例谈GIS在高中地理教与学中应用的必要性

蔡珍树王贵峰（. 江苏省海州高级中学，江苏 连云港 03；. 无锡市玉祁高级中学，江苏 无锡 483）



例谈GIS在高中地理教与学中应用的必要性

蔡珍树1王贵峰2
（1. 江苏省海州高级中学，江苏 连云港 222023；2. 无锡市玉祁高级中学，江苏 无锡 214183）

摘要：地理信息系统在高中地理教学中的应用已经势在必行。然而，教师作为这场地理教学革新大潮中的主角却仍然在认识上、技术上存在很多问题，对于GIS的运用缺乏基本的信心。本文选取典型的等高线教学问题，设计适合的教学案例，以此说明GIS在当前高中地理教学中能够给教师和学生带来的切实改变。藉此引导地理教师投身GIS教学大潮中来。

关键词：高中地理教学；GIS；应用；案例

由江苏省地理学会、江苏省教育学会地理教学研究会联合举办的首届省高中地理骨干教师地理信息技术培训活动在连云港举行，本次活动主要内容是对高中地理教师进行基本的GIS软件操作与应用培训，借以推广GIS在高中地理教学中的应用。老师们问的最多的问题是：“学习GIS到底能够给我们老师带来什么，给学生带来什么，有必要吗？”是的，就目前的高考形式下，我们的GIS教育能否给这些站在独木桥前的老师和孩子们一些帮助呢？我们一直在思考这样的问题。

顺应时代的要求，地理信息技术在高中教学中的运用已经是箭在弦上。尤其是运用越来越广泛的地理信息系统（简称GIS），它与高中地理教学具有较高的整合度，开始以领军的姿态渗透进高中教学。ArcView是GIS领域中的经典款，由美国环境系统研究所（ESRI）开发，具有最大范围的专业功能，且界面清晰、操作简单。ArcView在展示地理信息、培养学生地理思维、提升学生地理能力等方面有着区别传统教学的独特功能，较为适用于基础地理教学［1］。

然而，来自于教育制度、软件技术、教学观念等方面的阻碍，广大的一线地理教师还不能够全面的了解GIS 的应用意义和掌握GIS的应用方法［2］。如何规避技术层面的困难，让一线教师真正认同GIS，能够从应用中获得教学成就就是目前迫切要关注的问题。本文利用较为简单的ArcView，以较为典型“等高线的应用”教学案例为基础，让广大师生切实感受到GIS在提升教学质量上带来的帮助，吸引他们投身GIS教与学当中。

一、“等高线的应用”案例

1.案例设计原则

（1）以高中地理课程标准为基础

为了吸引一线教育工作者的目光，案例的设计必须紧密结合高中地理课程标准，将GIS真正运用到攻破日常教学难题上来。内容贴近高中地理教学重难点，并不让保守的教师感到浪费时间。

（2）以易学易实施为准绳

GIS软件安装、数据库建立等技术难题也是教师望而却步的重要原因［3］。本文案例选用GIS中较为简单的ArcView作为主要操作软件，数据来源尽量简单广泛，操作过程尽量简化明确。通过这些措施降低运用的难度，促进案例的推广。

（3）以建构性教学为导向

本文案例遵循建构主义学习理论，倾向于让学生根据自己的思维步步建构。案例采用问题式、探究式教学方式，设计一定的情景、提出一定问题引发学生思考，接着步步推进，最终解决问题。

（4）以内容的典型性为要求

本文篇幅有限、数据来源有限，案例尽可能的具有典型性，能够较广泛的反映教学的内容和ArcView特点，使教师能够在以后的教学中举一反三，自由运用。

（5）以学生的认知规律为前提

教师能否运用根本还在于这些案例能否真正对学生有所帮助，这就需要案例能够符合学生的认知规律。案例的设计考虑学生的认知水平、认知特点，将教学的直观性、实用性和趣味性渗透进来。

2.“等高线的应用”教学案例

问题1：基于ArcView的3D效果认识等高线

【情境导入】

同学们，随着我们地理课程的学习，我们能够体会到等高线在表现地形起伏中的重要作用。在日常生活中，我们也能够用到它，例如参加野外登山运动时，面对不同的上山路线，你会如何选择呢？下面我们就来学习等高线的特点，以及如何阅读。

【教学过程】

A.加载普通的等高线图，打开属性表，认识图形的数据。

B.用Surface 中的创建不规则三角网命令，将等高线数据转换成三角网，再将创建的不规则三角网数据装换成格网，点选View下的3D Scene，创建等高线的3D效果（如图1）。

C.引导学生进行放大、缩小，并与平面图进行对比，观察其特征，分组讨论并总结。

图1　二维等高线地图与三维地形的转换

D.请同学们在图中找到山谷、山脊、山顶和鞍部，并思考若等高线重合会出现什么情况，请设法验证。

【结论分析】

学生在这一过程中感受等高线在表现三维地形上的相关规则和重要意义，学会观察分析等高线的基本特征以及相关的地形部位。在这一过程中学生独立思考，自主验证，知识的获得建立在自主构建的基础上。同时，学生的基本读图素养也会在思考过程中得以提升。

问题2：基于可视性分析“判断两地可视吗”

【情境导入】

同学们，我们知道地形的起伏可以遮挡视野，如何在等高线地形图上判断两点之间是否可视呢？通常的做法是绘制两点间的地形剖面图。下面我们用一种特别的方式认识地形剖面图的绘制。

【教学过程】

B.打开一个新的图版，利用Profile Graph工具在面板上拖动一个矩形边界，即可得到两点之间的地形剖面图（如图2）。

C.找到等高线图上两点间的直线与等高线之间的交点，并在剖面图中找到这些一一对应的交点。让学生观察，分析其绘制的规则，并让学生自主绘制相关的剖面图，练习相关的可视化问题。

图2　利用ArcView绘制地形剖面图

【结论分析】

判断观察点和目标点能否可视是高中地理考点之一，这一类题目对于空间思维能力较弱的学生有一定难度。实际生活中，这类知识广泛应用到军事布阵、观察哨所、雷达站等问题中，该内容能够吸引学生的兴趣。教师配合ArcView的3D视图，让学生深刻认识传统的手工绘制地形坡面图的原理，提升学生的空间思维能力。

二、GIS能给高中地理教师的教带来什么

1.提升专业素质

作为高中教师，我们是孩子心中的人生导师，是社会最完美要求的展现，我们拥有当代社会最基础、最核心的知识和精神装备。我们形象高大，自然地也被赋予严格的要求。我们所要交给孩子的是当代，甚至未来时代所必须的基本素养。想要给他们最完美的一碗水，我们就必须随着时代的要求不断填满自己的一桶水。教师树立终身学习的理念是当代社会、新课程改革和自身发展的要求。

地理学科在不断地发展，其中尤以地理信息技术最为灵活迅猛。GIS是其中重要的组成部分，它以其强大的数据获取和处理功能成为地理学科重要的研究手段和研究内容，被陈述彭院士称为地理学第三代语言。从上个世纪90年代起，GIS步入了快速发展的阶段，在科学研究、社会管理、国土整治、灾害评估、生产和生活等各个领域都发挥了重要的作用，已成为国家信息化水平的重要标志。因此，掌握GIS基本操作就是地理教师专业素养不可或缺的一部分。同时，GIS的强大展示、分析功能也可以作为基本工具运用于教师教学中。例如，电子地图的展示、图层的空间叠加、基本的空间分析等，它们都是日常教学常用的内容。

2.解决教学重难点

地理学科是一门复杂的兼跨人文和自然两个领域的基础学科，具有综合性、区域性、空间性等特点。地理学十分重视事物的空间分布、空间差异、空间联系、空间变化等，可以说“空间”是地理学区别于其他学科的特色［4］。因而，学生的空间思维、综合思维是地理教育的重要内容。然而，在实际教学中，这些思维又常常变成阻碍学生学习的难点。学生思维发展的差异性和不成熟性，都让我们在教学中遇到很多阻碍，这些阻碍就是我们常说的重难点问题。

作为一门应用广泛的技术，GIS具有丰富的地理信息，友好的操作界面，其强大的操作功能，例如地图展示、叠置分析、虚拟现实、空间分析等，对于解决地理教学中的重难点问题可以起到意想不到的效果，对学生逻辑思维能力、空间想象能力、综合分析能力的培养提供一定的帮助。例如，学习等高线是中学地理中一块重要内容，要求学生能够理解、认识，并阅读基本的等高线地图。该部分对于学生的要求较高，是地理教学中常见的重难点。GIS提供的三维技术可以实现等高线地形图与三维立体地形图之间的转换，帮助学生理解等高线的形成原理和基本地形单元的等高线特点。在此基础上，学生逐步获得阅读等高线地形图的能力。

3.践行课标要求

教育部《基础教育课程改革纲要（试行）》指出“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术课程的整合”［5］。2003年颁布的《全日制普通高中地理课程标准》中将“构建基于现代信息技术的地理课程”作为新课改理念之一［6］。地理信息技术在地理教学中的运用已经被提升到相当高的地位，无论是必修还是选修，无论是人教版还是其他版本的教材都明确展示地理信息技术的知识。做为地理老师，践行课标要求是我们必须完成的任务。

4.增强课堂魅力

教师不应该成为一名教书匠，而应该变成艺术家；课堂不应该是挥洒血泪的地方，而应该变成创造乐趣的工厂；学生不应该是唯命是从的挑山工，而应该是敢于做梦的梦想家。好的课堂要充满魅力。我们的学生都还是孩子，他们不会对枯燥的讲解、死板的文字、永远不变的公式感兴趣，他们喜欢绚丽多彩、新奇变化、动态未知、动手合作。知识是枯燥的，可是知识也包含创生乐趣的空间。我们的地理课堂要充满魅力可以改进的地方很多，如教师的语言风格、教学内容的选取、教学活动的安排、教学方法的选择等。

GIS既可以作为内容也可以作为一种工具运用到高中教学中。它可以在一定程度上更新地理知识的展现形式，为地理活动的开展提供多样的途径和资源。例如，中国人口的学习，可以让学生自己上网找寻近几次我国人口普查的相关数据，利用GIS将数据以图表的形式展示在中国地图上，并观察人口的分布和变化。活动可以小组比赛的形式开展，增强学生的动手操作能力，提升其成就感。

三、GIS能给高中学生的学带来什么

1.提升地理素养

基本的地理素养包含知识、能力、情感等各方面。GIS技术根生于地理学科与计算机学科的结合，具有地理专业本身的独有特点。利用GIS去展示高中地理知识、分析基本的地理过程，可以展示地理学科独有的思维逻辑。例如，利用等高线进行区域的坡向、流向分析，学生可以从中感受地形对于区域水文、植被、气候等各方面的影响，深刻认识自然地理要素的整体性。

同时，GIS也具有计算机学科的技术特点。需要基本的数据、算法，具有交互性、自主性和操作性的特点。通过找寻数据、分析数据、输出结果、交流讨论这一自主完成的过程，学生的获取信息、分析思考、解决问题、交流表达等能力都能够得到锻炼。并且，在这过程中，教师可以很容易对学生的个人表现进行评价。合理的运用GIS有助于学生地理知识素养、地理能力素养、地理技术素养和基本信息素养的培养。

2.开阔学生视野

这是一个知识大爆炸的时代，需要我们的学生不断接受新的信息。GIS代表地理学的前沿，代表时代的特点。GIS的应用让学生更全面的了解地理，了解基本的地理分析的原理、技术操作的过程。例如，当下常用的地图导航的基本原理就类似于GIS中的网络分析原理。

3.获得学习快乐

学生学习的效果直接受制于学生学习的兴趣，兴趣又来源于学生是否能从学习中获得快乐，而快乐滋生于学生的自主、合作、探究。GIS以其与时代接轨的强大功能向学生展示一个新奇的地理世界。学生会蓦然发现原来地图可以是动态的，地形图可以是立体的，生活中的导航原来是这样的，自己找到的数据可以变成多彩的图表，自己的主动可以创生出这样有用的效果。那么，学生将会获得更多的快乐，学习的主动性也会随之提高。

总之，现在的高考越来越注重对学生能力的考察，教学中仅通过不断地记忆、不断的做题来提高分数是远远不够的，还应该注重思维和能力的培养。学生的思维得到发展、能力得到提高、兴趣得到激发，那么分数的提高也就在情理之中了，GIS在其中发挥的作用是显而易见的。

在信息开放的资源社会，学校里教给学生的知识很有限，对学生思维方式、学习习惯、学习品质、人文素养等等方面的能力关注已经逐渐成为了学校教育的核心追求。地理知识的综合性和区域性特征迫切需求将GIS技术引入课堂，利用新型数字化教学环境，构建自主学习、合作学习和探究学习的氛围，并在此氛围中，培养学生独立思考、运用各种学习工具探索地理学科知识的未知领域，实现课堂教与学方式的彻底变革。

参考文献：

［1］ 邓生娥.ArcView在中学地理教学中的运用［J］.科教创新导报，2008（1）：91-92.

［2］ 王涛玲.中学GIS教育中存在的问题与解决途径［J］.地理教学，2012（24）：24-27.

［3］ 薛万蓉.中学地理gis教学存在的问题与对策［J］.教育与教学研究，2009（23）：76-78.

［4］ 孙博略.新课改下对GIS技术辅助高中地理教学的研究［D］.辽宁师范大学，2011.

［5］ 中华人民共和国教育部.基础教育课程改革纲要（试行）［S］.教育部，2001.

［6］ 中华人民共和国教育部.全日制普通高中地理课程标准［S］.教育部，2003.

（责任编校：方琦）