“中学地理信息技术实践”校本课程开发与实施

高翠微，谷 丰

一、地理信息技术实践校本课程的开发背景

校本课程与国家课程、地方课程共同构成三级课程管理体系。校本课程的开发不应割裂其与国家课程、地方课程的关系，而应将它们视为有序且和谐的整体[1]。在当前国家课程改革背景下，校本课程的开发也要面向核心素养的落实[2]。

教学与信息技术的深度融合是当前基础教育改革的重要方向[3]。地理信息技术是地理学科教学内容的组成部分；同时，在推动中学地理课堂教学改革、落实地理学科核心素养的实践中，具有重要作用。我国《普通高中地理课程标准（2017年版》（以下简称“新课标”）中规定，地理学科核心素养包括人地协调观、区域认知、综合思维和地理实践力，其中在地理实践力方面，强调“在真实情境中观察、感悟、理解地理环境及其与人类活动的关系，增强社会实践能力和责任感”；在学业质量部分，在地理实践力这一核心素养的各级学业成就表现水平中都要求学生能够使用地理信息技术观察、分析、解释相关地理事物和地理问题[4]。学生真正体验地理信息技术的实践，利于地理核心素养的培养和育人方式的改革；利于拓展学生对地理信息技术应用的认知，无论在认知广度还是认知深度上都会更进一步；也更加利于培养学生科学探究精神和社会责任感。

技术知识是关于人们如何行动的知识，技术应是面向实践的[5]。然而，目前在国家课程层面，我国中学地理课堂在地理信息技术教学中，因硬件设备、师资力量、教学评价等因素的影响，还集中在地理信息技术应用方面的知识学习，缺乏技术实践课程的教学。因此，在有条件或有能力创造条件的学校，开设地理信息技术实践的校本课程，探索课程开设及教学经验，对于弥补国家课程教学不足以及课程建设经验推广具有重要意义。

本次地理信息技术实践校本课程的开发，以清华大学附属中学的校本课程开发实践为例进行分析。此外，地理信息技术教学集中在无人机遥感技术和地理信息系统技术的教学。无人机遥感是将无人机技术、遥测遥控技术、遥感传感器技术、导航定位技术、通讯技术等多项技术集成，可以在低空快速、准确地获取空间遥感信息。地理信息系统是通过借助计算机等，实现对空间相关数据的存储、检索、操作和分析等。地理信息系统等技术真正进入中学地理课堂具有一定难度，这需要对采用地理信息系统技术的课程开发及实施过程进行仔细规划[6]。

二、地理信息技术实践校本课程的开发原则及模型

校本课程的开发与组织应立足学校及地方的环境及资源，观照学科逻辑及要求,同时还要考虑学习者的认知心理和兴趣需要[7]。

（一）课程开发原则

1.课程目标：以地理信息技术实践能力为核心，促进综合能力的发展

依据不同的标准，能力的分类有很多种。在学科教学中，需要重视学科能力的培养，学科能力最直接的体现是某学科的特殊能力[8]，如地理学科的地图能力、地理实践能力等。地理信息技术实践能力，是指学生能够利用地理信息技术获取地理信息、整理分析地理信息能力，是地理实践能力的组成部分。在学科能力基础上，学生作为未来世界的创造者，还应该掌握21世纪所需要的技能，如学习与创新能力，包括批判性思维、合作与交流、问题解决能力等；数字化素养能力，包括信息素养、信息与通信技术素养等；职业和生活技能，如主动性与自我引导能力、社交与跨文化交流能力等。[9]这与OECD在《2030学习指南》中所倡导的综合能力培养的主旨是一致的。[10]基于此，本课程目标设置为，以地理信息技术实践能力培养为核心，促进综合能力的发展。

2.课程内容：动态发展与改进

课程内容主要是技术方法课程，包括三个维度内容，即地理信息技术方法课程、地理野外实践方法课程和地理研究方法课程。

本课程是关于地理信息技术实践的教学，随着地理信息技术的发展及应用的探索，课程内容及资源都需要更新。课程开发及实施逐步积累的经验，也将促进课程逐步改进和完善。

3.课程教学组织：实施项目式学习，构建学习共同体

整个课程分为地理信息技术理论基础、技术练习、技术实践应用三大环节，课程教学的实施，采用项目式学习方式，充分发挥学生的主体作用。

学习共同体的理论基础是建构主义，强调学生学习的合作性及充分参与，并具有以下几个特征：有真实的学习任务、小组成员合作、协商理解、公开呈现、与专家合作、分担教与学的责任。[11]本课程构建的学习共同体包括学生与学生之间、学生与教师之间、教师与教师之间、中学与相关支持单位之间，为共同完成课程目标而展开合作，促进发展。

4.课程资源建设：真实且具有持续性

本课程是地理信息技术实践的课程，技术应用环境及技术设备是课程实施的重要资源条件。在课程资源建设方面，坚持以下几项原则。

（1）为技术实践项目的实施与学习创设真实的情境。在环境中活动是促进认知发展的关键，情境对于激发学生思维具有重要意义。[12]实践性技能需要在情境下获取或激活，而实践性知识同样具有情境性的特征[13]。在真实情境下解决问题，会充分调动学生已学知识，并建立知识之间的关联。真实情境下的问题通常比较复杂，学生在复杂情境中产生认知冲突，促进疑问、自主、探究、合作、建构的学习产生[14]，也会考验学生综合能力的运用。在此过程中，充分发挥优势能力和能够及时发现自身短板的能力，进而提升不足之处。即让这个过程成为一个“扬长示短”、“取长补短”的学习过程。因此，创设真实情境，让学生解决真实问题，也更利于发现和培养创新人才[15]。

（2）重视实践基地建设，保障课程的实施及持续发展。实践基地是开展野外实践的环境载体，是进行野外实践探究的真实情境。地理实践基地的选取应该满足以下几个要求。

①保障性，指地理实践基地能够满足实践教学顺利开展的需求。首先，地理实践基地的地理环境，能够支持地理研究问题的调查，包括支持地理信息技术工具、实验设备等的使用；第二，实践基地的配套设施需要基本齐全，为实践教学提供便利、安全的保障；第三，地理实践基地的教学资源要具有相对稳定性，能够重复利用，以保证地理实践教学的长期规划与实施。

②综合性，指地理实践基地的地理要素相对综合。由于地理学科具有综合性、复杂性特征，所以要求地理实践基地的地理环境中涉及多个地理要素，让学生能够在地理考察中，培养综合思维。

③典型性，指实践基地的地理要素特征具有代表性，并符合高中生的学习认知水平。实践基地地理环境的典型性特征，有利于在野外实践教学中，让学生将实践中的所见、所感、所思与课堂中所学的地理规律、原理等建立联系，深化对理论知识的理解，并通过知识迁移，解释或评价实践基地所呈现出的地理问题。

④持续性，指地理实践基地要进行持续建设，不断完善，以满足地理信息技术在不同主题、不同区域尺度上的实践应用。

（3）所选地理信息技术设备要可得、方便、符合规范。课程中的学生项目研究主要以使用地理信息系统及民用小型低空无人机遥感为主。地理信息系统主要通过计算机完成，因此，技术设备容易满足要求。小型低空无人机遥感器材的选取要在保证质量的前提下，符合易于获取、使用方便的条件。使用者应使用合乎要求的低空遥感图像拍摄设备，并备齐相关法律手续。

（二）课程开发模型

基于以上课程设计原则，构建地理信息技术实践课程开发模型，如图1所示。该模型由课程设计、课程实施和课程反思三个模块构成，注重课程开发的动态发展。根据地理信息技术野外实践课程的总目标，设计课程内容及教学组织形式；根据地理实践的一般方法，设计课程实施方案。

图1.地理信息技术实践校本课程开发模型

三、地理信息技术实践校本课程的实施

地理信息技术实践校本课程由理论基础、技术练习和实践三个模块构成，其中前两部分在校内完成，实践部分在野外实践基地完成。

（一）地理实践的准备

1.技术方法课程的校内教学

在理论基础学习阶段，需要学生了解地理信息技术的起源、发展等知识，重点掌握地理信息技术工具与信息技术在地图绘制与表达中的运用，了解文献查阅、访谈、问卷等地理调查方法。在练习阶段，学生在教师辅导下，绘制校园地图，将理论知识综合运用在练习中，强化信息技术软件的应用能力；试编调查问卷，进行模拟调查等。地理信息技术实践课程校内教学大纲如表1所示。

表1.地理信息技术实践课程校内教学大纲

在技术方法课程的教学中，为培养学生独立研究及合作交流能力，教师对学习任务类别做细致划分，并组织学生召开阶段性、主题性的学习总结交流会。在学习过程中，充分发挥学生的主体作用。为保障学生信息技术使用的专业性，授课教师团队由中学地理教师、地理信息技术专家、高校地理专业研究生等共同组成，对学生提供指导。

2.野外实践考察计划的制定及模拟演练

（1）实践基地及研究主题的选择

研究主题、实践基地及地理信息技术设备之间相互关联。学生小组在充分讨论研究主题、技术设备、实践基地三者的关系后，确定的实践基地有北京市房山区孤山口村、十渡风景区、门头沟区灵水村以及昌平区老君堂村。以昌平区老君堂村的野外实践为例，进行详细说明。

学生在昌平区老君堂村的项目研究主题为：基于地理信息技术的老君堂村土地利用研究。老君堂村的村域面积为9.7平方公里，村址海拔166米，东、北、西三面临山。村周边的山上有国有林场，山前有果树区。村落形态完整，自然及人文景观齐备，且具有典型性。此外，老君堂村距离学校大约40分钟车程，可达性较好；村落幽静平和，安全性高。

（2）野外考察计划的制定

为确保野外实践的顺利实施，需制定详细的野外考察计划。首先，在教师指导下，要求学生初步了解实践基地的地理环境，并综合分析研究主题、研究兴趣及地理信息技术功能之后，确定具体的考察任务，规划考察路线。此外，要求学生参与野外考察安全事项的整理。最后，将以上内容整理为《基于地理信息技术的野外实践考察手册》。

此环节，学生容易出现的问题集中体现在部分考察任务的可操作性欠缺；此外，未设计考察计划的替补方案。由于野外考察中天气等非可控因素较多，制定替补方案是必不可少的。为解决以上问题，一方面教师以追问的形式，引导学生推演考察步骤的实施，逐步落实考察任务的可操作性及其与考察目标的相关性。另一方面，教师通过案例分析指出野外考察中可能会出现的问题，并引导学生设计应对方案。

（3）野外模拟演练

根据课程设计，开展野外考察模拟活动——禁飞区外的实地飞行检测，从而为正式的野外考察活动做准备。此次模拟活动的目标及内容是：让学生熟悉无人机的实地操作，熟悉山地及山前平原（农田、村庄）进行平面遥感图像采集技巧；在野外考察中，让学生学会对任务进行合理分配，培养良好的小组合作及沟通能力。

模拟训练中，学生在确定无人机飞行范围方面存在困难。为此，教师要求学生重新审视考察目标，并讲解考察范围的选取原则。此外，由于已设计的飞行高度对遥感影像的拍摄效果不好，教师指导学生重新调整高度，根据实际拍摄效果选取最佳结果。

此次模拟活动之后，学生经过实践反思、讨论、咨询等方式，进一步细化了野外考察的注意事项，如为了保证飞行安全和数据的获取，除无人机外，还需要准备足够拍摄图像所需飞行时长的电源设备、飞行控制设备（如调试遥控器、与之连接的移动设备等）、用于观察无人机方位的瞭望器材（如望远镜）、支持野外实践的对讲机、GPS等。

（二）地理野外实践的实施

1.地理数据的获取

学生在实践基地，即北京市昌平区老君堂村开展正式的考察活动。考察目标为：了解老君堂村的地理环境，验证利用无人机低空遥感的可行性，并拍摄老君堂村的无人机航拍图像。

学生分为技术组、生态组和聚落组三个小组进行考察，具体任务如表2所示。

表2.学生实地考察分组及任务分配

技术组，通过操作无人机，实现无人机的自动间隔拍摄，相关软件自动拼图及成像，获取遥感影像数据。访谈调查的顺利开展，需要学生良好的交流及表达能力。学生在采访中出现的问题为：在访谈开始时，被访村民表现拘束，而采访者未能及时清晰表明采访目的，以让村民放下戒备心理；有些问题比较专业，村民难以理解时，部分学生难以将此转化为更为具体的问题进行采访。对存在采访困难的学生，教师进行示范性访谈，学生通过观察，总结经验，再进行采访。

2.实验室数据处理与分析

实验室的数据操作主要分为两个阶段，第一阶段是对数据进行处理，得出老君堂村的遥感图像；第二阶段是进行数据结果的分析，即借助遥感影像及实地调查数据，进行老君堂村的土地利用情况分析。

在第一阶段，学生利用ArcGIS软件的地理配准功能，在完整影像上添加了经纬度的地理数据。同时，根据不同的土地利用类型（比如民房、果园、道路等），利用ArcGIS软件对村子图像进行矢量化处理，并根据矢量化结果生成各土地利用类型图，根据图层数据获得各土地利用类型的面积、范围、分布等信息。除了利用ArcGIS进行矢量化处理以外，同学们还探索利用ENVI软件的分类功能对图像进行分类，依据RGB波段的颜色，采用“最大相似法（成熟的分类算法）”，生成不同土地利用类型的分类图。

第二阶段，学生在矢量化后的老君堂村遥感图像上，标示出土地利用类型，将主要功能分为：住宅占地、森林占地、农业（果树）用地以及其它用地（未知或空地或类型杂乱的土地）。

在实验室数据处理与分析这个环节，部分学生在利用地理信息技术软件处理数据及小组分工方面存在一些问题。教师引导学生做好小组分工，同时鼓励小组成员之间加强交流互助，共同完成任务。在依据遥感图像进行土地利用示意图绘制时，部分学生对制图语言掌握不足。教师则引导学生联系已学的地图知识，讲解制图原则，进行知识迁移。

3.回答地理问题

根据不同功能区分布以及占地面积大小，可分析出土地利用基本情况。之后，学生需要进一步联系生活经验及所学，从人地协调观的角度，提出了老君堂村土地利用中存在的问题，如老君堂村的主干道的弯道较多，在住宅区和农田中间穿过，存在一定的交通安全隐患；老君堂村居住区民房密度较大，房屋间距离较近，村道狭窄，房屋的采光易受到影响。

在此阶段，学生需要对老君堂村的土地利用情况进行评价。在提出其存在问题方面，受生活区域（大部分学生主要生活在城市）的影响，学生在开始解答时，思维有所局限。在教师引导学生进行生活经验及知识的迁移之后，学生可以比较好地完成任务。学生在思考与讨论过程中，体现出了综合思维的发展。

（三）课程实施效果及反思

1.真实情境下，学生的综合能力得到显著提升

创设真实情境，让学生解决现实中的问题，是对学生全方位的锻炼。从宏观设计到微观细节，每个层面都能窥见学生暴露出来的问题，这难得的教育时机在平时的地理课堂教学中是难以捕捉到的。然而，也正是让学生在真实问题的解决中，调动了学生的参与感；在认知冲突产生之后，增强了学习兴趣和探究动机。

个人探究任务与小组合作任务相结合，一方面提升了学生的独立思考能力，另一方面，让学生体会到在学习共同体中每个人承担的角色及其重要性，并在小组交流中培养批判性思维。小组成员之间的同辈榜样力量及互助作用，更利于学生的发展。

在野外实地考察中，特别是与社会人员的交流中，提升了学生自我表达能力及交流技巧，以及在语言交流中提取有效信息的能力。

在地理信息技术的学习及使用中，体会信息技术对推动学科发展、社会进步的重要性。同时，在利用信息技术进行探究中，理解地理学科思想，培养地理空间思维，树立了严谨的科学态度；此外，还让学生体会到，为保证任务的顺利进行，对完成研究任务的外围保障工作，做出细致及全面规划的重要性。

学生的实践成果《无人机鸟瞰老君堂村》获得中国青少年环境地图竞赛一等奖，给予学生很大的鼓励。

2.完善教学方法论体系，促进地理教学方式的改进

由于目前地理信息技术实践、野外实践课程在中学阶段的开设尚不成熟，而本次中学地理信息技术实践课程的开设，利用地理信息技术将地理课堂教学与野外教学进行深度融合，其课程设置理念及实施经验，有助于丰富地理信息技术实践和野外实践教学的方法论，也是一次关于落实地理学科核心素养的教学方式的有益探索。

3.探索中学与相关支持单位的合作，在实践中促进教师专业发展

当教师作为课程的开发者、课程实施的执行者时，也就成为了教育教学创新的挑战者。地理信息技术实践课程的开设，对地理教师的知识体系、理论储备、实践经验等提出更高要求。中学与其他相关支持单位进行合作，在弥补师资力量不足的同时，于合作中可积极促进教师的专业发展。

对于教师来说，课程的开发与执行过程，也是教师实践性知识的生成过程。教师实践性知识的生成需要四个基本要素:主体、问题情境、行动中反思和信念。[16]亲身参与本课程的开发及执行的教师充分发挥了其指导作用，是一次开创性的工作，在面临技术实践课程先验经验相对匮乏的情况下，能够坚持不断地探索、反思、改进，对其专业成长具有促进作用。

四、结语

实践是地理学的重要组成部分，也是地理学习的重要手段。基于地理信息技术，设计中学地理实践校本课程，在中学阶段具有重要意义。

本课程的开发及实施仍有一些问题需要进一步探讨及改进，首先对学习的评价,需要具有更具体的评价方式。根据“新课标”的要求，后续课程评价也会更加注重学生思维结构的评价。开辟新的考察基地也很有必要，以便开展更多的不同类型的实践活动；此外，还可以与其他学科融合，开发学科之间的地理信息技术综合实践课程，这将更加利于学生知识体系的构建，促进解决真实、复杂问题能力及学科素养的提升。