GIS技术在中学区域地理教学中的应用

GIS 技术在中学区域地理教学中的应用 摘要 本文根据 GIS 技术的特性 区域地理的教学内容及教学特征 建构主义教学 论和探究式教学对 GIS 技术在中学区域地理中应用的可行性和重要性进行了分析 同时 对 GIS 技术在中学区域地理中的探究式课堂的应用结合案例进行了研究 结 果显示 将 GIS 技术辅助中学区域地理教学可以弥补传统区域地理教学中的不足 激发学生对地理的学习兴趣 培养学生自主探究及独立分析 解决问题的能力 关键词 GIS 区域地理 探究式教学 Application of GIS Technology in the Instruction of Regional Geography in Middle School Education Abstract According to the GIS technology trait region geography teaching content and teaching trait the teaching theory of constructivism and inquiry based teaching the feasibility and significance of GIS technology application in the region geography teaching of middle school are analyses in the text At the same time combining with case GIS technology application in the region geography inquiry teaching of middle school is studied The result clearly states that GIS technology application in the region geography teaching of middle school can make up deficiency in the tradition region geography teaching can inspire students interest in learning geography can develop their capacity for self inquiry independent analysis and solving the problem Key words GIS regional geography inquiry based teaching 目 录 1 引言 1 1 1 研究的意义及背景 1 1 2 国内外研究现况 1 1 2 1 国外研究现况 1 1 2 2 国内研究现况 2 2 GIS 用于中学区域地理教学的理论基础与重要性 3 2 1 区域地理在中学地理教育中的地位 3 2 2 中学区域地理的教学特点 3 2 3 GIS 用于中学区域地理教学的理论基础 4 2 4 将 GIS 技术应用于中学区域地理教学的可行性与重要性 4 2 4 1 将 GIS 技术应用于中学区域地理的可行性分析 4 2 4 2 将 GIS 技术应用于中学区域地理教学的重要性分析 5 3 GIS 技术在中学区域地理教学中的案例分析 中东 7 3 1 中学区域地理教学中运用 GIS 技术的数据来源与获取及处理 7 3 1 1 数据的来源与获取 7 3 1 2 数据的处理 8 3 2 结合 GIS 技术的探究式教学的实践应用 8 3 3 结合 GIS 技术的探究式教学课堂的改变 12 4 结果与讨论 12 参考文献 13 1 1 引言 1 1 研究的意义及背景 中学区域地理的教学内容由于信息量大 综合性强而成为中学地理教学的重点 和难点 且在区域地理的教学中所要用到的信息量非常大尤其是对地图的使用要求 也相对性的较多 由于区域地理在高考中所占的比重也越来越大 因此在中学区域 地理教学中使用 GIS 技术不仅可以使学生对 GIS 有更多的了解及培养学生对 GIS 的 学习兴趣而且可以提高教学的质量和效率 GIS 技术具有空间可视化和查询 空间 分析 强大的地图制作 虚拟现实以及从空间和属性两个方面进行查询检索和分析 的功能 而 GIS 的这些功能可以弥补传统区域地理教学中的不足 将 GIS 技术应用 于中学区域地理教学可以促进教学模式的创新 突显地理知识的空间性 丰富中学 区域地理课堂的教学内容 扩大学生的知识领域 同时有利于学生综合素质的培养 随着社会的快速发展与科学技术的提高 我们已经进入了信息时代 信息技术 在人们的日常生产 生活 学习中越来越普及 GIS 技术也慢慢地进入到人们的视 线中 GIS 是运用系统过程与信息科学的理论 以地理实体为研究对象 以数据库 为核心 采用空间分析与建模的方法 对有关空间数据进行预处理 输入 存储 查询检索 处理 分析 模拟 表达 更新和应用 并能产生和发现新知识的计算 机系统 1 GIS 技术的出现不仅改变了我们对世界的认识 也改变了地理科学研究 方法的局限性 如今 GIS 技术已经应用于社会生活的各个领域 如交通 气象 国 防等 随着 GIS 技术的发展以及在各个领域的应用 GIS 教育也慢慢的出现 GIS 教育 最早是出现在国内外各个高校的地理 测绘 计算机等学院 其目的是为了培养专 业人才 由于 GIS 技术的普及与发展 越来越多的教育者意识到将 GIS 技术应用于 中学地理教育是未来中学地理课堂的教学趋势 将 GIS 应用到中学地理教学中 不 仅可以使学生对 GIS 有更多的了解及培养学生对 GIS 的学习兴趣而且可以让学生用 GIS 学习地理 GIS 技术改变的不仅是学生学习地理的平台 也改变了中学地理教学 的手段 1 2 国内外研究现况 1 2 1 国外研究现况 GIS 技术在中学地理中的教育在国外由来已久 一般来说经济越发达的国家 GIS 教育的时间越久 在社会上运用的方式和成果就越多 如欧美的一些国家不仅意识 2 到要学习 GIS 技术还要利用 GIS 技术去学习新的知识 而将 GIS 技术引入中学区域 地理的教学不仅可以改变教师的教学手段 还可以增加学生对 GIS 技术的认识和 GIS 相关的知识的应用 同时 让学生利用 GIS 技术学习地理这一学科以增加学生 对地理这一学科的兴趣 美国在 1991 年就提出将地理作为国民教育的核心课程 1992 年由 Robort Tinker 首次将 GIS 与中小学教育相结合 并将数字化地图应用到 4 6 年级的课程中用来解决当前的环境问题 1994 年美国颁布的 国家地理课程标 准 就包括让学生明白如何使用地图及其它的地理表现方法 工具及技术来收集 处理信息并将这些信息展现出来 同时 国家地理课程标准 重视对地理技能的培 养 并把地理技能概括为 提出地理问题 获取地理信息 整理地理信息 分析地 理信息和回答地理问题 五个方面 2 20 世纪 80 年代末英国议会颁布了 教育改革法案 该法案将地理作为其基础 课程并且在地理课程教学大纲中明确提出了与 GIS 相关的教学要求 英国国家课程 还专门设计了教学软件 为中学 GIS 教育提供了地图绘制编辑 数据输入 查询 显示功能以及一些地图范例和数据 3 英国在 国家地理课程 中明确要求 14 岁的 学生要能够利用原始资料和二手资料 使用信息技术 基于地图和图表 航片 统 计资料和卫星 选择信息并描述形态和关系 实地素描 绘制剖面图和简单的轮廓 图 4 日本于 20 世纪 90 年代末颁布了新的 学习指导纲要 并开始了新的一轮课 程改革 日本 学习指导纲要 规定 初中从 2002 年开始正式开设综合学习课程 它不是课外活动 而是利用教学时间进行的正式课程 目的在于培养学生的生产能 力 提高学生的公民权意识 5 1 2 2 国内研究现况 我国内地 GIS 方面的教育及应用研究起步的比较晚 远远落后于发达国家 尤 其是涉及到 GIS 技术在中学地理教学中的应用方面的研究就很少 在中学区域地理 教学方面就更少了 我国关于 GIS 方面的研究大部分还在于高等教育方面的研究 目前 我国中学地理教育对 GIS 技术方面的应用还处在于尝试性的研究阶段 但我 国教育界的许多学者 也对 GIS 技术在中学地理教学中的应用进行了大量学术上的 研究 如段玉山主编的 信息技术辅助地理教学 该书结合了新课程标准 阐述了 如何将 GIS 技术辅助于中学地理教学 这些研究为 GIS 技术应用于中学地理教学奠 定了基础 同时有利于中学地理教学手段的创新 对中学地理的教育具有重大的指 导意义 ESRI 公司在刚进入 21 世纪时就将 K 12 计划引进我国 而加入这一计划的有上 3 海 北京 成都 南京等地的中学 这些学校都获得了 ESRI 公司免费赠送的 ArcView 学校和图书馆软件包 并共同合作建立了 中小学现代地理教学示范基地 这是我国的中学生第一次接触和使用 GIS 方面的软件 标志着 GIS 技术在我国中学 地理教学中的应用的开始 接着为了继续促进 GIS 技术在中学地理教育中的发展 2003 年我国第一次明确将 GIS 技术纳入到高中地理课程中 随着 普通高中地理课 程标准 试验 的颁布 各个版本的高中地理教材都相应的加大了 GIS 方面的内容 并且近年来的高考试题中都出现了 GIS 的相关试题 可见 GIS 在我国中学地理教 育中的地位正在逐步的提升 2 GIS 用于中学区域地理教学的理论基础与重要性 2 1 区域地理在中学地理教育中的地位 区域 通常是指一定的地域空间 7 它是地理研究的最基本的单元 它具有 大区域和小区域之分 不同的研究目的 使用不同大小的区域 我国在九年义务教育阶段地理课程的设置中 区域地理的内容占了绝大部分的 比重 在 全日制义务教育地理课程标准 实验稿 中规定 九年义务教育阶段 的地理课程主要以区域地理为主 九年义务教育阶段课程的具体内容主要包括 地 球和地图 世界地理 中国地理和乡土地理 其中世界地理 中国地理和乡土地理 都属于区域地理的范畴 可见区域地理的内容在义务教育阶段地理课程中所占的比 重 普通高中地理课程标准 实验稿 中对区域地理的学习也做了一些要求 高 中地理的课程内容划分为必修和选修两个部分 其中 必修部分是必须学习的内容 选修部分可根据各个省市的情况选择选修的哪一方面的内容 必修部分分为必修一 必修二和必修三 其中必修三则是以区域为载体 介绍了区域与人类的关系 区域 的可持续开发等 紧扣可持续发展这一核心论题 8 随着区域地理在高考中所占比重的不断提升及在高考试题中通常以区域地理为 载体来考察相关知识 一般多运用有注记的经纬网地图 局部政区图 含有特殊地 理事物及注记的地图 地理图表 资料 文字说明等 为 背景 在此基础上进行 设问 9 这使得教师更加注重区域地理的教学 注重区域地理教学模式 方法的创 新 同时也使得区域地理在中学地理中的地位不断的提高 2 2 中学区域地理的教学特点 人地关系既人类活动与地理环境之间的关系 它是人类社会的基本问题之一也 是中学区域地理教学的主线 中学区域地理教学首先要满足教学的定义 既教学是教师教学生学习理论文 4 化知识的教育过程 是学生在教师的引导下 获得文化知识及技能 进一步的发展 能力 增强自身的体质 从而形成思想品德的过程 其次 要说出中学区域地理的 教学特点 中学区域地理的教学特点可以总结为以下四点 1 以人地关系为主线 正确的阐明人地关系 能够很好的处理人地关系及实现区域的可持续发展 2 中 学区域地理的教学内容具有综合性 广泛性 空间性 动态性和区域性等特点 能 够使学生朝多方面发展 3 地图在中学区域地理的教学中具有不可代替的地位 用地图进行教学既是中学区域地理教学中最重要的方法之一又是 GIS 技术辅助中学 区域地理教学的关键 4 课堂教学与课外实践相结合 有利于培养学生的学习的 兴趣和自主探究及动手能力 2 3 GIS 用于中学区域地理教学的理论基础 建构主义认为 学习是构建自己知识的过程 学习者不是被动地接受刺激 而 是对外部信息进行主动的加工与选择 3 总的来说建构主义主张把学生作为教学的 中心及学习的情境化 建构主义主张把学生作为教学的中心 同时也强调学习的情境化 而在传统的 中学区域地理教学中都是以讲授式的教学为主 基本上都是教师在讲而学生很少参 与到课堂中 从而忽视了学生的主动性与积极性同时也使得学生进入了区域地理学 习的困境既死记硬背 因此很难建构自己知识体系 而在中学区域地理教学中引入 GIS 不仅可以加强学生的主动性与积极性而且可以创设更加真实的情境 GIS 的相关 技术 如 3D 技术 VR 技术 不但能够提供界面友好 形象直观的交互式学习环境 有利于学生主动发现 主动探索 而且能够提供图文并茂的多重感官刺激 有利于 激发学生的学习兴趣 是创设真实情景的有效工具 6 通过 GIS 技术创设情境 使 得中学区域地理的教学内容可视化 同时学生在使用 GIS 软件进行区域地理学习的 过程中 可以培养学生主动发现知识与探索知识的能力及创新能力 同时也可以让 学生熟悉及熟练掌握 GIS 的基础知识及操作 因此建构主义为 GIS 技术应用于中学 区域地理的教学提供了支持及理论基础 2 4 将 GIS 技术应用于中学区域地理教学的可行性与重要性 2 4 1 将 GIS 技术应用于中学区域地理的可行性分析 中学区域地理的教学包括区域的位置 区域的自然地理环境 区域的人文景观 区域的发展等 这使得在中学区域地理教学中需要用到大量的地图信息 非常适合 应用 GIS 技术 其可行性主要体现在 1 随着社会的发展科学的进步 GIS 技术 已经进入了人们的视野 如电子地图 各类专题图等 人们对 GIS 技术已经不陌生 5 且符合地理教学的新理念既将地理知识运用到生活中 2 GIS 技术具有空间可视 化和查询 空间分析 虚拟现实 三维显示等强大的地图制作功能 而在中学区域 地理的教学中需要用到大量的地图 非常适合应用 GIS 技术 3 国家对地理教师 进行 GIS 方面的培训使其掌握 GIS 软件的操作及对 GIS 技术有了全面的了解 且有 一些地理信息系统专业毕业的学生投入到中学地理的教学中 使得 GIS 技术辅助中 学地理教学成为可能 4 教学资源的改善 乡镇及以上的学校基本在小学就开设 计算机课程 而中学基本上都有计算机课程和有计算机教室 这使得学生学会使用 计算机 从而为学生使用 GIS 技术进行地理学习打下了基础 同时也为 GIS 技术应 用于中学地理教学提供了硬件基础 综上所述 将 GIS 技术应用于中学区域地理教 学是可行的 2 4 2 将 GIS 技术应用于中学区域地理教学的重要性分析 在传统的中学区域地理的教学中主要是以填鸭式的教学为主 教师尽量多的往 学生的脑袋里灌输知识 而学生只需要死记住教师传授的知识即可 这种教学的方 式使得学生学习的积极性不高甚至使得学生厌恶地理这一课程 而 GIS 技术辅助中 学区域地理教学可以改变这一现状 加大学生学习地理的主动性与积极性 以下是 将 GIS 技术应用于中学区域地理教学的重要性 1 GIS 可以改变区域地理课堂教学内容的呈现方式 10 既 GIS 可以呈现三维 效果让学生更好的概括出区域的地形特点 如讲中国地理讲到台湾省时可以用 Arcgis 呈现台湾省的三维效果图如图 1 图 1 台湾地形三维图 再让学生进行观察 然后自己得出台湾的地形是以山地为主 东部有纵贯整个台湾 6 的台湾山脉 西部有较为广阔的平原 2 GIS 技术可以丰富区域地理的教学内容和扩大学生的知识面 既利用 GIS 技术进行教学与学习时也可以增加学生对 GIS 的认识与了解 如在讲香港的人多地 狭时 可以用谷歌地图显示香港的卫星遥感影像让学生直观的了解香港面积狭小且 地形多以山地为主 平原面积较少 如图 2 因此香港可供城市发展的土地资源非 常少 且香港人口密度又大 进而让学生思考应如何解决这一问题 并让学生说出 他们想到的答案 这样不仅可以扩大学生的知识领域 而且可以使学生对 GIS 技术 遥感等地理信息技术有更进一步的了解 图 2 香港卫星遥感影像图 3 在研究性学习中激发学生的学习兴趣 培养学生的 GIS 应用能力 11 如 在讲到台湾的旅游资源时可以让学生自己利用 google earth 以及电子地图自己设计 台湾环岛游路线 确定出游的交通工具 住宿等 这样不仅使学生参与到课堂中提 高学生的学习兴趣同时也培养了学生应用 GIS 的能力 4 GIS 技术的三维可视化可以使区域地理的教学内容空间感更强 如可以用 Arcgis 或电子地图 如谷歌地图 直观的显示出台湾的地理位置和地形特征 如图 3 使区域地理教学内容的空间感更强 7 图 3 google earth 中的台湾地图 3 GIS 技术在中学区域地理教学中的案例分析 中东 3 1 中学区域地理教学中运用 GIS 技术的数据来源与获取及处理 3 1 1 数据的来源与获取 数据是现实世界中信息的载体 是信息的具体表达形式 为了表达有意义的信 息内容 数据必须按照一定的方式进行组织和存储 12 中学区域地理的教学中主要 用到的 GIS 技术的数据分为矢量数据和栅格数据 矢量数据包括反应三维地形特征 的 DEM 数据 反映地表上各类景观的数据 反映地理实体特征的属性数据等 栅格 数据主要指的是 jpg gif img bmp 等格式的电子地图 中学区域地理的教学中 GIS 技术所需要的数据其来源主要包括中学地理教材中 的各种纸质地图 从网络上下载的各种分辨率的遥感影像 数字化数据 目前 由 于各种地理信息系统的建立以及各种专题图件的制作 越来越容易就可以直接获取 到属性数据和数字图形数据 DEM 数据 现在很多 30 米精度和 90 米精度的 DEM 数 据都可以在网上免费下载 矢量数据可以从网上下载也可以将栅格数据进行矢量化 栅格数据可以通过扫描仪将纸质地图或照片转化为栅格数据 8 3 1 23 1 2 数据的处理数据的处理 获得以上数据后要对数据进行处理 将中学地理教材中的各种地图及各类照片 通过扫描仪扫描转化为 GIS 软件可以识别的栅格地图 然后再利用 GIS 软件将栅格 地图进行矢量化 再创建图层 并根据教学的需要为图上的各种空间对象确定属性 数据 通过 GIS 软件处理矢量数据并根据教学的需要制作各类专题地图及进行属性 查询 将 DEM 数据加载到 GIS 软件中以实现三维可视化并还原地形与地貌特征 真 实的再现地形的起伏变化与地貌景观 对遥感图像进行解译 主要是成像地区的地 理特征 地图以及区域内人类活动的各种信息 3 2 结合 GIS 技术的探究式教学的实践应用 所谓课堂探究式教学 就是以探究为主的课堂教学 具体说就是指课堂教学过 程在教师的诱导启发下 以学生独立自主学习和合作讨论为前提 以现行教材为基 本探究内容 以学生周围世界和生活实际为参考对象 为学生提供充分自由表达 质疑 探究 讨论问题的一种教学方法 13 教学案例分析 中东 教学课题 东半球其他国家和地区 中东 教学目标 1 知识与技能 1 了解中东包括哪些国家并掌握中东的地理位置 2 掌握中东的石油与水资源的分布 3 了解中东的气候 地形 4 了解中东的特色文化 风俗习惯和旅游资源 2 过程与方法 1 通过 GIS 技术的运用及学生的自主探究学习 培养学生的团队合作意识 及学生自主学习 收集信息 分析问题和解决问题的能力 2 读图分析法 讨论法 发现法 3 情感 态度与价值观 1 通过对中东的学习 培养学生分析问题 解决问题的能力 2 通过对中东地区的学习 指导学生找出中东地区不断发生冲突的原因 教学重点 1 中东的地理位置以及自然资源的分布 2 中东地区冲突不断的原 因 3 培养学生是自主探究 分析问题 解决问题和读图的能力 教学难点 中东地区的地理位置及自然资源的分布 9 教学手段 GIS 技术 多媒体课件 教学过程 创设问题情境提出问题 在学习中东这一课时之前先让学生事先通过报纸 电视 网络等媒体收集有关 中东地区的新闻报导 首先请学生作一个小小的新闻播音员为我们播报他们所收集到的有关中东的新 闻 这些新闻都有一个共同点那就是讲的基本上都是中东地区的冲突 那么为什么 中东地区总是冲突不断呢 然后播放中东地区以往所发生过的战争的视频 结合同 学报导的新闻 让学生通过观察 思考 讨论 最后总结出导致中东地区冲突不断 的因素 引导学生对上面提出的问题进行猜想及验证 教师引导学生从以下三个方面进行思考 1 中东地区的地理位置 在 google earth 中显示地名和经纬网并将中东地区显示在投影屏幕的中央 如 图 4 让学生观察 讨论中东地区的地理位置 在 GIS 软件中添加世界地图图层 如图 5 让学生上来亲自操作选出中东地区并进行查询加深学生对这一地区地理 位置的印象 10 图 4 google earth 中的中东地图 图 5 选择与查询 2 中东的石油资源 水资源及河流的分布和中东的气候 在课堂中展示中东的石油资源分布图 河流分布图和世界气候图 并给出中东 地区石油出口所占世界的百分比及主要国家与地区 并给出地理教科书上中东的石 油出口运输航线图 首先 让学生分组讨论中东水资源匮乏的原因和由于水资源的 匮乏会对中东地区造成什么样的影响 其次 让学生分组讨论中东地区丰富的石油 资源会给中带来哪些方面的影响 好的影响有哪些 坏的影响有哪些 3 中东的风俗习惯 宗教信仰与旅游资源 教师通过幻灯片介绍中东各国的宗教信仰以及各民族的风俗习惯 并让学生讨 论和分析阿拉伯国家和以色列由于巴勒斯坦地区发生冲突的原因 目前 google earth 有显示照片和录制游览的功能 学生也可以通过 google 地图浏览中东地区各 国的旅游景点的照片 如图 6 同时 让学生课后自己设置一份旅游路线并利用 googl earth 的录制游览功能录制下来 下节课让学生展示自己的成果并说明这样 11 设置旅游路线的原因 图 6 google 地图中的照片显示 总结规律 中东不断发生冲突的原因为 1 中东地处三洲五海之地 横跨亚欧非三大洲 是联系印度洋与大西洋的枢 纽 从古自今一直就是东西方的交通要道 受到各国的广泛关注 2 中东地区是世界上重要的石油输出国 所产石油大都运往发达国家 对于 世界经济的发展有着不可忽视影响 3 中东地区绝大部分为热带沙漠气候及一整年都是高温少雨水资源严重匮乏 且中东位于热带与亚热带地区 蒸发量大 降水量少 河流稀少 水资源不易储存 因此 各国之间为了水资源争端不断 4 中东各国文化上的差异也是中东地区不断的发生冲突的原因之一 尤其以 阿拉伯国家与以色列对圣地耶路撒冷的归属权的争夺最为激烈 5 中东各国国内政治环境的不稳定 民众对政府的不满导致中东一些国家发 生内战 6 中东一些国家经济落后 国内资源分配不平衡导致民众游行示威进而引发 混乱 7 发达国家如美国等干预中东地区一些国家的内政及不允许伊朗在军事力量 上的强大 12 8 中东地处重要的战略位置且具有丰富的石油资源而成为大国之间战略扩张 的必争之地 3 3 结合 GIS 技术的探究式教学课堂的改变 通过以上案例我们可以看出结合 GIS 技术的探究式教学注重的是学生的分析问 题 解决问题的能力 培养学生自主探究的精神与实践能力 增加学生对地理的学 习兴趣 同时 我们也看到了地理课堂的改变 1 地理课堂不在是以老师为主 而是以学生为中心教师在旁边进行引导 让 学生更多的参与到课堂中来 增加学生对地理的学习兴趣 2 GIS 技术应用于探究式教学更能激发学生的学习兴趣 处于青春期的学生 求知的欲望特别强烈 尤其是对新事物的兴趣特别的大 而将 GIS 技术应用于探究 式的教学课堂不仅能够更加真实的展现各种地理情境实现动静结合而且也符合学生 的好奇的心理 增加了学生的学习兴趣 同时也使得学生能够自主的进行学习 3 学生可通过 GIS 软件进行视图的操作 在传统的教学里学生只能看教师提 供的地图而不能对地图进行操作 GIS 软件可以让学生根据自己的需要放大 缩小 地图 选择自己所需要的区域 查询自己所需要区域等 4 结合 GIS 技术使得探究式教学课堂的教学资源更加的丰富 近年来 我国 GIS 技术发展迅速生产出许多优秀的 GIS 作品广泛应用于管理 设计等领域 在国 内因特网上也出现了不少面向公众的 WEB GIS 软件 可供学生学习使用 14 如 国 家基础地理信息系统 数字地球 等 4 结果与讨论 本文通过分析 GIS 技术辅助中学区域地理教学的可行性 重要性 理论基础 数据的获取与处理 并详细阐述了在中学区域地理探究