中學GIS教育實施的困境與對策

劉文新 崔東

摘要如何通過GIS教育夯實地理核心素養已成為各國高中地理課改的重點任務。然而，我國當前的中學GIS教育面臨缺少適用軟件、缺乏教學數據庫、教師GIS應用能力薄弱、地理課程設置不合理，以及課堂教學時間限制等諸多問題。為此，應當高度重視GIS教育，合力開發適合我國國情的中學GIS教育軟件，積極探索GIS適用的地理課程資源，努力提升地理教師的培養和培訓工作，以此在課程實施層面整體推動GIS教育落地生根。

關鍵詞 中學GIS教育 中學地理教學 GIS

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.21.053

Difficulties and Countermeasures of Implementation of GIS Education in Middle School

LIU Wenxin， CUI Dong

（College of Biological and Geographical Sciences， Yili Normal University， Yining， Xinjiang， 835000）

AbstractHow to consolidate the core literacy of geography through GIS education has become the key task of geography curriculum reform in high schools in all countries. However， the current GIS education in middle schools in China is faced with many problems， such as the lack of applicable software， the lack of teaching database， the weak GIS application ability of teachers， the unreasonable geography curriculum setting， and the limitation of classroom teaching time. Therefore， we should attach great importance to GIS education， jointly develop middle school GIS education software suitable for China’s national conditions， actively explore the geography curriculum resources applicable to GIS， and strive to improve the training and training of geography teachers， so as to promote the implementation of GIS education in the curriculum.

KeywordsGIS education in middle school； middle school geography teaching； GIS

1引言

1.1 GIS與中學GIS教育

GIS（Geographic Information System）是一套通過收集、存儲、檢索、轉換和顯示現實世界中的空間數據以達到特定目的的工具。[1]自20世紀60年代加拿大科學家Tomlinson R提出GIS的概念以來，GIS被廣泛應用到土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、城市規劃等領域。[2]伴隨著科學技術的發展，GIS在國家社會經濟建設中起到重要的作用，在日常生活中也得到廣泛的應用。陳述彭院士認為GIS是地理學的第三代語言，作為空間信息交流與傳遞的基本工具，正在改變著人們對于地理世界的認識與空間信息的交流方式，[3]并為地理學和地理學科的發展帶來了新的發展機遇。

GIS作為一種新型的教育信息通信技術（ICT）和新型教學工具，有利于促進學生知識習得和智能發展。大量學者對GIS在中學地理教學中的應用開展了廣泛的研究，GIS在地理教育方面的育人價值得到廣泛認識。GIS教育（GIS Education）可以劃分為學習GIS（learn about GIS）和利用GIS學習（learn with GIS）兩個層次。[4]學習GIS以學習GIS技術為核心，注重GIS使用相關技能的掌握；利用GIS學習側重于利用GIS開展地理學習和解決現實生活中的地理問題，注重于地理知識的習得和地理空間思維的培養。美國是第一個在中學開展GIS教育的國家，1994年美國國家地理課程標準《生活化的地理》第一次將GIS納入大學預科教育，并倡導在中小學地理教學中利用GIS開展地理探究活動等，[5]以培養學生的地理技能和空間思維。然而，GIS在中學地理教學中的普及率仍然很低。2003年，2003年，Kerski的研究表明GIS在美國的中小學中并未得到廣泛應用，只有極少數的地理教師能夠利用GIS開展地理教學活動。[6]Bednarz指出對缺乏地理教師GIS教育相關培訓以及缺乏相關的課程資源等因素是主要的限制因素。[7]

1.2中學GIS教育與地理學科核心素養培養

目前，我國正在各學段積極推進基于學科核心素養的課程與教學改革，通過對中學生地理學科核心素養的培養進而落實立德樹人的根本任務。創新的地理教學方法是新課程的特征之一，也是培養中學生地理學科核心素養的重要途徑。新課程將GIS作為重要的教學內容和教學工具引入中學地理教學，并強調自主學習、合作學習、探究學習等學習方式以及地理實踐活動等對中學生地理學科核心素養的培養的重要性。將GIS作為重要的地理教學工具和研究工具，有利于新一輪課程改革理念在中學地理教學中落實，并為在地理教學開展自主學習、合作學習、探究學習等教學方式注入新鮮活力。同時，也為開展調查、考察等地理實踐活動提供技術支持。

回顧一些發達國家中學GIS教育發展歷程，我們發現國外中學GIS教育的開展并不是一帆風順，目前依舊處在對中學GIS教育的不斷探索之中。我國也早在2003年頒布的《普通高中地理課程標準（實驗）》首次將GIS作為重要的教學內容添加到高中地理課程，并要求中學生能夠了解GIS軟件、學會利用GIS查詢、分析等相關操作以及利用GIS繪制專題地圖等。我國中學GIS教育已經過十幾年的發展，大量學者進行了積極的探索。然而，我國目前中學GIS教育現狀依舊不容樂觀，很少有中學地理教師能夠有效利用GIS開展教學活動，廣大中學地理教師利用GIS開展教學活動依舊是困難的。如何在中學階段利用GIS開展地理教學活動以培養中學地理學科核心素養，是當前中學地理教育亟待解決的重要問題。本文結合一些發達國家中學GIS教育開展的經驗和我國中學地理教育實際，分析和探討我國中學GIS教育實施的困境與對策，旨在通過有效在中學階段開展GIS教育，落實培養中學生地理學科核心素養培養。

2我國中學GIS教育面臨的主要障礙

2.1缺少適合中學地理教學的GIS軟件

從國外中學GIS教育成功經驗來看開發專門為中學生學習使用的GIS軟件是開展中學GIS教育的關鍵因素。例如，美國的AEJEE（Arc Explorer Java Education Edition）軟件、德國的Diercke GIS軟件、芬蘭的PaikkaOppi軟件以及日本的MANDARA軟件等。從國內學者的研究來看，國內鮮有專門為中學地理教學而開發的GIS軟件。在中學教學主要使用的GIS軟件主要有兩類：一類是以ArcGIS、ArcView為代表的桌面GIS軟件，具有強大的制圖功能和分析功能。但是，ArcGIS是為專門從事科研、規劃、商業等專業人士開發的，專業性、技術性太強，即使是專業人士也需要長時間的訓練和實踐才能有效地使用。對廣大中學地理教師和學生來說使用難度較大，學習軟件需要花費較多的教學時間，并且大部分學校都無法承受ArcGIS軟件昂貴的費用。因此，ArcGIS軟件并不適合在中學地理教學中使用。另一類是基于網絡軟件（即WebGIS），例如，Map Quest、圖行天下、Google Earth等。相比桌面GIS軟件來說，WebGIS軟件訪問空間數據更容易，操作難度低，大部分師生通過簡單訓練后均可使用，但缺少像ArcGIS具備的某些高級分析或地理處理功能，不利于學生高階思維能力的發展。

2.2地理教師GIS素養薄弱

地理教師的GIS素養主要包括GIS教學意識、GIS專業知識、空間數據的收集和處理能力、GIS教學素材的整理能力、基于GIS的教學設計能力以及基于GIS的教學實施能力等。教師的GIS素養保證中學GIS教育開展的先決條件，也是基于GIS教學實施的重要保證。以芬蘭為例，芬蘭歷來注重教師教育，獲得碩士學位是成為中學地理教師必備條件，[8]所以，芬蘭的地理教師都具有較高的地理素養和GIS素養，這對其順利開展GIS教育具有重要的意義。我國絕大多數地理教師都具有學士學位，部分地理教師具有碩士、博士學位。全國絕大多數師范院校地理科學本科生GIS課程采用理論課程和實踐課程相結合的模式。理論課程包括GIS、遙感導論，地圖學與GIS等，實踐課程以ArcGIS軟件的學習為主，主要包括制圖訓練、遙感與GIS綜合、GIS空間分析原理。地理科學專業學生本科畢業后能基本掌握GIS相關專業理論知識和ArcGIS軟件的基礎操作。然而，這樣的地理師范生GIS教育并不能完全滿足他們未來作為地理教師在中學開展GIS教育的需求。首先，ArcGIS軟件專業性較強，使用難度較大，部分師范生學生對ArcGIS學習有困難，缺乏學習興趣，對軟件掌握程度較差。其次，ArcGIS軟件使用的費用昂貴，無法提供給中學生使用。同時，缺乏基于GIS教學設計能力，即使學生能熟練掌握ArcGIS軟件的使用，也無法很好的將GIS融入中學地理教學中。

2.3缺乏必要的數據和教學材料

數據是GIS的靈魂，是地理探究活動的核心元素之一，也是基于GIS的學習環境的關鍵組成部分之一。[9]按照Penzias觀點：“數據僅僅是對現實世界的描述；信息是經過處理和加工并具有一致邏輯順序的數據；知識是信息的提取；當知識被應用于產生新的想法或解決實際問題時，它就可以被轉化為智能”，[10]對數據的處理和分析是中學GIS教育價值體系的重要環節，國外在為中學GIS教育提供必要的GIS的軟件的同時也提供了相關的數據和教學材料。常言道“巧婦難為無米之炊”，對我國廣大教師來說開展基于GIS教學所需數據獲取難度較大，加之缺乏相關GIS教學材料的指導，導致很難開展基于GIS的教學。

2.4地理課程設置不合理

學習GIS是利用GIS學習的前提和基礎。我國目前高中地理課程在關于GIS教學內容順序安排上存在一定的問題。高中地理課程分為必修、選擇性修和選修三大模塊，GIS作為教學內容放在選修部分，通過這部分內容的學習，學生可以初步掌握利用GIS分析地理問題的方法，屬于學習GIS（learn about GIS）層次。而必修和選擇性必修部分都提到要充分利用地理信息技術學習，即屬于利用GIS學習（learn with GIS）層次。按照大部分高中的做法先開設必修課程，接著開設選擇性必修課程，最后才是選修課程。這就導致中學GIS教育出現了順序上的錯誤，也導致教師在必修和選擇性必修方面開展基于GIS教學時依舊以教師為主導的教學為主，學生無法有效的利用GIS學習。同時，受高考內容的影響，選修課程往往是有選擇的實施，環境保護和旅游地理成為選修課程中的“必修課程”，地理信息技術應用等成為真正意義上的“選修”。

2.5課堂教學時間的限制

40或45分鐘的課堂教學時間也是限制GIS在中學地理教學中應用的重要障礙。開展基于GIS教學存在一個較高的學習曲線，也就是說在利用GIS學習之前需要大量的時間來學習GIS軟件的使用。如何縮短GIS學習曲線是保證中學GIS教育有效開展的關鍵。我國的課堂教學時間通常為40或45分鐘，很難滿足基于GIS學習的需求，成為阻礙中學GIS教育開展的重要因素。時段授課制被認為是成功GIS教學的必要條件，[11]美國高中創新的提出了時段授課制，每周都會將延長的授課時間，保證教師和學生有充足的時間開展基于GIS的教學。

3中學GIS教育實施建議

3.1重視中學GIS教育的開展

各級中學及地理教師應深刻認識到GIS對中學生地理學科核心素養培養的價值，充分在地理教學中利用GIS。廣大地理教師要創新教學理念、優化教學方法，不僅要做中學GIS教學的實施者，更要做中學GIS教育課程的研究者和開發者。同時，高等院校應深刻認識到GIS的育人價值，重視地理科學專業本科生人才培養質量，積極推進地理科學專業GIS課程與教學改革，提高未來教師GIS素養。

3.2開發適合中學生使用的GIS軟件及課程資源

開發適合中學地理教學的GIS軟件及課程資源，是保障中學GIS教育順利開展的重要因素。高等院校和科研機構應加快對適合中學生學習的GIS軟件開發、GIS課程與資源開發等。鼓勵廣大中學教師參與中學GIS教育課程的研究的開發，在實施課程的過程中創新課程。在沒有專門GIS軟件支持的情況下，利用免費、開源、適合中學生學習的GIS軟件（例如QGIS、Grass等）開展地理教學。同時，應將成熟的GIS教學案例、示范性課程積極推廣，供廣大教師參考和借鑒。

3.3推進地理教師教育改革，促進教師專業發展

高等師范教育是培養中學地理教師GIS素養最重要的途徑。師范院校推進指向未來地理教師GIS素養的課程與教學改革，優化教學方法，創新GIS課程內容，教師教育課程也應加強基于GIS教學的設計能力和教學能力的培養，提高未來地理教師GIS素養。同時，應推進在職教師的繼續教育和學歷教育，鼓勵中學地理教師重返高校深造，提高基于GIS的教學能力和研究能力，并促進地理教師專業發展。

*通訊作者：崔東

基金項目：新疆維吾爾自治區普通高等學校教學改革研究項目：基于地方經濟發展的地理科學專業大學生實踐創新能力培養模式研究（項目編號：2018XJJG08）

參考文獻

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