GIS技術在培養高中生區域思維空間素養方面的研究

摘 要：《普通高中地理課程標準（2017年版）》中明確指出，要培養學生運用區域空間的思維方式和能力，實現對地理環境的模型構建，加強對信息技術相關知識的指導和教育，利用信息技術加深學生對地理環境的認知和了解。GIS將多源空間信息數據、空間信息多維表達及空間信息分析和決策相融合，有利于發散學生的地理空間思維。GIS技術應用于高中地理學科教學中具有十分重要的現實意義，對培養學生區域思維空間素養具有至關重要的作用。

關鍵詞：高中地理;GIS技術;區域思維;空間素養

中圖分類號：G43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-624X（2021）14-0024-02

引 言

空間性既是地理學科的基本特性，又是學習地理相關知識的重要前提，因為地理環境是基于空間的維度存在的，所以在高中教育階段，培養學生的地理區域思維空間能力可以幫助學生形成空間區域感，對提高其地理認知能力、分析能力具有重要的現實意義，可以說是地理學科的重要教學內容。但觀察高中地理教師應用GIS技術培養學生地理區域思維空間能力的教學現狀可以發現，教師思維意識和執行力不強等一系列問題影響著這一教學目標的實現。因此，我們首先要對在高中地理教學中應用GIS技術的必要性進行分析，并結合當前利用GIS技術輔助教學存在的問題展開有針對性的分析，以期為培養高中生區域思維空間素養提供一些幫助。

一、利用GIS技術輔助高中地理教學的必要性分析

（一）GIS技術的應用特性

如今，信息技術已滲透到人們生活的方方面面，教育領域也離不開信息技術的輔助，對教育領域而言，這既是機遇又是挑戰。在高中地理教學中，區域思維空間素養成為教學研究的重點，有利于學生正確認識地理環境要素、提高空間認知感。而所謂GIS，就是地理信息系統的簡稱，是對地理信息數據的存儲、分析和顯示的空間應用技術，它由數據庫管理系統、圖形處理表達系統和空間分析系統三個部分構成，為空間數據的分析、表達和決策提供了新的技術支撐。

（二）利用GIS技術輔助高中地理教學的優勢

1.強大的數據輸入、存儲功能

與傳統平面例圖有所不同，GIS技術在信息交互性和多維性、共享性等方面具有得天獨厚的優勢，能夠存儲海量的數據。高中地理教師可以將GIS技術恰當地引入實際的教學活動中，培養學生多角度、多元化地觀察地理環境要素的能力，從而幫助學生建立空間思維能力。GIS技術不僅在信息存儲方面具有很強的優勢，還能展示不同類型的數據，提供的信息遠比傳統的掛圖更為豐富，而且可以實現不同圖層的隨時切換，在不同地圖比例條件下縮放自如。同時在GIS技術支持下，教師可以實時更新地理信息數據，以確保地圖反映客觀事物的真實性和時效性。

2.地理空間數據的可視化顯示

GIS技術可以將圖形及文字結合起來表達地理空間信息，這種方式更易于被學生接受和理解，在刺激學生視覺感官的同時，有利于學生注意力的集中和提高。地理空間數據的可視化顯示不但體現在二維模型的表達上，而且在多維空間模型的建構上也具有獨特的優勢，能夠將數據信息以動態、立體的形式展現在學生面前，從而激發學生的學習興趣和主動探索地理知識的熱情，從而更好地凸顯學生的課堂主體地位。

3.強大的空間分析功能

地理信息技術中的空間性、直觀性和綜合性是其三大特點，而空間性最重要——地理信息系統中的空間分析功能能夠對地理對象進行緩沖分析，實現地形三維模型構建及多種專題地圖的疊加分析[1]。教師利用地理信息系統的空間分析處理功能，能將地理各要素之間的聯系和影響關系充分地展現出來，幫助學生掌握空間分析技能，使其了解空間分析的應用價值。

4.地理實踐能力的培養優勢

將GIS技術有效融入地理課堂教學，對提高學生的地理實踐能力具有重要意義。例如，教師組織學生對某一問題進行數據收集，并把所得的數據輸入計算機中，利用GIS技術進行模擬和展示，再將該區域的地理位置圖上傳到軟件中，就可以展開相關問題的對比和分析。

二、在高中地理教學中應用GIS技術的現狀及問題

（一）教師對GIS技術的應用意識欠缺

當前，雖然我國在高等院校中開設GIS課程已經有一段時間，向社會和教育領域輸送了許多GIS專業技術人才，但高中地理教師在實際教學中較少研究GIS教育功能，對GIS的教學策略、具體操作步驟和教學模式的研究更是缺乏，這在一定程度上阻礙了將GIS技術有效運用于高中地理教學中。

（二）學生對GIS技術的理解能力不高

高中階段主要是對基礎理論知識進行講授，很少涉及專業特色較強的應用軟件，教師如果強硬地將GIS與基礎理論知識相結合，會使很多學生對這種技術的操作過程和顯示原理難以理解，加之部分學生的計算機操作技能有限，影響了地理學科中GIS技術的實施和完成。

（三）GIS軟件費用高昂

GIS軟件是一種專業特色很強的應用型軟件，在商業機構中利用率較高。GIS軟件比其他教育軟件操作更為復雜，需要教師和學生花費大量的時間和精力去鉆研，再加上高中學校經費有限，且學校缺乏專業的GIS技術人員指導教學，導致GIS軟件的使用率不高。

三、GIS技術在培養學生區域思維空間素養方面的策略研究

地理空間思維除與一般性學科特性存在共性外，還有非常明顯的地理學科綜合性和空間性，而這種綜合性是將地理學科中的多種要素相融合的結果，空間性則是將二維地圖、三維地圖與四維地圖相結合的表達方式。綜合來看，地理區域思維空間素養可以分為地理空間定位思維能力、空間想象能力及空間分析能力。而地理信息系統在高中區域地理教學中比較適宜的功能有空間數據的查詢與定位、數據的變換及空間數據的可視化顯示和空間分析等。教師利用地理信息系統輔助高中地理教學，不僅有利于培養學生獲取地理信息的能力，還能促進學生對信息技術的應用、處理能力及批判性思維能力的提高，促進地理生活化教學及學生地理實踐技能的發展。

（一）利用GIS融合多源空間信息，鍛煉地理空間定位思維能力

GIS技術最基礎的功能就是對多源信息進行融合和處理，在GIS中，地理數據能夠記錄地理對象的分布位置和信息，是地理空間信息的載體。而GIS技術能夠容納海量的地理空間數據，并將其分類存儲和顯示。GIS技術可以用于野外調查和測量數據，對地形地貌數據、歷史基礎數據、人口分布數據等進行統計和整理，可以基于時間維度進行外在表達，從而展現不同時間地理對象變化和發展的情況，準確把握不同屬性的地理位置。例如，在教學“區域農業發展——以我國東北地區為例”時，教師便可以借助GIS技術將我國東北地區的地理位置清晰、準確地展示出來，在地圖中不僅可以顯示區域經緯度，還可以展示本區域的地形地貌情況。學生可以結合具體地理問題對區域地圖進行適當的放大和縮小，從而轉換觀察視角。如此不僅對分析適合本區域農業發展的地形條件、溫度條件、光照條件等具有重要作用，還能夠培養學生的地理空間定位思維能力。

（二）利用GIS制作專題題圖，培養地理空間想象能力

地理是一門綜合性非常強的自然學科，其中包含諸多地理要素，而且各要素的類別和形態千差萬別，要素分類具有多源性，而從學科分類上又可分為自然地理、人文地理、經濟地理等，如果將不同類型的數據進行綜合匯總，則可以繪制成地理專題地圖，能夠直觀表達地理信息。教師基于GIS技術，可以利用數字高程模型（DEM）模擬地理區域內的地形地貌，并將該區域的地質、水文、氣象等專題地圖進行融合，實現區域地理的可視化表達。例如，在對我國西北地區的地形地貌圖進行繪制時，教師可以運用GIS技術將西北地區的地形地貌生動形象地展示出來，幫助學生直觀地感受西北地區的地形情況。又如，在對華北地區某一城市近20年發展空間變化情況進行分析時，教師可以借助Google Earth地圖的時間變化功能，以5年為一個時間節點分析該城市的空間發展情況，學生從圖中可以清晰地看到，隨著時間的變化，城市用地面積在逐漸擴大，從而明確了城市發展的方向，并了解了綠地、人工湖等生態環境建設方面的發展。這對學生空間想象能力的培養和提升具有重要的現實意義。

（三）利用GIS疊加地理要素，培養地理空間分析能力

GIS技術的強大功能之一就是可以將不同類型的數據分別存儲在不同的地理圖層中，并同時對這些圖層進行疊加，從而構建不同地理要素之間的關系網絡，展示具有一定分析意義的主題地圖，從中獲取有價值的地理信息。例如，在學習“荒漠化的防治——以西北地區為例”一課時，教師可以利用GIS技術將本區域的降水量分布圖層、地形地貌圖層、河流分布圖層、土壤發育分布圖層及人為因素干擾強度分類圖層進行疊加，并對每個影響因素賦予一定的權重，進而生成不同分類等級下的荒漠化圖層，這對分析本區域生態環境現狀和發展情況具有重要意義。又如，在分析某區域社會經濟發展情況時，教師可以利用GIS技術對這座城市的道路建立一定距離的緩沖區，并與這座城市的分布圖層和人口分布情況圖層進行疊加，從而分析人口分布、道路設施建設與社會經濟發展的相關性，這對提高學生區域分析能力具有重要作用。

結 語

綜上所述，GIS技術在空間數據存儲、疊加、分析和表達方面具有得天獨厚的優勢，將其恰當地融入地理學科的研究中，可以與地理要素進行融合，便于地理數據可視化顯示，從而實現信息的直觀表達。因此，教師將GIS技術運用到高中地理課堂教學中，可以極大地提高學生對地理空間信息的認知和理解能力，使學生對地理空間信息進行有效獲取和分析，進而實現對學生地理區域思維空間素養的培養。

[參考文獻]

吳惠珍.地理信息技術在高中地理教學中的應用[J].西部素質教育，2019，5（22）：141.

作者簡介：王貴峰（1984.1—），男，山東臨沂人，本科學歷，一級教師，研究方向：高中地理教學。