GIS平臺在生態脆弱地區環境變化教學中的應用

高中地理教學中會涉及很多的地圖知識，如果只是采用傳統的理論講解方式，很難讓學生對地理知識形成直觀、深刻的理解和認識。GIS（GeographicInformationSystem）是一款專業的地理信息制圖軟件，將其應用于高中地理教學中，可以幫助教師快速地制作地圖，而且支持單用戶和多用戶的編輯，可以對復雜的地理信息進行整理歸納，對于提高高中地理教學效果和學生的學習效率大有裨益。本文，探討GIS平臺對整個高中地理教學的意義。

一、教學目標

1.培養學生利用GIS技術分析生態環境變化的能力，提升地理信息技術的應用水平。使學生通過學習掌握GIS平臺的基本概念，理解其在生態環境研究中的作用；理解黃土高原地區的地理特征，掌握水土流失、植被退化等生態問題的形成原因，利用GIS平臺分析不同時間段的衛星影像，研究土地利用變化，評估生態治理成效，并模擬可能的環境演變趨勢。

2.通過對黃土高原生態問題的學習，使學生認識生態環境保護的重要性，增強環保意識和社會責任感。GIS技術的應用將激發學生的科學探究精神和創新思維，使他們理解科技在環境保護中的價值，并加強對生態治理問題的關注和思考。

二、學情分析

本課程面向高中二年級學生，他們已具備一定的地理基礎知識，然而，GIS技術較為專業，部分學生可能對其較為陌生，缺乏實踐經驗。因此，教師需要提供清晰的演示，結合簡單案例幫助學生熟悉GIS軟件的基本功能。盡管學生具備一定的地理分析能力，但可能對空間數據分析方法不熟悉，在實際操作中易遇到困難。因此，教學過程中教師應鼓勵學生積極動手，并采用分層教學，根據學生的水平提供指導。

三、教學內容

本課程圍繞GIS技術在黃土高原生態環境變化中的應用展開，以魯教版高中地理選擇性必修2第二單元第一節“生態脆弱地區的發展一以黃土高原地區為例”為教學依據，結合遙感數據與生態治理案例，使學生理解GIS在環境研究中的作用。相關內容包括：（1）GIS的概念、功能及其在地理研究中的應用；（2）GIS技術在生態環境變化監測中的作用，包括遙感影像分析、地理信息可視化、空間數據處理等；（3）黃土高原的生態環境現狀，包括地理位置、氣候特點及自然環境特征；（4）生態脆弱性表現，如水土流失、植被退化、土地荒漠化等問題；（5）生態環境變化的主要影響因素，包括自然因素（氣候、土壤）和人為因素（農業開發、放牧）。

四、教學重難點

（一）教學重點

本課程的重點在于GIS平臺在生態環境變化分析中的應用，學生需要理解GIS如何通過數據分析與空間可視化技術對黃土高原地區的環境演變進行監測和研究。黃土高原的生態脆弱性是本節課的核心議題，學生需要深人探討其成因，關注水土流失、植被退化等問題，并思考人類活動對這一地區生態系統的影響。

（二）教學難點

在進行數據分析時，學生可能會遇到空間數據解讀的困難，特別是在遙感影像分析、地理數據疊加以及時空變化趨勢判斷方面，需要通過大量實例練習提升能力。生態環境治理的GIS建模分析涉及復雜的空間模擬和數據計算，如何將GIS平臺的分析結果與實際治理措施相結合，是課程中的高階思維訓練，需要教師在課堂上提供案例指導，并通過小組合作學習方式引導學生逐步掌握這一技能。

五、教學準備

為了確保課程的順利開展，教師需要提前選取具有代表性的GIS教學案例，制作涵蓋黃土高原生態環境變化的GIS地圖數據包，為學生提供直觀的學習資源;熟悉ArcGIS和QGIS等主流GIS軟件，掌握相關操作方法，并在課程中演示數據分析的具體流程;整合黃土高原生態環境變化的相關資料，包括水土流失、植被恢復和土地利用變化的研究成果，為課堂提供翔實的數據支持。

六、教學過程

（一）GIS平臺基礎講解

課堂伊始，教師在屏幕上展示GIS平臺的界面，并播放一段簡要的視頻，介紹GIS的基本概念。

教師：同學們，你們覺得GIS是什么？它與我們日常所接觸的電子地圖有什么不同？

隨后，教師在GIS軟件界面上標注GIS的主要組成部分，包括空間數據庫、地理分析工具、可視化地圖和用戶界面等，向學生展示GIS如何存儲和處理地理數據。通過不同圖層的切換，教師直觀地演示GIS如何同時疊加多個數據集，如地形圖、植被覆蓋圖、水土流失圖等。

（二）引領入境 教學導人

地理課程的核心目標之一是幫助學生理解生態環境的變化及其影響。為了讓學生更直觀地認識黃土高原的環境問題，并引導他們思考GIS技術在環境分析中的應用，教師可以通過多媒體資源展開情境導入。課堂開始，教師向學生展示一段黃土高原的高清航拍影像，畫面中呈現出千溝萬壑的黃土地貌，以及部分地區的水土保持措施，如梯田、植被恢復區等。教師隨即提出問題：同學們，這些年來黃土高原的生態環境發生了哪些變化？它的主要問題是什么？

同時，教師在大屏幕上展示黃土高原不同時期的衛星遙感影像，分別選取過去三十年間具有代表性的時間節點，并對比不同區域的植被覆蓋度和土地利用情況，讓學生觀察黃土高原的生態變遷。為了加深學生對生態環境變化的理解，教師提出三個關鍵問題，引導學生進行深入思考和討論。

1.生態環境變化有哪些表現？

教師展示黃土高原典型的水土流失圖片，同時播放一段關于降雨后黃土高原被嚴重沖刷的短視頻。畫面中，陡峭的溝壑中洪水裹挾著大量泥沙奔騰而下，形成泥石流，沖毀農田和村莊。隨后，教師結合GIS遙感數據，展示近年來黃土高原的土地退化情況，并提出問題：從影像中，我們可以看出哪些生態環境變化的跡象？借以引導水土流失造成生態環境變化的具體表現。

2.為什么黃土高原是生態脆弱區？

教師繼續展示一張黃土高原地形剖面圖，結合GIS地理數據，展示黃土高原地區的土壤特性、降水特征以及歷史上人類活動的影響，并向學生提出問題：黃土高原為何會成為我國最典型的生態脆弱區？是什么導致這里的生態環境如此不穩定？師生互動，共同總結地理環境與人類活動的雙重作用，并提升對于治理的關注程度。

3.我們如何利用GIS分析生態環境變化？

教師接著展示一張GIS平臺生成的黃土高原土地利用變化圖，圖上清晰地標注了不同年份的土地類型變化，如耕地轉化為林地、荒漠化擴張區域、植被覆蓋改善區域等。教師提出問題：面對黃土高原生態環境的退化，我們可以利用GIS技術做些什么？引導學生利用GIS評估不同治理措施的成效。如教師可以利用GIS分析建設梯田和水壩后水土流失情況如何變化，進而制定更科學的治理方案。

（三）黃土高原生態環境分析

教師結合GIS平臺的數據分析，帶領學生深入探討黃土高原的生態環境特征，并分析導致其生態脆弱性的自然與人為因素。教師在GIS系統上疊加黃土高原的土壤侵蝕數據圖層，展示該區域的侵蝕等級分布情況。數據圖像中，部分地區被標注為“重度侵蝕”，而其他區域則呈現較輕微的侵蝕狀況

教師：你們能觀察到哪些區域的土壤侵蝕最為嚴重？它們的共同特征是什么？

學生（觀察后回答）：嚴重侵蝕的地方大多位于陡坡地帶，而且這些地區的植被覆蓋率很低。

為了讓學生更系統地理解生態環境變化的成因，教師在GIS平臺上分別展示影響黃土高原生態環境變化的自然因素和人為因素數據，并進行對比分析。

教師在GIS平臺上加載黃土高原的降水數據圖層，并提問：從這張GIS降水圖中，你們能看出黃土高原的降水特征嗎？為什么這種降水模式會影響水土保持？

學生：降水主要集中在夏季，而且降雨量不穩定，短時間內的暴雨可能會導致嚴重的土壤侵蝕。

教師：沒錯。黃土高原的土壤質地疏松，缺乏黏性，在暴雨沖刷下很容易發生水土流失。此外，地形的坡度也會影響侵蝕程度，我們來看一張GIS坡度分析圖。

教師在GIS平臺上疊加坡度數據圖層，展示陡坡區域與水土流失嚴重區域的對比，并解釋：GIS數據顯示，坡度越大的地方，土壤流失的風險越高。這是因為水流的沖刷能力與坡度成正比，坡度越陡，水流侵蝕能力越強。

在分析完自然因素后，教師在GIS系統中加載人類活動影響數據圖層，并展示該區域的土地利用變化情況。GIS地圖上清晰地顯示出過去三十年間黃土高原土地利用方式的變化趨勢，尤其是耕地擴張與草地退化的情況。

教師：你們能從這些GIS數據中看出人類活動是如何影響黃土高原生態環境變化的嗎？

學生：GIS地圖顯示，很多耕地以前是草地或林地，可能是人類過度開墾導致植被減少，增加了水土流失風險。

教師在GIS平臺上疊加草地退化數據圖層，展示草地退化區域的空間分布情況，并解釋：放牧過度會導致草地植被稀疏，根系無法穩固土壤，最終導致王壤流失加劇。這些GIS數據可以幫助我們量化這些影響，并預測未來可能的生態變化趨勢。

在掌握了黃土高原生態環境變化的成因后，教師引導學生利用GIS數據預測未來環境變化的趨勢

教師：如果不采取治理措施，你們認為未來黃土高原的生態環境會如何變化？GIS數據可以如何幫助我們進行預測？

學生：如果不治理，水土流失會越來越嚴重，土地可能會逐漸荒漠化。GIS可以幫助我們監測土壤侵蝕情況，并模擬未來可能的變化。

教師：沒錯。GIS系統可以利用歷史數據進行趨勢分析，模擬未來土壤侵蝕、植被變化甚至降水沖刷的影響。例如，我們可以利用GIS水文模型預測不同地區的土壤流失量，并據此制定相應的生態治理措施。

（四）GIS實踐操作

在完成前面的GIS數據分析后，學生將進入實踐操作環節，以小組合作的方式，利用GIS軟件分析黃土高原某一地區的生態環境變化。教師在GIS平臺上劃分研究區域，并將學生分成若干小組，每組負責一個特定區域的環境變化分析。

教師：同學們，現在我們要利用GIS軟件對黃土高原的生態環境變化進行分析。請各組選擇一個研究區域，并完成以下任務。

教師在黑板上寫下實踐任務：（1）疊加不同時間段的遙感數據，分析植被覆蓋變化；（2）計算不同區域的水土流失強度，評估侵蝕風險；（3）結合GIS數據，評估生態修復措施的成效，并提出優化方案。

學生：老師，我們能選擇一個退耕還林政策實施較早的區域進行分析嗎？這樣可以更直觀地看到植被恢復的效果。

教師：很好，這是一個有價值的研究方向。你們可以選擇某個重點生態治理區，利用GIS軟件對比治理前后的變化。

在任務明確后，學生開始動手操作GIS軟件，加載指定研究區域的遙感影像數據。各小組根據研究任務，分別進行土地利用分類、植被覆蓋變化分析和水土流失計算。

教師巡視課堂，觀察學生的操作，并提供技術指導。

教師：請注意在GIS平臺上正確加載影像數據，并使用分類工具對土地類型進行標注。遇到問題可以隨時提問。

學生：老師，我們發現GIS軟件可以計算NDVI（歸一化植被指數），能不能用它來衡量植被變化？

教師：很好的思路！NDVI是遙感分析中常用的指標，你們可以用它量化不同時間段的植被覆蓋程度。

各小組完成數據分析后，將結果可視化為地圖，并撰寫簡要報告，闡述分析過程和主要發現。

各小組依次展示GIS分析結果，并解釋研究區域的生態環境變化情況。

教師對各小組的研究成果進行點評，并總結GIS在生態環境研究中的價值，引導學生思考GIS如何為未來生態治理提供更科學的決策依據。

（五）總結與拓展

在課程的最后階段，教師引導學生對本節課的內容進行總結，并拓展思考GIS在更廣泛的生態環境研究中的應用。

教師：同學們，今天我們學習了GIS技術在生態環境研究中的應用，現在讓我們回顧一下GIS是如何幫助我們監測環境變化的。

學生：GIS可以對比不同時間段的遙感數據，分析植被變化、水土流失情況

教師：沒錯，GIS不僅能監測生態變化，還能計算土地利用變化的比例，為生態治理提供科學依據

教師：GIS數據分析對生態治理有什么意義？

學生：它可以幫助我們評估不同治理措施的成效，如退耕還林的效果是否顯著。

教師：正是如此，GIS數據分析為環境決策提供了重要支持，使治理更加精準高效。

隨后，教師引導學生進行拓展思考：GIS技術是否適用于其他生態脆弱地區，如西北荒漠化地區？

學生：可以，GIS能用于監測沙漠擴張趨勢，幫助制定防沙措施。

教師：那么，未來如何利用GIS進行生態修復規劃？

學生：GIS可以模擬不同治理方案的效果，優化生態恢復策略。

（設計意圖：通過回顧和拓展，學生對GIS技術在生態環境研究中的應用形成更加系統的認知，為今后進一步探索GIS在地理研究和環境管理中的應用奠定基礎。）

七、教學反思

（一）教學亮點

本節課通過GIS平臺的應用，使地理學習更加直觀，提升了學生的空間認知能力。小組合作的方式增強了學生的自主學習和探究能力，使他們能夠在實踐中理解GIS技術的實際應用。此外，利用真實數據進行生態環境分析，學習內容更具實用價值。

（二）改進方向

在教學過程中，部分學生對GIS軟件的操作仍存在困難，因此，教師需要進一步加強基礎培訓，使學生更快上手，并提供更多實踐案例，幫助學生深入理解GIS在不同生態環境中的應用，同時加強課堂互動，通過更多討論和演示，提高學生的學習積極性。

（作者單位：煙臺市牟平育英藝術中學）

編輯：趙飛飛