網絡地理信息系統支持下的高中地理探究學習

康星 劉健

摘要：地理信息技術與地理課堂教學深度融合是由學科特色決定的，也是地理課標倡導的。網絡地理信息系統是一種完善和擴展傳統地理信息系統功能的新技術，助力學生將地理學習過程轉變為地理問題研究過程。基于二三維網絡地理信息系統，結合單元教學、項目式學習和地理實踐課教學案例，教師要明確信息技術與高中地理教學深度融合的契合點，基于教學邏輯，適度、適切地運用信息技術，趨利避害，讓信息技術真正賦能教學。

關鍵詞：網絡地理信息系統；Web GIS；高中地理；探究學習；深度融合

網絡地理信息系統（Web GIS）以電子地圖為載體，承載各類地理要素，通過交互式操作反映地理要素之間的關聯性，動態演示地理事物發展變化過程，實現抽象地理事物和現象的可視化。它完善和擴展了傳統地理信息系統的功能，在高中地理教學中，可以成為呈現和傳遞地理信息的重要工具，具有直觀形象、綜合性強的特點。本文主要介紹Web GIS在高中地理單元教學、項目式學習、地理實踐活動課中的應用實踐，以二三維網絡地理信息系統為基礎平臺，尋求高中地理教學與Web GIS技術適切的融合點，探究深度融合路徑。

一、Web GIS支持下的高中地理單元教學實踐

單元教學法，是在學科核心素養指引下，將教材、活動等整合成完整單元進行教學的一種方法，旨在改變偏重零碎知識和記憶的教學，強調學生獲得完整的知識和經驗。單元教學具有一定的概括性和抽象性，從上位的大概念逐漸下行，分解到具體知識，需要精細的教學設計。這讓教師教學面臨一定的挑戰，如難以創設適切的單元教學主題情境并有效呈現、教學資源與教學環境很難與教學內容匹配、難以直觀形象地幫助學生理解地理動態演變過程等。

為了更好地解決教師教學中存在的問題，讓學生更好地理解地理過程與變化類內容，突出對地理空間動態過程的觀察、規律概括與趨勢預測等學科思維模式、探究方法與技能的運用，教師無論是在自然地理教學還是人文地理教學中，都可以充分運用Web GIS技術，發揮其價值和優勢，賦能師生的教學活動。

下面以北京八中孫雪萍老師“中國‘鎳都金昌的發展之路”的教學設計（共3課時）為例，具體闡述教師如何運用Web GIS技術定制工具“鎳礦分析評價課例系統”和開放的網絡互動課堂，利用全媒體資源進行個性化教學，突破單元教學難點。

（一）高效采集、檢索和處理地理信息

由于礦產資源遠離學生的體驗和感知，鎳礦這種戰略性礦產資源對于學生來說是陌生的。因此，教學的關鍵是激發學生自主學習積極性，拉近學生和陌生課題之間的距離，拓展相關認知。GIS技術的發展，使得師生在處理海量地理信息時有了很大的進步。Web GIS是更為強大的超媒體信息集成系統，通過超媒體鏈接到不同的圖像或網頁。同時，它還是跨平臺系統，讓使用者能夠在電腦上方便操作GIS地圖和數據，執行如縮放、拖動和標注等GIS功能，進行空間定位和查詢。

比如，教學“解析金昌今時困境”內容時，教師創設了一個問題情境：為何特斯拉汽車電池海外工廠選址時未選擇中國金昌？這個問題旨在分析金昌發展中面臨的瓶頸。面對這一探究問題，教師改變傳統教學方法，依托Web GIS工具，讓學生課前基于本課的信息化資料庫自主學習。之后，在教師的思路提示和指導下，學生在較短時間內就自主形成了觀點，并快速檢索出論據，大大提高了學習效率，更充分體現了問題探究的開放性。

又如，教師基于學生探討得出的“進口是當前中國鎳礦資源安全保障的重要途徑”這一結論，要求學生查詢“鎳礦分析評價課例系統”，完成以下任務：一是定量分析全球鎳礦分布；二是遴選中國鎳礦主要進口國。顯然，這組探究任務專業性較強。不過借助鎳礦分析評價課例系統，學生很快就能查詢到全球主要鎳礦產地生產數據，并在教師的引領下，從儲量、距離、需求及類型互補等方面，綜合分析出鎳礦進口國的最佳選擇，突破教學難點，大大提高教學效率。

（二）實現地理空間特征表達的立體化

Web GIS具有較強的交互性，是圖形化的超媒體信息系統，能夠將視頻、音頻、地圖、文本等集中到相同的Web頁面，極大地豐富了地理信息和地理空間表現能力。GIS技術支持下的數字地圖，不僅實現了地理圖像、文字及聲音等教學信號一體化，以動靜結合方式展現立體化教學內容，還可與3D成像技術相結合，構建三維空間結構，實現地理空間的結構漫游。借助它衍生的各種查詢條件鏈接，教師能夠直接快速切入信息系統，擴展學生的知識面。

上述課例中，教師運用鎳礦分析評價課例系統，立體展示了世界知名鎳礦、含鎳有色金屬礦的分布狀況，快速定位所要研究的資源型城市位置，清晰顯示資源型城市周邊以地形地貌為主的基本地理環境狀況。同時，通過自由縮放和拖曳系統模塊，教師能夠實現地理空間由全球到國家、地區、城市再到具體地點的轉換，引導學生思考地理空間尺度變化規律，培養學生的空間思維。

（三）展現地理事物時空動態發展過程

上述課例單元教學設計的思路，是沿著一座資源型城市的動態發展過程徐徐展開的。從“一種礦”到“一座城”，再到“一類區域”；從礦業城市曾經的輝煌到產業瓶頸期和生態環境變化帶來的危機再到產業轉型升級和區域可持續發展……在這一系列的探究學習中，教師要引導學生從區域內的要素綜合、區域間的相互依賴、尺度間的相互作用等視角，應用圖像、語言、數學和認知等方式進行空間表達。這對教師教學能力提出了較高的要求。

Web GIS技術工具的恰當使用，有效地破解了教師面臨的難題。比如，學生在小組討論中可以快捷地從單元教學資料庫中找到多樣化的區域發展問題論據，或操作遙感圖像縮放、定位及打開實景照片等，分析區域區位條件、空間變化及推理其發展變化趨勢。那么，如何形成規律性的認識呢？這時教師要在適當時機，因勢利導，沿著學生的推測，在Web GIS平臺上調出該區域近期真實的產業地圖、地理環境景觀，展示該地區采取相應規劃和措施后發生的真實變化，通過多個要素圖像疊加幫助學生分析、預測、推理區域發展問題和發展方向，突出時間尺度和空間尺度變化下地理問題的動態發展變化規律，印證學生的決策和猜想。

課例實踐證明，在高中地理單元教學中融合運用Web GIS技術（見表1），能夠讓學生置身真實的探究情境，強化沉浸式學習體驗，更有助于學生對知識的理解、內化、遷移和應用，提高學習效率。

二、Web GIS支持下的高中地理項目式學習實踐

（一）簡要介紹項目式學習

項目式學習是一種以學生為主體，鏈接真實世界的事件，在一段時間內，團隊共同解決一個復雜問題或完成一項綜合性任務，讓學生經歷全過程，通過親身體驗、深刻理解來獲得核心素養發展的學習方式。它的典型特征是綜合性、復雜性、實踐性、開放性、體驗性等[1]。

項目式學習強調讓學生從選題、規劃、實施、交流、改進等環節，體驗任務探究的全過程，引導學生通過學習、實踐、總結、反思、改進，自發走向深度學習。Web GIS具有強大的地理景觀模擬、高分辨率圖像疊加、地理數據整理與可視化動態呈現的功能，將它運用到高中地理項目式學習中，可以融入線上項目調研、項目產品設計和展示、項目成果交流等環節。

（二）地理項目式學習課例分析

北京師范大學附屬中學的葉雨聲老師，用近3個月時間設計并實施了主題為“北京之水”的地理項目式學習活動。該項目式學習主要圍繞北京市的水資源、水環境與城市發展和人地關系展開。支持該項目式學習的信息技術環境要素是定制的“北京市水資源水環境”數據采集及輔助分析系統和定制遙感地圖與街景圖像數據。下文以該項目中某學生小組的學習過程為例，說明地理信息技術與項目式學習的融合應用。該學生小組的項目主題是“‘我與轉河導覽活動設計”，旨在通過宣傳學校附近一段幾經變遷并正在恢復歷史風貌的河道，增強北京市民對河流開發和保護的科學認識，以及對古都水系歷史文化的情感聯結。

1.將收集的信息上傳至Web GIS數據采集系統

在前期開題和調研階段，學生要通過網絡收集相關信息，選擇具體項目并制訂實施計劃。之后，進行實地考察，將獲得的河道景觀、水質狀況等信息上傳到Web GIS數據采集系統。該系統包括圖像疊加、地理數據整理與可視化呈現等功能，允許用戶在PC端任意網頁隨時進入使用，同時根據用戶需求進行功能修改。

2.解譯遙感圖像

由于受到疫情防控影響，加之網課客觀條件限制，學生在項目實踐體驗和學習交流中會存在一定的困難，運用“北京市水資源水環境”輔助分析系統和轉河地區遙感地圖則能在一定程度上彌補以上不足。

通過解譯不同年份高分辨率的遙感圖像，學生能夠更為全面地分析轉河“由暗轉明”的河道變遷、水資源利用保護現狀和問題，以及周圍城市用地的變化情況。同時，借助“北京市水資源水環境”數據采集及輔助分析系統，學生將研究成果進行錄入和標注，并利用Web GIS平臺選擇導覽點，設計導覽路線，規劃導覽活動。經過不斷完善，小組項目成果最終以多媒體電子地圖的形式呈現，實現了可視化、動態化（如圖1）。

3.成果匯報與交流，增強育人價值

學生在展示和匯報成果時，由于有了信息技術的加持，他們的闡述更加形象直觀、有理有據，凸顯學生在學科核心素養、綜合能力和創新思維方面的成長。同時，依托Web GIS技術及其他現代信息技術展示河道歷史變遷的實景資料，還引發出學生對舊城區改造中人文關懷措施的探討，體現出學生的社會責任感，也由此凸顯了技術賦能教學的育人價值。

項目式學習通過項目任務驅動的方式，引導學生主動探索現實世界的問題，從而領會更深刻的知識和技能。那么，如何更好地實現地理項目式學習與Web GIS技術深度融合，教師可以遵循以下范式路徑（如圖2），提高教學效率，培養學生學科核心素養。

三、Web GIS支持下的高中地理實踐課探索

地理實踐力是地理學科核心素養之一。讓學生走出課堂，在真實環境里學習地理，是很多地理教師的夙愿，但是這樣的機會比較有限。地理項目式學習主要是以地理實踐力培養為核心的教學模式，是當前學習方式的必要補充，但它不能替代常態教學。那么，在常態地理教學中，如何借助Web GIS工具達成地理實踐力培養目標呢？

（一）結合地理信息數據庫進行真實情境實踐調研

利用定制的北京街區“遙感影像對比分析系統”和“區位及產業結構分析數據采集系統”，北京四中的地理教師結合教學內容“服務業區位因素的變化”“地區產業結構變化”，探索出一條地理信息技術應用與真實情境實踐調研相結合，讓課外地理實踐活動延伸進課堂的新路徑，可稱之為“地理實踐課”。

例如，喬瑞琳老師以學校附近的護國寺街發展變化情況為教學內容，講授商業性服務業的區位因素。喬老師首先組織學生進行小組實地調查，分析影響商業街不同店鋪區位選擇的主要原因；之后，基于課前調查，師生共同構建護國寺街區位分析地理信息數據庫，將其變成課堂上的分析案例和學習資料（如圖3）；接著，在課堂上讓學生運用產業區位知識，分析護國寺街商業性服務業布局的主要區位因素，以及商鋪種類、布局穩定或變化的主要原因。最后，讓學生運用護國寺街地理信息數據庫進行新店鋪選址模擬實踐，解釋區位因素變化對選址決策的影響。

在Web GIS平臺及現代信息技術的支持下，學生在課前實地調研中，能夠利用手持GPS、智能手機、指南針、電子地圖等工具進行空間定位，記錄影像信息，并結合地理信息數據庫相關數據，完成調研報告。課堂討論時，基于真實問題，學生依托對遙感影像的判讀數據，結合實地調查數據圖表，進行有理有據、有邏輯的分析。在這一過程中，學生采集、編輯和對比分析地理數據的能力有了很大提高。

（二）基于任務驅動，多環節運用Web GIS技術

無論是項目式學習還是地理實踐活動課，地理實踐類教學會采用不同的教學模式，但其核心教學思路和流程都是基于任務驅動學習法，即圍繞以地理實踐力培養為核心的問題或實踐任務，由學生主動建構、探究、實踐、思考、運用、解決問題。基于Web GIS技術的優勢，地理實踐類教學中，教師要依托具體任務，在多個教學環節發揮信息技術價值，實現信息技術和地理實踐教學的深度融合（如圖4）。

由圖4可知，在地理實踐教學中，Web GIS技術主要應用于課前調研、任務實施和改進、任務成果展示和評價環節，以幫助學生更好完成學習任務，加深對所學知識的認知，提高地理實踐力。

四、基于Web GIS技術的高中地理教學實踐反思

Web GIS技術及其他現代信息技術與地理教學深度融合，不僅能夠擴展教師對教學活動的理解視野，提高教學效能，更利于滿足學生個性化、多樣化的學習和發展需求，是發展學生學科核心素養的一種可借鑒的方法路徑。但要達成以上效果，教師需以科學的中學地理學習系統為核心，在運用信息技術時要注意以下方面。

（一）信息技術運用要適切與適度

現代信息技術與高中地理教學深度融合的要素是多元化的。深度融合是指教學過程這個系統中各要素相互滲透、協調一致、取長補短，從而使教學效果最優化[2]。前述的Web GIS支持下的地理探究學習課例皆體現了信息技術與地理教學的深度融合，包括以下三方面：形成信息化的主題教學內容、創設信息化的教學情境，以及任務或問題驅動下的信息處理和分析過程。在這個過程中，教師要明確，學生是探究活動的主體，教師是學科教學和信息技術深度融合的構建者，是問題式教學的促進者和學生自主學習的引導者。因此，教師在教學中要注意“不割裂”“不堆砌”“不過度”。其中，不割裂是指要從系統性的視角組織教學活動，不能將教學過程中的信息技術、教師、學生等要素孤立或割裂地進行設計；不堆砌是指要契合教學目標，避免盲目堆疊多媒體素材（圖片、視頻），忽略教學素材與教學內容的相關性和契合度，以致技術形式在課堂上“喧賓奪主”；不過度是指要結合學情，不盲目采用過難、過復雜的地理信息技術，始終堅持“技術輔助學生自主探究”的理念。

（二）基于教學邏輯運用信息技術，提高學生參與積極性

要想更好地發揮信息技術應用效果，教師要基于教學邏輯設計問題，開展活動，引領學生有序參與，逐步增強師生互動深度，切實提高課堂教學效果。如果教學邏輯不合理，教師教學中就容易讓信息技術變成“資訊轟炸機”，干擾學生認知，阻礙學生參與意愿。

此外，教師要設計豐富的教學活動，提高學生參與的主動性，因為沒有學生足夠的參與和互動，信息技術只能相當于“多媒體播放器”。比如，可以利用教學媒體、設備和各類交互工具，讓學生獲得更多學習體驗和參與的機會；利用信息技術創設沉浸式的教學情境，讓學生如身臨其境，有效激發學生的學習動機，增加參與度；利用Web GIS交互平臺兼容教學反饋與評價系統，及時對學生進行信息反饋和評價，更有利于因材施教。

（三）信息技術是把“雙刃劍”，運用時要趨利避害

新技術在教育中的迅速普及有著正面和負面的雙重影響[3]，教育者要沿著科學的教學路徑趨利避害，把信息技術對教育的正面影響發揚光大。

在Web GIS支持下的高中地理探究學習實踐中，將學生置身各種基于真實地理的復雜情境中，一方面可加深學生的學習體驗，提高學生觀察世界、關聯思考、提出問題的能力，解決復雜推理、思辨決策、遠端遷移等綜合性、復雜性的問題，使深度學習真正發生；另一方面，也可促進教師主動思考如何運用信息技術創新教學設計，優化融合信息技術的教學內容，創設信息化的教學情境，搭建基于信息化環境的多邊課堂互動形式和教學結構，使深度教學得以實現。

當然，在技術融合度較高的課堂上，教師還要注意避免其他誤區。如理念認知上，重技術形式而輕教學實質，使課堂實踐活動表象化；實施策略不當，如課堂前置任務不到位，導致學生難以在短時間內對地理信息技術有充分理解和有效運用等。此外，這類課程的開展實施，對學校的硬件設施、師生的地理信息技術應用能力、學生學習能力水平都提出了較高的要求，不能一蹴而就。

未來，有效的學習環境需要根據學生的不斷進步和多樣化的學習方式來設計[4]。我們相信，在先進教學理念的指導下，結合精心優化的教學設計，再輔以先進且適切的信息技術，定有助于學生將地理學習過程轉變為地理探究過程，高效促進教師教學效率和教學效果的提升，深度影響課堂教學方式和教學評價的優化。

注：本文系國家新聞出版署出版融合發展（人教社）重點實驗室、人民教育出版社人教數字教育研究院2021年度重點課題“基于Web二三維地理信息技術的地理學科工具與數字教材的融合研究”（課題編號：RJA0121002）的階段性研究成果。

參考文獻

[1] 羅濱.項目式學習給學生帶來了什么[J].北京教育（普教版），2018（8）：26-27.

[2] 宋雪.信息技術與高中地理教學深度融合實踐研究[D].濟南：山東師范大學，2020：5

[3][4]吳剛.從工具性思維到人工智能思維——教育技術的危機與教育技術學的轉型[J].開放教育研究，2018（2）：51-59.

（作者康星系北京市西城區教育研修學院中學地理教研員，高級教師；劉健系人民教育出版社課程教材研究所地理課程教材研究開發中心資深編輯，編審）

責任編輯：孫建輝