GIS技术在高中地理教学中的应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：GIS即地理信息系统，是具有地理空间数据的获取、处理、管理、分析和可视化功能的前缘技术。本文从它的发展现状、应用的必要性及在实际教学中的应用等角度出发，阐述了GIS走进校园，走进课堂的必然趋势。
　　关键词：GIS　高中地理　数字化地图
　　
　　GIS即Geographic Information System，是地理信息系统的英文缩写。它具有地理空间数据的获取、处理、管理、分析和可视化的功能，近年来得到了广泛关注。作为地理课程独特的辅助教学技术，它能扩展传统媒体和计算机多媒体的功能，充分发挥地理空间性、综合性和理性知识的特征，给传统地理科学研究方式带来根本性的变化和革命性的发展。有学者指出，GIS是传统地理学向现代地理学过渡的重要标志。
　　
　　一、GIS的发展现状
　　
　　1963年加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出GIS这一术语，并建成世界上第一个地理信息系统用于自然资源的管理和规划。之后随着计算机技术的发展，GIS发展迅猛，尤其是在最近的30多年内取得了惊人的进步。最新的GIS技术已经发展到对地理空间信息进行可视化的动态分析，在三维图形中对信息进行交互操作，并结合网络、多媒体和立体视觉给人创造一个虚拟的数字地球和数字城市。来自地理环境的信息大部分与位置和空间分布有关，所以GIs应用非常广泛。目前GIs被应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域，并创造了巨大的经济效益和社会效益。
　　在美国，20世纪80年代GIS被引进校园。1994年，美国召开了首届GIS在教育上的应用会议，计划利用GIS技术，使学生将地理课教学内容与所在城市的社会，环境等问题联系起来，引导学生关注当地社会热点问题，借助GIS技术将这些问题可视化并寻找解决方案，最终达到在青少年中普及GIS知识，同时提高学生科学素质的双重目的，该计划受到美国科学家基金会的资金支持。
　　我国GIS起源于1980年，经过十多年的发展，在1996年以后进入产业化生产阶段，国内不少IT企业都制造出优秀的GIS应用软件。但是GIS这一新的地理信息工具，在我国中学地理教育中的应用才刚刚起步，教师和学生对信息技术的掌握程度，对于教学效果有着直接的影响。而大量的GIS商业软件是为专业应用而开发的，功能多且操作复杂，增加了学习使用的难度，同时价格昂贵。因此在高中地理教学实践中缺乏符合其特点的GIS软件。目前很多教师使用的是操作比较简单、有汉化功能的Map Info。
　　
　　二、在高中地理教学中应用GIS的必要性
　　
　　首先，GIS的应用能更真实地反映出学生为主体、自主探究的教学思想。高中阶段是学生自主学习能力提高的重要阶段，GIS提供了一种分析解决地理问题的环境，使学生在教师的指导下，可自主地利用GIS进行数据分析、表达观点、获得地理知识。显而易见，GIS技术的运用可以使以学生为主体的教学模式得到充分的体现。第二，尽可能使学生更大范围地接触现实世界中的真实事件。GIS把来自现实世界的数据分析处理，呈现数字化的模拟现实的可视图表，让学生如身临其境，获得真实的体验。第三，切实有效地培养高中生的地理信息素养和学习能力。GIS在信息社会中具有举足轻重的地位，对地理学科影响深远，是学生获取、分析、处理地理信息以及主动参与信息活动、传递地理信息的有效工具。第四，能为学生提供丰富的、动人的、富有挑战色彩的寻求问题解决方法的学习环境。
　　因此，在高中阶段应用GIS对学生的个体发展，对地理教育教学改革，对社会发展和人才培养都有着重大意义。
　　
　　三、GIS在高中地理教学中的实际应用
　　
　　地图是地理学科最基本的内容和素材。而GIS被简单概括为传统地图的数字化延伸，是数字化的，动态的，多维度的“聪明”的地图。它在地理教学中多个层面发挥了前所未有的优势。
　　
　　1.地理要素空间分布特征、分布规律和影响关系的教学
　　教学中，我们可以应用GIS在空间上显示符合某一条件的地理要素的特性，帮助学生认识地理空间概念。如利用GIS对地理事物的空间分布、查询、显示功能，辅助讲授自然与人文要素的分布，也可对各地理要素之间的空间关系进行分析，帮助学生掌握地理要素的分布特征、空间分布规律，提高学生分析地理问题、解决地理问题的能力。
　　研究一般的分布特征和规律所需要的地理数据，包括地图数据和主题数据两部分。地图数据是GIS的基础空间数据，例如世界地图，中国地图，各省市地图；主题数据是与具体教学内容相关的数据，如气温、降水、植被、人口、城市等。利用GIs的图层技术制成不同的地理要素图层。图层叠加可以形成如中国人口分布图，世界降水量分布图等。或者加入其他因素的影响，如加入地形要素可以得到地形对中国人口分布的影响图等。
　　
　　2.地理事物的环境分析教学
　　利用GIS技术，可确定某地理要素在一定范围内对于其他地理要素的分布。如确定离某条河流100千米内人口大于20万的城市分布，从而为内河运输、灌溉发电、洪灾预防等各种人类活动提供环境分析与决策，这有助于学生形成理性分析地理问题的能力。另外，也可以借助GIS查询功能，如查询某城市到另一个城市的交通线路，GIS可以提供多条线路，也可给出最佳路径，这些功能对于培养学生的空间分析、空间判断和决策能力都有好处。
　　
　　3.地理事物形态特征、变化过程、变化趋势的教学
　　GIS技术可将复杂的自然景观、地理现象甚至抽象的概念用三维的、动态的、直观的方法方式表现出来，将地理教学中不易明察与掌握的内容通过虚拟场景来展现，提高教学效果。利用GIS能显示不同时段的地理事物的空间状态，能展现其各阶段的特征，有助于学生认识地理事物的发展过程。
　　在地貌教学中，褶皱和断裂的形成是比较抽象的内容，传统的平面、静态的教学方法难以达到满意的教学效果。使用GIS技术的真三维显示与动态模拟功能，模拟岩石受力及相关地貌的形成过程与结果，如岩石受到强大压力和张力时会发生断裂，并沿断裂面有错动或位移的现象，相对上升一侧地貌表现为断裂山或高地，相对下沉的岩石地貌表现为裂谷或低地。受内力作用，岩石在水平方向上受挤压导致褶皱；受外力作用，背斜中心岩石易被侵蚀形成谷地，向斜中心岩石坚固不易被侵蚀形成山，形象地展示了“背斜成谷，向斜成山”的过程。GIS技术把漫长的地貌历史演变过程在瞬间完成，使学生对所学知识有较形象的理解。在讲授城市化或土地利用变化等问题时，利用GIS直观显示不同时段的城市扩展或土地利用变化信息，能帮助学生对城市化过程或土地利用变迁有深刻的了解。使教学过程灵活多变，能培养学生科学、客观地分析问题的能力。
　　
　　4.数据统计分析教学
　　为了用GIS进行数据分析，必需对所收集的数据建立数据库，然后利用GIS的数据分析功能研究地理问题。GIS软件提供的分析功能包括查询分析、叠加分析、缓冲分析等。例如GIS能够迅速地告诉我们世界上人最多的国家在哪里，世界上人口数量超过1亿的国家分布等；或者通过叠加得到降水量400毫米以下人口100万以上的大城市：以及分析南昆铁路两侧40km范围内的人口总量等。
　　GIS的分析结果最终需要通过地图可视化表达并可附以统计图表等。可视化的表达方式使得我们可以清楚地观察到地理现象的分布，空间的联系等，从中归纳总结最后形成结论。
　　GIS能实现统计分析和图表直观显示功能。具体来说，GIS可以进行数据排序显示，如将我国各省按面积从大到小排序，将各种水体类型按比例多少排序等；或绘制专题地图，制作交通图、地形图、行政区划图、旅游规划图等。
　　
　　四、存在问题与展望
　　
　　虽然商业用途的GIS前景乐观，但目前GIS在高中地理教学中的推广却非常缓慢，新课程标准只在地理“必修3”的第三节介绍了地理信息技术的应用，在选修模块7中专门安排了GIS的有关知识。造成这种局面的主要原因有：地理学科本身在高中阶段地位较低；GIS软件价格过高个人难以负担；软件的掌握和使用较难；获取GIS数据，尤其是免费数据的途径较少等。
　　随着时代的进步，信息社会的要求和地理学科的发展需要GIS，将最先进的技术引入校园、使其走进课堂也是必然趋势。只要教师转变观念，积极适应信息时代的要求，主动学习，选择有效的方法和途径，GIS教育就一定能受到学生的普遍欢迎，产生良好的效果。
　　
　　参考文献
　　[1]黄杏元，地理信息系统概论[M].北京：高等教育出版社，2001
　　[2]张超，地理信息系统实习教程[M].北京：高等教育出版社，2000

转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-935103.htm