GIS技术在培养高中生区域思维空间素养方面的研究

摘 要：《普通高中地理课程标准（2017年版）》中明确指出，要培养学生运用区域空间的思维方式和能力，实现对地理环境的模型构建，加强对信息技术相关知识的指导和教育，利用信息技术加深学生对地理环境的认知和了解。GIS将多源空间信息数据、空间信息多维表达及空间信息分析和决策相融合，有利于发散学生的地理空间思维。GIS技术应用于高中地理学科教学中具有十分重要的现实意义，对培养学生区域思维空间素养具有至关重要的作用。

关键词：高中地理;GIS技术;区域思维;空间素养

中图分类号：G43                        文献标识码：A                   文章编号：2095-624X（2021）14-0024-02

引 言

空间性既是地理学科的基本特性，又是学习地理相关知识的重要前提，因为地理环境是基于空间的维度存在的，所以在高中教育阶段，培养学生的地理区域思维空间能力可以帮助学生形成空间区域感，对提高其地理认知能力、分析能力具有重要的现实意义，可以说是地理学科的重要教学内容。但观察高中地理教师应用GIS技术培养学生地理区域思维空间能力的教学现状可以发现，教师思维意识和执行力不强等一系列问题影响着这一教学目标的实现。因此，我们首先要对在高中地理教学中应用GIS技术的必要性进行分析，并结合当前利用GIS技术辅助教学存在的问题展开有针对性的分析，以期为培养高中生区域思维空间素养提供一些帮助。

一、利用GIS技术辅助高中地理教学的必要性分析

（一）GIS技术的应用特性

如今，信息技术已渗透到人们生活的方方面面，教育领域也离不开信息技术的辅助，对教育领域而言，这既是机遇又是挑战。在高中地理教学中，区域思维空间素养成为教学研究的重点，有利于学生正确认识地理环境要素、提高空间认知感。而所谓GIS，就是地理信息系统的简称，是对地理信息数据的存储、分析和显示的空间应用技术，它由数据库管理系统、图形处理表达系统和空间分析系统三个部分构成，为空间数据的分析、表达和决策提供了新的技术支撑。

（二）利用GIS技术辅助高中地理教学的优势

1.强大的数据输入、存储功能

与传统平面例图有所不同，GIS技术在信息交互性和多维性、共享性等方面具有得天独厚的优势，能够存储海量的数据。高中地理教师可以将GIS技术恰当地引入实际的教学活动中，培养学生多角度、多元化地观察地理环境要素的能力，从而帮助学生建立空间思维能力。GIS技术不仅在信息存储方面具有很强的优势，还能展示不同类型的数据，提供的信息远比传统的挂图更为丰富，而且可以实现不同图层的随时切换，在不同地图比例条件下缩放自如。同时在GIS技术支持下，教师可以实时更新地理信息数据，以确保地图反映客观事物的真实性和时效性。

2.地理空间数据的可视化显示

GIS技术可以将图形及文字结合起来表达地理空间信息，这种方式更易于被学生接受和理解，在刺激学生视觉感官的同时，有利于学生注意力的集中和提高。地理空间数据的可视化显示不但体现在二维模型的表达上，而且在多维空间模型的建构上也具有独特的优势，能够将数据信息以动态、立体的形式展现在学生面前，从而激发学生的学习兴趣和主动探索地理知识的热情，从而更好地凸显学生的课堂主体地位。

3.强大的空间分析功能

地理信息技术中的空间性、直观性和综合性是其三大特点，而空间性最重要——地理信息系統中的空间分析功能能够对地理对象进行缓冲分析，实现地形三维模型构建及多种专题地图的叠加分析[1]。教师利用地理信息系统的空间分析处理功能，能将地理各要素之间的联系和影响关系充分地展现出来，帮助学生掌握空间分析技能，使其了解空间分析的应用价值。

4.地理实践能力的培养优势

将GIS技术有效融入地理课堂教学，对提高学生的地理实践能力具有重要意义。例如，教师组织学生对某一问题进行数据收集，并把所得的数据输入计算机中，利用GIS技术进行模拟和展示，再将该区域的地理位置图上传到软件中，就可以展开相关问题的对比和分析。

二、在高中地理教学中应用GIS技术的现状及问题

（一）教师对GIS技术的应用意识欠缺

当前，虽然我国在高等院校中开设GIS课程已经有一段时间，向社会和教育领域输送了许多GIS专业技术人才，但高中地理教师在实际教学中较少研究GIS教育功能，对GIS的教学策略、具体操作步骤和教学模式的研究更是缺乏，这在一定程度上阻碍了将GIS技术有效运用于高中地理教学中。

（二）学生对GIS技术的理解能力不高

高中阶段主要是对基础理论知识进行讲授，很少涉及专业特色较强的应用软件，教师如果强硬地将GIS与基础理论知识相结合，会使很多学生对这种技术的操作过程和显示原理难以理解，加之部分学生的计算机操作技能有限，影响了地理学科中GIS技术的实施和完成。

（三）GIS软件费用高昂

GIS软件是一种专业特色很强的应用型软件，在商业机构中利用率较高。GIS软件比其他教育软件操作更为复杂，需要教师和学生花费大量的时间和精力去钻研，再加上高中学校经费有限，且学校缺乏专业的GIS技术人员指导教学，导致GIS软件的使用率不高。

三、GIS技术在培养学生区域思维空间素养方面的策略研究

地理空间思维除与一般性学科特性存在共性外，还有非常明显的地理学科综合性和空间性，而这种综合性是将地理学科中的多种要素相融合的结果，空间性则是将二维地图、三维地图与四维地图相结合的表达方式。综合来看，地理区域思维空间素养可以分为地理空间定位思维能力、空间想象能力及空间分析能力。而地理信息系统在高中区域地理教学中比较适宜的功能有空间数据的查询与定位、数据的变换及空间数据的可视化显示和空间分析等。教师利用地理信息系统辅助高中地理教学，不仅有利于培养学生获取地理信息的能力，还能促进学生对信息技术的应用、处理能力及批判性思维能力的提高，促进地理生活化教学及学生地理实践技能的发展。

（一）利用GIS融合多源空间信息，锻炼地理空间定位思维能力

GIS技术最基础的功能就是对多源信息进行融合和处理，在GIS中，地理数据能够记录地理对象的分布位置和信息，是地理空间信息的载体。而GIS技术能够容纳海量的地理空间数据，并将其分类存储和显示。GIS技术可以用于野外调查和测量数据，对地形地貌数据、历史基础数据、人口分布数据等进行统计和整理，可以基于时间维度进行外在表达，从而展现不同时间地理对象变化和发展的情况，准确把握不同属性的地理位置。例如，在教学“区域农业发展——以我国东北地区为例”时，教师便可以借助GIS技术将我国东北地区的地理位置清晰、准确地展示出来，在地图中不仅可以显示区域经纬度，还可以展示本区域的地形地貌情况。学生可以结合具体地理问题对区域地图进行适当的放大和缩小，从而转换观察视角。如此不仅对分析适合本区域农业发展的地形条件、温度条件、光照条件等具有重要作用，还能够培养学生的地理空间定位思维能力。

（二）利用GIS制作专题题图，培养地理空间想象能力

地理是一门综合性非常强的自然学科，其中包含诸多地理要素，而且各要素的类别和形态千差万别，要素分类具有多源性，而从学科分类上又可分为自然地理、人文地理、经济地理等，如果将不同类型的数据进行综合汇总，则可以绘制成地理专题地图，能够直观表达地理信息。教师基于GIS技术，可以利用数字高程模型（DEM）模拟地理区域内的地形地貌，并将该区域的地质、水文、气象等专题地图进行融合，实现区域地理的可视化表达。例如，在对我国西北地区的地形地貌图进行绘制时，教师可以运用GIS技术将西北地区的地形地貌生动形象地展示出来，帮助学生直观地感受西北地区的地形情况。又如，在对华北地区某一城市近20年发展空间变化情况进行分析时，教师可以借助Google Earth地图的时间变化功能，以5年为一个时间节点分析该城市的空间发展情况，学生从图中可以清晰地看到，随着时间的变化，城市用地面积在逐渐扩大，从而明确了城市发展的方向，并了解了绿地、人工湖等生态环境建设方面的发展。这对学生空间想象能力的培养和提升具有重要的现实意义。

（三）利用GIS叠加地理要素，培养地理空间分析能力

GIS技术的强大功能之一就是可以将不同类型的数据分别存储在不同的地理图层中，并同时对这些图层进行叠加，从而构建不同地理要素之间的关系网络，展示具有一定分析意义的主题地图，从中获取有价值的地理信息。例如，在学习“荒漠化的防治——以西北地区为例”一课时，教师可以利用GIS技术将本区域的降水量分布图层、地形地貌图层、河流分布图层、土壤发育分布图层及人为因素干扰强度分类图层进行叠加，并对每个影响因素赋予一定的权重，进而生成不同分类等级下的荒漠化图层，这对分析本区域生态环境现状和发展情况具有重要意义。又如，在分析某区域社会经济发展情况时，教师可以利用GIS技术对这座城市的道路建立一定距离的缓冲区，并与这座城市的分布图层和人口分布情况图层进行叠加，从而分析人口分布、道路设施建设与社会经济发展的相关性，这对提高学生区域分析能力具有重要作用。

结 语

综上所述，GIS技术在空间数据存储、叠加、分析和表达方面具有得天独厚的优势，将其恰当地融入地理学科的研究中，可以与地理要素进行融合，便于地理数据可视化显示，从而实现信息的直观表达。因此，教师将GIS技术运用到高中地理课堂教学中，可以极大地提高学生对地理空间信息的认知和理解能力，使学生对地理空间信息进行有效获取和分析，进而实现对学生地理区域思维空间素养的培养。

[参考文献]

吴惠珍.地理信息技术在高中地理教学中的应用[J].西部素質教育，2019，5（22）：141.

作者简介：王贵峰（1984.1—），男，山东临沂人，本科学历，一级教师，研究方向：高中地理教学。