基于GIS对中学生地理空间素养培养的探讨

林娜 林先成

摘要：本文从地理空间素养的内涵出发，结合GIS的教育功能，分别从构建空间概念、发展空间形象思维和综合思维三方面探讨如何运用GIS技术培育学生地理空间素养。

关键词：GIS；地理空间；地理空间素养

一、地理空间素养

空间分为一般空间和地理空间、具体空间和抽象空间、绝对空间和相对空间、客观空间和主观空间等4组类型，地理空间是地理学的核心概念，是地理学的一个重要标志，是一切地理事件、地理现象和地理过程存在、发生和变化的空间基础，空间中不同的地理事象决定了地理空间的不同类型，地理空间虽然也可以用维数来衡量，但更强调地理事物的位置和事物之间的距离关系。地理空间素养既是地理素养也是空间素养的重要组成部分。判断一个人是否具备了地理空间素养最重要的是看其是否具备地理空间思维，能否从地理空间的视角去看待问题和分析问题。地理空间思维是对地理事象进行观察、分析、比较、概括、抽象，从而在头脑中创造性地形成它们的空间形象，进行空间定位、空间分布状态和结构、空间相互作用和空间综合分析和比较的心理过程，其中地理空间概念的构建是地理空间思维形成的基础；学生首先要在头脑中构建出空间概念才能据此进行去发现问题、解决问题；其次是地理空间形象思维、地理空间综合思维，本文拟从这三个方面探讨GIS技术对中学生地理空间素养的培养。

二、GIS教育功能对中学生地理空间素养的培养

1.基于GIS软件操作培养地理空间素养

GIS软件操作主要是利用GIS软件的基本功能对主题地图进行操作，包括对地图的无极缩放和漫游，空间查询、空间定位和空间分析等直观显示地理信息，地理事象的空间分布、要素间的空间分布关系和因果联系。基于GIS软件操作对中学生空间素养的培养主要体现是：①地图显示操作。直接利用GIS图层显示的地图进行辅助教学，操作简单快捷，易上手，初期应用广泛，如通过展示一幅能无极缩放和信息查询的电子地图或是一幅三维地形模型，都能使学生对现实世界空间关系的认识更具体。②地理位置空间分析。利用GIS查询功能，在地图中显示查询目标，进行直观教学，主要有定点、线路、范围等查询。如范围查询即查询某一特定地点一定范围内的对象，查询某一商场服务范围内的人口分布等。③缓冲区分析。缓冲区是指与某一个点、线、面有一定距离的空间范围，在教学中多用于讲授某一事物的属性影响分布范围，如经济区辐射范围、污染源范围、集水区范围等。

2.基于GIS数据输出培养地理空间素养

GIS数据输出主要包括利用GIS软件制作专题地图和利用GIS自带或输出地图文档在其它软件中应用。根据GIS输出数据类型不同，在教学中有两种引入方式：①运用GIS软件制作专题地图。GIS本身带有地图属性数据，其它光盘或软件提供的矢量文件都可以作为制作专题地图所需材料，可设计一些地形图、行政区划图、旅游规划图、交通图等；直观性是地理科学和地理教学所具有的重要特征之一，教学中教师要引导学生用好地图册和其它含有大量地理信息的材料，而其中很大一部分就是专题地图，同时GIS制作的专题地图能根据用户需要，灵活改变显示形式，添加图例、比例尺、图注、图标等地图要素，表现形式丰富多样，完全可以满足不同学生的学习需求。②应用地图文档。利用GIS软件输出的专题地图或地图图档，在其它教学软件制作中应用，导出的文件格式包括栅格形式和矢量形式，可以在Powerpoint、flash、word等软件中使用。

3.基于3D GIS和 VR GIS培养地理空间素养

3D GIS即三维地理信息系统，对地理空间信息进行三维显示和三维空间分析和操作；三维GIS相对于二维GIS更能真实地表达现实世界，将抽象难懂的空间信息可视化、直观化，增强地理教学的直观性，不仅能表达空间对象的平面关系，描述空间对象的垂向关系，还能对它们进行三维空间的分析和操作，让人们能凭借自己的经验理解空间事物并作出准确判断，如直观地看山脉的走向和沟谷；VR GIS即虚拟地理信息系统，通过GIS演示地理过程的动态演变，让学生获得形象化认识；自然界中的很多地理过程是难以看到的，但虚拟地理信息系统能为学生提供虚拟的环境模拟其过程。

4.基于Web GIS培养地理空间素养

Web GIS即网络地理信息系统，具有独立的客户端运行平台，客户访问范围广且操作难度低，主要进行空间数据的发布、空间查询与检索、空间模型服务等。WebGIS与地理教学相结合形成的WebGIS辅助地理教学（网络地理教学）将成为今后地理教学发展的一个重要趋势。将Web GIS用于教学有以下优势：具备丰富的学习资料库；更新教学内容方便，教师可以根据学生不同需求开展有实际价值的教学；具备图形化的超媒体信息系统，丰富GIS内容和表现力，使课堂教学活动生动活泼；锻炼学生的动手能力和独立解决问题的能力；为学生提供互动的学习环境，让学生能进行多角度思考和空间思维及空间分析。

三、基于GIS技术对中学生地理空间素养的培养策略

1.发展地理形象思维

空间概念是形成空间思维的基础，地理形象思维要求学生具有空间想象能力，学生要在没有客观实体的基础上也能够在头脑中创造性地构建出地理事物的表象，才能说明他们已经构建起地理空间概念。例如，区域地理学习中，知道各地区经济协调发展是保证国民经济持续稳定增长的关键，GDP是反映各地区经济发展状况的重要指标。科学准确分析各地区GDP的空间分布特征，对制定有效措施了解经济协调发展有重要意义，但GDP是抽象的地理信息数据，应通过GIS制图功能，制作“GDP区域分布图”，直观展示GDP分布状况，学生在自己动手操作过程中也可掌握收集地理信息、分析地理数据、最终获得专题地图的能力，如图1所示。

2.发展地理空间抽象思维

地理空间抽象思维，不仅要求能够依据地理概念构建地理事象的表象，还能够想象出地理事象的发展变化过程。运用GIS的三维模拟和虚拟现实功能，能将抽象的地理事象和地理过程直观化、立体化和动态化，能够在各维度空间中对图形进行转换，发展其空间抽象思维。运用GIS对地图的制作和直观展示，由近及远、逐步深入，建立地理事象间空间联系。例如，沿着某条旅游线路，看沿途会经过哪些地形区，自然景观和人文景观会有怎样变化，思考为什么会有这样的变化。

运用GIS的地图叠加，获取空间信息和特征，如将中国地形图和河流密度分布图叠加，观察分析两者之间关系。例如，“等高线地形图的判读”一直是学习难点，利用GIS三维可视化功能，可在三维场景ArcSence中将平面的等高线三维立体化，呈现出真实的山体地貌，让学生能直观看到山谷、山峰、山脊、洼地、鞍部、陡崖等地貌特征，在头脑中构建地理事物的形象。

3.发展地理空间综合思维

地理空间综合思维要求在解决地理问题时具有整体意识，须考虑诸地理要素的相互影响。地理学具有两大显著特征即综合性和区域性，地理环境是由大气圈、生物圈、岩石圈、水圈等构成，各个地理要素之间存在着内在联系，他们相互联系相互制约构成一个整体，其中一个要素的变化会影响到其它要素的变化。中学地理教材中涉及到地理环境的整体性和差异性就体现了地理环境的这两大特征。GIS可为师生创造开放式和交互式的学习环境，提供分析解决地理问题的主要工具，促使学生在教师指导下，能自主运用地理数据去分析问题和解决问题，利于学生自主学习能力和综合空间思维能力的提高。例如，设计一个“市区住房区位的选择”，提供给学生“市区交通网络图”、“商业中心分布图”、“重点高中分布图”以及“名胜古迹分布图”，让学生思考影响住房选择的因素有哪些，对照给出的图形数据分析具体影响条件：为减少噪音污染，住宅应分布在离交通要道200米外；为生活方便，住宅应布置在商业中心服务范围之内；为方便学生上学，房宅应在距离重点高中750米之内；为环境优雅，住宅应选在距离名胜古迹500米范围内。最后学生在教师指导下，对这四个图层进行叠加求和显示，可以清楚看到满足条件的住宅区分布范围。这样的教学过程，学生动手参与、动脑思考，不仅对区位影响因素更明确，掌握区位选择的分析方法，也学会如何从收集信息到分析地理问题并最终解决地理问题，有利于培养空间综合思维能力。