù)據(jù)圖層中顯示，最后設(shè)置各圖層屬性信息，直觀展示上海交通條件的優(yōu)越性。在整個操作過程中，學(xué)生不僅可以對空間地理事物及現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)知與思考，還可以習(xí)得一些GIS軟件的操作技巧，提升學(xué)生的地理實踐能力。

參考文獻(xiàn)

[1]徐志梅，袁孝亭.運(yùn)用GIS培養(yǎng)中學(xué)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(yùn)用“中學(xué)GIS教學(xué)平臺”培養(yǎng)中學(xué)生地理空間比較分析能力的研究[J].地理教學(xué)，2012（10）：43-47.

作者簡介

李佳宬，女，漢族，共青團(tuán)員。2016年9月至今在河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院學(xué)科教學(xué)（地理）專業(yè)讀研。endprint