遙感技術與GIS在中學地理教學中的應用研究

衛建文 涂杰楠

摘? ?要隨著現代信息技術的進步，遙感技術與GIS（Geographic Information System，地理信息系統）的發展，將新興技術應用到中學地理教學中，對學生在地理學科思維的培養、地理問題興趣的激發和地理技能的實踐等方面具有明顯優勢。

關鍵詞? 遙感技術? GIS? 中學地理教學

地理學的主要目的為研究地球表層的物質組成及其與人類的相互作用關系[1]。在中學地理人教版必修教材中，地表形態的闡述幾乎分布在每個章節中，除對地形地貌直接描述，大氣環境、天氣系統、水循環、洋流分布、自然災害和人類活動等幾乎所有方面均受到地形地貌的影響[2-3]。因此，在地理教學中，地形相關知識的學習是地理課程的基礎，需要學生直觀、全面、深入的掌握，而地理空間思維的培養要求地理課程的教學地點也不應僅限于課堂中，還應該在戶外對各種現象進行直接觀察和學習。但現有教學體制在時間和經費上不允許教師和學生進行大量實地觀察，傳統教材和教學方法也主要以二維平面圖片為主，對于地形地貌的三維形態進行深入展示的素材較為匱乏，隨著現代信息技術的進步，遙感技術與GIS（Geographic Information System，地理信息系統）的發展，將新興技術應用到中學地理教學中，對學生在地理學科思維的培養、地理問題興趣的激發和地理技能的實踐等方面具有明顯優勢。

一、遙感技術與GIS

遙感技術可快速獲取地球表面信息，GIS則可對其進行分析和研究[4-5]，且隨著計算機技術的迅速進步，遙感數據的時間、空間和光譜分辨率得到大幅提高，GIS在專業領域和民用領域也得到廣泛應用，專業軟件包括ArcGIS、QGIS等，民用軟件包括Google Earth、ArcGIS Earth等，民用軟件相對來說容易上手，用戶界面友好、顯示直觀、操作簡單、資源豐富，Google Earth作為遙感技術與三維GIS結合的典范，已經有多篇論文對其在地理教學中的應用進行了研究[6-8]。1994年，美國國家地理協會聯合美國國家地理教育委員會等，一起制定了美國的國家地理課程標準，即《生活中的地理：國家地理標準》（Geographyfor Life：National Geography Standards 1994），為地理教學的實施提供了詳細的指導綱領[9-10]，明確闡述學生所學的應是在生活中能夠應用的地理，表明地理教學須從提出、獲取、整理、分析和回答地理問題等方面培養地理技能。遙感與GIS已經深入地滲透到美國中學地理的教學中，為教師進行地理教學提供了輔助支持，培養了學生的地理空間思維與地理核心技能[7]。

二、遙感技術與GIS結合的教學優勢

遙感影像為衛星從空中拍攝的圖像，是地表最為直觀的展示手段，而眼睛所接收的信息最為直觀和深刻，通過對人體五官獲取知識的比率進行分析，表明視覺獲取知識比例可達83%，通過遙感圖像來進行地理教學是學生高效獲取知識的途徑[11]。

目前地理教學中的地物主要以文字描述和素描圖或圖片方式展示，其動態變化的特征則幾乎無法顯示，但在地理教學中，地理教材與紙質圖冊內容具有滯后性，部分地物的快速變化難以在教材中體現，而衛星數據具有更新速度快、獲取范圍廣等特點，能夠反映地表物體的快速變化。

傳統地理教學主要依靠地理教材、教師口述和“三板”教學（即板書、版圖、版畫）為主，地理教學中所呈現的對象均為二維平面，在一定程度上降低了對學生三維空間思維能力的培養，而Google Earth等軟件均可呈現三維地形地貌，能夠調動學生學習地理的興趣，加深學生對地理要素的印象，提高地理教學效果。目前，已有研究對遙感和GIS在地理教學中的應用做了較為深入的研究[1，6-8，11-12]，但遙感影像在地理教學應用的深度和廣度上仍有較大提升空間，本文采用多期次、多角度、多數據源的影像對不同尺度地球表面物體進行展示和分析，為其在中學地理教學中的應用提供思路和應用案例。

三、遙感與GIS在地理教學中的應用

1.地形地貌的展示

人教版高中《地理》（一）第四章“地表形態的塑造”中，在描述地球內力作用時說明地表巖層在受到內力作用時會發生水平位移和彎曲變形，在地表形成長的斷裂和巨大的褶皺山脈，而垂直運動使巖層發生大規模的隆起和凹陷，內力作用在地表形成大陸、洋底、山脈和盆地等。但并未匹配相關圖片，學生對于該知識點難以直觀理解，但利用遙感影像則可以對上述地貌進行直觀展示。Google Earth收集了全球低中高分辨率的遙感影像，對于不同類型、不同尺度的地貌均能夠較好地展示，如圖1所示。

圖1能夠十分直觀地展示地球內力作用造成的地殼運動從而改變了地表形態，包括（a）珠穆朗瑪峰的不同視角、（b）由于印度板塊對于歐亞板塊碰撞形成隆起的念青唐古拉山和納木錯的巨大差異、（c）新疆塔里木盆地西北側天山山脈地層清晰的褶皺與斷裂、（d）云南紅河州蒙自盆地的形態。上述直觀的展示方式不僅能夠使得學生對不同地貌有直觀的認識和深刻的印象，在Google Earth中還可以讓學生自己進行探索，對照教材瀏覽更多的地貌類型，增加學生學習地理的興趣。

2.地理教學中地質災害的展示

地質災害是在地球內外作用耦合作用下對人類生命財產安全產生威脅的一種自然現象，包括地震、滑坡、崩塌和泥石流等。大型地質災害往往造成十分重大的損失和破壞，社會關注非常密切，例如2008年汶川地震，遙感影像可以非常直觀地展示出災后崩塌滑坡等地質災害發生的嚴重程度，學生在學習過程中亦能夠結合實際對地質災害進行掌握。

從圖2中a、b幅和c、d幅的對比能夠直觀地看到汶川地震對地球表面破壞的嚴重程度，映秀鎮西北側約100km2的區域由于汶川地震誘發大面積的滑坡和崩塌，其破壞的嚴重程度可直接在遙感影像中反映。在2006年底該區域基本全部被植被覆蓋，汶川地震后，2008年底遙感圖像顯示區域發生大量滑坡崩塌，表面大面積巖土體出露，在遙感影像中呈亮黃色。汶川縣下索橋區域河流兩岸亦發生大量崩塌滑坡，地表破壞十分嚴重，巖土體大量裸露，學生能夠十分直觀地看到由于地震帶來的大面積嚴重的災害，增加學生對地質災害和地震帶來破壞的直觀認識。