遥感影像辅助地理时空综合思维培养的教学实践

一、引言关于如何创新培育地理学科核心素养，新课程标准基本理念要求充分利用地理信息技术，营造直观、实时和生动的地理教学环境［1］。遥感影像在课堂上的运用不仅能丰富课程资源，而且通过多时相、不同地理空间尺度的划分、转换和关联，可以帮助学生提升对地理时空要素和地理时空结构的认知，进一步加深对技术的理解。《普通高中地理课程标准（实验版）》明确提出应培养高中生就不同尺度地理空间的地理现象提出问题的能力［2］。利用遥感影像这类地理信息技术对地理时空综合思维的培养是一个全新视角，延伸了课标内涵，充分利用教材逻辑拓宽教材的素材，帮助教师开拓全新课堂教学模式。同时也能拓宽学生关于地理信息技术的视野，补充当前教学地理信息技术运用不充分的短板。1.地理时空综合思维时空综合思维是高中地理综合思维的重要维度之一，能够帮助学生把握地理事象的空间格局和时间演变，即理解地理的过程，这是解决地理问题的关键能力。地理问题离不开同时站在时间与空间的角度去分析。当前许多研究主要集中在综合思维层面，而深入剖析时空综合思维的研究相对较少［3］。张家辉等人认为地理学的时空衡量标准为地理时空尺度，是全面认识复杂地理事象的关键点，地理时空综合思维能力分为地理时空尺度划分能力、地理时空尺度转换能力、地理时空尺度关联能力、地理时空要素演变认知能力和地理时空结构演变认知能力［4-5］。对于地理时空思维能力的划分各家观点并不完全统一，本文以王文兴的尺度划分作为依据进行教学与案例研究［6］。2.遥感影像在地理课堂教学中的应用国内外学者针对遥感影像在地理课堂中的开发应用研究发现：国际大多数高等院校都增加了遥感课程，当前，遥感卫星图像的使用已推广至基础教育阶段。遥感数据除了具有较高清晰度和时效性外，还具有很大教育潜力，但目前这种潜能在学校实践中得不到充分运用。魏玉成提出遥感影像在中学地理教学中的应用可以优化地理教学，培养学生学习兴趣，并在推进信息技术过程中培养学生信息素养，在训练学生思维过程中培养学生探究能力［7］。程彬从课标分析角度阐述了信息技术在地理学习中的作用，并强调将遥感与中学地理教学相结合，为中学地理教学的目的、教法和学法带来一场新的革命［8］。林培英认为高中地理课程中地理信息技术教学的普遍开展，需要各方面力量的支持，共同为教师创造必要教学条件［9］。二、遥感影像在地理时空综合思维培养中的教学应用策略1.教材中的遥感影像与地理时空综合思维的关联以鲁教版必修二为例，教材中图像部分涉及遥感影像，承载了丰富的地理信息，与地理时空综合思维关联紧密（表1）。2.地理时空综合思维能力的培养策略地理时空尺度划分能力指在对一个大范围区域进行研究，或对一个地理事件在时间上演变进行分析时，拥有对地理事件进行空间和时间尺度分割的能力［6］。如表1“图1-1-1”所示地区夜间灯光遥感图，所表达的尺度先为全球尺度，再划分到欧洲大陆，根据不同尺度转换带领学生认识地球表面。如在分析美洲的经济发展，先展示美洲整体概况，再划分为北美洲和南美洲。北美洲中的墨西哥以北地区与墨西哥以南地区两个区域有着明显的差别；尺度的划分可对同一地理事件的要素进行整合，做出地域性解释。时空尺度转换能力的培养基于改变观察地理事物和分析地理问题的尺度时，其结果会随之发生变化的现象。地理事象处于不同的尺度框架下时，其成因机理和对它进行的比较分析会产生明显差别。如表1“图2-3-1”安徽省合肥市及周边地区不同年份卫星遥感影像，在对该地区城镇化进程进行探讨时，我们更关注的是该地区的整体城市面积扩展范围等全局特性。用多时相尺度变化来确定该地区的空间布局特点变化，以空间范围联系和时间的尺度对细节进行掌握，从而可以提升时空综合思维。时空尺度关联能力的培养基于不同尺度上地理事物和现象之间的相互作用。课程标准对时空综合思维的要求是能够对现实中地理事象，如自然环境的变化、区域发展、资源环境与国家安全问题等，运用要素综合、时空综合、地方综合的分析思路，对其进行系统性、地域性的解释［1］。地理事件中的要素是相互联系、相互作用的，大尺度的地理事象改变会对局部环境产生影响。比如全球气候变暖大环境下会导致某地海平面上升或某地局部高温及气候变化等。小范围内的地理事件改变也会成为大范围地理环境变化的诱因，如日本排放核污水事件会对太平洋流域甚至全球流域的生态系统造成影响。这需要教师在涉及相关地理尺度关联的问题时，从大尺度到小尺度，小尺度再到大尺度双向对地理事件进行时间与空间的关联分析。时空要素演变认知能力的培养基于随着地理事象的发展与变化，各种地域因素也随之发生时间与空间上的发展与变化，在时间与空间变化过程中，各种地理要素也在不断整合。如昆明市的辐射功能：随着世界格局的演变，中国与东南亚国家的地理联结与经贸合作成为一带一路的节点，昆明必须扩大城市体量，联合周边城市如玉溪、曲靖、楚雄等建设滇西城市群，扩大城市辐射范围带动周边地区发展，并能够承接上一级长江经济带的产业链与东南亚形成地理联结上的合作。在时间与空间的要素与格局发生演化时，进而对整个片区的辐射范围产生影响。时空结构演变认知能力的培养基于地理事象空间布局并非一成不变，随着时间推移会出现事物的新旧更替、物換星移。在这一块的认识上上升到了对地理时空认知水平较高的理解，学生已经能够自由划分、转换、关联地理时空尺度并对地理要素的演变有了认知，可以看清楚时空结构演变，将大小范围的尺度进行整合分割并进行布局，这种对空间的布局和时间的规律认识可以触动学生对地理之美的深刻认知。三、“城乡内部空间结构”教学案例设计研读课程标准（2017年），分析教学内容，收集昆明市的功能分区遥感数据并利用ENVI软件进行校正、分析，最后输出专题地图。采用案例教学法根据教学设计原则和注意事项设计教学案例，突出地理时空综合思维的培养（表2）［10］。“城乡内部空间结构”课程标准为：结合实例，解释城镇和乡村内部的空间结构，说明合理利用城乡空间的意义［1］。该课主要概念为城镇内部空间结构、乡村内部空间结构。在课堂中概念解析是遥感影像案例教学授课的基础［11-12］。1.课标解读刻画城镇和乡村不同类型区域的空间结构有三个步骤：一是确定各类功能区的范围；二是描述各类功能区；三是描述各类功能区之间的相对位置和形成原因。关于判断利用城乡空间布局的合理性，需要看城市规划是否有一定的绿地面积，是否有便利条件，是否有合理的教育用地，是否有文化保护区或文化创意产业区。2.教学重难点刻画城镇和乡村不同类型区域的空间结构；判断城乡是否合理利用城乡空间。3.教学过程教学过程设计如表3所示。四、结语本节课所用案例是昆明市城市内部空间结构，致力于把遥感影像应用到地理时空综合