浅谈GIS在中学地理教学中的应用

杨振娜 崔东

GIS技术应用于地理教学使学生理解问题更深刻，其独特的立体空间模拟演示，突破地域限制，使学生直观感受地理实体。随着教学技术的发展，越来越多的教学手段和教学工具运用于教学中，利用GIS教学必将推动中学地理教学的改革和发展。

进入20世纪90年代以来，人类社会正从工业经济迈向知识经济时代，信息技术正深刻改变人类生活与社会的面貌，作为全球信息化浪潮重要组成部分的地理信息系统的建设与应用，标志地理学进入了新时代。

随着地理信息技术应用日益普及，我国教育部门已将地理信息技术纳入普通中学地理课程的教学内容之中，教育部修订的普通高中地理课程标准已对此提出了明确要求。

一、GIS技术及在地理教学中应用概况分析

（一）GIS的内涵及技术特点

GIS是地理信息系统的简称，GIS是“由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统的设计支持空间数据的采集、管理、处理、分类、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题”。GIS作为一门技术，优势在于它混合数据结构和有效数据集成，独特的空间分析能力，空间定位搜索和查询功能，可视化的表达手段等，通过对地理空间分析可以实现地理过程动态模拟和决策支持。这些将GIS应用于地理教学中提供了可能。

（二）常规地理教学概况

1. 常规教学的教学模式。所谓的常规教学就是利用文字、语言、板书来传递教学内容，其理解和掌握除了教师的授课方式，更多的强调硬性记忆，在常规教学中通常以直观教学为主，辅之以模拟演示，强化识记，学生掌握的知识途径多为教师讲解，读书扩充，而就学生本身搜集知识层面而言，也很有限，因此在思维培养和层次上难以提高层次。

对于地理空间信息的传递，常规教学中往往表现的较机械、应用也更被动。如，对于地球的运动、地理方向的判别，时间与日界线的计算等知识、这些知识点空间概念强，学生理解时有一定难度，而且我们所采用的教学模式也只能是手工模型和强化记忆，这样就会使一些同学放弃深入了解的兴趣。

许多教师非常注重教学的程序化，让学生被动地适应教学步骤和要求，遏制学生灵感与个性的发展。另外，由于课时限制，一堂课所要求的内容过多，所以常规教学中教学内容迁移内容不大，原理性不强，如高中地理中煤、炭、石油、水电站的分布等内容大多都是强化记忆熟能生巧式的，忽视了实际应用。

2. 常规教学不足。（1）常规教学较少采用有利于培养学生的地理创造能力的“探究法”；（2）参与实践方面，学生也较少通过观察、调查、查阅资料等方法搜集整理资料，从中获得知识，使能力得到提升；（3）学生提问与质疑少；（4）很少通过创设地理问题情境去激发学生的好奇心，地理学习兴趣培养未受到真正重视。

（三）GIS技术进行地理教学的优越性

1. 地图的灵活使用。地理教学，由于受地理学科性质的制约，如地理学科涉及人文与自然的各种因素，涉及地球、太阳等天体运动、资源整合利用，需要进行建模与可视化表达，非常适合应用GIS技术。

与常规地理教学相比，GIS技术在地理教学中应用更具自主式、探究式学习特点，能有效地提高学生的创造能力和实践能力。在利用GIS技术解决地理问题时学生能更多地提出疑问，进行交流讨论，进而解决问题并且寻根溯源，理解原理。GIS技术更能激发学生的好奇心。

地理信息系统的产品输出形式多样，就其载体形式而言，就有常规、静态的纸张地图和动态的数字地图。地图是地理教学不可或缺的工具，常规教学中地图呈现往往为平面，且单调的，一旦换了坐标系或缺少对照物，学生就不会辨别。例如，高中地理必修Ⅲ中主要讲述区域地理内容。如果利用GIS展示多种比例尺全要素地图，通过不同种变换，展现的空间信息也在不断更新，能够时刻吸引学生对地图信息、地理事物的兴趣，很容易理解地理区域的相对位置。以某地不同比例尺地形图为例：通过展示同一地点不同比例尺的卫星影像图使学生更关注地理实体，理解地理区域性特征。

2. 培养学生解决实际问题能力。GIS拥有强大的空间数据库系统，在存储各种地理事物空间信息的同时，还存储属性关系，这就为空间分析提供条件。在高中地理教学中，需要学生发挥自主性设计的内容有不少，如工业区位选择、城市区位、城市合理规划等，这些内容都需要学生综合考虑多种信息，并进行分析。利用GIS的空间数据表达及组合优势，提取地理系统的不同层次，不同侧面的空间、时间信息进行过程模拟，帮助学生理解和掌握地理特征，建立知识结构，提高解决实际问题的能力。

3. 利用GIS培养学生空间分析能力。在空间信息表达上GIS技术可称得上独树一帜了，地理信息系统对空间数据多元融合处理分析模拟等对于抽象空间表达形象化。GIS对空间数据表现力日益强大，组织管理空间数据与属性数据对地理事物空间位置和空间关系分析，使学生对空间各种事物的状态有非常直观的感受。

4. GIS使教学多元化。GIS在地理教学中还有很多其他功能可以发挥，可视化环境下教学，虚拟现实构建地理环境等可以使学生进行自由的思维和分析，多角度的探究地理问题，提高学生实践能力和创新能力。

将GIS应用于教学充分发挥学生自主性，利于进行探究性学习。使用GIS教学往往是从学生的兴趣入手，引导学生入门，然后让其提出问题，创造条件，最终得出解决问题的方法。这种学习方式在当下广泛开展的研究性学习中显见成效。另外，中学生对新鲜事物比较敏感，接受能力强，有利于GIS技术的操作。

GIS技术管理和分析空间数据，快速定位搜索，查询及制图功能，对于中学地理教学中知识面广，表达形式单一等都有一定的弥补。在中学地理课本中有许多统计图，如扇形百分比图、曲线统计图、柱状统计图。GIS制图功能就可以解决这方面的不足。

GIS技术通过建立高程模拟、虚拟现实、过程模拟等手段，就能解决学生无法实地考察，无法感知空间环境演化发展等问题，就能达到化难为易、变抽象为具体，直观感受的效果。这些元素的应用能够使教学向多元化方向发展，同时对于素质教育的实施也具积极的推动作用。

二、GIS在教学中的实际应用

在地理教学中，可以应用GIS技术、将复杂的自然景观，地理事物和空间分布用动态、直观的方式表现出来。

（一）案例设计

高中地理必修Ⅰ第二单元中世界气候类型这一节是高中地理教学的难点内容，气候类型种类多、分布散，全球各地情况有差异。传统的平面挂图、静态教学等方法常常是强化识记的过程，对本节内容学生掌握的程度也不是很好。使用GIS技术设计教学，通过展示多图层，多因素GIS的可视化表达及提供的分析可使同学们更好地掌握本节内容。

1. 教学内容分析。气候是一地区多年内大气的平均状况。不同的地区气温、降水不同，气候特点也就不同。对此起决定作用的是太阳辐射、地面状况、大气环流、人类活动等。因此，利用GIS技术教学就要综合考虑各个影响因子获取相应数据，叠加图层，进行可视化表达。

2. 地理数据的收集。包括地图数据，主题数据两部分。地图数据是基于GIS的基础空间数据如世界地图，南亚地图，各大洲地图等。主题地图是与具体教学内容相关的数据。如，11种气候类型的分布范围及地理位置，相应范围内积温图，寒暖流示意图，下垫面状况图。另外，需要收集一些有助于深入分析的相关数据、人类活动状况等数据和数字地圖数据。

为克服学生GIS技术的不足，教师需要进行讲授。并对所收集的数据建立数据库。

3. 利用GIS分析功能研究气候分布规律。首先用全球等温曲线图反映各地太阳辐射的差异，通过等温图得出世界各地太阳辐射状况的总体特征（如图1）。通过同学们读图分析，分析气温范围相似的区域，产生问题：相似地域气候特点是否一致，差异的原因是什么？

图1 世界等温线图

接着展示地形图及洋流示意图（如图2），观察地形的分布特点，并进行图层叠加。

图2 洋流与等温线叠加图

最后，将洋流图层、等温图层、地形图层叠加，同学自己分析叠加后图层的气候特点。同时变换图层，展示同一气候类型的不同分布区示意图（如图3），总结特点，对比思考，得出气候分布图。

图3 世界气候类型图

GIS技术多图层、多因素综合分析，叠加分析，层层深入，使学生对所学知识有形象透彻的理解。

三、使用GIS的启示

GIS具有数据多来源、空间多层次、更新速度快、信息含量大的特点。当前将GIS与地理教学内容及所在城市环境等问题联系起来，引导学生关注热点，利用GIS分析决策能力寻找解决方案，达到寓教于乐的教学目的，已成趋势。新一轮课改中提出要学生掌握对他们终身有用的地理知识和技能，让学生掌握对生活有用的地理。使用GIS技术的启示是要更多的改革地理教育和现成理论，适应社会选拔人才的需要。

另外，要在更大范围普及GIS教学还应提高教师的业务素质，这也同时为高等教育提出了更多要求。如何培育出适应时代要求、适宜时代发展育人的教师也是高校教育的任务。

总之，随着教育技术的发展，越来越多的教学手段和教学工具运用于中学教学，为每个地理教师提出了新的挑战。

四、结语

传统的教学方法及目前广泛采用的多媒体教学都存在一些问题，如何做到对地理空间数据的综合分析是对地理教学提出的新要求。GIS技术利用现实问题让学生分析考虑，培养了学生的逻辑思维能力。可视化、三维模拟、虚拟现实使学生“身临其境”，开拓了同学们的思维。总之GIS在培养创新能力、实践能力上适应了发展的要求。随着GIS在我国各个领域的应用逐步扩大也必将推动中学地理教学的改革和发展。