中学GIS教育中存在的问题与解决途径

2012-03-21南京师范大学地理科学学院210023王涛玲汤国安杨秀萍

地理教学 2012年24期

南京师范大学地理科学学院（210023）王涛玲汤国安杨秀萍

中学GIS教育中存在的问题与解决途径

南京师范大学地理科学学院（210023）王涛玲汤国安杨秀萍

国外中小学GIS教育方兴未艾，而国内的中学GIS教育历经近十年时间的教改，仍处于起步阶段，中学GIS教育面临诸多问题亟待解决。本文通过对目前国内外中学地理GIS教育的现状调研，分析了中学地理学习GIS的必要性，探讨了国内中学GIS教育在教学观念、师资力量、资金设备、应用层次等方面的问题，并提出了增加课程教学比例、依托高校资源优势、开展青年教师培训、深化教育教学内涵等解决途径，旨在为国内中学GIS教育更快、更好的发展和普及提供参考。

中学地理；GIS教育；问题；解决途径

地理信息系统（GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[1]。GIS的出现，给地理学的研究思路与技术方法带来一场革命性的变化。在一定的意义上讲，GIS已经成为新一代的地理学语言。我国GIS理论与技术，经过近40年的发展，已处于广泛应用的发展阶段。而我国中学GIS教育，仍处于刚刚起步阶段。本文通过大量的调研，将逐一介绍国内外中学GIS教育的现状，深入分析GIS教育渗透中学地理的必要性，并重点归纳中学GIS教育存在的问题及相应措施。

一、国内外中学GIS教育现状

地理信息系统最早萌芽于北美，相比而言，国外GIS基础教育进展非常迅速。美国、日本、澳大利亚、加拿大、英国、德国等国，不但将其应用在地理教学方面，帮助学生更好地认识我们的地球、环境、历史，甚至经济情况，使学生了解最新的前沿科技，认识地理信息系统概念和技术、增强地学知识，提高计算机使用技能，还着重应用于培养学生理性地、科学地分析和解决问题的能力。1994年，美国制定了“生活化的地理学”国家地理标准，开始了对于GIS基础教育的肯定。随后便召开了首届GIS在教育上应用的会议，着手实施Mapping Our City计划，该计划试图利用GIS技术，使美国城市的中学生将地理课教学内容与所在城市的社会、环境等问题联系起来，引导学生关注当地社会热点问题，借助GIS技术将这些问题可视化并寻找解决方案，最终达到在青少年中普及GIS知识，同时提高中学生科学素质的双重目的。英国教育和职业部1996年8月颁布了新的《国家地理课程标准》，非常注重学生信息技术能力的培养，要求学生使用信息技术获取信息，辅助处理、分类和呈现数据。20世纪90年代初, 英国的地理信息协会的年会专刊中，已经有文章从不同的方面讨论将GIS引入学校教育。如今，英国中小学各个不同年级的地理课程中，都已开展不同程度的GIS教育。此外，美国ESRI公司推出的K-12计划在美国中小学进行GIS教育获得巨大成功后，向世界许多国家，如：澳大利亚、加拿大、意大利、法国、日本等发达国家，以及中国、印度、非洲等发展中国家都推行了K-12计划，几十年来，影响深远，改变了许多国家中学GIS教育落后的状况，使GIS知识和文化在中学教育中得以推广和普及。总体上，欧美以及日本、澳大利亚等国十分关注GIS基础教育，大至公司（ESRI公司等）、高校（奥地利Salzburg等）团体，小至地理学者个人（Joseph Kerski[2]）都致力于GIS教育，他们的学生们不仅对GIS软件操作熟练，还能运用GIS软件结合实际问题做出分析和建议。

2003年4月，我国教育部修订、颁布了《普通高中地理课程标准(实验)》。在这之前，部分中学地理教材(如人教版高中地理选修第二册、上海版高中地理)介绍了地理信息技术(GIS、RS、GPS)在国土整治中的应用，并在2004年全国高考《文科综合能力测试》试题中，设计了城市交通图层与城市人口分布图层叠加、不同年度城市土地利用图层分析的选择判断，分值为8分[3]。新课程标准颁布后，全国各地掀起了开展GIS辅助教学和选修课的热潮，中学地理GIS教育研究应用的文章也多了很多。例如：2004年，广州执信中学王万里的《GIS的发展与中学生地理信息素养的培养》、首都师大林培英的《中学地理信息技术教学》；2005年，天津师范大学李佩武的《GIS 技术及其在地理教学中的应用分析》、广东省佛山市南海区小塘初级中学陈夏诗的《借助GIS提高学生的地理学习能力》；2006年四川师范张燕的《GIS辅助中学地理教学的功能浅析》、西北师大李晓云的《GIS技术在高中地理教学中的应用与思考》等等[4-9]。但是，在实际的地理教学中，利用GIS进行辅助教学的情况很少，更谈不上如何开发GIS技术的教育教学功能。

近几年来，部分学校结合教学内容和教学大纲的要求，通过使用相关的GIS软件，进行了一些辅助教学的尝试，同时也产生了一批有关GIS技术应用于地理教学设计的的文章杂志。例如，2006年张广琴的《ArcMap在中学地理教学中的应用》一文，以普通高中课程标准试验教科书(必修)地理(第二册)第一单元第三节中的我国人口分布为实例，介绍了ArcMap在高中地理教学中的应用； 2009年石河子大学张建龙在《GIS在计算机辅助地里学中得应用》一文中，以地形图判读教学、东亚季风气候成因教学以及农业布局原则为例，介绍了 Arcview地理教学中的应用；2010年陆庆花的《GIS在中学地理教学中的应用》一文，亦以普通高中课程标准实验教科书（北师大版）必修三第一章第一节区域和区域差异中的中国三大自然区自然环境的差异内容为例，具体介绍了MapInfo的强大功能等等[10-12]。

综上，中学GIS教育还处于较低层次的教学实践探讨和教学方案设计阶段，并没有如美国、日本等发达国家一样在中学地理教学中得到普及，更没有通过深层次的开发GIS技术的教学功能，在校园中形成一种GIS的文化氛围。此外，我国台湾、香港地区的GIS基础教育也走在大陆前面。

二、中学地理学习GIS的必要性

著名的地理信息系统专家陈述彭院士认为：“定性描述是地理学的第一代语言，地图是地理学的第二代语言，地理信息系统是地理学的第三代语言。”随着信息技术的发展，地理学的表达形式正朝着多元化、技术化的方向发展。在现代化社会背景下，地理教育的目标、内容、形式，以及GIS技术自身强大的功能和优势，决定了GIS技术应用于中学地理教学的必要性：

1. 信息技术社会的要求

21世纪的社会正处于知识大爆炸的信息技术时代，地理信息的搜集、地理素养的培养也日益受到人们的关注。孙大文在《拓展地理教育的视野迎接地理教育的春天》一文中说到：“地理教育不应单纯追求地理知识的数量，而应更重视各种地理信息的收集和筛选能力。然而这一能力的培养和训练，又和我们地理教学的计算机软件建设密切相关。”[13]GIS技术的迅速发展和应用，正是迎合了现代信息技术社会背景下地理教学的要求。

2. 基础课程改革的需要

2003年颁布的《普通高中地理课程标准(实验)》前言部分提到:“全面推进素质教育，要求从学生的全面发展和终身学习出发，构建体现现代教育理念、反映地理科学发展、适应社会生产生活需要的高中地理课程。”[14]地理学科的迅速发展和素质教育的推进，对基础课程的改革提出了新的挑战。全面普及GIS教育，不仅可以有效地提高教师的教学能力和专业素养，更重要的是有助于培养学生的信息意识和信息能力，达到基础课程改革培养未来公民所必备的地理素养的首要目标。

3. GIS技术自身强大功能和优势

GIS作为一个独特的信息系统，无论是在辅助教学功能上，还是在教学效果上，都有着极大的优势。GIS是一门技术，有着自身强大的功能，如地理数据的可视化、地理数据的查询、空间分析以及制图等功能。在教学效果上，有助于提高学生的自主性，刺激学生多种感官，激发学生兴趣，增强学生地理素养，培养学生独立解决问题的能力等。GIS技术的渗透，为传统的地理教学注入了新的血液，对地理教学的内容、形式和手段产生了深远的影响。

三、中学GIS教育存在的问题

自高中地理课程标准颁布至今已有10年之久。一直以来，也不乏有地理教育者们积极研究如何将GIS教育更好的融入中学地理中来，关于中学GIS教育的理论成果也不在少数，但是，因受到软硬条件等各方面的因素限制，中学地理GIS教育仍处于起步阶段，并存在着种种问题，严重制约了GIS技术在中学地理教学中的应用与普及。

1. 备受高考试题影响，课堂教学动力不足

据调查统计，以全国高中地理考试大纲说明为例，《2007年高考全国统一考试地理考试大纲》第三部分区域可持续发展中，首次将地理信息技术的应用部分纳入了考试大纲。但是，对这部分内容的考试要求，仅仅停留在一些简单的含义、功能及应用层次，试题形式多为简单的选择题，所占分值很低，其他自主命题省份的考试大纲（说明）也大多如此。多数地理教师对于GIS技术在中学地理教学中的应用，无奈抱着“高考考什么，学生学什么”的态度。而事实上也是如此，全国各省真正开展GIS教育的学校屈指可数，很多教师抱怨，心有余而力不足，学生升学压力很大。尽管地理信息系统在中学地理教学中的应用有着必然的趋势，课堂的教学内容却只能跟着高考指挥棒走。

2. 基本素材投入不够，制约GIS教育实施

新世纪以来，我国中学的基础设施建设有了很大的提升，尤其随着信息技术的发展，中学建立计算机微机房已不是难事，但是要建立配套的地理信息系统实验室还颇具难度。一是，目前GIS技术软件多为商业化软件，不仅价格昂贵，而且系统庞大，不适宜用于中学教学。另一方面，缺少丰富有效、适用于基础教育的免费数据和教材。地理信息系统是以地理空间信息为支撑的，相应的地理数据自然显得尤为重要。但是，目前我国只有少数中学确立为GIS教育的基地，其他中学迫于软硬条件的限制，很少能够开展GIS教学。

3. 专业师资力量缺乏，知识讲解无法到位

我国GIS技术应用于中学地理教学起步晚，许多地理教师平时忙于学科教学及学校各种琐碎事务，无意或无暇抽身于地理信息系统基础理论知识和基本技能的学习与操练，自身GIS素养不专业，GIS软件操作不熟悉。稍懂皮毛的教师也只是为了迎合GIS技术发展趋势，在参加赛课等活动时，运用一些简单的GIS软件，设计教学案例辅助教学，并不能够广泛掌握地理信息系统的专业知识，熟练操作相关软件，更不用提如何将GIS技术与中学地理自然、人文、区域等教学内容紧密联系、互相渗透，形成一套完整的、系统的地理信息技术教学体系。总体上，我国中学地理教师还难以胜任GIS的教学工作。

4. 技术应用停留表层，未达到应有教学效果

从我国中学地理GIS教育的现状可以看出，目前，大部分中学GIS技术的应用都还停留在利用一些著名的GIS平台软件，对地理数据的可视化、信息查询、空间分析、制图等进行辅助教学的层次。虽然也有一些成效，如引发了一部分学生对地理学科的兴趣，但始终未能很好的发挥地理信息技术应用于地理教学应有的教学效果。中学地理教育的使命是要引导学生关注全球问题和我国改革开放以及现代化建设中的重大地理问题，弘扬科学精神和人文精神，培养创新意识和实践能力等，GIS技术的引入，不应该纯粹的为使用而使用，走形式而不注重GIS技术背后对地理教育的强大推动力。

四、解决途径

我国中学地理教育者也看到了中学GIS教育存在的问题，并简要提出了相应意见、措施。作者在前人的基础上，结合当前的实际情况，总结了如何更好的推动中学GIS教育发展的途径。

1. 增加课程教学比例，全面推进素质教育

地理空间是地理学永恒的主题，地理信息系统与其它信息系统的独特区别在于其数据的空间定位特征。在中学地理教学中融入GIS教学，有利于推动中学生地理素质的培养，而地理素质教育是中学生全面素质教育的组成部分之一。因此，地理教育者们应该紧跟课程改革的步伐，满足时代对素质教育的要求，摆脱应试教育的限制，适当增加GIS课程的教学比例。青年教师更要在经验丰富的老教师带领下，积极开发适合本校学生层次，符合本校教学环境的GIS校本课程，为全面推进素质教育和普及GIS教育打下基础。

2. 依托高校资源优势，科研反哺中学教学

我国中学GIS教育虽起步较晚，但许多高校GIS教育已逐成体系，并且在GIS理论和技术方面的科研成果颇丰。如笔者所在的南京师范大学地理科学学院的GIS专业建设和科研成果都已相对成熟，附近的中学完全可以依托高校软件、数据、师资等各方面资源，通过与高校共建实验室，聘请高校教师进行讲座等，反哺中学GIS教育的建设。高校也应积极配合中学GIS教学建设的要求，努力提升自身专业建设，以便更大范围的辐射所在地区的中学GIS教育，同时也有利于各中学向高校输送高素质、能力强、 “上手”快的生源。

3. 开展青年教师培训，提高教师专业技能

教师的自身素质是制约利用GIS辅助教学的活跃因素[15]。只有教师的GIS专业素养提高，操作技能过硬，才能熟能生巧，将GIS技术与中学地理教学内容更好地结合起来。要提高教师的专业技能，一方面要积极开展对在职教师的GIS培训，具体的可以利用寒暑假时间，将各中学的地理教师集中起来，请高校专家进行有针对的训练。另一方面，GIS技术应用于中学地理教学已成为必然趋势，各高校在培养地理师范生时，应该未雨绸缪，对他们进行将地理信息系统、遥感等专业与中学地理教学内容相结合的专门训练，将GIS技术知识作为高校学习的重要内容之一。

4. 深化教育教学内涵，重视学生创新意识

GIS技术强大的软件功能，为教师教学案例设计带来了极大地便利，打破了传统的教学模式，对教师教学手段、教学形式也有很大的影响。然而，GIS技术应用于中学地理教育，应更多的着眼于学生，以培养学生的空间思维、地理素养为主要目的。充分发挥教师的主导性和学生的主体地位，深化GIS技术教学内涵，调动学生学习的积极性，启发学生主动思考的意识，发展学生的空间智能，锻炼学生独立解决问题的能力，并在运用GIS技术解决实际问题的过程中，重视学生创新意识的培养。从而发挥出地理信息系统应用于教育教学的强大功能，使地理信息技术脱离仅仅用于辅助教学的低层次应用。

当代GIS的发展已经逐步面向大众，成为“寻常百姓”可以共享的技术。GIS技术应用于中学地理教学是未来地理教育必然的趋势，地理教育者应该深刻认识到GIS技术强大的功能，勇于克服各种困难，大胆探索，积极地将GIS技术引入中学地理教学中，让GIS技术成为改革传统课程教学模式、教学手段的有力工具，成为培养学生地理素养、空间思维的现代化技术载体。

[1] 汤国安,刘学军,闾国年等.地理信息系统教程[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] http://www.josephkerski.com/

[3] 林国银.GIS在中学地理地图教学中的应用研究[D].福建师范大学教育硕士学位论文,2005.

[4] 王万里. GIS的发展与中学生地理信息素养的培养[J].中学地理教学参考,2004 (6)：45.

[5] 林培英.中学地理信息技术教学[J]. 课程•教材•教法,2004,24 (7):58-62.

[6] 李佩武,周江,荆平.GIS技术及其在地理教学中的应用分析[J].天津教育,2005 (6):52-53.

[7] 陈夏诗. 借助GIS提高学生的地理学习能力[J].信息技术教育,2005 (11):48-50.

[8] 张燕. GIS辅助中学地理教学的功能浅析[J].地理教育,2006 (6):33.

[9]李晓云. GIS技术在高中地理教学中的应用与思考[J].甘肃科技,2006,22 (5):229-230.

[10]张广琴.ArcMap在中学地理教学中的应用[J].福建地理,2006,21 (2):164-167.

[11]张建龙.GIS在计算机辅助地理教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2009 (13):163-164.

[12]陆庆花,李培鑫,杜静.GIS在中学地理教学中的应用[J].时代教育,2010 (10):289-290.