GIS在中學地理教學中的應用分析

高禮安

上世紀末以來，隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的廣泛應用，以及數(shù)字地球、智慧城市概念的建立，為地理學科的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種以采集、存儲、管理、分析和描述地球表面與地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)以地理空間數(shù)據(jù)庫（Geospatial Database）為基礎(chǔ)，在計算機技術(shù)支持下，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息。

目前，地理信息技術(shù)已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測、環(huán)境保護及評估、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、農(nóng)作物估產(chǎn)、災害預測、交通管理、礦產(chǎn)資源評價、文物保護、大數(shù)據(jù)分析等許多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中，共有9章明確對地理信息系統(tǒng)技術(shù)和應用作出了指示和安排。31個省（自治區(qū)、直轄市）、5個計劃單列市和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團的“十四五”規(guī)劃，也均明確提及地理信息系統(tǒng)技術(shù)及相關(guān)應用、工程等內(nèi)容。將地理信息系統(tǒng)引入中學地理教學是信息時代的要求。我國教育部于2003年頒布了《全日制高中地理課程標準（實驗）》，把地理信息技術(shù)列為七大地理選修模塊課程之一，并明確強調(diào)：“地理信息技術(shù)在地理學習中的應用應充分考慮信息技術(shù)對地理教學的影響，營造有利于學生形成地理信息意識和能力的教學環(huán)境。”地理信息系統(tǒng)技術(shù)在中學地理教學中的應用提高到了一個重要的地位。

一、數(shù)據(jù)來源與處理方法

本文通過檢索中國知網(wǎng)（CNKI）中2000年以來有關(guān)中學地理信息技術(shù)文獻，研究我國現(xiàn)階段中學地理信息系統(tǒng)應用于中學地理教育文獻的各年度發(fā)文數(shù)量、研究熱點，可以更好地了解我國中學現(xiàn)階段地理信息技術(shù)教育的現(xiàn)狀與研究熱點，促進我國地理教育事業(yè)的發(fā)展及地理信息技術(shù)的普及。

在中國知網(wǎng)（CNKI）以“中學”“高中”“GIS”“地理信息”作為關(guān)鍵詞進行檢索，共檢索出497條中文文獻，再對這497條文獻進行二次篩選，篩掉一些與研究主題和內(nèi)容無關(guān)的文獻，最終確定420條文獻作為本文的研究對象，檢索的時間為2021年5月7日。

知識圖譜可視化分析是從海量的科技文獻中挖掘有價值信息的一種方式，在不同領(lǐng)域內(nèi)使用較多的工具主要有BibExel、CiteSpace、CiteNetExplorer、HistCite、Gephi、VOSviewer、Pajek等。

本文運用由荷蘭伊拉斯謨大學的van Eck N J和Waltman L 博士聯(lián)合開發(fā)的一款免費的文獻計量分析軟件VOSviewer進行分析，對我國中學階段的GIS在地理教學中的應用情況進行分析。將在知網(wǎng)中篩選的420條文獻以Refworks格式導出，繼而導入至VOSviewer 1.6.18中，對文獻作可視化分析。

二、結(jié)果分析

1.文獻時間分布特征

期刊文獻的時間分布情況在一定程度上可以反映該領(lǐng)域的學術(shù)研究理論水平和發(fā)展速度。以收集的420條關(guān)于中學階段GIS教學研究文獻的發(fā)表年份分布進行統(tǒng)計分析。2000-2022年我國發(fā)表的關(guān)于地理信息系統(tǒng)在中學地理教學中的應用方面的相關(guān)文獻共420篇，年度分布見圖1。

從2000年開始，我國中學GIS應用于地理教學方面的文獻數(shù)量逐年上升，呈現(xiàn)波動式增長，2010年文獻發(fā)文數(shù)量較少，為7篇，2011年增加較多，為25篇，2015年文獻發(fā)表數(shù)量最多，達43篇，此后幾年發(fā)表文獻數(shù)量有所下降，但GIS應用于地理教學方面的研究總體呈現(xiàn)增長趨勢（2022年沒有完全統(tǒng)計），表明從2003年頒布了《全日制高中地理課程標準（實驗）》以后，對GIS應用于中學地理教育的研究在逐年增加，表明中學地理教育工作者對GIS應用于地理教學的重視程度不斷提高。

2.文獻來源作者單位分析

在本次分析的420篇文獻中，學術(shù)期刊214篇，碩士學術(shù)文獻197篇，博士學術(shù)文獻6篇，會議文獻3篇。在217學術(shù)期刊及會議文獻中，單位為中學的作者參與了127文獻寫作，單位為高校的參與了108篇文獻寫作，中學教育工作者、大學教育工作者都重視GIS應用于中學地理教育。

3.關(guān)鍵詞詞頻分析

關(guān)鍵詞可以直觀顯示文獻研究的核心內(nèi)容，基于關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次和相互關(guān)系的共詞分析法，對于把握研究領(lǐng)域的重點話題具有重要意義。在進行關(guān)鍵詞分析前，先對中英文同名詞進行合并，比如“地理信息系統(tǒng)”“地理信息技術(shù)”“geographic information system”合并為“GIS”，“teaching modle”合并為“教學模式”，通過對關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率進行統(tǒng)計（見表1），發(fā)現(xiàn)“GIS”“地理教學”“中學地理教學”“中學地理”“高中地理”“高中地理教學”均屬于高頻率的關(guān)鍵詞，表明現(xiàn)今中學地理教育注重地理信息系統(tǒng)技術(shù)手段的介入。通過VOSiewer對知網(wǎng)中篩選的420條文獻進行可視化分析，繪制標簽視圖，共有1022個關(guān)鍵詞，以每個關(guān)鍵詞出現(xiàn)5次為最低值，篩選得到49 個高頻關(guān)鍵詞，得到關(guān)鍵詞出現(xiàn)知識圖譜（圖2），圖2中關(guān)鍵詞的圓圈面積越大，代表關(guān)鍵詞頻次越高，是該領(lǐng)域的熱門話題;關(guān)鍵詞越在圖的中間，代表該關(guān)鍵詞的重要性越強，表明是該研究領(lǐng)域的重要概念。

4.GIS應用于中學地理教育熱點分析

通過VOSviewer進行共詞聚類分析及對相關(guān)文獻內(nèi)容的分析，可以發(fā)現(xiàn)GIS應用于中學地理教育研究領(lǐng)域的兩大研究主題。

首先是GIS在地理教學中的輔助教學模式的研究，關(guān)鍵詞主要包括“教學案例設(shè)計”“教學案例”“輔助教學”等。現(xiàn)階段地理信息技術(shù)已經(jīng)作為地理課堂教育的一種新技術(shù)手替代傳統(tǒng)的地理掛圖、地球儀、地貌模型等，GIS技術(shù)能幫助學生更好地認識我們的地球、環(huán)境、歷史，甚至經(jīng)濟情況，使學生了解最新的前沿科技。應用GIS輔助教學，教師在授課時更加生動，學生有更直觀的了解，極大地調(diào)動了學生的學習積極性，激發(fā)學生學習地理的興趣，更容易記住所學的地理知識。

其次是GIS應用于地理空間能力培養(yǎng)的研究，關(guān)鍵詞包括“新課標”“地理空間推理能力”“地理核心能力素養(yǎng)”。地理是一門空間性較強的學科，地理空間能力的形成和發(fā)展對地理學習和地理問題解決具有重要意義。在中學地理的學習中，要求學生能夠掌握地理事物的空間分布特征、形成空間概念，從不同角度、不同層次地理事物的分布及其聯(lián)系進行深入分析。GIS具有多方面培養(yǎng)地理空間能力的優(yōu)勢，GIS所展現(xiàn)的空間信息可視化，使學生對在地理空間中的各事物的分布、狀態(tài)有直觀的感受，能夠幫助學生揭示地理事物空間分布模式、地理事物空間關(guān)系和發(fā)展趨勢。現(xiàn)階段的地理教師基本能根據(jù)新課標要求，通過地理信息技術(shù)手段培養(yǎng)學生的地理空間推理能力、地理核心素養(yǎng)，讓學生從區(qū)域視角認識、分析、理解地理環(huán)境，促進其區(qū)域認知素養(yǎng)的形成，而不僅僅是地理知識的灌輸。

第三，用于地理教學的GIS軟件包括google earth、ArcGIS、QGIS、ArcView、MapInfo、surfer等國外GIS軟件，涉及的國產(chǎn)地理信息軟件較少，檢索到兩篇文獻用的是北京三維遠景科技有限公司開發(fā)的LocaSpaceViewer。地理信息數(shù)據(jù)主要來自天地圖、google。2005年，國產(chǎn)地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件已經(jīng)打破國外軟件一統(tǒng)天下的局面，在國內(nèi)應用工程和服務(wù)市場的份額占到一半以上。至2015年，我國GIS軟件市場中，國內(nèi)品牌超圖軟件（SuperMap）超越國外品牌Esri，成為份額占比最大的品牌。2019年，我國市場占有率排名前四的GIS軟件品牌分別是超圖軟件（市場份額超過30%）、Esri、中地數(shù)碼（MapGIS）、武大吉奧（GeoStar）。在國產(chǎn)GIS軟件高速發(fā)展的今天，中學地理應用的GIS軟件仍然以國外GIS軟件為主，對我國GIS軟件的應用、普及極為不利。

GIS技術(shù)在地理教學中的運用已經(jīng)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，都明確展示了地理信息技術(shù)的知識。我國GIS應用于中學地理教學力度逐年加大，應用GIS進行地理課堂輔助教學，提高學生的視野，增強了教師課堂魅力，使學生在輕松愉快的課堂氛圍中掌握了地理知識。

地理信息系統(tǒng)最早起源于北美，國外GIS基礎(chǔ)教育進展非常迅速。1994年，美國制定了“生活化的地理學”國家地理標準，開始了GIS基礎(chǔ)教育。英國教育和職業(yè)部1996年8月頒布了新的《國家地理課程標準》，非常注重學生信息技術(shù)能力的培養(yǎng)。雖然我國GIS應用于中學地理教學的研究逐年在增加，但總體還在起步階段，GIS應用的普及度及利用深度還不夠，現(xiàn)階段GIS應用于中學地理教育研究主要是用于輔助教學和地理空間能力培養(yǎng)兩方面。

使用教學的地理信息軟件主要是國外的GIS軟件，為了保證地理信息的安全及普及國產(chǎn)GIS軟件，各大國產(chǎn)地理信息軟件廠商應該授權(quán)我國各中學、大學免費試用教育版GIS軟件，并編寫適合我國國情與學生特點的GIS教程，提供配套練習，建設(shè)相關(guān)學習網(wǎng)站，提供中學地理教學素材，建設(shè)教學數(shù)據(jù)庫，讓國產(chǎn)GIS軟件逐步在大中學地理教學中普及，因此在教學中使用超圖軟件、中地數(shù)碼、武大吉奧等國產(chǎn)GIS軟件或開源GIS軟件，如QGIS顯得非常必要。