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【摘要】GIS作為一種新興的地理信息技術，擁有的強大的地圖制圖和空間分析功能，與地理科學的研究要求不謀而合，為中學地理教學提供了一種新方法。本文從它在國內外的應用狀況、功能優勢以及在地理教學中存在的問題等方面進行闡述，以期為教師更好地在中學地理教學中應用GIS起到啟示和借鑒的作用。
【關鍵詞】地理信息系統(GIS);中學地理;地理教學
1緒論
近些年來，隨著科學技術的逐漸發展，各類技術在不斷地影響著人類生產方式，生活方式，逐漸促進了新型教育理念的誕生，信息技術與教育教學的結合已經成為發展趨勢，同時也是學者研究的重點領域。自從我國實施新課程改革之后，教育工作面臨的挑戰更為嚴峻。近年來，我國基礎教育課程改革綱要提出在教學過程中應該推進信息技術和教學內容的有機融合，為學生和教師提供良好的教學環境和有效的學習方式，充分利用信息技術在課堂教學中的特點。在傳統的地理教學中，大多數有資歷的教師會靠教學圖表這種傳統的他們認為能夠帶動學生積極性的教學方式來進行教學，但是如今已不能滿足對現代化社會性人才的培養要求，而地理信息系統技術的應用于地理課堂教學倍受期待。GIS以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態的地理信息，即采集編輯、存儲管理、處理分析、傳輸地理數據，以多種形式輸出數據和圖形產品，為地理研究和決策服務的計算機技術系統。境外將GIS應用于地理教育首先是從歐美地區發展起來的，如美國，加拿大，德國和日本等起步較早，GIS軟件輔助地理教學的案例和應用也較多，一些國家和地區甚至已經形成了較為成熟的GIS教學體制。1994年，美國《國家地理課程標準—生活化的地理》中明確指出“Geographicinformationsystem”是地理教學的工具和主題之一，可以通過GIS來獲得更多的地理資料，利用GIS掌握更多的地理技能和知識。美國的Audet和Abegg提出，地理信息系統應用于地理課堂教學時，在資料分析方面(特別是在空間認知和地形圖讀圖能力方面)能發揮很好的作用。香港教育局規定從2009年起，香港中學教育將引入GIS知識作為教學的有機組成部分。1999年臺灣教育部頒布的《高級中學選修科目地理課程標準》中規定從2001年開始，GIS內容將被納入高三上學期地理選修課程。2003年，我國的新課標要求把GIS整合到中學地理教學當中，隨后，全國各地利用GIS輔助地理教學和開設選修課活動顯著增多，GIS相關內容在相應的各版本新教材也都加大了比重，并且GIS的相關試題在近年的普通高等學校招生全國統一考試中也多次出現。由此可見，GIS在我國中學地理教育中的地位正逐步提升。GIS能將地理事物的空間和屬性信息結合實現數據的可視化，這使地理教學過程中有效地使用地理數據、圖表提供了一種新的手段，因此，在我國中學地理教育中對GIS這一新型技術的普及與推進已經迫在眉睫。
傳統的地理教學是板書式，填鴨式的，大多時候教師使用教材，利用板書或者板圖板畫來進行教學，學生的學習也是被動地、機械地、乏味的，教師偶爾會使用一下多媒體，投影儀或Flash等計算機手段來輔助教學使所學地理知識更加直觀且更具趣味性，從而強化學生對知識點的記憶。在傳統地理教學過程中，我們時常會遇到課本內容陳舊、地理知識過時、某些地理思想無法用言語或者常規表達方式來講解清楚等問題。針對傳統的地理教學的弊端，GIS是一種新的技術手段，其具有能夠存儲、處理海量的地理數據并且兼具空間分析、模擬等功能，它是表達地理事物的空間位置與屬性的有效的手段，也是最適宜的現代教育技術方法。
2．1GIS的功能及應用優勢
2．1．1GIS電子地圖功能
地理教學中，地圖是地理學的語言，傳統的教學掛圖通常具有地理要素較多、專題不夠清晰、不易被保存、不易攜帶等缺點，而地理信息軟件具有非常強大的制圖功能，可以制作各種形式的專題地圖，從而以更廣闊地角度、更科學的方法來認識世界。因此，它與傳統的紙質地圖相比有著無法比擬的優越性。通過利用GIS軟件的地圖的放大縮小、漫游功能使我們查看不同詳細程度的地圖數據。另外，通過利用GIS軟件對電子地圖圖層的操作，能清晰地顯示地理信息，展示地理事物的空間分布狀態，地理要素之間的空間關系等。以電子地圖的方式展現地理要素的空間分布形態，從而實現地理事物可視化，可以實現輔助講授特定教學內容。
2．1．2GIS地形分析功能
在我國中學地理教學中，明確要求學生要懂得等高線彎曲、疏密狀況在地理中代表的意義，以及通過分析等高線的形態在地圖上分析出地形高低起伏、坡度陡緩和地形種類。在傳統的地理教學中，認識山體地形的概念都是通過平面紙質地圖中的等高線來實現的，深入理解這些知識是非常困難的，平面地圖缺乏山體地形的直觀可視化表達。而在GIS中，利用矢量化技術對等高線圖矢量化并賦于高程值，然后利用GIS三維分析功能生成相應的數字高程模型，并利用三維可視化表達方法展示山體，從而使學生能直觀地觀察山峰、山谷山脊、鞍部、陡崖等多種地形。還可以在數字高程模型基礎上，疊加相應的遙感影像數據或者矢量數據，實現三維數據融合，則可使山體表現得更加生動形象。這種教學方法不僅能調動學生的積極性，而且可加深學生對地形特征的認識。
2．1．3GIS空間分析功能
空間分析功能是GIS技術的核心功能，是GIS有別于其他空間數據軟件的主要標志之一。它擁有如緩沖區分析功能、三維分析功能、疊加分析功能、空間插值分析、網絡分析功能等空間分析功能，在地理學的研究中占據重要地位，通過空間分析能夠使隱藏在地理事物的特性直觀表現在學生眼前，通過這種手段不但可以激發學生學習地理興趣，同時也能使學生更好地消化和鞏固學習到的地理知識。
2．1．4GIS三維動態模擬功能
利用GIS技術可以對多時相、異源異構的數據實現空間模擬，如對高中地理教材中地球的運動、天體運動、地殼的變動，褶皺、斷裂的形成以及大氣環流的形成，氣壓帶和風帶的季節移動，洋流的移動等知識進行三維動態模擬。利用GIS技術將動態的自然演化過程設計成三維動畫的形式，就能使復雜的地理演化過程一目了然。學生經過自己的觀察分析就能夠很輕松地理解和掌握復雜抽象的知識點。這種教學方法，不僅讓學生能直觀地理解知識，還能充分調動學生的學習積極性，可以達到其它教學手段難以達到的理想效果。
2．2GIS技術在地理教學中的應用優勢
將GIS技術用于地理教學，其優勢為:(1)可操作性強、交互性強、自主性強，這對于轉變傳統教學理念，促進教學模式、方法的變革以及對提高學生的創造力都起著非常大的作用。(2)刺激學生的視覺與聽覺，不僅可以激發其學習興趣，還能充分深刻的掌握知識點，有助于學生對知識點的深度記憶。(3)動態模擬和虛擬現實可以將屬性數據、矢量數據、影像數據、數字高程模型數據高度融合，以真三維形式向學生展示無法實地考察空間環境、地理事物演化過程，并將抽象地理知識具體化，動態化，這樣有助于學生建立空間概念，培養學生的空間思維能力，同時將這些數據處理融合是一個復雜的分工協作的過程，這樣還能提高學生協作能力，加強學生的團隊意識。
3我國GIS應用于中學地理教學存在的障礙及措施建議
3．1我國GIS應用于中學地理教學存在的障礙
當前，我國己經具備了在中學利用地理信息系統開展地理教育的環境，但是與發達國家的中學GIS教育相比，我們還有很大差距，筆者認為可以歸納以下幾點:
3．1．1針對GIS輔助中學地理教學的理論研究有待完善
GIS傳入我國是20世紀80年代末，相對發達國家較晚，而目前中學一線地理教師參與GIS教育研究較少，而且著重對GIS某一方面技術內容進行輔助地理教學的探討缺乏，對GIS應用于中學地理教學具體手段、應用模式、應用理論等方面的缺乏深入的系統的研究和探討。
3．1．2GIS教學平臺的研發滯后、應用面不夠寬
隨著技術的發展，GIS軟件功能是越來越強大，但是，GIS軟件專業性太強，功能強大而繁雜，對中學地理教師及學生而言，操作性要求較高，界面大多是外文界面，對GIS的應用存在較大障礙，教師在教學過程中如果處理不當則極易出現“地理課”變成“上機課”、“外文課”的局面。如何研發更好的地理信息系統教學平臺來輔助地理教學;這是中學地理教學需要努力研究的重要一個重要方向。
3．1．3師資短缺問題
GIS發展到今天，專業GIS軟件已經較多，但這些軟件過于專業化，功能比較復雜，軟件使用要求較高，掌握這些地理信息系統軟件對地理教師來說比較困難，學校又缺乏對教師進行GIS專業技術培訓，這使得很多教師沒有能力使用GIS專業軟件。另外，高校師范地理教育專業開設GIS課程也是近幾年才開展的，并且大部分師范院校在開設GIS課程時，并且重理論輕實踐，僅僅進行理論學習和單純的技術訓練，未能根據中學教學特點來講授GIS課程。剛從高校畢業的師范生，很少能將GIS技術很好地應用到地理教學中，同時中學中GIS相關的教學資源缺乏，愿意去研究的教師人數更是微乎其微。
3．1．4GIS數據資源問題
由于專業的GIS數據價格昂貴，適用于中學地理的GIS教學資源嚴重缺乏，這是對我國地理信息系統教育傳播的最大制約。GIS的強大功能是利用大量的空間數據做支持的，GIS的功能就是對地理數據進行管理、分析和應用。而教師只能通過網絡獲取免費且少量的教學數據資源，同時作為GIS主要數據源之一的遙感數據極少是免費的，這也是限制GIS在我國中學地理教學中的推廣及應用的原因之一。
3．1．5國內支持GIS輔助教學的信息化教學環境有待改善
學生的計算機水平也是制約我國GIS教育的原因之一，而由于學校的計算機教學課時偏少，特別是中學教育中，教師及學生對計算機技術的忽視導致學生計算機水平低下，專業GIS平臺軟件需要中學教師及學生有較高的計算機水平。另一方面，對于貧困地區的學校來說，教育資金的缺乏和教學思想陳舊也制約著我國地理信息系統教學環境的改善。
3．2我國GIS應用于中學地理教學的措施建議
針對上述我國GIS應用于中學地理教學存在的障礙，并依據我國基礎教育課程改革的對信息技術改革的要求，筆者根據前人討論意見和個人看法，提出以下幾點措施建議:
3．2．1政府和教育部門加強推廣GIS在中學地理教學中應用的理論和實踐研究
在中學教育對GIS輔助中學地理教學的理論研究極少，適合中學地理教育的GIS平臺不多，也沒有適合的地理數據資源為GIS基礎教育服務，中學地理教師也很少機會參加GIS培訓。這些問題與我國教育部門沒有推行統一的GIS基礎教育計劃有很大的聯系。國內外的部分國家和地區對GIS應用于基礎教學制定了長遠的計劃并投入大量的資金，并取得了很好的成績。我國完全可以借鑒國外的推行計劃和經驗，并根據我國教育的實際情況，由教育主管部門、高等院校、GIS研究機構、中學地理教師共同協作，開展GIS的基礎教育培訓，以便推行GIS技術輔助中學地理教學。
3．2．2積極建設GIS輔助基礎教學的教學資源庫
GIS技術能夠更好地輔助中學地理教學，教學資源是必不可少的－免費的地理數據資源、適用于中學地理教學的GIS教學平臺、學校良好的GIS教學環境。目前，我國新課標已經將GIS教育增加到中學教學范疇之中，并且也在積極營造和創建相關教學環境。同時，我國中學的地理教材涉及GIS的技術大多是GIS相關的概念，編制適合我國教育實情和學生特點的GIS教材，研究和開發適合我國中學地理教學的GIS教育軟件，也十分重要。在我國中西部農村地區還要加快建設多媒體教室并配備地理教學的必要軟件，為我國GIS輔助中學地理教學創造良好的條件。
3．2．3加強在校地理專業師范生的GIS技能培訓和在職教師的GIS技能的繼續教育
教師資源也屬于教學資源，教師在GIS應用于地理教學中有著很重要的作用。由上述可知，我國嚴重缺乏能很好的將GIS技術應用于中學地理教學的教師，那么加強GIS輔助中學地理教學的技術的培訓，迫在眉睫。
參考文獻:
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［5］孫婷．論高中地理教學中GIS輔助教學系統的應用［D］．西安:陜西師范大學，2013.
作者:孫德亮 張虹 李美芳 單位:重慶師范大學地理與旅游學院