GIS在地理探究學習中的應用價值與路徑

摘 要：在新課標和教育信息化背景下，如何促進信息技術與教學深度融合是亟需研究的重要教學實踐課題。本文以GIS在地理探究學習活動中的教學價值分析為基礎，以“維護國家海洋權益”為例，從輔助教學主題選取著力核心素養、驅動核心問題探究等方面探索GIS賦能地理探究學習的教學路徑。實踐表明，融合GIS的地理探究學習可有效培育學生地理核心素養和信息素養并充分發揮學生主體作用，有利于促進教學方式的轉變。

關鍵詞：地理信息系統；探究學習；GIS；海洋權益

中圖分類號：G633.55? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-5207（2024）03-0021-04

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》提出信息技術為學生提供自主學習、探究學習和合作學習的開放空間，促進地理學習的拓展和深入。地理信息系統（GIS）是地理學最重要的技術手段之一，其強大的分析和處理功能為學生開展探究學習提供真實情境創設、信息獲取、定量定性分析、可視化呈現等教學支持。如何在以“自主、探究、合作”的教學形式中發揮GIS的教學價值并培育學生核心素養，是信息技術與地理教學深度融合的重要課題之一。本文基于GIS在地理探究學習活動中的教學價值，結合“維護國家海洋權益”課例說明GIS助力地理探究學習的教學路徑，以期為一線教師應用地理技術手段提供實踐參考。

一、GIS在地理探究學習中的價值

1.多途徑獲取教學素材，創設真實情境

日常教學中，教師通常使用教材、雜志、地圖冊等紙質素材，或是借助網絡搜索各種地圖。但紙質素材通常具有滯后性，而網絡上的地圖又難以完全契合教學需要。借助GIS將專業地理網站獲取的地理數據制作成課堂教學所需的各種地圖，可保障情境創設所需素材的真實性、實時性。例如，下載30 m分辨率的全球地表覆蓋數據，利用GIS提取出建設用地并制作某城市不同時期建設用地分布圖，認識城市化過程。此外，在戶外調查、訪談等實踐活動中，GIS可將調查獲取的信息賦予空間屬性，形成一手教學素材。又如，在開展校園植被調查活動中，學生用手機獲取每棵植被的坐標，利用GIS將每個坐標賦予植被名稱、類型等屬性，從而獲得校園植被的空間分布數據，為學習情境創設提供教學資源。

2.定性和定量分析結合，提升探究深度

解決地理問題應是由定性分析到定量分析，再由定量分析到新的定性分析螺旋式上升的思維過程。利用GIS的圖層疊加，輔助學生定性分析地理要素之間的關聯。GIS的緩沖區分析、疊加分析、路徑分析、空間插值、分區統計等空間分析工具可對地理問題進行定量分析。如學習“人口分布”時，首先在GIS軟件中將人口密度圖層疊加在地形、河流分布、氣候分布等圖層之上并逐一顯示，定性分析人口分布與自然地理環境要素的關聯，逐步實現單要素綜合到多要素綜合的思維進階。然后，將某區域高程數據和人口密度柵格數據導入GIS，利用分區統計工具計算出不同海拔、坡度、坡向的人口比重，定量分析人口分布與地形的關系［1］。讓學生更加全面地認識地理規律，以提升探究學習深度。

3.可視化呈現探究結果，增強展示效果

展示交流探究學習的成果是對學生語言、文字、創造和實踐能力進行表現性評價的重要方式，也有利于增強學生學習活動的獲得感。利用GIS將地理數據轉化為專題地圖、3D地形圖，用地圖語言表達地理事象的空間位置、空間關系和空間演變，既凸顯了地理學科特點，也使得復雜的數據變得直觀和易于理解。此外，利用GIS將探究學習的成果形成地理數據上傳到網絡平臺，瀏覽者可通過縮放、平移、查詢等操作與地圖進行互動，讓更多人深入了解研究內容，并提出反饋意見。

二、GIS輔助地理探究學習的教學路徑

1.選取主題：契合GIS技術輔助優勢

高中階段融合GIS開展地理探究學習，選取的主題除了應能夠激發學生探究欲望，培育地理核心素養，具有時代和科學價值之外，還應該考慮探究主題與GIS技術的契合度。其一，GIS主要關注地理空間的分析和模擬，所選主題應具有一定的空間特征和空間關聯性。如本次選取“維護國家海洋權益”作為主題，可利用GIS收集領海基點數據、海底地形數據等，繪制領海、專屬經濟區分布示意圖和大陸架剖面圖，辨識海洋權益的空間范圍。進一步疊加春曉油田位置和日本提出的所謂“中間線”圖層，借助GIS的地圖查看、縮放、測量等功能認識空間關聯。其二，GIS依賴地理數據進行分析和可視化，因此，需要確保所選主題有較豐富的相關數據并容易獲取。其三，很多GIS軟件操作難度大，確保開展主題探究活動所涉及的軟件操作難度較低或經過簡單培訓學生便能上手操作。如本次活動中涉及的“數據導入、圖層疊加、距離測量、地圖縮放”等操作，在QGIS軟件中均可直接上手，所涉及的“緩沖區分析”也是經過簡單培訓即可。

2.預設目標：融合地理核心素養和信息素養

預設目標有助于引導教學內容的選擇、教學范圍和深度的界定，也是對學生進行表現性評價的依據。課程標準對地理學習的每個模塊內容在必備知識、關鍵能力和核心素養方面都有具體要求，這是教師確定學習目標的基本依據。本節課對應的課標有“通過探究有關人文地理問題，了解地理信息技術的應用；結合實例，說明國家海洋權益；運用資料，說明釣魚島及其附屬島嶼是中國固有領土，中國對其擁有無可爭辯的主權”。信息素養是指學生在信息時代中獲取、評估、使用和傳達信息的能力和意識，是學生應對未來信息化環境下的生活、學習、工作的必備素養之一。融合GIS開展地理探究可培育學生地理數據獲取、評價、空間分析、制圖表達等信息素養。因此，GIS融合下的學習目標應該體現出對學生信息素養培育的要求。基于課程標準和信息素養的要求，預設了本節課的教學目標如下：①能夠收集春曉油田的坐標并制作區位圖，認識其地理位置的特殊性。②能夠利用GIS軟件制作海洋權益示意圖，理解海洋權益相關概念。③能夠利用GIS軟件的測量工具，定量分析海洋權益爭端事件并說明維護國家海洋權益的意義。

3.開展活動：借助GIS探究核心問題

（1）創設核心問題

研究地理問題的視角通常包括“它在哪里？它是什么樣的？它為什么在那里？它是什么時候發生的？它產生了什么作用？怎樣使它有利于人類和自然環境”［2］。首先，認識研究對象的位置是理解海洋權益相互依存關系的前提，也是本次探究學習的開始。其次，學生借助GIS軟件通過不同尺度切換和不同類型區域疊加對比，明確海洋權益的范圍、界線和權益主張是探究學習的認知基礎。最后，面對真實問題情境，利用GIS輔助表達觀點辯護國家主權是探究學習的落腳點。基于“認識爭議位置、知曉海洋權益、辯護國家主權”的教學主線，引導學生思維和能力不斷發展，創設核心問題如下：①春曉油田所處海域為什么容易引起爭端，借助QGIS繪制區位示意圖說明；②春曉油田是否處于我國海洋權益的范圍，請借助QGIS繪制海洋權益示意圖說明；③學生借助QGIS，闡述日本提出的所謂“中間線”侵犯了我國哪些海洋權益？

（2）圍繞核心問題驅動探究

【探究活動一】知“春曉”之爭端

情境激疑：教師播放春曉油田開發爭端事件的相關視頻，并配文說明：近20年以來，我國在東海海域開發春曉油田，日本以該海域為爭議海域為由頻頻提出抗議，并強烈要求中方停止開發。

核心問題：春曉油田所處海域為什么容易引起爭端，借助QGIS繪制區位示意圖說明。

GIS輔助探究：學生通過查閱資料得到春曉油田地理坐標，將數據保存為CSV文件，依次點擊QGIS菜單欄“圖層”→“添加圖層”→“添加分割文本圖層”將坐標數據導入圖層，疊加在“中日海岸線”圖層上。觀察地圖了解春曉油田距周邊海岸的相對位置，利用QGIS“要素之間最短線”工具計算出油田距我國赤尾嶼約142.6海里，距漁山島約174.1海里，距離日本琉球群島的久米島約151.7海里。最后，在QGIS“新建打印布局”窗口中依次點擊右側菜單欄中“添加地圖”和“添加比例尺”，繪制出“春曉油田區位圖”（圖1）。

展示匯報：通過QGIS定量分析了油田與中國和日本海岸線距離，表明春曉油田居于中日之間，且距離均小于200海里專屬經濟區的最大范圍，從而導致兩國主張權益范圍存在重疊區（日本主張釣魚島主權歸日本為劃界基點）。

【探究活動二】明海域之權利

概念學習：學生閱讀湘教版教材必修第二冊P102“各類海域分布示意”和關于海洋權益的描述，說出圖中相關區域的含義及其空間范圍并討論我國在海洋中享有的各種權利和利益。

核心問題：春曉油田是否處于我國海洋權益的范圍，請借助QGIS繪制海洋權益示意圖說明。

GIS輔助探究：學生利用網絡查找1996年5月15日和2012年9月10日我國政府先后發表的聲明以及公布的部分領海基點，整理出春曉油田周邊海域的基點。利用QGIS“點轉線”工具將基點連成線，生成領海基線。利用QGIS“緩沖區”工具在領海基線圖層的基礎上生成領海和大陸架范圍，制作“領海、專屬經濟區示意圖（圖2）；利用“Terrain profile”插件工具在“海底地形”柵格數據基礎上生成地形剖面圖，制作“大陸架示意圖（圖3）”。學生分組合作完成，每組由課前受過培訓的學生負責主要操作，其他學生可參與體驗和協助完成任務。

展示匯報：學生在QGIS的輔助下制作了示意圖，學生代表結合示意圖闡述如下觀點：①春曉油田位于我國專屬經濟區范圍，根據《聯合國海洋法公約》，我國對該海域有無可爭辯的主權權利和管轄權。②春曉油田位于我國東海大陸架上，我國享有勘探、開發包括海床、底土的自然資源的主權權利。

【探究活動三】護海洋之主權

情境創設：日本認為兩國在劃定距離不足400海里的專屬經濟區分界線時，要以雙方等距離的中心線進行劃分，提出所謂的“中間線”，利用QGIS將日本所謂“中間線”導入圖層。

核心問題：學生借助QGIS，闡述日本提出的所謂“中間線”侵犯了我國哪些海洋權益？

GIS輔助研究：學生滾動鼠標滑輪在QGIS中縮放地圖，觀察大比例尺地圖，發現所謂“中間線”把中國釣魚島和赤尾嶼劃到了日本一側。利用QGIS“測量”工具測量所謂“中間線”距東海大陸架邊緣的距離約82海里至114海里。最后，在QGIS的“打印布局”視圖下制作出“中間線”與我國島嶼和大陸架的空間關系示意圖（圖4）。

展示匯報：學生借助QGIS觀察和測量發現，日本提出所謂的“中間線”侵犯了我國領土主權和大陸架的海洋權益，并結合示意圖闡述如下：①日本所謂“中間線”是以釣魚島主權屬于日本且釣魚島作為劃界基點為前提，這侵犯了我國釣魚島及其附屬島嶼的領土主權。②“中間線”根本否定了中國依據《公約》享有本國領土全部自然延伸的大陸架的權利。

4.總結評價：關注探究學習過程和成果

表現性評價是對學生在真實情境中解決問題時所表現的語言溝通、圖文表達和利用GIS分析解決問題的能力評定［3］，也是對實踐過程中表現出的信息收集、整理、評估等信息素養的評定。評價要關注全過程，評價主體要多元，包含自己、同伴和教師。筆者對本次探究活動制定了如表1所示的表現性評價量規。

三、總結與反思

通過本次課例的實踐，關于GIS在學生素養培育方面有以下感悟。其一，學生在核心問題的驅動下開展探究活動，體驗了GIS在數據獲取、分析、可視化等方面的應用，提高了地理實踐力。其二，借助QGIS繪制示意圖表達觀點，學會運用“空間—區域”的觀點認識地理環境，培育了區域認知素養，實踐中也鍛煉了信息收集、整理、評價、分析等能力，培育了信息素養。其三，利用QGIS測量工具認識到赤尾嶼面積雖小（測算出約0.1 km2）但海洋權益大（測算出領海范圍約1 600 km2），并在不同尺度地圖的切換下有了更加直觀的視覺沖擊，形成強烈的主權意識：哪怕是地圖上的一小點，都是國家不可分割的主權領土。增強了學生的主權意識和家國情懷，落實立德樹人的教育根本任務。

筆者關于GIS融合地理探究學習需要注意的事項有以下反思。第一，處理好探究學習過程中學生和教師的關系。探究活動中應充分調動學生積極性，通過自主、合作、探究學習形成有意義建構，教師可給予學生情感鼓勵、方法指導、技術支持、評價提升。第二，恰當選擇GIS應用平臺。可用于中學地理教學的電腦端或網絡端GIS平臺類型多樣，應基于校情和學情選擇易學習、易安裝、易獲取的應用平臺，降低技術門檻。第三，發揮好GIS在學習活動中的教學價值。GIS融合地理教學是為了促進教學目標的達成和素養的提升，應基于探究活動需要尋找合適的技術融合錨點，避免技術過度使用。

參考文獻：

［1］ 王俊生.QGIS在地理項目式學習中的應用探索——以“衢州人口分布與地形關系的定量分析”為例［J］.地理教學，2021（18）：61-64.

［2］ 馮以浤.地理教育國際憲章［J］.地理學報，1993（4）：289-296.

［3］ 李玉鈞.高中地理課堂觀察量表的開發原則與途徑［J］.地理教育，2017（7）：11-13.