地理信息技术在高中地理教学中的应用

冉 建，欧阳霏霏，严 斌，龚志荣

(云南省澄江县第一中学，云南 澄江 652500)

0 引言

地理信息技术是对地理信息进行获取、分析和应用的一门综合性技术，是地理科学与现代信息技术相结合的产物，其核心技术是地理信息系统(Geographical information System GIS)、遥感(Remote Senescing RS)及全球定位系统(Global Positioning System GPS)，总称“3S”技术。随着时代和科技的发展，地理信息技术日益成熟，给地理学带来了深远的影响和勃勃生机，目前已深入了人们的学习、工作和日常生活中，被社会经济各领域广泛运用。普通高中的地理学习内容，也随之发生了相应的变化，地理信息技术不仅仅是地理课程的主要教学内容，在当今地理信息技术与IT技术集成的时代，教师还可将之与计算机技术一起作为教学技术手段应用于高中地理辅助教学[1]。

1 高中地理课程进行地理信息技术教育的重要性

1.1 普通高中地理课程标准对“3S”技术教育的要求

在2017年最新出版的地理课程标准中，无论是必修课程还是选修课程均对地理信息技术提出了明确的内容要求和学业要求，必修课程(课程标准第四部分 必修课程)要求学生了解地理信息技术的应用，能够运用地理信息技术观察、识别、描述自然世界中的地理现象并具备一定的地理实践能力。选修课程(课程标准第四部分，选修课程8)旨在帮助学生掌握初步的数字化生存技能，在生活或工作中学会用地理信息系统、遥感、定位系统等解决问题，并会使用地理信息技术分析地理问题[2]。

1.2 地理信息技术在高考中所占的比例越来越大

近些年来的高考地理越来越贴近于我们的日常生活，“3S”技术在社会经济各领域的重要性，也越来越在近些年的高考地理试题中得以体现。通过对近五年来全国和各省市高考地理真题的梳理发现，地理信息技术在高考地理试卷中的分值逐年递增，涉及的省份不断增多，题目本身的难度和对学生的实际运用要求也越来越高。如江苏省高考，地理信息技术几乎为每年必考，且难度较大，学生如果没有进行过实际的操作和具备相关的经验技能，在答题时就非常容易丢分。因此可以预见，在未来的高考试题中，地理信息技术相关考点出现的频率和分值只会越来越高。

1.3 社会、经济及生态发展的必然要求

地理信息技术广泛应用于区域地理环境研究，在国土资源管理，国土开发规划、环境监测与评估、自然灾害监测与防御、资源调查、生态环境保护等领域发挥着重要作用。不仅如此，地理信息系统目前还成功地应用到了包括犯罪制图、声源管理、军事公安、水利电力、公共设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油天然气、教育、城市规划、邮电通讯、交通运输、农林牧业、统计、商业金融、测绘应急等国民经济的几乎所有领域，并取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。随着世界各国社会经济的迅速发展，“3S”技术的应用范围将会越来越广泛，作用会越来越大，地理信息技术在社会、经济和生态建设的日益重要性也要求我们的地理教育要把“3S”技术作为高中地理教学的一个重要内容。

1.4 产业发展与就业前景

“3S”技术相关专业在20世纪70年代开始出现在国外的许多大学，中国经过四十多年的发展，目前绝大多数高校甚至部分中专学校都开设有该专业，从事地理信息技术相关设计开发及应用的人才供不应求。中国已将信息产业列入可持续发展战略，作为信息产业重要组成部分的地理信息技术相关产业获得了巨大发展。具有“3S”相关专业技能的毕业生可在社会大量的相关部门从事与地理信息技术有关的技术开发、应用研究、生产管理和行政管理等工作，也可在科研机构或高等学校从事科学研究或教学工作，具有良好的就业前景。

2 地理信息技术在高中地理教学中的辅助作用

2.1 地理信息系统(GIS)在高中地理教学中的应用

地理信息系统是以地理空间数据为基础，在计算机软件和硬件支持下，对地理信息进行采集、管理、分析和表达的空间信息管理系统。主要由系统硬件、系统软件、数据、应用人员及应用模型五部分组成，通过对地物空间分布及位置分析、趋势分析、模式分析及结果模拟等，实现对地理数据的采集分析以及决策应用[3]。

当前高中地理教学实践中应用较多的GIS软件是美国ESRI公司的ArcGIS软件汉化版以及北京超图公司开发的SuperMap。这两个软件空间分析功能都非常强大，具有易学易用、操作简便、人机交互友好等优点。但SuperMap作为中国本土化的GIS系统，无疑具有更高的性价比和可操作性，对高中地理教师来说实用性更强。例如在高中地理教学中，等高线地形图的判读既是重难点，又是高考中的常考点，由于教学中缺乏对平面地形图直观形象的可视化表达，导致学生对陡崖、山峰、山谷、山脊、鞍部、陡坡、缓坡、沙丘等地形的理解过于抽象。利用SuperMap的三维建模模块可以创建一座立体显示的三维山体，学生不仅可以直观地观察多种地形地貌，还可亲自上机对山体进行各种操作，比如任意旋转、山体移走、专题渲染等。又如在讲解城市的区位因素时，通过SuperMap软件可制作直观表示中国100万以上人口的城市分布专题地图。通过对中国主要河流、等降雨量线、等高线、主要矿产资源及主要交通干线等分层地图的叠加显示和分析，不仅可以让学生直观地了解中国特大型城市的空间分布状况，还可以让学生看图对城市的区位选择进行分析，总结出影响城市区位的主要因素。这种教学方式可以加深学生对相关地理知识的理解，调动学生学习的积极性和主动性，提高对地理学科的学习兴趣。

2.2 遥感(RS)技术在地理教学中的应用

遥感的全称是Remote Sensing，简称RS。它是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息)，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术[4]。具有探测范围大、获取资料快、受地面条件限制少，获取信息量大等特点。目前国内主流采用的遥感软件是国外的ERDAS。

在高中地理教学中，教师不需要掌握专业遥感软件的基本操作便可将RS技术广泛用于辅助教学，提高教学效果。比如，在讲解全球气候变暖及温室效应时，可以通过非洲乞力马扎罗山或者南北两极最近几十年的冰川分布合成图，让学生更直观的感受到全球的冰川面积正在逐年不断萎缩，从而得出全球气候正在不断变暖这一结论。在讲授地震相关知识时，可以通过汶川地震前后的遥感对比图片来让学生分析地震给汶川带来的巨大损失。还可以通过“谷歌地球”，让学生用地理学的眼光去了解地球上的每一个地方。通过利用遥感技术的各种监测案例及影像，让学生对地球环境进行立体观察，能够帮助其认识全球环境的整体性与动态变化过程。

2.3 全球定位系统(GPS)技术在中学地理教学中的应用

全球定位系统由美国建立，能够为用户提供高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和授时服务。具有海陆空全方位、全方位、高精度、自动化、高效益等特点[5]。该系统包括24颗GPS卫星、1个地面主控站、3个数据注入站、5个监测站及作为GPS终端接收机。中国于2007年开始自主建设能够独立运行的北斗卫星导航系统，是国家重要的空间基础设施，计划于2020年左右完成全球覆盖。系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及独特的短报文通信服务能力。至2018年年底，北斗三号基本系统完成建设，并开始提供全球服务，北斗系统正式开始从区域走向全球[6]。

在日常地理教学中，教师可通过课外实践的方式来体现GPS在生活中所产生的作用。可以教导学生利用GPS手持机实现简单的GPS定位、导航等功能，向学生普及基础GPS定位原理。学生用GPS手持机可以对所在地区进行定位(定位时应选择室外无障碍的地点，且同时接收到4颗以上的卫星数量)，显示所在地的经度、纬度及海拔高度，让学生知道自己“在哪儿”；GPS接收机定位后，可以显示学生想要到达的目的地的方向、距离及路线，同时提供语音提示，学生前进时可随时显示当前前进的方向，帮助解决“去哪里”和“如何去”的问题；大多数GPS手持机还能够显示当地的日出、日落时间，并可以记载自己的运动轨迹。在野外活动课中，可以让学生利用GPS手持机来记录自己的移动轨迹，把足迹线转化为一条“路线”，通过“返航”功能，学生即可按导向功能原路返回。还可以通过手机，点击手机导航，让手机进行入导航系统，然后输入你想要到达的任何地方，让学生感受GPS在现代社会生活中的广泛应用。通过学生的亲手操作，可以极大的增强学生的学习兴趣，培养学生的地形解读和空间思维能力。

3 地理信息技术在高中地理教学中面临的问题

3.1 普通高中地理教育对地理信息技术的重视程度不足

尽管近年来地理信息技术相关知识在高考中出现的频率越来越高，但目前国内的主流高中地理教材，如人教版、湘教版、鲁教版等均只是将地理信息技术教育设置在单元活动课或者选修课中。在实际的高中地理教学中，大部分教师只注重传统教学内容，对活动课的内容只是粗略讲解或者干脆让学生自学以敷衍了事，活动课并没有体现“活动”，对地理信息技术本身内容及其运用于地理教学并没有引起足够的重视。尤其是近几年全国高考题选修模块内容大都选择旅游地理和环境保护两个模块，为应对高考压力，大部分学校在选修课的设置上也极少选择地理信息技术应用(2017课程标准第四部分，选修课程8)。学生又疲于应付各种作业与考试，更是没有时间和精力去学习，因此地理信息技术在高中的地理教学中并没有真正落到实处。

3.2 普通高中地理教师对地理信息技术的掌握程度不够

目前绝大部分高中地理教师，除刚毕业的少数大学生外，极少有地理教师掌握地理信息技术的空间知识体系和相关的软件使用能力，大部分高中地理教师的地理信息技术能力较弱，尤其是县级中学，能够胜任地理信息技术教学的高中教师少之又少。地理教师对地理信息技术的掌握程度已成为制约利用“3S”技术进行辅助教学的一个重要因素之一。

3.3 地理信息技术教学所需的软硬件环境缺乏

随着电脑、多媒体在各高中学校的普及以及国家网速的大幅度提升，硬件方面绝大多数学校都能满足目前高中地理信息技术教育的需要。但在“3S”技术教育的软件问题上，相关软件不仅专业性强(多为商用)，而且价格也比较昂贵，且绝大多数是英文版，对操作系统的兼容也有一定的限制，通用性不强。大量的地理空间数据也由于各种原因而行政管理部门和科研单位掌握在手中，教师能够掌握用于课堂教学的数据或是而一些软件自带的示例数据难以满足课堂教学的要求。

4 结论与讨论

基于以上分析，结合中国高中地理信息技术的教育现状，有关部门应根据中国的基本国情和学生的特点尽快编制与之相适应的地理信息技术教材，并提供相应的配套数据；创立在线教育网站；开发适合广大教师理论培训和学生学习的国产地理信息技术软件；加大对高中地理教师的基础理论及“3S”软件操作方面的培训。另一方面，高中地理教师应及时跟上时代的发展步伐，加强对“3S”技术基础理论和相关软件的培训学习，及时了解地理信息技术在各个领域的最新成果、前沿动态及相关应用，不断提高自身的“3S”技术素养，才能尽快适应当前的地理信息技术教育教学要求。