利用GIS輔助學生構建空間思維

譚剛

摘要：作為現代地理學發展的前沿陣地，GIS技術經過幾十年的發展，已經不局限于地理專業方面的應用，而是與普通人的生活聯系更加緊密。如何將GIS技術有效地應用到中學地理教學中，是一個亟待探討的話題。本文選擇地理信息系統（GIS）作為多媒體課堂探究的重點，側重分析運用GIS輔助學生構建空間思維。

關鍵詞：GIS；地理教學；空間思維

地理信息系統（GIS）是一種基于計算機的工具，是地理學與計算機科學、地圖學、地球科學和測繪學、遙感學等多種學科交叉形成的產物，具有信息量大、空間層次多、分析功能強等應用特點。初中地理課程標準在課程背景、課程理念以及課程內容這三部分對運用地理信息技術輔助教學都作了必要說明。普通高中地理課程標準也將GIS作為教學內容正式列入高中地理必修模塊，并把“地理信息技術應用”納入選修課程之列。 與此同時， 高中理科教學儀器配備標準中“高中地理教學儀器的配備要求” 對地理信息系統教學軟件、地理信息數據的配備等內容也作了相關規定。GIS軟件應用在教學中，能夠解答用語言難以準確描述的問題。初中階段的學生考慮問題比較片面，通過GIS軟件的幫助，有利于建立地理事物是相互聯系、相互影響并且不斷發展變化的觀點，形成地理思維方式。

一、利用地圖縮放功能了解區域特征

作為地理學科的第二語言，地圖是學習地理的重要工具。傳統的地圖是靜態的，只能表現早就設計好的內容，而且容量非常有限，固定的比例尺、固定的區域范圍、固定的專題…往往使傳統地圖的應用局限在一個很小的范圍內。而GIS是動態地圖，可以突出顯示特定的地理事物，也可以按照需求生成專題地圖。圖中的地理事物也可以設置專門的鏈接，通過網頁跳轉了解更詳細的信息。所以，GIS電子地圖具有傳統掛圖所不具備的交互性、無極縮放、動態載負量調整、多維化、信息豐富、共享性等優點。實際教學時，教師在介紹某一區域的時候，要給學生一個從宏觀到微觀的認識，只需要利用地圖的無極縮放功能，以小比例尺查看區域的整體，了解區域的自然環境特征；再用大比例尺查看區域的局部，了解區域的工農業布局等。這樣，可以培養學生由宏觀到微觀的豐富想象力，幫助學生了解和分析宏觀事物與微觀要素之間的聯系。另外，GIS軟件在進行無極縮放的時候，還能夠根據當前的比例尺，自動顯示或隱藏圖層，調整某一圖層中信息量，從而保證最佳的視覺效果和最快的顯示速度。

例如，學習七年級下冊世界地理時，以日本為例，先以小比例尺查看日本所處的地理位置（位于東半球、北半球），確定日本所在的半球，然后再逐步放大到大洲再到具體的日本輪廓，最后以較大比例尺查看日本內部空間結構（包括領土的構成、城市的布局、工業的分布等），甚至可以用大比例尺觀察東京的面積、城市規劃、土地利用方式等，展現日本在狹小國土上取得的成就，使學生能夠進一步反思中國的問題。在學習過程中，隨著比例尺的不斷變化，所負載的信息量也不斷增多。這樣一來，既建立了日本的外部環境和內部空間結構之間的關系，又養成了學生客觀全面地看待問題的思考習慣，提高學生分析、解決問題的能力。

二、利用GIS軟件繪制專題地圖

運用GIS軟件繪制專題地圖不是完全新繪一張地圖，而是使用GIS軟件分步展現地圖內容。不同于以往“死”的紙質地圖，“活”的GIS地圖新增了圖層功能，這是它相較于傳統地圖的一大優勢。教師在教學過程中可以根據實際需求，按照學生認知的過程，使用圖層的顯示或隱藏功能，將地理信息一步一步呈現在學生面前，引導學生跟隨教師的節奏逐步深入思考，從而更好地理解地理要素之間的因果關系，增強教學的有效性。該方法操作簡單、易于掌握、適用范圍廣、實用性強，是GIS輔助中學地理教學初期比較常用的手段。教師可以引導學生建立和管理展示空間的符號、顏色和大小等，將疊加信息表現在不同的圖層面上，同時或者逐步展示，以提高學生的動手能力和創新意識，也能讓學生直觀理解地理現象和原理之間的關系。例如，講解七年級上冊聚落分布時，以美國為例，先加載美國的國土輪廓圖層、河流圖層、地形圖層，分別控制每個自然地理環境圖層的隱藏或顯示功能，依次分析各個聚落分布地區的自然環境條件，可以讓學生真正理解自然地理環境對聚落分布的影響，培養學生分析和解決實際問題的能力。

三、利用虛擬現實技術展示區域場景

隨著社會和時代的發展，二維GIS技術具有自身難以克服的缺點，不能給人以真實自然的感覺，直觀性受到較大限制。虛擬現實是利用計算機技術，將二維空間拓展為三維空間，增加高程數據，模擬一個虛擬的世界，讓使用者可以有聽覺、視覺甚至嗅覺、觸覺的真實感受，可以實時、360°全景觀察三度空間內的事物。例如，等高線地形圖的判讀一直是初中地理教學的一個重難點問題。初中生缺乏空間想象能力，難以理解等高線的含義。而運用虛擬現實技術，可以通過等高線數據為學生創造一組立體地形。在課堂教學中，教師可以拖動鼠標引導學生從不同角度觀察不同高度等高線的形狀，從而理解等高線的含義。也可以讓學生根據山的不同高度，給予不同顏色，從而講解分層設色地形圖的含義，引導學生觀察不同顏色所代表的地形，歸納總結這些地形在地圖上的特點，使枯燥、難懂的地理課變得生動活潑起來。

圖1就是利用虛擬現實技術模擬等高線地形圖。電腦利用輸入的等高線數據，自動生成的三維場景，可以進行任意的旋轉、縮放，讓學生能夠從不同角度觀察地貌特征，有利于空間概念的形成。

與傳統教學方法相比，GIS最重要的優勢在于它能幫助學生更好地理解和掌握知識，將GIS引入中學地理課堂，將極大地增強地理課堂教學的有效性，改變地理教育現狀。

參考文獻：

[1] 譚百宏.基于地理信息系統（GIS）的地理教學軟件的研究與實現[D].東北大學碩士學位論文，2005.

[2] 王家偉，段玉山，查志江.例談運用“中學地理信息系統（GIS）教學平臺”輔助地理教學[J].地理教學，2011（12）：22-23.

[3] 陳斕.利用網絡環境優化高中地理實證教學[J].地理教育，2014（10）：55-56.