摘 要:中学地理教学课程改革正在进行,GIS技术的引入给中学地理教学带来生机和活力。文章从课堂教学、课外辅导和创新性实验三方面着手进行中学地理GIS教学设计,并深入分析GIS实验的选择和设计过程,力在构建一个中学基础地理GIS教学体系,使GIS技术真正走进中学地理教学。
关键词:GIS 中学地理 教学
中图分类号:G633.5文献标识码:A文章编号:1673-9795(2012)07(c)-0064-02
随着近50年的发展和运用,地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)技术已广泛应用于经济生活的方方面面,特别是以GIS技术为基础支撑的数字地球计划的实施,让昔日的政府GIS,逐步进入寻常百姓的生活。GIS人才培养也受到国内外教育机构的重视,在美国和我国的台湾以及其他一些国家和地区,GIS技术已被用于中小学地理教学。相对于GIS高等教育,GIS基础教育起步晚,研究少,为了提高GIS技术在基础教育中的应用力度,在我国,新的高中地理课程在必修、选修模块中添加了必须介绍有关3s的知识的硬性要求[1]。另外,把利用GIS技术进行中学地理教学作为改革地理教学方法和教学模式的重要途径之一[2]。本文针对GIS技术在中学地理教学的应用方法和GIS教学设计进行探讨,意在基础地理教学中扩展GIS的应用范畴。
1 中学GIS教学设计流程
GIS实验的设计和实施,打破了“一支粉笔打天下”、“一张挂图一门课”的传统教学模式,改变了以往单调、枯燥的授课方式。生动直观的实验项目充分调动了学生学习的积极性,改善了学习环境,对于学生自主创新学习有着积极的作用,实现了“地理新课程紧密联系学生生活实际,注重综合素质和创新能力的培养”的教学目标。基于新课标的目标方案和教学大纲,尝试把存在于学生生活各个角落的地理现象联系到课堂上来,编辑实验重难点环节,让学生尽可能的参与到实验的整个过程。各类专题GIS实验的整合构成了GIS实验体系,GIS实验体系的搭建有利于GIS基础教学有序、有效的开展,更重要的是为实现资源共享提供了保障。笔者对于在区域级构建GIS实验体系需要做的工作和建设程序总结如以下几点。
(1)地理教师或地理教研组依据教学大纲、教学目标初选实验项目。
(2)调查学生基本学习情况、现有软硬件资源,明确实验背景和实验目的。
(3)设计实验重点和难点,分解实验操作步骤。
(4)数据准备环节。通过网络查找、野外采集等渠道收集数据,并建表入库。
(5)空间分析环节。借助Arcgis等专业软件平台进行数据的分析和显示。
(6)反复实验教学。及时接受学生、同行教学效果评价并整合、取舍实验细节。
(7)初步拟定实验教学方案。
(8)校际教师交流、研讨。
(9)打磨、雕琢实验细节。
(10)确立GIS实验教学方案,纳入GIS实验教学体系。
2 GIS教学应用案例
GIS技术应用于基础教学是一个不断渗入的过程,需要教师从教材出发、学生兴趣出发、培养高素质创新型人才出发进行多层次,多方面的教育引导。在基于GIS实验设计流程的基础上,结合教材、学生和培养方案进行课堂教学、课外教学和创新性实验三个版块的GIS教学解析。
2.1 GIS技术辅助课堂教学
许多中学的常规地理教学中,教师主要通过教材所提供的图象和教学地图进行地理现象的推理和记忆,教学效果欠佳;另外一些软硬件资源具备的学校,进行了多媒体信息化教学,这种教学方式使感性化的信息大量增加,然而“从感性到理性,从理性升华到理论、规律性认识”的过程往往还需教师用过多的语言去描述和讲解,造成学生认知上的脱节。这是多媒体等公众教育技术无法解决的一个问题,而这个问题可以借助GIS技术完美解决。借助GIS可视化技术,形象逼真、步骤清晰的展示地理现象复杂的演变过程,不仅优化了课堂结构,降低了教师授课难度,更重要的是学生认知水平的提高成为可能。以人教版高中地理必修1第四章为例进行课堂设计。
开始讲课前,老师首先提问:“学校周边都有哪些地貌形态?”,学生可能会尽情回答:“凤凰山、韩江平原等”,接着再问:“为什么会有平原、山地和河流?”这个时候,可能会有一部分同学陷入沉思,于是教师进行第一节“营造地表形态的力量”的讲解就水到渠成了。在进行到第二节“山岳的形成”和第三节“河流地貌的发育”的时候,教师把准备好的“山岳的形成”的GIS三维动态模拟演示给大家看,这个时候仅仅是让学生观看三维动画,“褶皱山系形成”、“断块山形成”等问题可能仍还困惑着大部分学生,与CAI、FLASH这些多媒体动画相比,GIS虚拟现实的优势就显现出了。笔者采用美国ESRI公司的ArcGlobe平台进行地质现象模拟演示。首先打开软件,加载图层数据,用导航工具定位到“科迪勒拉山系”、“阿尔卑斯—喜马拉雅山系”等褶皱山,拖动鼠标放大查看绵延数千米的山体,缩小范围观察褶皱山“背斜成岭,向斜为谷”的地貌形态;还可以利用“飞行工具”在山体间漫游飞行;在动画演示过程中,配以用三维分析工具得到的各类统计图表和专题图层,进行岩层结构的各类查询和切换显示;加深学生感性和理性认识,提高教学效果。
三维GIS技术是GIS技术的一个组成部分,主要用于复杂的地理实体和地理现象的GIS可视化,尤其以虚拟现实与各类数据高度融合的真三维显示,解决了学生无法实地考察,无法感知遥远空间环境,无法了解地理事物演化、发展过程的问题,三维GIS这种变抽象为具体、变静态为动态、化繁杂为简单的表现手法,大大提高了教学效果。
2.2 GIS技术辅助课外活动
在中学地理教育改革的大背景下,GIS技术为主动式的学习提供了交互、开放的环境,GIS技术的运用,将有力推动以教师为中心的教学模式向以学生为中心的教学模式的转移。在这一工具的辅助下,学生通过“提出问题—查找数据—数据分析”的学习过程获得知识,在这一过程中,学生是主体,教材和GIS构成学习的客体,教师主要扮演提供服务的角色,在整个学习过程中教师要充分尊重学生,考虑学生们的选择与意见,及时地与他们进行平等的合作与探索,服务、帮助,引导学生取得最佳学习效果。
以人教版必修2第二章“城市与城市化”第三节“城市化”课后题:影响住房区位选择的因素主要有哪些?如果你的家人或亲属要买房,让你帮忙选择,从市区中心到郊区,你会选择住在哪里?为什么?为例进行课外活动设计。
第一步,分析题目。如何找到环境好、工作生活方便的居住区是购房者最关心的问题。因此,题目的用意是通过调查取证,得到所在区域最适宜购房地段,提供购房决策。
第二步,拟定实验目的。通过学生自已动手实地调查和查阅资料,利用GIS技术,进行本区域居住适宜性评价。
第三步,数据准备。引导学生调查影响购房的因素,讨论因素的取舍,确定影响因素指标体系。
第四步,数据分析。这是利用GIS的数据分析功能研究地理问题的过程。Arcgis专业软件提供对影响因素的图形数据和属性数据管理的功能,同时具有叠加分析、缓冲区分析、网络分析等空间分析操作。具体采用哪个工具,要实现什么样的功能,得到什么样的结果,这一环节,让学生通过讨论自己操作,教师可在必要的时候进行合理的指导。
第五步,结果展示。对各个小组的“区域居住适宜性分级图”进行评价。首先是肯定和鼓励,通过大家的共同努力取得成果,让学生有成就感,提高继续探究问题的兴趣。然后对各小组影响因素的选取、因素权重的设置、数据质量、GIS分析方法的组织等环节进行点评,建立学生的知识结构,培养学生认真严肃的科学素养。
需要指出的是,利用GIS进行课外辅导,对教师和学生都提出了较高的要求,它不但需要学生学习的积极性和GIS操作能力,教师的引导作用和耐心辅导也极为重要。实践表明,GIS课外活动,煅炼了学生的空间分析和处理问题的能力,激发了学生自主分析和解决问题的兴趣,学习的主动性和效果得到了明显提高。
2.3 GIS技术与创新性思维培养
GIS技术是构建数字地球的基础,数字地球的概念愈来愈多的走进公众的视线。借助于这场地理信息化风暴,我们可以利用中学阶段青少年的认知欲,引导他们进行创新性思维的培养。例如:城市110指挥中心在接到报警电话后,利用哪些技术以最短的时间到达出事地点?这类社会生活鲜活的例子,大多都是学生感兴趣的话题,往往这样的实际问题需要一个让他们信服的案例,在经典案例的基础上,进行GIS技术的创新性实验,很容易得到事半功倍的效果。笔者借助于Arcgis平台进行示范。
(1)加载数据。打开Arcgis,加载“道路”和“110指挥点”两个数据层,分别打开两个图层的属性表,让学生查看属性数据。“道路”属性数据表有“FID、Shape、length、class、speed”四个字段,分别表示“道路”图层的ID号,图形信息、长度、道路类型和道路允许行驶的最大速度。“110指挥点”属性表……。告诉学生,属性数据采集和编辑的方法步骤和重要性。
(2)创建网络数据集。在ArcCatalog中建立“道路”图层的网络数据集“道路.ND”并加载到Arcinfo视图中。这里介绍过程文件的存放规则。
(3)分析问题。110指挥中心只有分配距报警点最近的指挥点实施救助才有可能“时间最短”,因此,该问题属于网络分析中查找最近设施问题。接者进行网络分析中的“最近设施点”查找。
(4)讨论。这一环节是创新性实验的重要环节,所有的后续工作从这里开始。在数据分析的基础上,学生可以很明确的回答,如何选择出警道路,为什么选择这条道路等问题。借助于学生学习的兴趣,引出:本市内某一建筑失火,消防站的救助路线?地理信息技术还可以用于城市管理的哪些部门中?引导他们进行GIS解决方案的制定和实现等。对于学生的每一个问题都要急时解决,每次活动都进行文字归档,以便教师个人日后辅导需要。
3 结语
随着教学改革的深入和学生对于新技术的渴望,最大限度地发挥GIS在中学地理教学中的效用,为学生的地理课程学习提供丰富多彩的课堂环境和良好的学习工具,是配合新课程改革的顺利推进的任务,更是提高我国中学地理教学的效率和质量的保证。
参考文献
[1]教育部.普通高中地理课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版,2003:12~45.
[2]胡召才.3S技术及其在中学地理教学中的应用[J].东西南北:教育观察,2009(7):73~74.