地理信息技術(shù)輔助“臺風災害”教學的應用研究

【摘要】隨著地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展與升級，其與社會生活各領域的融合也越來越深入。作為新興的地理教學工具，地理信息技術(shù)的直觀展示、動態(tài)演示、虛擬體驗、操作互動等功能在提升地理教學質(zhì)量、激發(fā)學生地理學習興趣、培養(yǎng)學生地理思維和素養(yǎng)等方面，越來越顯示出獨特的優(yōu)勢。文章列舉了部分適用于高中地理教材的地理信息技術(shù)在線平臺和軟件，從地理信息技術(shù)在地理教學中的功能出發(fā)，利用地理信息技術(shù)網(wǎng)絡在線平臺和Arc Map軟件，針對新人教版高中地理必修Ⅰ的“臺風災害”內(nèi)容設計教學，為地理信息技術(shù)在中學地理課堂中的進一步應用提供一些參考。

【關鍵詞】地理信息技術(shù)；高中地理；臺風災害；教學案例

【中圖分類號】G633.55【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）04—0079—06

隨著地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展與升級，其與社會生活各領域的融合也越來越深入。地理信息技術(shù)正日益滲透地理教育中，不斷地推進著地理教學工具與手段的進步，為提升地理教學質(zhì)量、激發(fā)學生地理學習興趣、拓寬學生地理思維開辟新的路徑。當前，教育界十分重視地理信息技術(shù)與地理教學的融合。《地理教育國際憲章2016》為確保全球地理教育工作者可以順利地開展地理教學工作，傳遞給接受基礎教育的受教育者更加適應生活與生產(chǎn)的地理基礎知識與技能，鼓勵教師使用新技術(shù)進行教學，融入更多的信息技術(shù)手段在課堂當中，例如功能強大的數(shù)字通信技術(shù)等，并以智慧地球、網(wǎng)絡GIS、遙感等地理空間技術(shù)作為橋梁[1]。2017年頒布的《普通高中地理課程標準》中，要求教育工作者充分運用地理信息技術(shù)，營造直觀、實時、生動的地理教學環(huán)境。同時，在實施建議中也強調(diào)了“深化地理信息技術(shù)應用”[2]。地理信息技術(shù)不僅是“輔助”地理教師教學的助手，還能為學生創(chuàng)設獨立的學習環(huán)境。地理信息技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等與地理教學的有機整合，可以發(fā)揮學生在學習過程中的主動性、積極性，更符合學生作為學習主體積極主動參與學習過程的要求，還能增進學生對地理信息科學等相關專業(yè)的了解，為其后續(xù)的專業(yè)選擇提供一定的信息支持。

大量文獻資料表明，在廣大發(fā)達國家，地理信息技術(shù)在地理教學中的應用起步早，經(jīng)驗豐富，且形成了較成熟完備的應用體系[3-4]。近年來，國外地理教育對于地理信息技術(shù)的應用又有許多新的模式與途徑。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些軟件公司開發(fā)出了可用于地理課堂的許多程序和網(wǎng)站，比如Google Earth（谷歌地球）、ERDAS（遙感圖像處理系統(tǒng)）、Earth NullSchool（全球天氣可視化模擬網(wǎng)）、Ventusky（風雨氣溫圖）等都被廣泛應用于地理教學中[5-6]。

在20世紀末到21世紀初，我國部分學校開始將地理信息技術(shù)應用于地理教學，并逐漸向全國推廣。在這個過程中，我國教育工作者也做了大量的相關教育研究，研究內(nèi)容可大致分為以下兩個階段：第一個階段是地理信息技術(shù)進入地理課堂的提倡階段[7-8]，第二個階段是地理信息技術(shù)輔助地理教學的應用階段[9-11]。而我國對于地理信息技術(shù)在地理課堂中的應用研究主要可以分為兩類：一類是綜合研究地理信息技術(shù)在地理教學中的作用、存在問題及解決對策[12-14]；另一類是運用具體的地理信息技術(shù)軟件進行相應的地理教學案例設計[15-17]，為一線教育工作者提供具體操作方法。

綜上所述，目前對于地理信息技術(shù)運用于中學地理教學的研究相對較少，且主要集中在發(fā)達國家，我們在借鑒的同時，也在不斷嘗試提出運用地理信息技術(shù)的新方法。目前該領域的研究重點是將各類地理信息技術(shù)運用于地理課堂的案例教學。本次研究列舉了部分適用于高中地理教材的地理信息技術(shù)在線平臺和軟件，從地理信息技術(shù)在地理教學中的功能出發(fā)，利用地理信息技術(shù)網(wǎng)絡在線平臺和Arc Map（一個用戶桌面組件，具有強大的地圖制作、空間分析、空間數(shù)據(jù)建庫等功能），針對新人教版高中地理必修Ⅰ的“臺風災害”內(nèi)容進行教學設計，為地理信息技術(shù)在中學地理課堂的進一步應用提供參考。

一、高中地理教學中可運用的地理信息技術(shù)

地理信息技術(shù)包含但又不限于“3S”技術(shù)，即GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感）、GPS（全球定位系統(tǒng)）。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出大量基于“3S”技術(shù)開發(fā)的軟件和網(wǎng)絡在線平臺[18]，這些平臺和軟件成為中學地理教師開展地理教學的有效課程資源和輔助工具。表1為筆者整理的可以應用于高中地理教學中的地理信息技術(shù)在線平臺與軟件（以新版人教版高中地理必修教材為例）。

二、地理信息技術(shù)輔助地理教學的優(yōu)勢

（一）直觀展示

地圖是地理學的“第二語言”，學生通過對地圖的觀察與判讀，獲取相關地理信息，獲得地理原理與規(guī)律，進而解決地理問題。利用地理信息技術(shù)將生活中的地理現(xiàn)象和地理事物直觀地展現(xiàn)在學生眼前，不僅能夠拓展學生對地理事物的見識、激發(fā)學生對地理課程的好奇心和興趣，更能幫助學生高效吸收消化繁雜的地理基礎知識。例如，地理教師可以利用“天地圖”“圖新地球”等讓學生從多個視角認識不同類型的地形、地貌的地理位置、分布情況；通過Arc Map軟件的疊置分析功能和緩沖區(qū)分析功能，向?qū)W生展示工業(yè)選址的區(qū)位影響因子，應用大數(shù)據(jù)提供復雜的情境和多樣化的選擇，使得地理模擬決策學習更貼近現(xiàn)實生活，拓展學生的地理思維。

（二）動態(tài)演示

地理過程作為中學地理六大核心教學主題之一，具有綜合性、時序性、空間性以及動態(tài)性等特點，再加上地理過程的空間范圍廣、時間尺度長，直接觀察難、重復演示難，使得地理過程成了傳統(tǒng)教與學的難點。而地理信息技術(shù)可以很好地克服傳統(tǒng)教學的缺點，將地理過程動態(tài)展示給學生，突破教學難點。例如，地理教師可以利用“Earth NullSchool”“Ventusky”“臺風路徑”等工具輔助“臺風災害”教學，將臺風的天氣系統(tǒng)類型、形成、發(fā)展以及運動路徑動態(tài)演示給學生，引導學生感知和理解真實的大氣狀況，將教材上的知識由靜態(tài)轉(zhuǎn)為動態(tài)，由抽象化為具體，進一步深化學生對抽象復雜的地理過程的理解，降低教師教學和學生學習的難度。

（三）虛擬體驗

地理教學中的虛擬體驗是指利用虛擬技術(shù)與真實的渲染能力，基于體驗而感知地理現(xiàn)象和景觀，讓學生“沉浸式”學習的一種教學途徑。地理是一門需要“觀察”和“體驗”的課程，其課程內(nèi)容與現(xiàn)實環(huán)境緊密相關，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提供近似真實的環(huán)境，為不能外出的學生提供地理實踐的替代性體驗，進而幫助學生更好地理解地理知識與原理。地理教師可以利用“720云平臺”讓學生身臨其境地觀察冰川地貌、黃土地貌以及喀斯特地貌等不同地貌類型的全景立體，將教材中的內(nèi)容以“3D”的形式呈現(xiàn)給學生，將中學地理課程的教學難點直觀、全景、高清地呈現(xiàn)出來，讓學生在游戲和探索中深度吸收轉(zhuǎn)化學科知識。

（四）操作互動

地理課程具有很強的實踐性，地理實踐力的培養(yǎng)作為地理課程的核心素養(yǎng)之一，其中一個重要方面就是地理信息技術(shù)能力。地理教師要指導學生將理論與實踐相結(jié)合，充分依托互聯(lián)網(wǎng)、地理信息技術(shù)軟件的操作互動功能，培養(yǎng)學生動手能力和地理信息技術(shù)能力；若條件允許，應讓學生上機操作。我國自主開發(fā)的“圖新地球”擁有多種類型的地圖數(shù)據(jù)，影像、地圖、標注、地形、道路、水系、地質(zhì)、氣象、海圖等，地理教師可以充分利用這些地圖資源及其在線編輯功能，快速定點標記出各類地物，幫助學生快速了解某類地物的地理位置及分布特征，實現(xiàn)地理課堂上的軟件操作以及師生互動，相比傳統(tǒng)的單調(diào)講、被動聽，不如讓學生自主操作，從做中學，更能調(diào)動學生學習積極性，激發(fā)學生動手實踐的欲望。

三、地理信息技術(shù)輔助地理教學的具體應用

（一）教學內(nèi)容選擇

“自然災害及其防治”是高中地理的一個重要模塊之一，同時也是高考的必考內(nèi)容，囊括了地理分布、地理聯(lián)系、地理變化、地理過程、地形景觀三維可視化、臺風路徑追蹤、災害預警以及風險評估等主要內(nèi)容。在“自然災害及其防治”的教學過程中借助地理信息技術(shù)，能夠?qū)⒆匀粸暮Φ陌l(fā)生、發(fā)展、結(jié)束等動態(tài)演化過程展示給學生，并且為災害風險評估與應急管理提供技術(shù)支撐。

本次教學設計選擇新人教版高中地理必修Ⅰ第六章第一節(jié)氣象災害的“臺風災害”模塊為教學內(nèi)容，借助網(wǎng)絡平臺以及地理信息技術(shù)進行教學設計，收集、整理地理數(shù)據(jù)和文字資料，在線演示或者多媒體直觀展示臺風的特征、成因、運動路徑及其對人類生產(chǎn)生活的影響。同時運用地理信息技術(shù)進行教學，轉(zhuǎn)變教師傳統(tǒng)“單調(diào)講”的教學模式，讓學生在探索中深度吸收和轉(zhuǎn)化地理知識。

（二）教學設計

【教學目標】以人教版高中地理必修Ⅰ和《普通高中地理課程標準》（2020年修訂版）為依托，結(jié)合高一年級學生的認知水平和知識基礎，設計核心素養(yǎng)目標（見表2）。

【教學活動】導入：2021年第6號臺風“煙花”于7月25日12時30分以臺風級在浙江舟山普陀區(qū)登陸，7月26日9點50分在浙江省平湖市沿海以強熱帶風暴級再次登陸，7月30日晚8時停止編號。“煙花”為1949年有氣象記錄以來首個在浙江省內(nèi)兩次登陸的臺風。“煙花”移動速度慢，在我國陸上滯留時間長達95小時，為1949年以來最長；累計雨量大，單點最大累計雨量超1000毫米；北上影響范圍廣，影響了9個省（市），50毫米及以上累計雨量覆蓋面積達35.2萬平方公里；綜合強度強，風雨綜合強度指數(shù)位列1961年以來第13高；但災害損失輕，截至7月28日，直接經(jīng)濟損失33.5億元[19]。

【設計意圖】以臺風“煙花”的真實新聞報道和受災地區(qū)的圖片作為導入材料，將教學內(nèi)容與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，創(chuàng)設良好的教學情境，讓學生在不知不覺中進入學習狀態(tài)，增強學生學習興趣，調(diào)動學生學習積極性和主動性，同時也讓學生深切認識到臺風災害對人類生產(chǎn)生活的影響，增強防災減災意識。

【教學活動】觀察臺風“煙花”遙感影像圖并結(jié)合教材上的臺風剖面圖、文字表述，總結(jié)并描述臺風的特點以及臺風不同區(qū)域的天氣狀況特征。臺風是在熱帶或副熱帶洋面上形成并強烈發(fā)展的大氣旋渦，成熟的臺風由外圍大風區(qū)、旋渦風雨區(qū)和臺風眼三部分組成。

利用“Earth NullSchool”動態(tài)展示臺風“煙花”的氣流運動，學生觀察并描述其氣流運動特征。具體操作如下：在瀏覽器中搜索“https：//earth. 1school.net/zh-cn/”，隨后選擇“管理”中的“日歷”圖標，從中選擇“2021年7月24日”，此時屏幕界面展示出臺風“煙花”當天的氣流運動動態(tài)。學生觀察并說出氣流運動方向為逆時針，臺風眼也就是臺風中心為低壓中心，天氣則表現(xiàn)為無風、少云和干暖；臺風外圍的風力強、風速大，最強烈的風雨出現(xiàn)在旋渦風雨區(qū)。

觀察“7月27日-8月1日‘煙花’路徑預報”以及某地臺風災害發(fā)生前、中、后的對比圖，觀察臺風的源地、移動路徑、等級變化以及臺風經(jīng)過前、中、后的同一地區(qū)，天氣狀況又是如何，尤其要明確臺風災害引發(fā)了哪些次生災害，給人類造成怎樣的影響。

【設計意圖】充分利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡在線平臺中的地圖數(shù)據(jù)，學生可以直觀地觀察到臺風的來源、形態(tài)、發(fā)生消亡過程、臺風路徑及其影響，能對臺風的相關概念和知識與真實的臺風動態(tài)對照學習，方便學生更深刻地理解教材對臺風的相關論述，化抽象為具體，化靜態(tài)為動態(tài)；另外教師適量地在課堂上展示圖文資料，可以訓練學生的讀圖能力和信息提取能力，養(yǎng)成良好的地理學習習慣，提升學生地理素養(yǎng)。

【教學活動】利用GIS技術(shù)制作臺風密度簡圖，說出我國哪些地區(qū)最容易受到臺風襲擾，并為臺風災害多發(fā)區(qū)的防災減災工作“建言獻策”。

在中國臺風網(wǎng)（https：//tcdata.typhoon.org.cn/tc？ size.html）下載“1980-2016年熱帶氣旋尺度分析資料”數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)集整理導出為“.xls文件”，包含1980-2016年熱帶氣旋的編號、經(jīng)緯度坐標、最低氣壓、風速以及尺度等數(shù)據(jù)，利用Arc Map10.2軟件制作出我國近海臺風密度簡圖。

具體操作如下：將熱帶氣旋尺度分析的相關數(shù)據(jù)表格導入Arc Map中，單擊鼠標右鍵，表格圖層屬性選擇顯示XY坐標，X選擇經(jīng)度字段，Y選擇緯度字段，點擊確定后，臺風所經(jīng)過的點就會以點狀圖的形成呈現(xiàn)在地圖上，使用Arc Toolbox中的Data Management Tools-Feature-Point to Line，將臺風軌跡點轉(zhuǎn)化為臺風路徑，再對眾多臺風路徑進行一次密度分析，具體操作為，Arc Toolbox-Spatial Analyst Tools-Density-Line Density，導出“臺風密度簡圖”，顏色越深，表示1980-2016年間發(fā)生臺風次數(shù)越多，即該區(qū)域易受到臺風襲擾。

引導學生觀察并說出1980-2016這36年間我國容易受到臺風襲擾的區(qū)域，并且為我國臺風災害多發(fā)地區(qū)的防災減災工作“建言獻策”。引導學生從臺風災害預報、監(jiān)測、生物和工程防御、防災減災宣傳以及災害發(fā)生后的救援部署等方面展開，教師尤其要向?qū)W生介紹地理信息技術(shù)在臺風災前預測預報、災害發(fā)生中的災情監(jiān)測以及災后的風險評估等方面的重要作用。

【設計意圖】運用GIS技術(shù)制作臺風密度圖，可以直觀地分析出我國容易受到臺風襲擾的區(qū)域，明確我國是一個臺風災害頻發(fā)的國家，增強學生的防災減災意識；明確我國臺風災害頻發(fā)的地區(qū)分布，落實學生區(qū)域認知素養(yǎng)的培養(yǎng)；制圖的準備過程又可以培養(yǎng)學生收集、整理和分析地理數(shù)據(jù)的能力。通過教師在課堂上介紹并展示專題地圖的制作過程，學生能對GIS的基本操作有一定的了解，對制圖要素有清晰的認知，從而提升了地理學習興趣，增強對地理信息技術(shù)發(fā)展的認識，這對學生地理信息技術(shù)能力的培養(yǎng)有很大的作用。

四、小結(jié)與展望

在教育信息化、現(xiàn)代化背景下，地理信息技術(shù)輔助中學地理教學不僅為傳統(tǒng)的地理教學注入了新鮮血液，更為地理課堂教學提供了豐富多樣的教學資源。例如在地貌的觀察、自然災害防治、植被類型分布、人口遷移等方面的教學中，地理教師可以充分利用各種地理信息技術(shù)在線平臺或者地理信息技術(shù)軟件，結(jié)合地區(qū)實際和教學內(nèi)容設計教學案例，將理論知識和生活實際有機結(jié)合起來，把靜態(tài)的圖片文字轉(zhuǎn)化為動態(tài)的地理過程，進而構(gòu)建形式多樣、內(nèi)容豐富、優(yōu)質(zhì)高效的中學地理課堂，激發(fā)學生的地理學習興趣，培養(yǎng)學生的地理空間思維，訓練學生的地理信息技術(shù)能力，同時提高地理教學質(zhì)量，落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

盡管地理信息技術(shù)軟件，如Arc Map、圖新地球（LSV）等具有直觀展示、動態(tài)演示、虛擬體驗、操作互動等功能，但在地理教學中廣泛應用還任重道遠。由于目前大多數(shù)地理教師沒有接受過系統(tǒng)的地理信息技術(shù)相關軟件的學習，再加上地理信息技術(shù)的專業(yè)性強、功能復雜，所以大多數(shù)中學地理教師難以快速且熟練地將地理信息技術(shù)應用于課堂教學，而地理教師又是向?qū)W生推廣地理信息技術(shù)資訊的重要媒介。因此，要想將地理信息技術(shù)廣泛應用到中學地理教學中甚至推廣到其他領域，必須加強對相關地理信息軟件的開發(fā)，簡化相關功能，使之適應中學地理教學的需要；還應配備專業(yè)的培訓人員，著力加強對教師的培訓工作，只有地理教師學會了、精通了，并在地理課堂中應用了，才有更多的機會將地理信息技術(shù)推廣，才能更好地推動地理教育的信息化、現(xiàn)代化。同時，還要向地理教師提供常用符合地理教學需要的基礎數(shù)據(jù)，如中國行政區(qū)劃、全國年均降水量、年均溫等等，為地理教師應用地理信息技術(shù)提供便利。

參考文獻

[1]張建珍，段玉山，龔倩.2016地理教育國際憲章[J].地理教學，2017（19）：04-06.

[2]中華人民教育部.普通高中地理課程標準（2020年修訂版）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]Geography Education National Implementation Project（GENIP）.Geography for Life：National Geography Standards，1994[S]. Washington DC：National Council for Geographic，Education.

[4]文部省.中學校學習指導要領（平成元年3月）[M].東京：大蔵省印刷局，平成元年：1，5，36，90，122-123，122.

[5]KERSTIN V，ROLAND G，HENRYK H，et a1.Remote Sensing，New Media and Scientific Literacy-A New Integrated Learning Portal for Schools Using Satellite Images[A].Learning with GI 2011，2011：172-180.

[6]MITCHELL T，ROY G，F(xiàn)RITCH S，et al.GIS professional development for teachers：lessons learned from high needs schools[J]. Cartography and Geographic Information Science，2018，45（04）：292-304.

[7]蔡依萍.地理信息系統(tǒng)在地理教學中的技術(shù)走向[J].中學地理教學參考，2001（07）：03.

[8]奚為民.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在地理教學中的作用[J].中學地理教學參考，1999（Z1）：04.

[9]陳喜生.高中地理新課標教學中地理信息技術(shù)的應用探析[J].亞太教育，2015（36）：46.

[10]趙雪雅.基于Meteo Earth的高中地理教學資源開發(fā)探究[D].武漢：華中師范大學，2017.

[11]郭劍峰.地理信息技術(shù)助力學生地理學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[J].中小學數(shù)字化教學，2021（01）：77-81.

[12]顧引蘭.信息技術(shù)與高中地理教學深度融合的有效策略探究[J].中小學電教，2022（06）：39-41.

[13]孟祥銳，王文娟.地理信息技術(shù)在高中地理教學中的應用研究[J].長春師范大學學報，2022，41（04）：154-157.

[14]馮治旺.信息技術(shù)教學手段在高中地理新課改教學中的作用[C].第三屆全國教育教學研討會論文集，2022：215-218.

[15]關一龍，藺芳，吳紅波.地理信息技術(shù)與高中地理教學的融合實踐——以“黃土高原水土流失”為例[J].地理教育，2022（11）：08-12.

[16]鄭發(fā)美.基于GIS技術(shù)的高中地理實驗教學設計與實踐——以“地理信息系統(tǒng)及其應用”為例[J].中學地理教學參考，2022（02）：57-60.

[17]黃華誠，李炫榕.基于《谷歌地球》軟件的逆向教學設計研究——以“地球上的水”單元為例[J].中學地理教學參考，2022（10）：50-52.

[18]蔣志強，劉恭祥.四版高中地理新教材內(nèi)容分析與教學建議——以“地理信息技術(shù)”為例[J].中學地理教學參考，2022（08）：08-11.

[19]盤點臺風“煙花”！它創(chuàng)下了多項紀錄[EB/OL].（2021-08-01）[2022-08-30].https：//news.bjd.com.cn/2021/08/01/ 141550t100.html.

編輯：陳靜