ＧＩＳ在地理教學中的應用

摘要：地理信息系統是地理學的第三代語言；本文就如何發揮地理信息系統的語言作用，如何利用地理信息系統基本功能改善教學效果，提高教學質量，如何利用地理信息系統項目提高學生的自我學習能力進行了探討。

關鍵詞：地理信息系統；地理教學；應用

收稿日期：2007—03—29

作者簡介：周利軍（1977—），男，黑龍江齊齊哈爾市人，講師，碩士，主要從事資源環境與地理信息系統研究。

GIS是地理信息系統（GeographicalInformationSystem）的簡稱，是計算機科學、地理學、地圖學、測量學等多種學科綜合的技術。著名的地圖與信息系統專家陳述彭院士認為：“定性描述是地理學的第一代語言，地圖是地理學的第二代語言，地理信息系統是地理學的第三代語言。”①將地理信息系統技術用于地理教學，尤其是用于基礎教育是地理教學發展的必然。那么如何在地理教學中更好地發揮GIS的語言作用，使課堂教學達到更好的效果，這也是廣大地理教師所追求的目標。

一、地理信息系統簡介

GIS是一門多學科綜合的邊緣學科，要給出GIS的準確定義是困難的，因為GIS涉及的面太廣，站在不同的角度，給出的定義就不同。本文給出的GIS定義為：GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題②。這是一種通用性很強的技術系統，它不但可以處理各種調查資料、地圖、統計數據、觀測數據、遙感數據、文本資料等，還可容納專家的知識和經驗以及各種分析模型、數學運算方法等。GIS的功能十分強大，具體包括數據采集與編輯、數據存儲與管理、數據處理和變換、空間分析和統計（疊加分析、緩沖取分析、數字地形分析等、空間集合分析等）、產品制作與顯示和二次開發。之所以GIS能在地理教學中大有作為是因為它能將屬性信息與空間數據結合起來共同管理，并實現了可視化，這為地理教學中更好地使用地理圖像、圖表提供了一種新的方法。因此GIS技術為改變傳統的地理教學方法提供了良好的契機，為地理學科更加方便、快速、準確地進行教學改革提供了良好信息載體的作用。

二、GIS與地理教學

（一）制作教學掛圖。傳統的教學掛圖往往具有要素較多、主題不鮮明并且容易破損等缺點，而地理信息系統具有十分強大的制圖功能，教師可以利用GIS制作各種主題鮮明、投影準確、圖形表現方式靈活教學掛圖，還可配合抓圖軟件方便地制作各種數字格式的圖片，直接插入多媒體課件中，方便教學。此外用GIS制圖還解決了傳統地理教學中紙制教學掛圖易破損，難以保存及數量不足等問題。

（二）空間查詢。GIS不但可以通過地理位置查詢地理實體的屬性，還可以通過實體屬性來查詢地理實體的位置、形狀特征，更重要的是它還能進行條件查詢。如配合GIS軟件，講述黑龍江省的行政區劃時，黑龍江省各級行政單位的名稱、分布范圍可以逐個以動態閃爍的方式顯示，而且分別賦予相應的屬性，可以即時查詢每個行政單位的面積、人口、社會經濟情況等內容，同時為了突出某級行政單位的輪廓界線，還可以將其單獨顯示。這對于靜態的、感性的地理知識，GIS可以使其可視化，使學生對于地理實體的輪廓、狀態、位置、分布模式都有一個非常直觀的感知。

（三）虛擬現實。虛擬現實又稱靈境技術或人工環境，是一種有計算機生成的模擬系統，它構成一個以視覺感受為主，包括聽覺、觸覺的綜合感知環境，使參與者通過專門設備在這個人工環境中實現觀察、操作、檢驗等實踐，有身臨其境的感覺③。這是發展到一定階段的計算機技術與思維科學等多學科相結合的產物，它的出現為人類認識世界開辟了一條新途徑。虛擬現實的最大特點是參與者可以用自然方式與虛擬環境進行交互操作，改變了過去人類除了親身經歷就只能間接了解環境的模式，從而有效擴展了自己的認知手段和領域。例如在野外實習之前，教師可以將實習地區的高分辨率遙感影像與該地的數字高程模型(DEM)相結合，生成實習區域的三維地理環境，由于遙感影像分辨率較高，即可以看到該地的植被特征，又可以發現該地的地形地貌整體特征和局部特征，真實再現地面景觀。另外還可以進行視點變換、角度旋轉、光源設置、色彩調配、三維飛行瀏覽等，使學生足不出戶就可以對實習區域有一個初步的認識，為以后的真正實習打下良好的基礎。

（四）空間分析和統計。空間分析和統計功能是GIS的一個獨立研究的領域，它的主要特點是幫助確定地理要素之間新的空間關系，它已經不僅成為區別于其他類型信息系統的一個重要標志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。以空間疊加分析為例，通過對丹頂鶴生活習性及生活條件的調查，通過對植被類型、地形特征、氣候條件等圖形進行疊加就可以得到丹頂鶴在黑龍江省的分布地區。再以數字地形分析為例，在傳統的教學中，認識山峰、山谷、山脊、鞍部與陡崖等的概念都是通過平面圖中的等高線來實現的，非常抽象而且難于理解。而在GIS中，可以通過先繪制二維等高線并賦予高程值，再創建三角網，進而建立數字高程模型，并進行可視化表達處理（如色彩變換、視點調整、旋轉變換等），便可以展示出一座山體，直觀地觀察山峰、山谷、山脊、陡崖等多種地形。這種教學明顯調動了學生的積極性，加深了學生對地形特征的理解，讓學生有身臨其境之感。

三、利用GIS進行自我學習

（一）數據準備。數據獲取途徑包括野外調查數據、室內實驗數據、相關部門提供的基礎資料及他人已有研究的成果。數據的獲取過程不但能提高學生的觀察能力、動手能力、分析能力，還能提高學生的社會交往能力。如在野外實地調查中，學生們要觀察和分析哪些因素是與河流污染相關的，將野外采集的樣品帶回實驗室后要進行分析，所有的實驗過程都要由學生在教師的指導下親自動手完成，這些對于學生來說都是在書本上學不到的知識。

（二）數據的輸入與融合。數據獲取后，要通過相關軟件進行建庫，實現各類數據的融合。本研究中所涉及的數據包括屬性數據、矢量數據、影像數據、數字高程模型等等，數據的輸入與融合是一個非常系統的工程，需要同學們之間的分工協作和整體配合。在這個過程中同學們不但能學到計算機的相關知識、GIS的基礎知識、基本操作方法，還能學會相互配合共同完成一個GIS項目的能力。

（三）結果分析。在結果分析階段主要是利用GIS的分析模型，對輸入的相關數據進行綜合分析，找出與河流污染最直接的因素、對河流污染的等級進行劃分以及提出解決的辦法。在這個過程中主要學習利用GIS從紛繁復雜的數據中找到有用的數據、利用GIS解決實際問題的能力。這個過程與傳統的地理教學相比，GIS改變了學生原來紙上談兵的學習方法，不僅使有限的學習素材通過GIS和學生的思維成為無限的學習天地，而且學習是以問題為中心，是在一種動態、開放、主動、多元的學習環境中，是由學生自己負責，是在感受成功和體驗快樂的過程中學習知識。

四、結論

地理信息系統（GIS）作為地理學的第三代語言的重要性應當被地理教師充分地重視起來，教師要具有應用GIS這一現代化工具解決實際問題的能力，同時還要把這種能力傳授給學生。在地理教學中引入GIS，既豐富了地理課堂教學的內容，也改變了地理課堂教學的形式，對于提高教學質量具有重要的支撐作用。總之，隨著信息技術教育的逐漸普及與深入，GIS技術必將在地理課程教學中占有重要的地位。

注釋：

①李佩武，周江，荊平．GIS技術及其在地理教學中的應用分析〔J〕．天津教育，2005，（6）52～53．

②黃興元，馬勁松，湯勤．地理信息系統概論〔M〕．高等教育出版社，2001，3～4．

③李鶴元，王軒．虛擬三維地理環境系統的設計與實現〔J〕．高性能計算技術，2002，（10）47～50．