基础地理教育中的GIS.doc

基础地理教育中的GIS地理教育要体现“以学生发展为本”的精神，坚持以培养创新精神和实践能力为重点。随着教育学和心理学的发展，建构主义逐渐成为一种新的教学理念，提出了主要知识并非传授而得，而是由学生自己构建而成。对于地理教学，需要训练学生如何将所学的东西运用在新情景上，然后让学生通过亲身体验来发现事物间的关联性，在复杂而真实的情境中学习。1.1 信息时代地理教育的发展1.1.1 地理教育的新视角现代地理学成熟的一个重要标志GIS，它是地理科学研究的技术手段之一和学科体系的一部分。GIS正是在地理学及相关学科相结合的基础上发展起来的学科。地理学是GIS的科学基础，地理学相关研究领域的迅速发展极快地改变着GIS的面貌，同时也更加密切了GIS与地理学的关系。为了更好地实现信息时代基础地理教育的目标定位和实现改革的新突破，提出信息时代基础地理教育的新视角是十分必要的。根据美国地理学科视角的基础，可以形成基础地理教育的区域综合、综合领域、空间表达的三维透视图，如图2-1所示。图2-1 基础地理教育新视角这一新视角明确指出了，动态观察世界方法的教育，包括地理区域综合、地区间的关联和不同尺度的关联横坐标，综合领域的教育包括自然地理、人文经济地理和人地关系纵坐标，第三维是基于网络和的GIS空间表达教育包括地图的、数字的、数学的、影像的、文字的等。新视角重新定位了信息时代基础地理教育的内涵，并重新发现了基础地理教育与科学、社会、经济和日常生活的新关联，这就是教育学生通过这一视角去观察他们周围的世界。通过新视角，让我们找到了信息时代基础地理教育实现对学生创新能力培养与素质教育的新途径。学习GIS、应用GIS来学习，也就是学习GIS的基本技能同时通过来GIS表征地理现象由于GIS本身的特点，又可以通过来GIS培养学生的创新性，达到素质教育的目的。1.1.2 GIS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GIS课程。地理教育要“面向现代化、面向世界、面向未来”，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GIS在地理教育中的应用，确实能体现“以学生发展为本”的创新精神和素质能力的培养。高中地理新课程标准第一次将GIS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GIS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。上海市2003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。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GIS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下表2-2。表2-1 地理3对地理信息技术内容要求标准活动建议123地理信息技术的应用l 结合实例，了解遥感（RS）在资源普查、环境和灾害监测中的应用。l 举例说出全球定位系统（GPS）在定位导航中的应用。l 运用有关资料，了解地理信息系统（GIS）在城市管理中的功能。l 用电子地图（网络或光盘形式）查询交通、旅游等信息。l l l 收看相关电视节目，如“DISCOVERY”（探索）等，了解在野外探索与考察中GPS的功能。l 运用网络电子地图，查找某城市主要旅游景点的分布，并查询从市中心某地到某几个景点的公共交通线路。表2-2 选修对地理信息技术内容的要求标准活动建议1地理信息技术l 运用资料概述，地理信息技术的发展。l 说出地理信息技术的基本内容。l 根据有关资料，简述地理信息技术在现代生产、生活中的意义。2地图与遥感（RS）l 结合实例，简述遥感的基本工作原理，会初步判读遥感图像。l 结合实例，说明遥感图像在地图制作中的作用。l 结合实例，说出遥感的主要功能。3全球定位系统（GPS）l 简述说明GPS的基本工作原理。l 结合实例，说出GPS在交通、旅游、导航等领域中的应用。4地理信息系统（GIS）l 结合实例，说明GIS的基本功能。l 了解地图数字化的基本方法。l 学会在GIS软件中建立数据表。l 学会在GIS软件中改变图层显示的方法。l 结合实例，初步掌握GIS的查询方法。l 学会用GIS软件制作、输出专题地图。l 学会浏览网络GIS地图，查询有关信息。53S技术综合应用l 了解3S技术的综合应用。l 了解数字地球、数字城市的含义。l 在GIS软件中，建立同学基本情况信息表，在地图上显示同学的信息，实现查询、分析等功能。l 在GIS软件中，应用“中国人口和行政区划”数据，查找东西部省区人口信息，在网上查询东西部地区人均国内生产总值等，对比说明东西部的区域差异。l 用包含中国行政区划信息和铁路信息的GIS地图数据，查询主要铁路干线所穿越的省区和主要铁路枢纽。l 学习在GIS软件中，绘制并输出某年段中国各省区人口增长图。l 在网上查找某大城市的GIS地图网站，查询商业网点的分布，说明商业网点的分布规律，分析其合理性。l 在网上搜索有关3S应用和数字地球的资料，撰写文章，畅想数字化生存方式。地理3和选修对地理信息内容和技术的要求，体现了新世纪、新内容、新标准，具有地理基础教育内容的前瞻性，是重新认识地理教育的依据，具有重要创新性和实践性。但根据目前地理基础教育的现状，要实现这一要求，还会遇到相当大的困难，需要逐条研究，写好教案，安排好案例，落实好措施，使其不折不扣的得以实现。1.2 GIS的教育功能1.2.1 寓教于德的教化功能基础地理教育必须为社会、经济服务，必须适应并满足社会、经济的要求。教材是教育的一个重要的载体，教材产生于一定的社会、经济环境，以一定的科学技术基础作为背景。现行中学地理教材体现了地理学科的特点，内容十富，涉及面广。运用GIS的教学方法和手段，容易直观的让同学们了解对当今世界关注的人口增长问题，生态平衡问题，环境保护问题，可持续发展问题作了重点阐述。可见地理教材中不仅包含了十分丰富的地理知识，还蕴含着丰富的思想教育素材。分析教材要深入揭示其内在的思想品德教育因素，既要明确一课、一节或一章思想教育的重点内容，又要从整体上认识思想教育功能的总体目标。地理信息系统就是创建、应用、管理地理知识的技术平台。进行爱国主义、国际主义与辩证唯物主义世界观以及国情、国策的教育需要这样一个平台。通过具体的地理教学内容，培养学生爱国、知国、报国、自觉遵守法纪法规的思想品德，树立辩证唯物主义的人口观、资源观、环境观与可持续发展观等，这就是中学地理思想教育所要达到的日标。要最大限度地发挥地理教材的思想教育功能，不论显性的、隐性的思想教育内容，都要依据教材的不同内容，教学的不同对象，选择恰当的教育形式。例如，我国幅员辽阔、资源丰富的地理知识，能激发民族自豪感和爱国主义精神。某些地方的环境恶化、生态失衡，又能引起忧患念识，从而激发更深层次的爱国主义和“我们只有一个地球”的情感。又如，我国土地资源的特点中第二条“农业用地绝对数量较多，人均占有数量较少”，文字表述的意思是让学生了解我国上地资源的基本情况，进行资源的国情教育，但仔细分析，还隐含着人口观的教育。挖掘教材中的思想教育功能不论显性或隐性，都应和知识教育、智能教育等密切结合，形成“立体教育”。如果把思想教育生硬地割裂开来，势必成为“无源之水，无本之木”，必然达不到教育效果。运用GIS于基础地理教育，则能更好地完成德育教育的任务。1.2.2 寓教于新的信息功能 GIS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理，并在两者之间建立关联，为进行空间分析提供基础。GIS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GIS实现这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，GIS是一个汇集、整理、储存信息的仓库，是学习资料和数据的来源。GIS作为地理教学中的新的教学手段，具有传递、交流信息的显著功能，被称作“长了翅膀的艺术”。信息是全社会共同享用的关于自然、社会、人类思维等方面的知识、成果、学问、消息的总和。信息具有扩充性、可缩性、替代性、传输性、共享性等草本特征。基础地理教育及其教育行为明显拥有上述特征。把GIS运用到教学中，使教学内容的信息面更广、信息量更大、传播速度更快，这是人所皆知的。基础地理教育教学内容和教学大纲中主要包括的信息有：（1）自然地理：包括山脉、冰川、河流、海洋、森林、气候等。（2）人文地理：包括人口、经济、政治、行为、旅游、城市等。（3）地球概论：包括地球构造、板块学说、地球的自转和公转、地质、星系等。1.2.3 寓教于乐的娱乐功能娱乐与审美联袂，但又区别于审美。审美是感性与理性的统一，要触及艺术本体的审美本质；娱乐则更为倾向于感性；主要指感官愉悦和精神欢快。许多地理信息都不同程度地具有愉悦基因，从而带动了基础地理教育的娱乐功能。GIS的娱乐功能的实现是学生自觉自愿的接受行为，不用任何的硬性规定和老师督促。学生就会自然的融入到课堂教学当中，教学过程有如春夜喜雨随风潜入夜，润物细无声。通俗说来，基础地理教育的娱乐功能体现在三个方面。第一，美感。即GIS所展示的地图和信息特点突出，界面生动，动感十足，赏心悦目。教学内容和界面具有丰富的审美效果。第二，学生主动性强。第三，感人。主要指地理信息内容真切，思想深刻，具有动人的精神感染力。地理有别于社会科学，要求以形象说话，以情感动人。而是展示给学生的实实在在的事物，并留给他们广阔的想象空间。1.2.4 直观清晰的视觉化工具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，GIS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电子地图。通过GIS电子地图，可以察看某地区的自然要素和人文要素。小比例尺查看全局，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。如浏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，而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”，并即时将地图的显示范围缩放到所有“学校”空间分布的范围内。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图，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间思维能力。利用GIS这个空间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GIS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GIS实现具有空间参照信息的可视化。1.2.5 师生互动的实践能力GIS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GIS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进度学习GIS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。现代地理教学已不是单纯地传授地理知识，而是在学好地理知识的基础上，注意培养学生的能力，开发他们的智力。把GIS运用到教学当中，更能够调动学生的动手能力，开发他们的智力。地理教材所蕴含的能力培养功能可以从以下两方面理解： （1）地理智能培养这包括对学生逻辑思维能力培养，如综合能力、分析能力、判断能力、推理能力等。例如：大气环流模式图的形成过程分析，就包含了上述多种能力的培养，还包括地理智力培养，即应用所学地理知识分析和说明中国、世界的各种地理现象的能力。它主要包括地理观察、地理想象和地理记忆能力，以及独立思考问题的能力。地理智力与知识的固有性质，与具体章节课文表述形式密切相关。智能目标一般是围绕重点知识确定的。（2）地理技能培养地理技能是地理知识的实际应用，又可称为地理实践操作能力。地理技能与知识目标关系密切，是在获取或应用知识时，所进行的实际操作过程。比如处理“人地关系”的能力也是一种技能。再比如培养学生使用地图的能力，地名与空间位置的记忆能力，初步掌握并学会进行气象、天文观测和地震预报的能力，学会地理野外观察和社会调查能力等。在教学中应根据教材特点，培养重点能力。重点能力指教学因子中可能发展的几种能力中处于较高层次的能力。地理能力是在学习具体地理知识过程中形成的。例如，中国行政区图的学习，涉及到观察、想象、理解、记忆和思维等能力，但就这部分内容来说，教学的展开应重点围绕观察能力的培养来进行。对教材中培养学生智能因素的功能分析，应从宏观到微观加以把握，即对地理教材培养学生智能要有总体目标，具体到每课、每章、每节也应确立重点目标。1.3 GIS应用于基础地理教育的作用与意义1.3.1 GIS辅助地理教学的优势（1）地理信息可视化工具地图是地理教学中最常用的工具，也是地理教育的重要方法。GIS自身具有对地图处理与操作的强大功能。利用GIS的地图的放大缩小漫游、叠加、要素的增减等简单的功能进行地理教育，其效果是一般教育手段不可比拟的。（2）空间分析功能丰富GIS具有很强的空间分析功能。如空间叠置分析、空间统计分析、缓冲区分析等功能，能够将地理事物的空间特性形象直观的呈现在学生面前。同时通过这些功能学生可以认识到地理空间分析的重要性，了解空间分析的实用价值。（3）与现实生活紧密联系，实践性强GIS是一种通过提供地理数据处理功能，解决实际问题的技术和方法。在基础地理教育中，不仅要传授知识，还要培养学生搜集地理信息、处理地理信息、得出解决方案的能力，培养学生的团队分工合作精神等。GIS对地理数据的搜集、输入、处理、分析等功能，能很好的完成地理教育在培养学生能力方面的功能。（4）灵活度大，适合因材施教GIS灵活度大，可以针对不同层次的教学内容，不同层次的学生进行相应的地理教学。其具有丰富的表现能力，既能简单直观地表现概念、分布，也能多层次地表现一些地理规律和原理，可以满足不同层次的地理教学。同时GIS作为辅助教学的手段，能适应不同学生的发展特点，培养他们多方面的能力。（5）多媒体GIS多媒体GIS（MGIS）将文本、图形、图像、声音、色彩、动画等媒体信息与GIS技术融为一体，增强了GIS信息的表现力。MGIS能够将声、图、文和数字多媒体集成，将查询检索与分析决策结合f2s1。将多媒体技术应用于GIS软件或者将GIS部分功能贯穿于多媒体系统中，肯定会增强彼此的表达能力，扩大多媒体和GIS的应用领域。多媒体GIS是多媒体技术与地理信息系统的完美结合，它为GIS的发展开辟了另一新的领域。1.3.2 多媒体技术在教学内容中的应用地理是一门内容丰富、涉及知识面广泛的学科。要上好这门课，在课堂上必须调动学生的听、看、说等多种感官，激活学生的思维，激发学生学习地理的求知欲，使学生主动去学习、去思考。在地理教学中采用多媒体教学，具有把文字、图片、图像、声音集为一体的优点，能提供新颖多样的感性材料，使学生多种感官受刺激，并在课堂教学中创立多种情境，以提高教学质量和学生素质。（1）优化学习兴趣的情境有人说兴趣和爱好是最好的老师，要想上好每一节课，必须创设激发学生兴趣的情境，使学生产生一种迫切需要学习地理知识的欲望。多媒体由于有较强的趣味性、多样色彩以及优美的音乐，给学生营造生动直观、内容丰富的教学环境，把枯燥无味的教学内容变得有声有色、有静有动，极大地提高了学生的学习兴趣，使学生进入积极思维的状态之中。例如讲南极洲这一节，首先显示配上背景音乐的南极洲景观图片，学生听着音乐，看着笨拙可爱的企鹅、巨大冰障和冰山，兴趣盎然，气氛活跃，不知不觉地进入画面，进入角色，然后让学生根据画面提供的信息归纳南极洲的特征，学生轻松愉快地掌握了知识。（2）优化探索问题的情境运用多媒体教学可使地理事物和地理现象跨越时空，抽象问题形象化，实现大小、远近、动静、虚实、快慢的转换，可形象、直观、全方位地展现地理事物的全貌及发生、发展过程，直观地揭示事物的本质和内在的联系，刺激学生眼、手、耳、口、脑等多种感官，激发学生的兴趣，并使学生获得感性知识，在此基础上，教师围绕多媒体不断提出富有趣味又具有思考性的问题，设置悬念，创设探究问题的情境，促使学生积极地去探索新知识，把学生的注意力和思维纳入发现问题、分析问题和解决问题的轨道，而不是一味地强调死记硬背。例如讲黄河中的地上河，利用GIS的软件和工具制作的多媒体教学课件“地上河形成图”，生动的画面引发学生的兴趣和求知欲，同时教师不断提出问题，黄河下游水文特点是什么？“地上河”是怎样形成的？为什么会形成“地上河”？“地上河”有何危害？我们应该采取什么措施治理？学生带着这些问题积极探索问题，从而在课堂内创立了一种优化的探索问题的情境。（3）优化活跃思维的情境利用多媒体教学不仅可以激发学生的学习兴趣和求知欲，而且还可以引导学生积极开展思维活动，帮助学生理解，进行综合分析、判断，提高理论联系实际的能力。在课堂内，引导学生从正反、纵横、交叉方面深入分析讨论，从而培养学生多角度看问题和分析问题的能力。扩大学生思路，开拓思维范围，活跃思维，把学生建立在感性认识基础上的形象思维引向发散思维、多维思维等开放式思维方向。（4）优化信息传递的情境使用多媒体，可以从多方位提供地理教学的信息，使信息传递的速度、密度、渠道、容量等都增大，使学生在丰富的信息中不断扩大自己的视野，教师也可节省出更多的时间和精力去组织教学，也可以留出更多的时间让学生进行自学、自悟、自查，分析问题，发现问题和解决问题，有利于实现师生间，学生与学生间的多渠道交流，有利于调控教学进程。例如在水资源的利用教学时，先播放有关水资源污染的录像资料，提出如下问题:水资源遭受污染的污染源有哪些？污染后给人类带来什么危害？针对目前水资源的利用和污染情况，我们该怎么办？让学生开展讨论，各抒己见，气氛非常活跃，这样使“尖子”更“尖”，后进生也有参与的机会，在学生间，取长补短，必要时教师加以点拨，使师生间、学生与学生间的信息及时得到交流。综上所述，利用多媒体，创设情境进行教学，可以将知识性、思想性、趣味性融为一体，言、行、情互相交融，充分调动学生学习地理的主动性和积极性，激发学生的求知欲，有助于课堂教学中师生的双边活动，集中体现“教师为主导，学生为主体”的教学思想，对于提高课堂教学质量，全面提高学生的素质有积极的作用。GIS应用于基础地理教育不仅是辅助地理教学的直观演示的工具和手段，更重要的是给学生创建了一个数字化的学习环境，是促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具，平台为学生提供的大量图像、数据、图表、案例等感性材料，可以帮助学生完成认知过程。GIS应用于基础地理教育既能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生的主体地位，实现“自主、探究、合作”为特征的新的教与学方式，从而改变传统的以教师为中心的课堂教学结构，使学生的创新精神和实践能力的培养真正落到实处。在这里，教师和学生的角色发生了改变，体现了以学生为本的教育思想。教师讲学生听的局面被打破，教师的角色从以往的演示讲解，转变为通过创设情境、演示讲解、指导、激励、组织等活动带领学生去体验和感受。学生则不需要机械接受、死记硬背，通过在情境中动手操作、自主探究，学习如何获取和处理信息、分析和解决问题以及如何与人交流与协作，从而使自己的信息素养和综合素质得到提高，发展创新和实践的能力。1.4 GIS在基础地理教育中应用基础1.4.1 中小学信息技术课程基础2000年10月25日，教育部在北京召开的“全国中小学信息技术教育工作会议”，决定从2001年开始，用5至10年的时间，在中小学（包括中等职业技术学校）普及信息技术教育，并将信息技术教育课程列为中小学生的必修课程。2001年6月，教育部颁发基础教育课程改革纲要（试行），明确将信息技术教育作为小学至高中学生必修的综合实践活动课程的内容之一。福建省根据全国中小学信息技术教育工作会议精神，将中学信息技术课列入了普通高中会考科目，课程的内容包括了信息技术简介、计算机系统的硬件和软件、Windows98操作系统、Word或WPs文字处理、网络基础及其应用、程序设计方法（VB）等必修模块，以及电子表格Excel、多媒体作品的制作、数据库初步（ACCESS或FoxPro）等选修模块。从2001年开始，要求省级初中达标、示范学校必须组织学生参加一级考试，成绩合格者予以承认，升入高中阶段学习时，可免于参加信息技术会考（一级），普通高中校一年级学生参加一级考试，省二级以上（含二级）达标高中校一年级学生必须参加二级考试。从信息技术课程的设置和要求看，中学生（特别是高中生）己能够掌握计算机的基本操作，要掌握GIS软件的文件打开、地图缩放漫游、图层叠加、显示与隐藏等简单操作并不困难，完全具备利用GIS来学习的基本条件。2002年，教育部制定的国家课程标准方案中，信息技术课程又得到进一步加强。这些都增加在地理教学中应用GIS技术的可能性。1.4.2 中学计算机软硬件基础设施目前，我国许多学校都建立了微机实验室，有一些学