地理师范专业GIS本科课程教学改革路径研究——基于中学地理教学GIS应用需求视角

（宁波大学，浙江宁波315211）

地理信息系统技术（Geographic Information System，GIS）是地理科学从定性走向定量研究的重要支撑手段，被广泛应用于资源环境评价与管理、城市现代体系监测与治理、军民导航等各个行业，已成为我国高等院校地理专业的必修课程之一。与此同时，经过几十年的飞速发展，GIS技术逐渐与多媒体、网络、虚拟现实等前沿技术进行了深度融合，这也使得GIS成为现代地理教学中的重要辅助技术。2003年GIS应用被纳入了中学地理教学课程标准，对中学地理教师将GIS应用于教学实践的能力提出了新要求，众多专家学者在GIS辅助中学地理教学领域开展了大量研究工作。

高校地理师范专业是培养现代中学地理教师的主要基地和摇篮，为适应新时期人才培养需求，基于GIS地理专业教学模式也成为地理教学方法改革的研究热点[1]。本文在剖析中学地理教学对于GIS辅助技术的实际需求基础上，基于“需求—供给”平衡的视角，归纳总结了目前高校地理师范专业GIS课程教学中存在的问题以及相应的解决之道。

一、GIS技术在中学地理教学中的应用现状与需求

地理信息系统是对空间数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机决策支持系统[2]。GIS作为辅助地理教学工具，借助其强大的地理数据可视化、空间分析以及地理制图等功能，可有效提升中学地理教学的效果，有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的地理核心素养。由于GIS技术最早起源于欧美地区，所以自20世纪90年代以来以美国、英国、德国等为代表的发达国家，就已经开始积极探索如何将其应用于中学地理教学过程，帮助学生更加直观、深入地理解地表所发生的各种自然与人文现象。例如，在美国和英国制定的国家地理课程标准中，都非常重视引导学生应用GIS的可视化、空间分析功能，注重培养学生搜集地理信息、科学分析以及解决生产生活中面临的实际问题的能力[3]。美国的GIS行业巨头ESRI公司在美国和欧洲多个国家开展了K-12计划，旨在向中小学生和社会公众推广GIS概念。2002年，ESRI公司也将K-12计划引入中国，与国内中学合作建立“中学现代地理信息系统教育示范基地”，开创了GIS在国内中学教育推广的先河。

相较于欧美国家，我国开展中学GIS辅助教学的时间略晚。2003年我国教育部发布了《普通高中地理课程标准（实验）》，标志着与GIS技术应用相关内容正式进入中学课程体系，对推动和普及我国地理信息教育具有划时代的意义。2018年初教育部印发了《普通高中地理课程标准（2017年版）》，再次强调信息技术与地理教学的有机融合，通过运用GIS等新兴技术，培养学生的“四个”地理核心素养。伴随新课程标准的相继发布，各地纷纷开展GIS辅助教学和选修课的探索热潮，并取得了一定的进展。由此可见，GIS技术广泛应用于中学地理教学过程已经成为大势所趋，这既是时代的要求，也是地理新课标的具体要求。在归纳总结前人研究的基础上，本文认为中学地理教学对于GIS技术的需求集中于以下五个层面。

（一）GIS辅助教学软硬件设施

中学GIS软硬件设备的合理配置是开展地理GIS教学的重要基础和依托。当前我国绝大多数地区的中学基本上普及了多媒体教学，相应的软硬件设备齐全。然而，专门针对GIS地理教学的软硬件设施（比如高性能计算 机、ESRI ArcGIS 10.X、Mapinfo、SuperMap 等GIS软件），由于价格昂贵，仍供给不足，缺口较大。GIS软硬件设备的缺乏严重阻碍了中学GIS地理教学工作的全面开展，是亟待解决的问题之一。

（二）可视化表达能力：地理信息的动态展示

地图是地理学所特有的语言。在地理教学过程中，利用GIS强大的二维/三维地理数据展示与制图能力，可以动态、高效、生动地向学生展示地理要素的空间分布、空间关联、发展变化等传统板书模式无法实现的地理事物可视化内容。GIS可视化需要地理教师或学生具备基本的地理空间数据收集、存储、加工、分析以及专题制图能力，利用多样化的地图来展示地理事物或现象的时空分布规律。

（三）空间分析能力：地理过程现象的综合分析

空间分析功能是GIS技术的核心功能，是培养学生空间思维、帮助学生理解地理现象过程和机制的有效手段。GIS通过不断集成多学科的最新分析技术，可简单高效地实现诸如空间查询与量算、缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间插值、统计分类、网络分析等空间分析任务。空间分析技术融入中学地理教学，对于推动地理教学内容、形式和手段上的创新至关重要。

（四）GIS二次开发基础能力：地理大数据批处理

当前，地理信息系统正从“看”地图可表达的GIS，迈向多分辨率海量数据、多维显示的数字地球系统。大数据、可视化和虚拟现实为研究复杂的地理学问题提供了重要工具[4]。为适应新时代地理学发展的新趋势，要求教师具备基础的GIS开发能力，以应对地理问题复杂化和大数据应用普及化的大趋势。在实际应用中，来源于微博、搜索引擎、购物网站等带有空间位置信息的多源地理大数据，为解决复杂的地理问题提供了新的可用数据。而对这些海量地理数据的清洗、处理、分析、展示等过程都要求有一定的GIS开发能力，这也为中学地理教师提出了新要求。

（五）互联网地理信息共享能力：WebGIS应用

信息时代人们更加强调各种地理信息的搜集、共享和交流协作。在中学地理教学中，及时的地理信息共享和互助，不但可以提高教学效果，也可以极大地减轻任课教师的工作量。网络地理信息系统（WebGIS）是传统的GIS在网络上的延伸和发展，既具有传统GIS的特点，同时也是Internet上地理信息发布、共享和交流协作的平台。教师通过WebGIS平台与学生、同事展开互动、分享、合作，这无疑对地理教学工作具有明显的助力作用。

二、高校地理师范专业GIS课程教学现状

2018年10月，教育部印发了《关于实施卓越教师培养计划2.0的意见》，提出在未来一段时间里办好一批教师教育院校和师范专业，并对师范生的能力、水平提出了更高的要求。高等院校地理科学（师范类）专业的培养目标是为中等学校培养合格的地理师资，而合格师资必须具备新世纪现代教育理念、良好的职业素质和较强的综合能力[5]。在此背景下，地理师范类专业的课程设置是否合理就成为影响未来中学地理教师培养质量的关键因素。

GIS课程在地理师范专业课程教学中优势明显、地位突出。全国性调查分析结果显示，师范生认为地理信息类课程对遥感概论、区域分析与规划、世界地理、中国地理、经济地理学的学习帮助较大[6]。地理信息系统技术在高校地理课程中的广泛应用，有助于地理师范生将理论知识与实践相结合，培养学生的地理思维与核心素养。地理学为地理信息技术提供了理论支撑，而GIS技术又反过来推动地理科学的发展以及地理人才的培养，二者相互依赖，相互促进。目前，绝大部分高校的地理科学专业都开设有专门的GIS课程，而且非常重视地理师范生对于GIS理论和实操的学习。

高等院校GIS课程设置存在着明显差异。由于各高等院校对于GIS课程的目标定位的认识存在差异，在实际教学中GIS课程相应的课时当量、软硬件设施以及师资配备差异较大，特别是关于地理信息系统的理论和实践教学内容的比例分配略有不同，各有侧重。在GIS课程的排课次序上，各院校之间也存在一定差异，大部分院校将GIS课程安排在大二或大三学年。考虑到GIS是一门应用性的技术科学，只有学生充分了解、掌握地理学的基础理论知识，把理论知识与GIS技术有机结合，才能有效地解决实际问题。因此，各高校一般都遵从“先理论学习，后实践操作”的排课次序。

综上，为适应新时期国家对于地理师范人才培养的要求，进一步提升地理师范生的综合素养，高等院校应更加重视GIS课程的理论和实践教学过程，将GIS技术融入到其他关联专业课程的课堂教学中，为国家培养合格的中学地理教师。

三、高校地理师范专业GIS课程教学存在的问题

与中学地理教学实践中GIS技术需求相比对，当前地理师范专业的GIS课程教学仍存在种种问题，制约着我国中学地理教育中GIS技术的广泛应用和普及。

（一）GIS教学目标无法适应中学地理教学需求

对于非GIS专业的地理师范生而言，GIS课程的教学目标设置应以教学实际需求为导向，主要围绕中学地理教学实践所需的技能与能力展开。当前，各高等院校对于GIS课程目标的设置差异较大，对于地理师范生就业后的实际需求考虑不足。培养“懂理论，会操作”的合格地理教育工作者，是高校GIS课程的最终目标。

（二）GIS教学内容“重理论讲解，轻实践操作”

GIS作为一个辅助教学工具，其突出的特点在于偏重实践操作、解决实际问题。在实际GIS课程教学过程中，对实践操作的教学重视程度不够；部分GIS课程往往过于侧重理论讲授，而实践内容设计比例不足。实践教学内容的缺乏，会影响地理师范生对GIS课程的基本概念和方法的理解，以及综合应用GIS技术解决实际问题的能力；同时，也不利于地理师范生就业后的教学实践应用。

（三）GIS教学形式单一，学生缺乏自主探索

GIS技术在与互联网、虚拟现实和3D显示等新兴技术的深度融合过程中，不断衍生出虚拟地理信息系统(VRGIS)、三维地理信息系统(3DGIS)以及网络地理信息系统(WebGIS)等功能强大的信息技术。新兴GIS技术的大量涌现，对本科GIS课程教学形式提出了前所未有的挑战。传统的“填鸭式”课堂教学形式日渐滞后于信息化技术的发展，教学形式过于单一，学生自主探索、创新的能力无法得到充分的锻炼。

（四）GIS教学考核方式无法客观反映学习效果

GIS课程强调学生解决实际问题能力的培养。多数GIS课程的考核方式仍遵循传统的记忆式理论考核与课程作业结合的方式，显然当前的考核方式过于单一，无法客观反映学生的学习效果。同时，缺乏挑战性的课程考核方式也不利于激发地理师范生的学习热情，主要反映在学生的主观能动性不强。

四、地理师范专业GIS本科课程教学改革的路径

基于上述中学地理教学的GIS实践需求与高校地理师范生的GIS课程培养的“需求—供给”分析，可以清晰地发现当前我国高等院校地理师范生的GIS教育存在供需不匹配的问题，无法充分发挥中学GIS辅助教学的优势，从根本上影响适应时代要求的高素质人才培养。因而，有必要从高校GIS课程教学改革的视角，探索性地提出推动地理师范专业GIS教育的优化发展途径。

（一）对标“地理核心素养”，培养师范生GIS创新应用能力

在素质教育和新课标的大背景下，培养中学生“人地协调观、区域认知、综合思维、地理实践力”四个层面的核心素养成为地理课程的重要教学目标。为适应中学地理教育的新需求，高校地理师范生培养的思路和模式也应做出相应转变。地理师范生掌握GIS辅助教学对于中学生“四个地理核心素养”的养成具有举足轻重的作用。因此，在高校地理师范生的培养过程中须更加注重GIS辅助工具、教育信息化理论的实践应用，将GIS技术融入到地理师范生培养的全过程。例如，地图是地理学的第二语言，为提升地理师范生的识图、析图、绘图、用图等地图能力，须结合地理师范生的学习特点，在地图中逐步落实地理知识点，通过绘制地图提升地图能力[7]。通过GIS技术与地理学知识的有机融合，循序渐进地培养学生的GIS创新应用能力。

（二）紧跟GIS技术前沿，适时深化GIS课程内涵建设

进入21世纪以来，GIS技术飞速发展，“三维GIS”“大数据GIS”“云GIS”“智慧GIS”等各种新概念层出不穷。按照Gartner提出的新技术“光环曲线”理论，大数据GIS技术的应用或将迎来发展机遇期[8]。面对日新月异的GIS技术变革，高校GIS课程既要注重理论讲授，夯实学生的理论基础，也要紧跟GIS技术前沿，培养学生主动探索、自主学习的能力。一方面，新兴GIS技术可为中学地理教学实际提供新的机会，GIS课程教学中须适时调整课程内容；比如近年开始流行的“开源GIS”，QGIS、MapWindow、GeoDa 等众多免费、开源的GIS程序包可为中学地理教学提供助力，有效解决部分学校经费短缺的问题。另一方面，适当增加实践教学比例，强化学生GIS技术创新应用技能，构建全面反映“概念—原理—方法—操作—应用”五位一体的GIS课程体系[9]。当前，伴随地理数据源极大丰富、GIS功能模块不断扩展的现状，地理师范生通过GIS实践课程实现“学中练，练中学”，从而达到GIS技术的“活学活用”境界。

（三）发挥高校科研优势，丰富地理师范生GIS实践教学

依托高校雄厚的科研基础和高素质的专家团队，积极引导地理师范生参与到教师的科学研究与实践，特别是侧重于GIS技术应用的科研项目过程中去。科学研究反哺教学，对于地理师范生综合素质的培养大有裨益。在科研实践中，学生的GIS软件操作水平、分析多源地理大数据能力、创新解决实际问题能力、团队合作能力等都会得到锻炼和提升，这为高校向中学不断输送高素质的创新教师人才提供保障。

（四）创新GIS课程教学模式，推进地理师范生素质教育

当前，慕课教学、翻转课堂等先进的教学理念和模式在我国高校校园如火如荼地开展。一改传统的“填鸭式”教学模式，以学生为主体的教育理念在高校课堂不断渗透。在教学方式上，GIS课程更多地采用讲解、演示、课堂练习等多种形式相结合的方式，实施任务带动式、团队合作互助式等创新教学模式来启发学生思维。激发学生学习的积极性和主动性；注重“理论联系实际”的逻辑思维和学习方法，培养学生创新、创造能力。在考核方式上，适当增加GIS软件实际操作技能的成绩比例，侧重考查学生对基础理论的理解和实际应用能力，实施全过程、多主体评价是教学效果反馈和督促学生自主学习的有效手段。总之，通过多层面的教学改革，期望培养出具有家国情怀、理论基础扎实、实践能力突出、合格的中学地理教师。