（人文地理学专业论文）基础地理教育gis教学软件平台开发与应用研究.pdf

华东师范夫学2 0 0 5 届硕十学位论文 摘饕 摘要 2 0 世纪9 0 年代中后期以来，我同地理信息系统( g i s ) 的广泛应用，不仅 改变了我们认识世界的视角，它也成为保持地理学科活力和实力的强有力支撑， g i s 教育随之受到越来越多的重视。许多高等学校的地理、测绘和计算机等相关 学科纷纷设立g i s 专业。为社会培养了大量的g i s 人才；为提高国民信息素养， g i s 在基础教育中的普及被提到重要地位，2 0 0 3 年教育部新的地理课程标准历 史性地将g i s 纳入到高中地理新课程，并建议在教学中使用二次开发的g i s 软 件平台。目前，我国基础教育阶段的g i s 教学软件平台的研究还处于起步阶段， 基于这样的背景，本文对g i s 教学软传平台的开发与应用进行了探讨和研究， 希望对g i s 教学的顺利实施、基础地理教育模式的改革提供一定的参考。 本文在参加导师组织的上海市中学地理教师地理信息技术培训及一k 海市格 致中学g i s 拓展型课程的教学实践基础上，研究了国内外g 1 s 基础教学与软件 应用情况，以建构主义教育理论和软件工程的丌发理论和方法为指导，依据新地 理课程标准和新地理教材的要求，尝试开发厂一个简单、易用的基础地理教育 g i s 教学软件平台一“g i s 自学通”，并设计了若干实例将软件的各个功能应用 于教学。 论文共分六章。第一章绪论，介绍了本文的选题背景和研究意义，分析了国 内外g 1 s 基础教育的基本情况及我国存在的问题，引出了本文研究的主要内容。 第二章从g i s 的教育功能、新课程标准的新要求以及g i s 在信息技术与课程整 合中的作用三个方面分析了g i s 在基础地理教育中的重要地位和意义，并说明 g i s 软件平台在g i s 教学中不可缺少的地位。第三章g i s 软件平台开发与应用的 理论基础，即建构主义教育理论和软件工程的开发理论和方法。第四章具体设计 软件平台即g i s 自学通的界面和功能模块，并在当前较为成熟的g i s 组件 m a p x 5 0 和面向对象的可视化编程工具v i s u a lb a s i c 6 0 构架的技术体系下，进行 了开发。第五章g i s 自学通教学应用实例。阐述了g i s 自学通的特点及在教学 中的应用原则，设计了g i s 教学实例，将其功能应用于分析、解决基础教育中 的地理问题。第六章总结和展望，对本文的研究内容和已做的工作进行了总结， 并提出下一步要继续进行的工作。 关键词：基础教育； g 1 s ：组件；g 1 s 自学通 堡查堑璺查堂! ! ! ! 旦塑兰= 兰堡篓苎 竺! ! ! 垒! ! a b s t ra c t s i n c el a t e r19 9 0 s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g 1 s ) h a sw i d e l yd e v e l o p e d a n da p p l i e di nc h i n a ，i th a sn o to n l yc h a n g e do u rv i s u a la n g l e ，b u ta l s ob e c o m et h e p o w e r f u ls u p p o r to fh o l d i n gt h ee n e r g ya n ds t r e n g t ho ft h eg e o g r a p h ys u b j e c t ，g i s e d u c a t i o nh a sb e e nm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t m a n yr e l a t i v e s u b j e c t si nu n i v e r s i t y s u c ha sg e o g r a p h y , t o p o g r a p h ya n d c o m p u t e rh a se s t a b l i s h e dg i s ，t h e ya l lc u l t i v a t e d a g r e a td e a li n t e l l i g e n tp e r s o n sf o rm o d e r ns o c i e t y g i se d u c a t i o ni nb a s i ce d u c a t i o n h a sb e e n p u tu p t oa h i g hp o s i t i o nf o rt h es a k eo fi m p r o v i n gt h ep e o p l e i n f o r m a t i o n d i a t h e s i s i nt h ey e a ro f2 0 0 3 ，t h en e w g e o g r a p h y c u r r i c u l u ms t a n d a r di s s u e db y t h e m i n i s t r yo fe d u c a t i o nh i s t o r i c a l l ye x p a n d e dg i se d u c a t i o nf r o ma d v a n c e de d u c a t i o n t os e n i o r s c h o o l ，a n dg i ss o f t w a r ep l a t f o r mw h i c hi ss e c o n d a r yd e v e l o p e dw a s a d v i s e dt ou s ei ng i sc l a s s n o w a d a y s ，t h er e s e a r c ho fg i ss o f t w a r ep l a t f o r ms t a n d s i nt h e s t a r t i n gp h a s e b a s e d o nt h i s ，t h i st h e s i sr e s e a r c h e st h e d e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no f g i ss o f t w a r ep l a t f o r m ，a n dh o p e si tc a ns u p p l ys o m er e f e r e n c e sf o rt h e f a v o r i i a gi m p l e m e n to fg i se d u c a t i o na n dt h er e f o r mo fb a s i ce d u c a t i o nm o d eo f g e o g r a p h y t h ea n t h e rt o o kp a r ti nt h et r a i n i n go f g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e sf o r g e o g r a p h i ct e a c h e r si ns h a n g h a ia n dp r a c t i c e dg i s c o u r s ei ns h a n g h a ig e z h ih i g h s c h 0 0 1 b a s e do nt h e s ew o r k s ，t h ea u t h o rr e s e a r c h e sg i se d u c a t i o na n ds o f t w a r e a p p l i c a t i o ns t a t u sb o t ha th o m e a n df o r e i g nc o u n t r i e s ，a n dt h e na t t e m p t st od e v e l o pa s i m p l e a n dp r a c t i c a l g i s “s e l f - s t u d y s o f t w a r ep l a t f o r m f o rb a s i ce d u c a t i o no f g e o g r a p h y a n d a p p l i e s i t sf u n c t i o n st o g e o g r a p h yt e a c h i n gb yd e s i g n i n gs o m e s a m p l e s t h et h e s i si sc o m p o s e do fs i xc h a p t e r s c h a p t e ro n ei si n t r o d u c t i o n ，w h i c h i n t r o d u c e st h e b a c k g r o u n d a n d i m p o r t a n t s i g n i f i c a n c e ，r e l a t i v e r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n s t a t u sb o t ha th o m ea n da b r o a d ，b r i n g sf o r w a r dp r o b l e m se x i s t si no u rg i s e d u c a t i o na n dt h em a i nc o n t e n t so ft h et h e s i s c h a p t e rt w oa n a l y z e st h ei m p o r t a n t r o l e so f g i se d u c a t i o nf r o mt h r e ea s p e c t s ：e d u c a t i o n f u n c t i o n s o f g i s ，r e q u i r e m e n t o f t h en e wc u r r i c u l u ms t a n d a r da n di t su n i q u er o l ei ni n t e g r a t i n gi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y i n t o c u r r i c u l u m ，p o i n t s o u tt h e i n d i s p e n s a b l e r o l eo fg 1 ss o f t w a r e p l a t f o r m i n g e o g r a p h y e d u c a t i o n c h a p t e r t h r e ei st h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n ，t h a t i st h e c o n s t r u c t i v i s mt h e o r ya n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gd e v e l o p m e n tt h e o r ya n dm e t h o d 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文a b s t r a ( ：t c h a p t e r f o u r d e s i g n s t h e p r o f i l e a n df u n c t i o no ft h e ( j l s “s e l f - s t u d ys o f t w a r e p l a t f o l l 1 1 一i nd e t a i l 踟1 dr e a l i z e s t h c s cf u n c t i o n su n d e rt h et e c h n i c a l s y s t e mo fl h c p o p u l a rc o m p o n e n tg i sm a p x 5 0a n dt h eo b j e c to r i e n t e dp r o g r a n a m i n gt o o lv i s u a l b a s i c 60c h a p t e rf i v ei s t e a c h i n ga p p l i c a t i o no ft h ep l a t f o r m ，w h i c hi n c l u d e s t h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dp r i n c i p l e so ft h eg i st e a c h i n ga p p l i c a t i o n ，s o n q ed e m o n s t r a t i o n s w h i c h a p p l i e s f u n c t i o n st o g e o g r a p h y c o u r s et o a n n y z e m a ds o l v e g e o g r a p h y q u e s t i o n s c h a p t e rs i xi s c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t ，w h i c hs u m m a r i z e st h er e s e a r c h c o n t e n ta n dw o r k st 1 1 a th a sb e e nd o n ea n d 廿u t sf o r w a r dt h ef u r t h e rr e s e a r c hi nt h e f u t u r e k e y w o r d s ：b a s i ce d u c a t i o n ；g i s ；c o m p o n e n t ；g i ss e l f - s t u d ys o f t w a r ep l a t f o r m 越硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 曾刚教授华东师范大学 主席 【吴健平教授华东师范大学 委员 束炯教授华东师范大学 委员 王近乜副教授华东师范大学 委员 益建芳副教授 华东师范大学委员 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果。列本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名：逮鲻， 日期：2 玻：基 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名：韦口茹l 、 日期：趔! ：生： 导师签名 日期碰圭：兰z 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题背景与研究意义 2 l 世纪是信息化的世纪。随着上世纪术“数字地球”概念的提出，地球空 问信息技术( g e o t e c h n o l o g i e s ) 已与生物技术( b i o t e e h n o l o g y ) 和纳米技术 ( n a n o t e c h n o l o g y ) 共同成为新世纪的j 大基本战略技术，而地理信息系统技术 ( g i s ) 与遥感技术( r s ) 则是地球空间信息技术的核心内容。g i s 已经成为一 个服务大众的公共处理平台广泛应用于社会各个领域，包括全球变化研究、环境 监测与保护、城市建设与管理以及军事与国防等，其应用“有时会因我们的想象 力而受到限制”1 。 随着g i s 的广泛应用，g i s 教育也受到越来越多的关注，掌握g i s 知识和技 能成为信息社会人才培养的重要方面。2 0 世纪9 0 年代中后期以来，许多高校的 地理、地质、测绘和计算机等相关学科纷纷设立g i s 专业，不仅研制开发了国 产的g i s 软件，而且为社会培养了大量g i s 人才。为改变人们认识世界的视角， 提高国民信息素养，g i s 在基础教育中的普及被提到重要地位。2 0 0 3 年国家教 育部颁布的新一轮高中课程改革方案中历史性地将g i s 纳入高中地理课程【6 l 。这 就意味着g i s 教育已从高等教育的人才培养阶段扩展到了基础教育的知识普及 阶段。基础教育阶段的g i s 教育不仅能保证地理学科教育的完整性和先进性， 有效地提高国民的信息素养，也将为大学g i s 教育打好坚实的基础，为g i s 人 才的可持续发展提供应有的支持。新地理课程标准不仅在必修课中增加了g 1 s 内容，还专门设置了一门以介绍g i s 为主的选修课程地理信息技术应用，新 教材已于2 0 0 4 年在山东、广东、海南等省区进行试点，2 0 0 8 年将在全国统一使 用1 6 】【9 l 。基于教师、学生对g i s 内容的“零起点”及其本身的技术性、操作性特 点，如何开展g i s 课程让学生理解和接受，通过什么方式培养学生自主学习、 探究学习的能力，是摆在我们面前的一项难题，也是g i s 教育的迫切任务，对 这一问题的研究具有十分重要的意义。 在信息技术与课程整合的今天，教育软件类型由“课件”向“组件”发展， 具有开放性的资源素材型、工具型、平台型的教学平台成为发展方向j 。新地理 课程标准也明确提出在g i s 教育过程中，建议使用二次开发的g i s 软件，简化 g i s 功能，并建议在教学过程中，开发地理信息技术综合学习软件平台进行辅助 教学 6 1 。由于目前我国g i s 教育刚刚起步，还没有成熟的g i s 教育软件，因此本 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第章绪论 人尝试丌发了适于基础地理教育特别是与新教栩配套的g i s 软制甲台，即以人 帆交互的软件平台为手段和工具，利用其列空问数据与属性数据的u j 视化和空问 分析等功能，对各种地理信息进行分析、解释，从而培养学生的地理信息索养、 空间思维能力、自主与协作的学习能力。 1 2 国0 q 夕l , 基础地理教育g i s 教学情况 1 2 1 国外情况 由于g i s 在不同国家发展的早晚和深入程度的差异，基础教育阶段的g i s 教育也各不相同，相比而言国外的g i s 基础教育发展较早，许多国家基础普及教 育与g i s 专业教育并重，教育的各个环节也比较成熟( 如美国、加拿大、日本、 德国等) 。例如国际知名的g i s 研发公司e s r i 在美国和欧洲开展了旨在向中小 学生和社会公众推广g 1 s 概念的k 一1 2 计划，所以欧美中小学校的g i s 课程开 展得非常普遍。学生们有较高的对g i s 的认知程度和软件的操作水平。 在美国，g i s 的重要性从1 9 9 4 年“生活化的地理学”国家地理标准就已经 得到了肯定，有很多团体在积极推动，如e s r i 公司、国家地理信息和分析中心 ( n c g i a ) 、环境教育的国家会议( n c g e ) 、犹他州和佛罗里达州成立的g i s 教 师工作群等。m a p p i n g o u r c i t y 计划受到美国科学家基金会的资金支持，并由一 个非盈利性质的教育研究与发展公司( t e r c ) 具体负责实施。该计划试图利用g i s 技术，使美国城市的中学生将地理课教学内容与所在城市的社会、环境等问题联 系起来，引导学生关注当地社会热点问题，借助g i s 技术将这些问题可视化并 寻找解决方案，最终达到在青少年中普及g i s 知识，同时提高中学生科学素质 的双重目的。在教学过程中还组织当地g i s 专家进行辅导，并策划专门的网站 以便使用者在互联网上进行经验交流、问题解答、资料下载。e s r i 公司则提出 三项保证：1 提供免费和低价位的软件：2 鼓励高阶的g i s 使用者和学校之间建 立伙伴的关系；3 向中小学教师提供g i s 的训练和支持。它提供适于中学生水平 操作的g i s 软件与基础数据，该软件在十分成熟的商业g i s 软件a r c v i e w 的基 础上对原有界面和功能进行了简化，按照国家地理课程标准相继开发了教材如 g u i d e m a p p i n g o u r w o r l d 、c o m m u n i t y g e o g r a p h y ：g i s i n a c t i o n 和相应的t e a c h e r s g u i d e 教材并推荐了可获得更多数据的网站资源。这样一个由计划、资金、组织、 技术、人员、软件、数据等方面组成的完整的系统工程，保证了该计划的j t l 页平o 实 施【8 】1 5 2 1 。 美国还开展了g 1 s 应用于环境问题的系列教育活动。如自然地图计j f l ( t h e n a t u r em a p p i n gp r o g r a i n ) 让学生收集一些对解决政府、社区问题和政策决定有价 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 值的环境资判运用g i s 汇整观察记录和调查资荆，并通过g i s 功能加以显示。 这一计划提升了学校和社区的联系以及学生的学习动机，甚至改变- r 学科课程的 架构p 叫。g i o b e 计划( g l o b a ll e a r n i n g a n do b s e r v a t i o ni ob c u e f i tt h e e n v i r o m n e n t ) 是m 美国前副总统戈尔领导的全球性学习与观铡计划，通过数搦 库存储来自全世界的大量观察记录，并进一步使用g i s 系统制作成地图，以提 供可视化的学习 6 0 1 。 g i s 软件应用方面，罔外也有很多研究和实践。除了e s r i 提供的软件外， 美国还拥有用于地图操作显示的非g i s 专业软件，这些软件也可以用来作为辅 助g i s 教学的课件使用。该软件经下载后，可以通过远程连接，实现在线城市 地闺的显示。这种地图的远程显示实现与w e b g i s 的形式是有所区别，它需要 用户终端下载浏览软件。 国外还有多种系统模拟软件，例如德国的s i m u l a n d 和g e o l a b 等，前者模拟 不同土地开发利用方式可能产生的后果，后者模拟阿尔卑斯山土壤侵蚀与发育过 程中某些环境因素的改变可能产生的影响。这类软件都结合特定地区地理环境演 化的历史过程进行模拟仿真分析，从中分析各种影响变化的利弊得失，探索协调 人地关系的正确途径。 丹麦专家b i i l m a m a 主持设计的g i s t s t 作品是建立在3 s 基础之上，能够反 映按时间序列演化的地理要素不同空间尺度的分布特征。g i s t s t 具备工具软件 的功能，可以使用鼠标点击勾画某些特定区域，比较分析地形、气温、降水、上 地利用类型、人口分布等多种自然与人文因素间的内在联系，能够同时显示多幅 不同内容或不同时序的专题地图。这是常规教学手段无法办到的。 根据以上对国外地理教学软件的介绍，以及德国专家s c k r e n t t e n b r u n e r 对教 学软件功能、特征和影响的分析p 3 1 ，可以明确地将国外地理教学软件分为以下 六类： 具有线性关系( l i n e a vs e q u e n c e ) 的教学软件，如各种练习和测试软件， 答案是唯一的、确定的，具有严格的线性关系，教学过程容易控制并能通过反馈 改进学习成果： 具有较为开放结构的游戏类( g a m e ) 软件，主要针对那些必须经过重复 性的学习过程才能掌握的或者枯燥单调的学习内容，将它们编写成游戏，动静结 合、寓教于乐，主要目的在于激发学习兴趣； 工具型( t o o i s ) 软件，学生可以在软件数据库的支持下进行书写、绘画、 制图、计算和专题调查。在教学中使用这种软件，教师必须明确教学目标，充分 准备各种信息资料，事先分析学生可能提出的问题，思考解决方法或替代方法； 系统模拟仿真( s i m u l a t i o n ) 软件，改变系统的初始条件就可能出现不同 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第章绪i 龟 的结果。在这种软件支持下的学习将依赖于教师对模拟状态中可能出现的各种问 题进行综合解析的能力； 更为开放的软件可以直接利用从工作站收集的数据( 土壤、气象、水文观 测等) 。长期以来教师一直解答的是理想状念下的处境和问题，面临不确定的现 实问题时，对教师的专业水平足- 乖h ) l 战，也许更好的办法就是教师与学生共同 来探讨问题的答案； 作为一个前沿的学术领域，“虚拟现实”( v i r t u a lr e a l i t y ) 软件正在成为 发达国家2 l 世纪地理教学软件开发研制的方向。 1 2 2 我国台湾地区情况 我国台湾、香港地区的g i s 基础教育也走在大陆的前面。2 0 世纪9 0 年代初， 在全球科技快速发展，世界各主要国家都在积极推动教育改革以提升国民素质和 国家竞争力的情况下，台湾教育部也启动了一系列的教改方案。 台湾1 9 9 5 年新修订的高级中学地理课程标准列举了地理技能及方法的重 要性，并强调学生解决问题的能力。配合这样的理念，高中新地理教材第三学年 选修地理课程的主题偏重于地理研究方法及地理学应用。内容包含地理信息、自 然地理的应用和人文地理的应用等。地理信息部分的内容包括：地理信息的获取、 地理信息的处理及地理信息系统的建立，共2 l 学时，占该学期上课总时数的6 0 ，不仅为高中地理教学带来了新的科技、知识与观念，同时也引发了一波高中 地理教师学习进修g i s 相关课程的热潮，显示了地理信息题材在新课程中的重要 性【5 0 1 。 为加强g i s 教育的推广，教育部门积极推动各项配套方案的实施，g i s 应用 范例的研发工作即是其中一项计划。这个计划的目的在于研发一套适合高中教学 使用的g i s 应用范例，完成之后将作为教学资源发布到互联网上，从而使教师能 根据具体范例来介绍g i s 的功能和应用潜力。这项教学范例研发工作，以高中教 师为主要的撰写者，由大学教授提供咨询顾问，相关地理信息的处理及分析则由 台湾大学地理系负责执行1 5 l 】。 1 2 3 我国大陆地区现状及存在问题 相比国外许多国家和台湾地区，我国大陆的g i s 基础教育起步较晚。为传 播g i s 知识和文化，改变我国中小学g i s 普及教育的落后状况，2 0 0 0 年e s r i 公司将k - 1 2 计划引入我国，北京、上海、成都、南京等地均有中学加入这一计 划当中，如北京海淀区教委、北京潞河中学，人大附中、成都七中、南京十三中、 上海东延安中学虹桥机场分校等。e s r i 公司向这些学校免费赠送a r c v i e w 学校 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章结论 和图书馆软件包( a r c v i e wf o rs c h o o l sa n dl i b r a r i e sb u n d l e ) ，并合作建立了“中 小学现代地理教学示范基地”，整个“示范基地”建设拟于2 0 0 5 年第一季度完成。 这个示范基地主要是开展以a r c v i e wg i s 软件为平台的地理信息系统教仃，帮助 孩子们了解最新的前沿科技，认识地理信息系统的概念和技术，增强地学知识， 提高计算机应用技能，培养他们用理性和科学的观点分析和解决问题的能力。借 助天时地利的条件，北京潞河中学还与北京中科院地理所的g i s 专家建立了密 切联系，专家定期为学校举行g l s 讲座，并提供数据和技术支持，学生们也通 过这些活动完成了一系列的科技小论文【1 0 1 。据本人了解，上海市还有部分中学 如上海师范大学附属中学、上海大学附属外国语学校、上海杨浦高中等学校也拥 有了e s r l 提供的g i s 软件。 由于国家教育部在2 0 0 3 年的新轮课程改革中才将g i s 纳入高中地理课 程，我国还没有像e s r i 一样自主研发出专门用于基础教育阶段的g i s 软件平台。 但国内一些教育机构、研发部门已经开始关注和努力。北京清华大学清华同方教 育技术研究院地理教育技术研究所开发的“清华同方电子教学地图编辑系统”中 的“教学地图编辑平台”就是一种可以运用地图进行操作的教学平台。它具有 g i s 软件的许多直观操作功能，如编辑、量算距离、放大、打印等功能，但开发 者只是按照地图和普通辅助教学的需要设计，操作者不需要掌握g i s 或多媒体 工具软件操作技能，所以它只能说是讲授普通地理知识的地图教学平台，称不上 真正的g i s 教学平台，无法培养学生的地理信息素养f l ”。 另外，社会上一些公司也越来越关心g i s 教育事业。北京超图公司在2 0 0 3 年8 月举办的首届地理信息系统专业教育研讨会上向与会代表赠送了该公司的 大众化g i s 软件s u p e r m a pe d i t o r ，并已与多所高校在实验室建设、人才培训与 就业、教材编写等方面展开了合作，在今年的世界地球日，该公司还赞助了“o l s 走进校园”大型科普巡展活动。s u p e r m a pe d i t o r 具有拓扑、影像配准、专题图 制作等通用g i s 软件功能，又集成了多源数据无缝集成、智能捕捉、海量影像 处理等多项s u p e r m a p 特色技术，同时附带了大量的地图数据和国际上最高分辨 的遥感图像样本，其g i s 功能、数据样式、销售价格等方面都适合高校g i s 入 门教育f 1 1 1 。虽然成本较低，但对基础教育来说，界面、功能仍然过于复杂，操作 难度大，不能满足需求。 由上述情况可以看出，我国基础地理教育g i s 教学软件主要存在以下问题： 首先，专业软件不适用于中学的教学。不管是国内软件还是国外的专业软件， 要么用于商业应用，要么用于大学的教学，功能复杂，难于短时间上手，而基础 教学软件只为了理解概念和工作原理，需要操作简便，它们显然不能适应g i g 的基础教育的需要。 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第一章绪论 其次，依靠国外公司免费赠送软件是不切实际的。e s r l 公；q 研发的软件虽 然符合中学的实际，但英文的语言环境，给教师和学生特别是初， 。，j ! 带来很多小 便，软件中许多专业名词很容易造成理解上的困难，软件提供的光盘练习数据q - 的中文数据很少，更无当地的社会、经济、环境等方面的数据。闪此教学过程更 像在上计算机课、上英语课，缺乏地理特色。 再次，购买软件价格昂贵。国外软件，大型的要1 0 万元一套，小型的要2 3 万元；国内软件一般也要上万元。以昂贵的专业软件来代替教学软件使用，不用 说中学，就是一般的大学也承受不起，我们也不可能期望由大量非正版软件来支 持一个国家的基础g i s 教育。 因此，借鉴国外地理教学软件的实践经验，不难发现前两类教学软件层次较 低，开发相对容易，可以由教师自行开发设计，但主要用于帮助学生记忆，不利 于学生创毅思维的锻炼和知识的自我建构。就目前我国g i s 技术发展的情况和 基础地理教育的现状，开发与课程标准、教材内容及学生接受能力相适合的工具 型g i s 软件平台最为适合。通过平台的可视化、绘图、空间分析、专题图制作 等功能，完全可以满足课程标准及新教材的要求，进一步提高学生的信息素养， 培养空间思维。 1 3 本文主要研究内容 论文围绕“基础地理教育g i s 教学软件平台开发与应用研究”这一主题， 通过理论研究和教学实践，尝试性地开发了适应新地理课程标准要求的g i s 软 件平台一“g i s 自学通”，并通过设计教学实例将其功能应用于地理教学。论文 主要研究内容如下。 第一章绪论部分，提出了本文研究的背景和意义，介绍了国内外基础教育阶 段g s 教学与应用的基本情况，提出我国g i s 基础教育存在的问题，引出了本 文研究的主要内容。 第二章从三个方面介绍了g i s 教育在基础地理教育中的重要地位和意义， 即g i s 的教育功能、新课程标准对其教育内容的要求以及g i s 在信息技术与课 程整合中的独特作用，并说明g i s 软件平台在g i s 教学中不可缺少的地位。 第三章是g i s 软件平台开发的理论基础，分别从教育教学和软件工程两个 角度展开，分析了软件的开发要符合建构主义教学思想和软件工程的开发理论和 方法。 经过前几章的分析和理论准备之后，第四章对g i s 软件平台的界面和功能 模块进行了具体设计，运用组件技术和多媒体技术，在m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的 6 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第一章绪论 m a p x 50 控件和面向对象的可视化编程工具v i s u a l b a s i c 6 0 软件环境下进行了具 体开发。 第五章是g i s 自学通教学应用实例研究与设计。阐述了g i s 自学通的特点 及在教学中应用时的原则和教学方法，并设计g i s 教学实例将g i s 自学通功能 应用于地理教学，分析与解决基础教育巾的地理问题。 最后，第六章总结和展望部分，对本文研究的问题和已实现的成果进行了总 结，并提出下一步要继续进行的工作。 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文第二章g i s 在基础地理教育中的地付和意义 第二章g i s 在基础地理教育中的地位和意义 2 。1gj s 的教育功能 2 1 1 电子地图 地图是地理学的语言，随着科学技术的发展，地图的形式和面貌已发生很大 改变，g i s 让我们从数字的角度认识地球，比传统纸质地图具有无法比拟的优越 性，可以说，它是地理学的第三代语言。 通过g i s 电子地图，可以察看某地区的岛然要素积人文要素。小比侧尺查 看全局，中比例尺查看局部，大比例尺查看细节，随着比例尺的变化，展现的空 间信息会不断更新。如测览一个行政省全局时，只看到大的河流、省级公路、铁 路以及市县级行政分区等信息，丽随着比例尺的不断增大，就能看到用地、建筑 物、公园等具体的空间地物。另外还可以方便地进行空间信息查询，利用一张省 级土地利用图，我们可以通过空间查询查找“城市中的学校”，并即对将地图的 显示范围缩放到所有“学校”空间分布的范围内。 2 1 2 视觉化工具 地理信息系统和多媒体技术的结合，使得地理资料的呈现更加生动活泼、丰 富多彩，无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地圉，或是有关城 市发展的景观照片、风土民情介绍，还是展现一幅三维的地形模型，都让学生可 以直观、具体认识地理世界，有助于培养学生的空问思维能力。 利用g i s 这个空闻可视化工具可以帮助我们揭示空间关系、空间分布模式 和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务。例如，利用一张中国的 行政区划图，我们可以从g i s 数据库中提取各省、直辖市、自治区某年的人口 统计数据，计算人口密度，并按人口密度的分级指标指定不同的色彩和填充方式 显示行政区所对应的信息，这样空间地物的专题属性特征就可以通过g i s 实现 具有空间参照信息的可视化。 2 1 3 资料贮存库 g i s 拥有强大的数据库，可以将地物的空间信息和属性信息分别存储和管 堂查堕薹查学- 2 0 0 5 垦! 型：学位论文第二章g i s 在基础地理教育中的地位和意义 理，并在两者之间建立关联，为进行空间分析提供基础。g 1 s 数据库还可以存储 文本、图像、影像等多媒体信息。 美国环境保护署就曾推动一项全球性的环境观测计划，让世界各国的有关学 校，通过国际互联网进行基本环境资料的收集和分享，同时通过g i s 实现这一一 全球环境资料的存储和管理。通过资料的收集和存储，能够培养学生的动手能力。 可见，g i s 是一个汇集、整理、储存资料的仓库，是学习资料和数据的来源【 】。 2 1 4 师生互动平台 g i s 为教师和学生提供了一个处理地理信息的平台和交流互动的环境。教师 和学生可以利用这个教学平台进行空间分析和地理问题研究。教师通过向学生展 示g i s 操作过程，讲授基本的概念、功能和分析方法，有利于教学指导；学生 可以互动地跟随老师的教学避度学习g i s 操作，还可以通过小组成员间的合作 互动，共同探究和解决地理问题，使得学习过程更具个性，利于学习能力的提高。 2 。2g i s 在新地理课程标准中的地位 信息技术的迅猛发展，全球定位系统、地理信息系统的广泛应用以及“数字 地球”概念的建立，为地理学科提出了广阔的发展空间，也为地理课程的革新注 入了活力。我国正以课程改革为契机，在新的地理课程标准中提出要在基础教育 阶段开展g i s 课程。地理教育要“面向现代化、面向世界、面向来来”，坚持以 培养创新精神和实践能力为重点的素质教育方向，而g i s 在地理教育中的应用， 确实能体现“以学生发展为本”的剑新精神和素质能力的培养。 高中地理新课程标准第一次将g i s 的内容纳入教学当中，并从课程基本理 念、课程目标以及课程内容中充分体现出g i s 的重要地位。基本理念提出：注 重信息技术在高中地理课程中的应用。充分考虑信息技术对地理教学的影响，营 造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。课程目标提出：获得地理基 本技能，发展地理思维能力，初步掌握学习和探究地理问题的基本方法和技术手 段【6 1 。上海市2 0 0 3 年颁布的地理课程标准也在课程理念中提出：关注与现 代信息技术整合的地理，规定把地理信息技术及其应用作为教学内容，并强调这 一内容应渗透到其他各专题之中1 1 7 1 。 我国高中新课程标准分标准和活动建议两部分，必修课程和选修课程都具体 提出了以g i s 为主的地理信息技术的相关要求。必修课程“地理3 ”的具体内容 要求如下表2 ，1 ，选修课程地理信息技术应用的标准和活动建议设置如f 表2 2 。 9 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第二章g 1 s 在基础地理教育中的地位和意义 表2 1 地理3 对地理信息技术内容要求 标准活动建议 j 2 ， 3 地理信息技术的应用 收看相关电视节目，如“d i s c o v e r y ”( 探索) 结合实例，了解遥感( r s ) 在资源普查、环等，了解在野外探索与考察中g p s 的功能。 境和灾害监测中的应用。 运用网络电子地图，查找某城市主要旅游景 举例说出全球定位系统( g p s ) 在定位导航点的分布，并查询从市中心某地到某几个景 中的应用。点的公共交通线路。 运用有关资料，了解地理信息系统( g i s ) 在城市管理中的功能。 用电子地图( 网络或光盘形式) 查询交通、 旅游等信息。 表2 - 2 选修对地理信息技术内容的要求 标准活动建议 1 她理信息技术 在g i s 软件中，建立同学基本情况信息表， 运用资料概述，地理信息技术的发展。在地图上显示同学的信息，实现查询、分析 说出地理信息技术的基本内容。 等功能。 根据有关资料，简述地理信息技术在现代生 在g i s 软件中，应用“中国人口和行政区划” 产、生活中的意义。数据，查找东西部省区人口信息，在网上查 2 地图与遥感( r s ) 询东西部地区人均国内生产总值等，对比说 结合实例，简述遥感的基本工作原理，会初 明东硝部的区域差异。 步判读遥感图像。 用包含中国行政区划信息和铁路信息的g i s 结合实例，说明遥感图像在地图制作中的作 地图数据，查询主要铁路干线所穿越的省区 用。 和主要铁路枢纽。 结合实例，说出遥感的主要功能。 学习在g i s 软件中，绘制并输出某年段中国 3 全球定位系统( g p s ) 各省区入口增长图。 简述说明g p s 的基本工作原理。 在网上查找某大城市的g i s 地图网站，查询 结合实例。说出g p s 在交通、旅游、导航等 商业网点的分布，说明商业网点的分布搦 领域中的应用。 律，分析其合理性。 4 地理信息系统( g s ) 在网上搜索有关3 s 应用和数字地球的靖 结合实例，说明g i s 的基本功能 料，撰写文章，畅想数字化生存方式。 了解地图数字化的基本方法。 1 0 华东师范大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第二章g i s 在基础地理教育中的地位和意义 学会在g i s 软件中建立数据表。 学会在g i s 软件中改变图层显示的方注， 结台实例，初步掌握g i s 的查询方法。 学会用g i s 软件制作、输出专题地图。 学会浏览网络g i s 地图，查询有关信息。 5 3 s 技术综合应用 了解3 s 技术的综合应用。 了解数字地球、数字城市的含义。 2 3g i s 在信息技术与课程整合中的作用 信息技术与课程整合( i i t c ，i n t e g r a t i n g i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y i n t ot h e c u r r i c u l u m ) 是9 0 年代中期以来教育改革的新思维，是一种全新舶教学方式。信 息能力不仅是学生学习能力的一部分，也是学生未来生活能力的组成部分。因此 强调运用信息技术进行教学，不仅是为了提高教师的教学效率和教学能力，更重 要的是为了培养学生的信息意识和信息能力。因此，正如美国教育部2 0 0 0 年“教 育技术白皮书”所提出的，信息技术与课程整合是培养2 1 世纪创新人才的根本 措施。 信息技术与地理课程的整合，就是将信息技术的特点和功能用于地理教学， 与地理课程的教学目标、教学内容、教学过程、教学方法、教学评价等相融合， 从而实现地理