3S空间信息技术在高中地理教学中的应用

1、    “3s”空间信息技术在高中地理教学中的应用    摘 要：21世纪是空间信息技术蓬勃发展的时代，“3s”空间信息技术不但广泛地应用于工农生产、军事、政治、经济等各领域，也已经成为中学地理基础教育学习的重要内容，而“3s”空间信息技术在辅助中学地理教学中的作用亦越来越大。本文对“3s”空间信息技术在地理教学中的问题进行了论述，并提出了“3s”空间信息技术在当前中学地理教育应用的建议。关键词：地理教学；“3s”；空间信息技术在现代生活中，信息与空间位置有关的服务处处皆是。“3s”的應用在区域化和全球化的同时，已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生

2、产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。3s空间信息技术的迅猛发展，不但改变了传统空间数据的获取、存储、更新和使用的方式，而且已演变为一门新兴的现代空间信息科学，并被广泛地应用于地球科学、环境科学、空间科学等领域，且成为人们生活和生产中必不可少的技术工具。在高中地理课程标准中，已经把“3s”技术内容纳入必修的地理课程内容范围，并把它列为七大地理选修模块课程之一。“3s”技术不仅作为学习内容引入中学地理课程，还可与其他信息化教学技术手段综合应用于中学地理教学。将“3s”技术内容应用于高中地理课堂，将会对中学地理教育的目标、教材、教法、学法、学生综合素质、空间思维能力的培养等方面带来深刻的影响

3、。一、 “3s”空间信息技术概述“3s”空间信息技术是指遥感技术（remote sensing）、地理信息系统（geographic information system）和全球定位系统（global positioning system）的总称，是对地观测系统中空间信息获取、存贮、管理、更新、分析和应用的技术总称。（一） 遥感技术遥感技术是一种近现代的高效能的信息采集技术。其主要利用高空或外层空间的各种运载平台，依靠可见光、红外、微波和激光等光学、电子和电子光学的电磁波探测仪器或传感器，通过摄影或扫描、信息感应，接受从物体辐射、反射和散射的电磁波信号，以图像胶片和数据磁带记录下来，传送到地面

4、站，经过后期加工，从中提取对地表过程的信息，再结合地面物体的光谱特性，识别研究地面目标的类型、空间位置、变化过程及其与环境的相互关系与变化规律。（二） 地理信息系统地理信息系统是收集、存储、检索、分析空间数据并提供决策支持的系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理信息系统通常由计算机硬件系统、空间信息数据管理系统和用户端组成，通过对空间数据的采集、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种有用信息，从而为国土管理、自然资源评价、工农业生产、生态与环境监测、交通运输、城市管理等提供快速决策的服务。（三） 全球定位系统全球定位系统是一种高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和授时系统。世界上第

5、一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的gps系统。2007年4月14日，我国发射第1颗北斗导航卫星起至今，陆续发射35颗导航卫星，组成双向的，既有定位又有通信的北斗卫星定位导航系统，与美国的gps系统、俄罗斯的格罗纳斯系统、欧盟的伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。二、 3s空间信息技术与中学地理教学（一） 国内外发展概况国际上，尤其是发达国家，将“3s”空间技术内容运用到中学地理教学中已经成为趋势。如美国，gis教育在美国的中、小学教育中已经相当普及。美国国家地理协会（association of american geographers）、美国地理工作者联合会（aag）、美国地

6、质调查局（usgs）和esri公司等联合推出旨在让年轻一代了解gis技术的“gis日”。主要的地学（如usgs）和空间科学部门（如nasa）网站，专门开辟面向中学教学的科普板块，提供教学和实验所需数据材料及技术指导。世界知名3s软件公司esri公司为了普及gis在美国中学地理教学中的运用，免费向教师发布了大量利用gis辅助地理教学的教学课件及案例；在欧洲、澳洲及亚洲的日本，均有面向高中教师及学生的免费gis软件、培训、竞赛或科普活动。另外，国外一些知名虚拟地球商业、科研软件如google earth、 worldwind功能强大、应用简单、信息量大，其三维地形、历史地图、气象云图、海洋海底地貌

7、、月球地貌、火星地貌等模块可直接应用于地理课堂。与国外相比，我国的gis基础教育起步较晚。2003年颁布的普通高中地理课程标准（实验）明确要求将“3s”空间技术内容纳入教学内容。但由于地理教育者的认识不够、技术弱、平台功能不强等原因，“3s”空间技术运用于地理教学并没有引起足够的重视，还处于刚刚起步阶段。（二） “3s”空间技术在中学地理教学中的辅助作用中科院已故院士陈述彭曾说过：“如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。”在传统地理教学中，地图是必不可少的教学工具，但是纸质地图作为基本地理语言，一直面临地图信息老化、过时、内容缺失、理解抽象等问题，而地理信息系

8、统可以完美解决以上问题。以esri公司的arcgis软件为例，其具有界面友好、易学易用、数据格式通用等优点。例如在自然资源内容授课时，教师可通过国土部门数据共享获取各历史时期森林资源分布数据，结合国家基础地理信息中心下载的城市、公路、铁路、国界、地形等图层。在arcgis软件中，将上述数据制作成中国森林资源分布及动态变化的专题地图。通过专题渲染在地图上显示数据，可以清楚直观地看出中国森林资源的分布特征和变化趋势。通过此图，学生可以直观地了解我国森林资源面临的问题。地形地貌分析是地理学中最基本的技能，而地形图解析能力亦是地理教学的重点，也是高考中常见的内容。地理信息系统具有功能强大的地形分析、展

9、示功能，可以较好地将各种地形特征直观显示给学生，例如arcgis软件具有dem（数字高程模型）三维显示功能，还有专门作地形分析的arcglobe、 arcsence模块，通过三维显示地形模型，有助于加强学生对山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直观形象。遥感（rs）技术在中学地理教学中用处极广，可广泛地应用于辅助教学，提高教学效果。以北方常见的雾霾和沙尘暴问题为例，利用雾霾和沙尘暴发生时期的遥感影像（如modis数据），帮助学生了解雾霾和沙尘暴的发生、发展和影响范围。在讲授城市环境、区域或全球生态问题中，可以借助遥感影像（如landsat数据）帮助学生了解城市热岛效应、城市绿地格局、工业区、居

10、民区分布，以提高学生宏观观察、分析能力。gps在中学地理教学中，应用不如gis和rs广泛，但是，gps的使用已经是现代社会的一部分，车载gps和手机导航已经被广泛使用。在日常地理教学中，教师可向学生普及基础gps定位原理和简单的gps使用方法，教导学生实现简单的gps定位、导航等功能，尤其是利用手持gps配合地形图，进行定向越野等活动，对学生理解地形解读、培养空间思维有着传统课堂教学不可比拟的优势。三、 3s空间信息技术在中学地理教学中面临的问题（一） 中学地理教育对“3s”空间技术的重视程度尽管2003年颁布的普通高中地理课程标准中明确指出：“新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3

11、s（rs，gis，gps）的知识，这是课程内容本身的要求。”但在实际中学地理教学中，对“3s”空间技术运用于地理教学并没有引起教育者足够的重视。部分“3s”空间技术授课内容被设定为选修或自修，而往往迫于高考的压力，大部分的学校基本对于选修课少开或者不开，即使开设课程也大多敷衍了事。学生又疲于应付高考科目的作业、考试，没有时间和精力学习选修课程，“3s”教学并没有落在实处。（二） 中学地理教师对“3s”空间技术的掌握程度地理教师的自身素质也是制约利用“3s”空间技术辅助中学教学的重要因素之一。掌握“3s”空间技术需要完整的空间知识体系和较强的信息技术，需要长期的学习过程，这给地理教师掌握“3s”

12、空间技术带来一定难度。而“3s”空间技术在我国中学地理教育中的应用才刚刚起步，目前的中学地理教师，除了从已开设“3s”课程大学毕业的年轻地理教师具备一定的“3s”空间技术能力外，大部分中学地理教师的“3s”空間技术较弱，因此能够胜任“3s”空间技术教学的中学地理教师还占少数。（三） 缺乏“3s”空间技术所需的软硬件环境在“3s”空间技术要求方面，除对中学地理教师有较高要求外，学生的计算机应用水平也是利用“3s”空间技术辅助地理教学的基础。而在实际教学中，由于对中学地理课程传统教学内容的偏见，加上专职计算机教师和基础计算机知识的缺乏，使得部分学校学生的计算机水平无法得到提高，“3s”空间技术应用

13、则亦受到一定限制。在软件环境方面，目前仍缺乏适合于中学地理教学的gis软件，目前比较常用的gis软件主要有esri公司的arcgis系列产品、map info公司的map info系列产品以及国内的mapgis、 supermap、 geostar和开源qgis等软件。但这些软件均是价格昂贵，其价格远超过单个学校或教师群体的购买能力，另外由于这些软件系统过于庞大，缺少针对中学地理教学相应内容的模块和帮助文档。此外，国内大量的地理空间数据均掌握在行政管理部门和科研单位，由于缺乏数据共享和公开的机制，高精度、时效性强的共享空间数据乏善可陈，可获取的空间数据无不是精度低、时效性差，而软件自带的示例数

14、据难以满足课堂教学。没有空间数据，“3s”空间技术在地理教育中的作用就成了空谈和无米之炊。四、 建议与结论我国应该借鉴国外的先进经验，由相关教育主管部门、“3s”空间技术公司、高等院校以及中学加强合作，共同推行“3s”空间技术基础教育。在软件平台方面，国内的“3s”空间技术公司，如mapgis、 supermap、天地图等，尽快开发适合于中学生学习的国产“3s”软件及硬件产品，并与教育部门合作，编写与软件功能相对应的培训教材，提供实验案例和对应课堂教学的空间数据。在中学地理教师空间知识方面，加强“3s”空间技术开发公司与中学建立伙伴关系，向中学教师提供“3s”空间理论培训和技术支持，系统地对中

15、学地理教师进行教学指导与培训。在空间数据方面，由教育主管部门创建专门为基础地理教育使用“3s”技术而设计的交流网站，提供共享空间数据、数字地图、教学案例、学习资料和“3s”软件的统一平台。总之，在“3s”空间技术迅猛发展的今天，空间信息已经融入到我们生活的方方面面，传统地理教育正经历历史性变革，“3s”空间技术将在中学地理教学中扮演着日益重要的角色，给中学地理教育软、硬平台增添了新的生机和挑战。中学地理教师应与时俱进，及时了解“3s”空间技术在工农业生产、自然科学、国际动态等各个领域的应用，要掌握“3s”空间技术的最新成果及前沿动态，并要不断学习并掌握“3s”信息技术，在新课改中更好地运用“3s”空间技术，以适应时代的发展和社会的需求。参考文献：1 徐志梅，袁孝亭.运用gis培养中学生地理空间能力j.中国电化教育，2010（08）：96-100.2 陈述彭.地理信息系统的应用基础研究j.地球信息，1997（04）：35-39.3 陈久和.遥感图像在师范地理教学中的应用研究j.德州学院学报（自然科学版），2001（04）：80-8