地理信息技術(shù)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

冉 建，歐陽霏霏，嚴(yán) 斌，龔志榮

(云南省澄江縣第一中學(xué)，云南 澄江 652500)

0 引言

地理信息技術(shù)是對地理信息進(jìn)行獲取、分析和應(yīng)用的一門綜合性技術(shù)，是地理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其核心技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(Geographical information System GIS)、遙感(Remote Senescing RS)及全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System GPS)，總稱“3S”技術(shù)。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，地理信息技術(shù)日益成熟，給地理學(xué)帶來了深遠(yuǎn)的影響和勃勃生機(jī)，目前已深入了人們的學(xué)習(xí)、工作和日常生活中，被社會經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。普通高中的地理學(xué)習(xí)內(nèi)容，也隨之發(fā)生了相應(yīng)的變化，地理信息技術(shù)不僅僅是地理課程的主要教學(xué)內(nèi)容，在當(dāng)今地理信息技術(shù)與IT技術(shù)集成的時(shí)代，教師還可將之與計(jì)算機(jī)技術(shù)一起作為教學(xué)技術(shù)手段應(yīng)用于高中地理輔助教學(xué)[1]。

1 高中地理課程進(jìn)行地理信息技術(shù)教育的重要性

1.1 普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)對“3S”技術(shù)教育的要求

在2017年最新出版的地理課程標(biāo)準(zhǔn)中，無論是必修課程還是選修課程均對地理信息技術(shù)提出了明確的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，必修課程(課程標(biāo)準(zhǔn)第四部分 必修課程)要求學(xué)生了解地理信息技術(shù)的應(yīng)用，能夠運(yùn)用地理信息技術(shù)觀察、識別、描述自然世界中的地理現(xiàn)象并具備一定的地理實(shí)踐能力。選修課程(課程標(biāo)準(zhǔn)第四部分，選修課程8)旨在幫助學(xué)生掌握初步的數(shù)字化生存技能，在生活或工作中學(xué)會用地理信息系統(tǒng)、遙感、定位系統(tǒng)等解決問題，并會使用地理信息技術(shù)分析地理問題[2]。

1.2 地理信息技術(shù)在高考中所占的比例越來越大

近些年來的高考地理越來越貼近于我們的日常生活，“3S”技術(shù)在社會經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的重要性，也越來越在近些年的高考地理試題中得以體現(xiàn)。通過對近五年來全國和各省市高考地理真題的梳理發(fā)現(xiàn)，地理信息技術(shù)在高考地理試卷中的分值逐年遞增，涉及的省份不斷增多，題目本身的難度和對學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用要求也越來越高。如江蘇省高考，地理信息技術(shù)幾乎為每年必考，且難度較大，學(xué)生如果沒有進(jìn)行過實(shí)際的操作和具備相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)技能，在答題時(shí)就非常容易丟分。因此可以預(yù)見，在未來的高考試題中，地理信息技術(shù)相關(guān)考點(diǎn)出現(xiàn)的頻率和分值只會越來越高。

1.3 社會、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)發(fā)展的必然要求

地理信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于區(qū)域地理環(huán)境研究，在國土資源管理，國土開發(fā)規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與評估、自然災(zāi)害監(jiān)測與防御、資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。不僅如此，地理信息系統(tǒng)目前還成功地應(yīng)用到了包括犯罪制圖、聲源管理、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油天然氣、教育、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運(yùn)輸、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計(jì)、商業(yè)金融、測繪應(yīng)急等國民經(jīng)濟(jì)的幾乎所有領(lǐng)域，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。隨著世界各國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，“3S”技術(shù)的應(yīng)用范圍將會越來越廣泛，作用會越來越大，地理信息技術(shù)在社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)建設(shè)的日益重要性也要求我們的地理教育要把“3S”技術(shù)作為高中地理教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。

1.4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展與就業(yè)前景

“3S”技術(shù)相關(guān)專業(yè)在20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)在國外的許多大學(xué)，中國經(jīng)過四十多年的發(fā)展，目前絕大多數(shù)高校甚至部分中專學(xué)校都開設(shè)有該專業(yè)，從事地理信息技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)開發(fā)及應(yīng)用的人才供不應(yīng)求。中國已將信息產(chǎn)業(yè)列入可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，作為信息產(chǎn)業(yè)重要組成部分的地理信息技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)獲得了巨大發(fā)展。具有“3S”相關(guān)專業(yè)技能的畢業(yè)生可在社會大量的相關(guān)部門從事與地理信息技術(shù)有關(guān)的技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究、生產(chǎn)管理和行政管理等工作，也可在科研機(jī)構(gòu)或高等學(xué)校從事科學(xué)研究或教學(xué)工作，具有良好的就業(yè)前景。

2 地理信息技術(shù)在高中地理教學(xué)中的輔助作用

2.1 地理信息系統(tǒng)(GIS)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟件和硬件支持下，對地理信息進(jìn)行采集、管理、分析和表達(dá)的空間信息管理系統(tǒng)。主要由系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員及應(yīng)用模型五部分組成，通過對地物空間分布及位置分析、趨勢分析、模式分析及結(jié)果模擬等，實(shí)現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)的采集分析以及決策應(yīng)用[3]。

當(dāng)前高中地理教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用較多的GIS軟件是美國ESRI公司的ArcGIS軟件漢化版以及北京超圖公司開發(fā)的SuperMap。這兩個(gè)軟件空間分析功能都非常強(qiáng)大，具有易學(xué)易用、操作簡便、人機(jī)交互友好等優(yōu)點(diǎn)。但SuperMap作為中國本土化的GIS系統(tǒng)，無疑具有更高的性價(jià)比和可操作性，對高中地理教師來說實(shí)用性更強(qiáng)。例如在高中地理教學(xué)中，等高線地形圖的判讀既是重難點(diǎn)，又是高考中的?？键c(diǎn)，由于教學(xué)中缺乏對平面地形圖直觀形象的可視化表達(dá)，導(dǎo)致學(xué)生對陡崖、山峰、山谷、山脊、鞍部、陡坡、緩坡、沙丘等地形的理解過于抽象。利用SuperMap的三維建模模塊可以創(chuàng)建一座立體顯示的三維山體，學(xué)生不僅可以直觀地觀察多種地形地貌，還可親自上機(jī)對山體進(jìn)行各種操作，比如任意旋轉(zhuǎn)、山體移走、專題渲染等。又如在講解城市的區(qū)位因素時(shí)，通過SuperMap軟件可制作直觀表示中國100萬以上人口的城市分布專題地圖。通過對中國主要河流、等降雨量線、等高線、主要礦產(chǎn)資源及主要交通干線等分層地圖的疊加顯示和分析，不僅可以讓學(xué)生直觀地了解中國特大型城市的空間分布狀況，還可以讓學(xué)生看圖對城市的區(qū)位選擇進(jìn)行分析，總結(jié)出影響城市區(qū)位的主要因素。這種教學(xué)方式可以加深學(xué)生對相關(guān)地理知識的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高對地理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 遙感(RS)技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用

遙感的全稱是Remote Sensing，簡稱RS。它是通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在遠(yuǎn)離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體條件下探測目標(biāo)地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息)，并進(jìn)行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)[4]。具有探測范圍大、獲取資料快、受地面條件限制少，獲取信息量大等特點(diǎn)。目前國內(nèi)主流采用的遙感軟件是國外的ERDAS。

在高中地理教學(xué)中，教師不需要掌握專業(yè)遙感軟件的基本操作便可將RS技術(shù)廣泛用于輔助教學(xué)，提高教學(xué)效果。比如，在講解全球氣候變暖及溫室效應(yīng)時(shí)，可以通過非洲乞力馬扎羅山或者南北兩極最近幾十年的冰川分布合成圖，讓學(xué)生更直觀的感受到全球的冰川面積正在逐年不斷萎縮，從而得出全球氣候正在不斷變暖這一結(jié)論。在講授地震相關(guān)知識時(shí)，可以通過汶川地震前后的遙感對比圖片來讓學(xué)生分析地震給汶川帶來的巨大損失。還可以通過“谷歌地球”，讓學(xué)生用地理學(xué)的眼光去了解地球上的每一個(gè)地方。通過利用遙感技術(shù)的各種監(jiān)測案例及影像，讓學(xué)生對地球環(huán)境進(jìn)行立體觀察，能夠幫助其認(rèn)識全球環(huán)境的整體性與動(dòng)態(tài)變化過程。

2.3 全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)由美國建立，能夠?yàn)橛脩籼峁└呔?、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)。具有海陸空全方位、全方位、高精度、自動(dòng)化、高效益等特點(diǎn)[5]。該系統(tǒng)包括24顆GPS衛(wèi)星、1個(gè)地面主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站、5個(gè)監(jiān)測站及作為GPS終端接收機(jī)。中國于2007年開始自主建設(shè)能夠獨(dú)立運(yùn)行的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是國家重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，計(jì)劃于2020年左右完成全球覆蓋。系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及獨(dú)特的短報(bào)文通信服務(wù)能力。至2018年年底，北斗三號基本系統(tǒng)完成建設(shè)，并開始提供全球服務(wù)，北斗系統(tǒng)正式開始從區(qū)域走向全球[6]。

在日常地理教學(xué)中，教師可通過課外實(shí)踐的方式來體現(xiàn)GPS在生活中所產(chǎn)生的作用?？梢越虒?dǎo)學(xué)生利用GPS手持機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單的GPS定位、導(dǎo)航等功能，向?qū)W生普及基礎(chǔ)GPS定位原理。學(xué)生用GPS手持機(jī)可以對所在地區(qū)進(jìn)行定位(定位時(shí)應(yīng)選擇室外無障礙的地點(diǎn)，且同時(shí)接收到4顆以上的衛(wèi)星數(shù)量)，顯示所在地的經(jīng)度、緯度及海拔高度，讓學(xué)生知道自己“在哪兒”；GPS接收機(jī)定位后，可以顯示學(xué)生想要到達(dá)的目的地的方向、距離及路線，同時(shí)提供語音提示，學(xué)生前進(jìn)時(shí)可隨時(shí)顯示當(dāng)前前進(jìn)的方向，幫助解決“去哪里”和“如何去”的問題；大多數(shù)GPS手持機(jī)還能夠顯示當(dāng)?shù)氐娜粘觥⑷章鋾r(shí)間，并可以記載自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。在野外活動(dòng)課中，可以讓學(xué)生利用GPS手持機(jī)來記錄自己的移動(dòng)軌跡，把足跡線轉(zhuǎn)化為一條“路線”，通過“返航”功能，學(xué)生即可按導(dǎo)向功能原路返回。還可以通過手機(jī)，點(diǎn)擊手機(jī)導(dǎo)航，讓手機(jī)進(jìn)行入導(dǎo)航系統(tǒng)，然后輸入你想要到達(dá)的任何地方，讓學(xué)生感受GPS在現(xiàn)代社會生活中的廣泛應(yīng)用。通過學(xué)生的親手操作，可以極大的增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的地形解讀和空間思維能力。

3 地理信息技術(shù)在高中地理教學(xué)中面臨的問題

3.1 普通高中地理教育對地理信息技術(shù)的重視程度不足

盡管近年來地理信息技術(shù)相關(guān)知識在高考中出現(xiàn)的頻率越來越高，但目前國內(nèi)的主流高中地理教材，如人教版、湘教版、魯教版等均只是將地理信息技術(shù)教育設(shè)置在單元活動(dòng)課或者選修課中。在實(shí)際的高中地理教學(xué)中，大部分教師只注重傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，對活動(dòng)課的內(nèi)容只是粗略講解或者干脆讓學(xué)生自學(xué)以敷衍了事，活動(dòng)課并沒有體現(xiàn)“活動(dòng)”，對地理信息技術(shù)本身內(nèi)容及其運(yùn)用于地理教學(xué)并沒有引起足夠的重視。尤其是近幾年全國高考題選修模塊內(nèi)容大都選擇旅游地理和環(huán)境保護(hù)兩個(gè)模塊，為應(yīng)對高考壓力，大部分學(xué)校在選修課的設(shè)置上也極少選擇地理信息技術(shù)應(yīng)用(2017課程標(biāo)準(zhǔn)第四部分，選修課程8)。學(xué)生又疲于應(yīng)付各種作業(yè)與考試，更是沒有時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)，因此地理信息技術(shù)在高中的地理教學(xué)中并沒有真正落到實(shí)處。

3.2 普通高中地理教師對地理信息技術(shù)的掌握程度不夠

目前絕大部分高中地理教師，除剛畢業(yè)的少數(shù)大學(xué)生外，極少有地理教師掌握地理信息技術(shù)的空間知識體系和相關(guān)的軟件使用能力，大部分高中地理教師的地理信息技術(shù)能力較弱，尤其是縣級中學(xué)，能夠勝任地理信息技術(shù)教學(xué)的高中教師少之又少。地理教師對地理信息技術(shù)的掌握程度已成為制約利用“3S”技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)的一個(gè)重要因素之一。

3.3 地理信息技術(shù)教學(xué)所需的軟硬件環(huán)境缺乏

隨著電腦、多媒體在各高中學(xué)校的普及以及國家網(wǎng)速的大幅度提升，硬件方面絕大多數(shù)學(xué)校都能滿足目前高中地理信息技術(shù)教育的需要。但在“3S”技術(shù)教育的軟件問題上，相關(guān)軟件不僅專業(yè)性強(qiáng)(多為商用)，而且價(jià)格也比較昂貴，且絕大多數(shù)是英文版，對操作系統(tǒng)的兼容也有一定的限制，通用性不強(qiáng)。大量的地理空間數(shù)據(jù)也由于各種原因而行政管理部門和科研單位掌握在手中，教師能夠掌握用于課堂教學(xué)的數(shù)據(jù)或是而一些軟件自帶的示例數(shù)據(jù)難以滿足課堂教學(xué)的要求。

4 結(jié)論與討論

基于以上分析，結(jié)合中國高中地理信息技術(shù)的教育現(xiàn)狀，有關(guān)部門應(yīng)根據(jù)中國的基本國情和學(xué)生的特點(diǎn)盡快編制與之相適應(yīng)的地理信息技術(shù)教材，并提供相應(yīng)的配套數(shù)據(jù)；創(chuàng)立在線教育網(wǎng)站；開發(fā)適合廣大教師理論培訓(xùn)和學(xué)生學(xué)習(xí)的國產(chǎn)地理信息技術(shù)軟件；加大對高中地理教師的基礎(chǔ)理論及“3S”軟件操作方面的培訓(xùn)。另一方面，高中地理教師應(yīng)及時(shí)跟上時(shí)代的發(fā)展步伐，加強(qiáng)對“3S”技術(shù)基礎(chǔ)理論和相關(guān)軟件的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，及時(shí)了解地理信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的最新成果、前沿動(dòng)態(tài)及相關(guān)應(yīng)用，不斷提高自身的“3S”技術(shù)素養(yǎng)，才能盡快適應(yīng)當(dāng)前的地理信息技術(shù)教育教學(xué)要求。