空间视角下GIS教育的必要性

摘 要：地理学是研究地球表面时间与空间范围内一切自然现象、人文现象及其相互关系的科学，空间视角是其独特的研究视角。GIS具有多方面培养地理空间能力的优势。本文从“空间认知”、“空间思维”和“空间技能”三个递进维度对GIS教育的必要性进行分析，旨在要求学生在认识地理事物空间位置及分布特征的基础上，学会判断并选择合适的GIS空间分析方法辅助地理问题的解决，进而获得运用相关GIS软件处理和分析空间数据的能力。

关键词：空间视角 GIS教育 必要性

地理信息系统（Geographical Information System）简称GIS，它将现代信息技术与地理学联系在一起，以复杂世界中的空间数据为操作对象，是当今地理学研究重要的技术手段之一。随着GIS技术的不断发展，GIS教育在地理教育界也越来越受到重视。地理学是研究地球表面自然现象、人文现象及其相互关系的科学，空间视角及人地关系视角是地理学特有的研究视角。GIS的视觉化、空间化特性及强大的空间分析功能对发展学生地理空间能力有重要的作用[1]。因此，实施GIS教育不仅是时代发展的需要，更是未来地理教学发展的必然趋势。

2003年，我国教育部颁布《普通高中地理课程标准（实验）》，首次将GIS引入高中地理教学，并安排GIS课程内容于必修地理3和选修7两个模块，注重学生对GIS功能、应用等知识的认知与理解。GIS拥有强大的地理空间数据处理及分析功能，并能将所得結果用于直观、动态显示地理事物及现象，尤其对地理学习者空间思维能力的发展具有重要意义。本文从“空间认知”、“空间思维”和“空间技能”三个递进维度对GIS教育的必要性进行分析，旨在要求学生在认识地理事物空间位置及分布特征的基础上，学会判断并选择合适的GIS空间分析方法辅助地理问题的解决，进而获得运用相关GIS软件处理和分析空间数据的能力。

一、GIS的可视化特性有助于开拓学生地理空间认知的视角

地理空间认知是指在一定地理空间范围内将地理事物区分出来，并对其位置、形态、结构及其与地物相互关系进行观察与理解的过程。研究发现，在人的五种感官中，视觉获取信息的通道接受能力最强，它是人们认识事物最主要的途径。GIS的可视化特性主要表现在对地理事物的动态显示、三维转换及现实虚拟等几个方面，借助GIS技术，学生可以多角度认知地理事物及现象，加强区域认知，不断提升地理空间素养。具体来说，GIS可以提供以下几种进行地理空间认知的视角：

第一、GIS作为一种可视化工具，可以通过多种方式表征地理数据，如地图、图表、图像及动画等。学生可以利用这些直观化的表达方式获得对地物的基本认知，此外，GIS电子地图可以实现缩放、旋转和漫游等操作，让学生在不同时空尺度下以多重视角对地物进行观察，激发学生学习地理的兴趣。

第二、当要在已有图层上查找某一要素空间位置和分布时，可利用GIS空间查询工具按一定条件对所需地理要素进行选择，并将所选要素转出为新的数据图层，单独显示。例如，在全国水系分布图层中为学生演示长江干流的分布情况时，可在ArcMap中按属性要素在我国一级河流图层中查询名称为“长江”的图层数据，并将所得数据在新数据图层中显示，为接下来探讨长江流域主要城市分布情况奠定基础。

第三、利用GIS可以在同一区域显示多个图层要素，学生可以将其联系在一起，探究不同地理要素间的空间关系，同时，各个专题图层彼此相互独立，学生可进行自由组合，探究不同地理问题。例如，在我国城市化水平地区差异图层上叠加我国各省市GDP图层，探究城市化水平与经济发展间的关系。

第四、三维GIS与虚拟GIS可以模拟现实空间，帮助学生更加直观、形象的认知地理空间。在学习等高线地形图部分内容时，教师可利用GIS的三维转换功能将平面等高线地形图立体显示，将抽象难懂的空间信息具体化，学生凭借已有知识对空间地理事物作出准确判断，并将观察到的空间事物信息用地理语言描述出来，提高学生的地理素养。虚拟GIS为地理学习者打造出一个三维的虚拟世界，它充分考虑到人的视觉、听觉、触觉等感官接收信息的特点，让地理学习者可以及时、自由地观察地理空间内的事物，再现真实地理情境。如教师可利用某一地区的高分辨率遥感影像图片和数字高程模型在GIS软件中生成三维地理环境，学生在教室就可以对该地区基本地理情况进行观察与分析，为以后进行野外实地观测做好准备。

二、GIS的空间分析功能有助于提升学生地理空间思维的能力

地理空间思维是指个体对地球表面一定空间范围内的地理事物进行观察、描述、分析及推理的一系列思维活动。在GIS教育中，空间思维更加强调在一定空间认知的基础上，选择合适的GIS空间分析方法辅助空间决策，不断提升学生的综合思维能力。地理环境丰繁复杂，地球各圈层中的地理要素相互联系共同构成一个整体，其中某一要素的变化都会引起其他要素的变化。GIS特有的空间分析功能会为学生进行空间思维创造开放式和交互式的学习环境，利于学生高效地解决真实地理情境中的问题。

设计探究性教学案例——石家庄市裕华区大型超市的选址。为学生介绍目前石家庄市裕华区经济、交通、人口及其他基础设施发展状况，创设探究情境，让学生通过角色扮演思考哪些因素会影响大型超市的选址，并在此基础上搜集裕华区内居民小区分布位置、交通情况（包括公交站点及线路分布，公路信息和在建地铁站点分布等）、已有大型超市分布位置等信息，借助GIS相关软件创建面状图层“裕华区分布图”，线状图层“裕华区交通网络图”，点状图层“居民小区分布图”、“公交站点分布图”、“未来地铁站点分布图”和“已有大型超市分布图”，最后依据该大型超市选址的具体要求，利用GIS的缓冲区分析与叠加分析功能，选择出最佳超市地址。在整个教学过程中，学生手脑并用，针对具体情境下的地理问题，选择合适的GIS空间分析方法，高效解决地理实际问题，有利于提升学生的空间综合思维能力。

三、GIS辅助教学软件有助于学生地理空间技能的提升

地理空间技能是基于地理空间认知与空间思维之上的，强调对学生实践操作能力的提升。GIS技术作为地理学第三代语言，在GIS教育中，不仅要求学生知道“为什么使用GIS？”和“GIS有什么用？”，还要让学生学会“怎么使用GIS？”，提升学生的软件操作技能。华东师范大学地理教育研究所段玉山教授主持研发的“中学地理信息系统（GIS）教学平台”专门用于基础教育GIS知识的讲授与辅助地理教学的应用，其中，“基于GIS的教学平台”具备GIS地图及分析功能，并为地理教学提供大量与教材相匹配的地理地图、地形图和专题地图[2]。以上海市为例，探究交通运输与城市发展的关系。先依次添加中国国界与省界图层、中国省会及地级市图层、中国河流水系图层及中国主要铁路图层，再通过GIS空间查询工具按属性要素在中国省会及地级市图层中查询名称为“上海”的点状要素，并将所得数据在新数据图层中显示，最后设置各图层属性信息，直观展示上海交通条件的优越性。在整个操作过程中，学生不仅可以对空间地理事物及现象进行认知与思考，还可以习得一些GIS软件的操作技巧，提升学生的地理实践能力。

参考文献

[1]徐志梅，袁孝亭.运用GIS培养中学生地理空间能力[J].中国电化教育，2010（8）：96-100.

[2]段玉山，王家伟.运用“中学GIS教学平台”培养中学生地理空间比较分析能力的研究[J].地理教学，2012（10）：43-47.

作者简介

李佳宬，女，汉族，共青团员。2016年9月至今在河北师范大学资源与环境科学学院学科教学（地理）专业读研。endprint