GIS在中學地理教學中的應用分析

高禮安

上世紀末以來，隨著計算機及網絡技術的發展，全球定位系統、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的廣泛應用，以及數字地球、智慧城市概念的建立，為地理學科的發展提供了廣闊的發展空間。地理信息系統（GIS）是一種以采集、存儲、管理、分析和描述地球表面與地理分布有關數據的空間信息系統。地理信息系統以地理空間數據庫（Geospatial Database）為基礎，在計算機技術支持下，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態的地理信息。

目前，地理信息技術已經在全球變化與監測、環境保護及評估、軍事、資源管理、城市規劃、土地管理、農作物估產、災害預測、交通管理、礦產資源評價、文物保護、大數據分析等許多領域發揮著越來越重要的作用。在“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要中，共有9章明確對地理信息系統技術和應用作出了指示和安排。31個省（自治區、直轄市）、5個計劃單列市和新疆生產建設兵團的“十四五”規劃，也均明確提及地理信息系統技術及相關應用、工程等內容。將地理信息系統引入中學地理教學是信息時代的要求。我國教育部于2003年頒布了《全日制高中地理課程標準（實驗）》，把地理信息技術列為七大地理選修模塊課程之一，并明確強調：“地理信息技術在地理學習中的應用應充分考慮信息技術對地理教學的影響，營造有利于學生形成地理信息意識和能力的教學環境。”地理信息系統技術在中學地理教學中的應用提高到了一個重要的地位。

一、數據來源與處理方法

本文通過檢索中國知網（CNKI）中2000年以來有關中學地理信息技術文獻，研究我國現階段中學地理信息系統應用于中學地理教育文獻的各年度發文數量、研究熱點，可以更好地了解我國中學現階段地理信息技術教育的現狀與研究熱點，促進我國地理教育事業的發展及地理信息技術的普及。

在中國知網（CNKI）以“中學”“高中”“GIS”“地理信息”作為關鍵詞進行檢索，共檢索出497條中文文獻，再對這497條文獻進行二次篩選，篩掉一些與研究主題和內容無關的文獻，最終確定420條文獻作為本文的研究對象，檢索的時間為2021年5月7日。

知識圖譜可視化分析是從海量的科技文獻中挖掘有價值信息的一種方式，在不同領域內使用較多的工具主要有BibExel、CiteSpace、CiteNetExplorer、HistCite、Gephi、VOSviewer、Pajek等。

本文運用由荷蘭伊拉斯謨大學的van Eck N J和Waltman L 博士聯合開發的一款免費的文獻計量分析軟件VOSviewer進行分析，對我國中學階段的GIS在地理教學中的應用情況進行分析。將在知網中篩選的420條文獻以Refworks格式導出，繼而導入至VOSviewer 1.6.18中，對文獻作可視化分析。

二、結果分析

1.文獻時間分布特征

期刊文獻的時間分布情況在一定程度上可以反映該領域的學術研究理論水平和發展速度。以收集的420條關于中學階段GIS教學研究文獻的發表年份分布進行統計分析。2000-2022年我國發表的關于地理信息系統在中學地理教學中的應用方面的相關文獻共420篇，年度分布見圖1。

從2000年開始，我國中學GIS應用于地理教學方面的文獻數量逐年上升，呈現波動式增長，2010年文獻發文數量較少，為7篇，2011年增加較多，為25篇，2015年文獻發表數量最多，達43篇，此后幾年發表文獻數量有所下降，但GIS應用于地理教學方面的研究總體呈現增長趨勢（2022年沒有完全統計），表明從2003年頒布了《全日制高中地理課程標準（實驗）》以后，對GIS應用于中學地理教育的研究在逐年增加，表明中學地理教育工作者對GIS應用于地理教學的重視程度不斷提高。

2.文獻來源作者單位分析

在本次分析的420篇文獻中，學術期刊214篇，碩士學術文獻197篇，博士學術文獻6篇，會議文獻3篇。在217學術期刊及會議文獻中，單位為中學的作者參與了127文獻寫作，單位為高校的參與了108篇文獻寫作，中學教育工作者、大學教育工作者都重視GIS應用于中學地理教育。

3.關鍵詞詞頻分析

關鍵詞可以直觀顯示文獻研究的核心內容，基于關鍵詞出現的頻次和相互關系的共詞分析法，對于把握研究領域的重點話題具有重要意義。在進行關鍵詞分析前，先對中英文同名詞進行合并，比如“地理信息系統”“地理信息技術”“geographic information system”合并為“GIS”，“teaching modle”合并為“教學模式”，通過對關鍵詞的出現頻率進行統計（見表1），發現“GIS”“地理教學”“中學地理教學”“中學地理”“高中地理”“高中地理教學”均屬于高頻率的關鍵詞，表明現今中學地理教育注重地理信息系統技術手段的介入。通過VOSiewer對知網中篩選的420條文獻進行可視化分析，繪制標簽視圖，共有1022個關鍵詞，以每個關鍵詞出現5次為最低值，篩選得到49 個高頻關鍵詞，得到關鍵詞出現知識圖譜（圖2），圖2中關鍵詞的圓圈面積越大，代表關鍵詞頻次越高，是該領域的熱門話題;關鍵詞越在圖的中間，代表該關鍵詞的重要性越強，表明是該研究領域的重要概念。

4.GIS應用于中學地理教育熱點分析

通過VOSviewer進行共詞聚類分析及對相關文獻內容的分析，可以發現GIS應用于中學地理教育研究領域的兩大研究主題。

首先是GIS在地理教學中的輔助教學模式的研究，關鍵詞主要包括“教學案例設計”“教學案例”“輔助教學”等。現階段地理信息技術已經作為地理課堂教育的一種新技術手替代傳統的地理掛圖、地球儀、地貌模型等，GIS技術能幫助學生更好地認識我們的地球、環境、歷史，甚至經濟情況，使學生了解最新的前沿科技。應用GIS輔助教學，教師在授課時更加生動，學生有更直觀的了解，極大地調動了學生的學習積極性，激發學生學習地理的興趣，更容易記住所學的地理知識。

其次是GIS應用于地理空間能力培養的研究，關鍵詞包括“新課標”“地理空間推理能力”“地理核心能力素養”。地理是一門空間性較強的學科，地理空間能力的形成和發展對地理學習和地理問題解決具有重要意義。在中學地理的學習中，要求學生能夠掌握地理事物的空間分布特征、形成空間概念，從不同角度、不同層次地理事物的分布及其聯系進行深入分析。GIS具有多方面培養地理空間能力的優勢，GIS所展現的空間信息可視化，使學生對在地理空間中的各事物的分布、狀態有直觀的感受，能夠幫助學生揭示地理事物空間分布模式、地理事物空間關系和發展趨勢。現階段的地理教師基本能根據新課標要求，通過地理信息技術手段培養學生的地理空間推理能力、地理核心素養，讓學生從區域視角認識、分析、理解地理環境，促進其區域認知素養的形成，而不僅僅是地理知識的灌輸。

第三，用于地理教學的GIS軟件包括google earth、ArcGIS、QGIS、ArcView、MapInfo、surfer等國外GIS軟件，涉及的國產地理信息軟件較少，檢索到兩篇文獻用的是北京三維遠景科技有限公司開發的LocaSpaceViewer。地理信息數據主要來自天地圖、google。2005年，國產地理信息系統（GIS）軟件已經打破國外軟件一統天下的局面，在國內應用工程和服務市場的份額占到一半以上。至2015年，我國GIS軟件市場中，國內品牌超圖軟件（SuperMap）超越國外品牌Esri，成為份額占比最大的品牌。2019年，我國市場占有率排名前四的GIS軟件品牌分別是超圖軟件（市場份額超過30%）、Esri、中地數碼（MapGIS）、武大吉奧（GeoStar）。在國產GIS軟件高速發展的今天，中學地理應用的GIS軟件仍然以國外GIS軟件為主，對我國GIS軟件的應用、普及極為不利。

GIS技術在地理教學中的運用已經被提升到相當高的地位，無論是必修，還是選修;無論是人教版，還是其他版本的教材，都明確展示了地理信息技術的知識。我國GIS應用于中學地理教學力度逐年加大，應用GIS進行地理課堂輔助教學，提高學生的視野，增強了教師課堂魅力，使學生在輕松愉快的課堂氛圍中掌握了地理知識。

地理信息系統最早起源于北美，國外GIS基礎教育進展非常迅速。1994年，美國制定了“生活化的地理學”國家地理標準，開始了GIS基礎教育。英國教育和職業部1996年8月頒布了新的《國家地理課程標準》，非常注重學生信息技術能力的培養。雖然我國GIS應用于中學地理教學的研究逐年在增加，但總體還在起步階段，GIS應用的普及度及利用深度還不夠，現階段GIS應用于中學地理教育研究主要是用于輔助教學和地理空間能力培養兩方面。

使用教學的地理信息軟件主要是國外的GIS軟件，為了保證地理信息的安全及普及國產GIS軟件，各大國產地理信息軟件廠商應該授權我國各中學、大學免費試用教育版GIS軟件，并編寫適合我國國情與學生特點的GIS教程，提供配套練習，建設相關學習網站，提供中學地理教學素材，建設教學數據庫，讓國產GIS軟件逐步在大中學地理教學中普及，因此在教學中使用超圖軟件、中地數碼、武大吉奧等國產GIS軟件或開源GIS軟件，如QGIS顯得非常必要。