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【摘要】GIS作为一种新兴的地理信息技术，拥有的强大的地图制图和空间分析功能，与地理科学的研究要求不谋而合，为中学地理教学提供了一种新方法。本文从它在国内外的应用状况、功能优势以及在地理教学中存在的问题等方面进行阐述，以期为教师更好地在中学地理教学中应用GIS起到启示和借鉴的作用。
【关键词】地理信息系统(GIS);中学地理;地理教学
1绪论
近些年来，随着科学技术的逐渐发展，各类技术在不断地影响着人类生产方式，生活方式，逐渐促进了新型教育理念的诞生，信息技术与教育教学的结合已经成为发展趋势，同时也是学者研究的重点领域。自从我国实施新课程改革之后，教育工作面临的挑战更为严峻。近年来，我国基础教育课程改革纲要提出在教学过程中应该推进信息技术和教学内容的有机融合，为学生和教师提供良好的教学环境和有效的学习方式，充分利用信息技术在课堂教学中的特点。在传统的地理教学中，大多数有资历的教师会靠教学图表这种传统的他们认为能够带动学生积极性的教学方式来进行教学，但是如今已不能满足对现代化社会性人才的培养要求，而地理信息系统技术的应用于地理课堂教学倍受期待。GIS以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，即采集编辑、存储管理、处理分析、传输地理数据，以多种形式输出数据和图形产品，为地理研究和决策服务的计算机技术系统。境外将GIS应用于地理教育首先是从欧美地区发展起来的，如美国，加拿大，德国和日本等起步较早，GIS软件辅助地理教学的案例和应用也较多，一些国家和地区甚至已经形成了较为成熟的GIS教学体制。1994年，美国《国家地理课程标准—生活化的地理》中明确指出“Geographicinformationsystem”是地理教学的工具和主题之一，可以通过GIS来获得更多的地理资料，利用GIS掌握更多的地理技能和知识。美国的Audet和Abegg提出，地理信息系统应用于地理课堂教学时，在资料分析方面(特别是在空间认知和地形图读图能力方面)能发挥很好的作用。香港教育局规定从2009年起，香港中学教育将引入GIS知识作为教学的有机组成部分。1999年台湾教育部颁布的《高级中学选修科目地理课程标准》中规定从2001年开始，GIS内容将被纳入高三上学期地理选修课程。2003年，我国的新课标要求把GIS整合到中学地理教学当中，随后，全国各地利用GIS辅助地理教学和开设选修课活动显著增多，GIS相关内容在相应的各版本新教材也都加大了比重，并且GIS的相关试题在近年的普通高等学校招生全国统一考试中也多次出现。由此可见，GIS在我国中学地理教育中的地位正逐步提升。GIS能将地理事物的空间和属性信息结合实现数据的可视化，这使地理教学过程中有效地使用地理数据、图表提供了一种新的手段，因此，在我国中学地理教育中对GIS这一新型技术的普及与推进已经迫在眉睫。
传统的地理教学是板书式，填鸭式的，大多时候教师使用教材，利用板书或者板图板画来进行教学，学生的学习也是被动地、机械地、乏味的，教师偶尔会使用一下多媒体，投影仪或Flash等计算机手段来辅助教学使所学地理知识更加直观且更具趣味性，从而强化学生对知识点的记忆。在传统地理教学过程中，我们时常会遇到课本内容陈旧、地理知识过时、某些地理思想无法用言语或者常规表达方式来讲解清楚等问题。针对传统的地理教学的弊端，GIS是一种新的技术手段，其具有能够存储、处理海量的地理数据并且兼具空间分析、模拟等功能，它是表达地理事物的空间位置与属性的有效的手段，也是最适宜的现代教育技术方法。
2．1GIS的功能及应用优势
2．1．1GIS电子地图功能
地理教学中，地图是地理学的语言，传统的教学挂图通常具有地理要素较多、专题不够清晰、不易被保存、不易携带等缺点，而地理信息软件具有非常强大的制图功能，可以制作各种形式的专题地图，从而以更广阔地角度、更科学的方法来认识世界。因此，它与传统的纸质地图相比有着无法比拟的优越性。通过利用GIS软件的地图的放大缩小、漫游功能使我们查看不同详细程度的地图数据。另外，通过利用GIS软件对电子地图图层的操作，能清晰地显示地理信息，展示地理事物的空间分布状态，地理要素之间的空间关系等。以电子地图的方式展现地理要素的空间分布形态，从而实现地理事物可视化，可以实现辅助讲授特定教学内容。
2．1．2GIS地形分析功能
在我国中学地理教学中，明确要求学生要懂得等高线弯曲、疏密状况在地理中代表的意义，以及通过分析等高线的形态在地图上分析出地形高低起伏、坡度陡缓和地形种类。在传统的地理教学中，认识山体地形的概念都是通过平面纸质地图中的等高线来实现的，深入理解这些知识是非常困难的，平面地图缺乏山体地形的直观可视化表达。而在GIS中，利用矢量化技术对等高线图矢量化并赋于高程值，然后利用GIS三维分析功能生成相应的数字高程模型，并利用三维可视化表达方法展示山体，从而使学生能直观地观察山峰、山谷山脊、鞍部、陡崖等多种地形。还可以在数字高程模型基础上，叠加相应的遥感影像数据或者矢量数据，实现三维数据融合，则可使山体表现得更加生动形象。这种教学方法不仅能调动学生的积极性，而且可加深学生对地形特征的认识。
2．1．3GIS空间分析功能
空间分析功能是GIS技术的核心功能，是GIS有别于其他空间数据软件的主要标志之一。它拥有如缓冲区分析功能、三维分析功能、叠加分析功能、空间插值分析、网络分析功能等空间分析功能，在地理学的研究中占据重要地位，通过空间分析能够使隐藏在地理事物的特性直观表现在学生眼前，通过这种手段不但可以激发学生学习地理兴趣，同时也能使学生更好地消化和巩固学习到的地理知识。
2．1．4GIS三维动态模拟功能
利用GIS技术可以对多时相、异源异构的数据实现空间模拟，如对高中地理教材中地球的运动、天体运动、地壳的变动，褶皱、断裂的形成以及大气环流的形成，气压带和风带的季节移动，洋流的移动等知识进行三维动态模拟。利用GIS技术将动态的自然演化过程设计成三维动画的形式，就能使复杂的地理演化过程一目了然。学生经过自己的观察分析就能够很轻松地理解和掌握复杂抽象的知识点。这种教学方法，不仅让学生能直观地理解知识，还能充分调动学生的学习积极性，可以达到其它教学手段难以达到的理想效果。
2．2GIS技术在地理教学中的应用优势
将GIS技术用于地理教学，其优势为:(1)可操作性强、交互性强、自主性强，这对于转变传统教学理念，促进教学模式、方法的变革以及对提高学生的创造力都起着非常大的作用。(2)刺激学生的视觉与听觉，不仅可以激发其学习兴趣，还能充分深刻的掌握知识点，有助于学生对知识点的深度记忆。(3)动态模拟和虚拟现实可以将属性数据、矢量数据、影像数据、数字高程模型数据高度融合，以真三维形式向学生展示无法实地考察空间环境、地理事物演化过程，并将抽象地理知识具体化，动态化，这样有助于学生建立空间概念，培养学生的空间思维能力，同时将这些数据处理融合是一个复杂的分工协作的过程，这样还能提高学生协作能力，加强学生的团队意识。
3我国GIS应用于中学地理教学存在的障碍及措施建议
3．1我国GIS应用于中学地理教学存在的障碍
当前，我国己经具备了在中学利用地理信息系统开展地理教育的环境，但是与发达国家的中学GIS教育相比，我们还有很大差距，笔者认为可以归纳以下几点:
3．1．1针对GIS辅助中学地理教学的理论研究有待完善
GIS传入我国是20世纪80年代末，相对发达国家较晚，而目前中学一线地理教师参与GIS教育研究较少，而且着重对GIS某一方面技术内容进行辅助地理教学的探讨缺乏，对GIS应用于中学地理教学具体手段、应用模式、应用理论等方面的缺乏深入的系统的研究和探讨。
3．1．2GIS教学平台的研发滞后、应用面不够宽
随着技术的发展，GIS软件功能是越来越强大，但是，GIS软件专业性太强，功能强大而繁杂，对中学地理教师及学生而言，操作性要求较高，界面大多是外文界面，对GIS的应用存在较大障碍，教师在教学过程中如果处理不当则极易出现“地理课”变成“上机课”、“外文课”的局面。如何研发更好的地理信息系统教学平台来辅助地理教学;这是中学地理教学需要努力研究的重要一个重要方向。
3．1．3师资短缺问题
GIS发展到今天，专业GIS软件已经较多，但这些软件过于专业化，功能比较复杂，软件使用要求较高，掌握这些地理信息系统软件对地理教师来说比较困难，学校又缺乏对教师进行GIS专业技术培训，这使得很多教师没有能力使用GIS专业软件。另外，高校师范地理教育专业开设GIS课程也是近几年才开展的，并且大部分师范院校在开设GIS课程时，并且重理论轻实践，仅仅进行理论学习和单纯的技术训练，未能根据中学教学特点来讲授GIS课程。刚从高校毕业的师范生，很少能将GIS技术很好地应用到地理教学中，同时中学中GIS相关的教学资源缺乏，愿意去研究的教师人数更是微乎其微。
3．1．4GIS数据资源问题
由于专业的GIS数据价格昂贵，适用于中学地理的GIS教学资源严重缺乏，这是对我国地理信息系统教育传播的最大制约。GIS的强大功能是利用大量的空间数据做支持的，GIS的功能就是对地理数据进行管理、分析和应用。而教师只能通过网络获取免费且少量的教学数据资源，同时作为GIS主要数据源之一的遥感数据极少是免费的，这也是限制GIS在我国中学地理教学中的推广及应用的原因之一。
3．1．5国内支持GIS辅助教学的信息化教学环境有待改善
学生的计算机水平也是制约我国GIS教育的原因之一，而由于学校的计算机教学课时偏少，特别是中学教育中，教师及学生对计算机技术的忽视导致学生计算机水平低下，专业GIS平台软件需要中学教师及学生有较高的计算机水平。另一方面，对于贫困地区的学校来说，教育资金的缺乏和教学思想陈旧也制约着我国地理信息系统教学环境的改善。
3．2我国GIS应用于中学地理教学的措施建议
针对上述我国GIS应用于中学地理教学存在的障碍，并依据我国基础教育课程改革的对信息技术改革的要求，笔者根据前人讨论意见和个人看法，提出以下几点措施建议:
3．2．1政府和教育部门加强推广GIS在中学地理教学中应用的理论和实践研究
在中学教育对GIS辅助中学地理教学的理论研究极少，适合中学地理教育的GIS平台不多，也没有适合的地理数据资源为GIS基础教育服务，中学地理教师也很少机会参加GIS培训。这些问题与我国教育部门没有推行统一的GIS基础教育计划有很大的联系。国内外的部分国家和地区对GIS应用于基础教学制定了长远的计划并投入大量的资金，并取得了很好的成绩。我国完全可以借鉴国外的推行计划和经验，并根据我国教育的实际情况，由教育主管部门、高等院校、GIS研究机构、中学地理教师共同协作，开展GIS的基础教育培训，以便推行GIS技术辅助中学地理教学。
3．2．2积极建设GIS辅助基础教学的教学资源库
GIS技术能够更好地辅助中学地理教学，教学资源是必不可少的－免费的地理数据资源、适用于中学地理教学的GIS教学平台、学校良好的GIS教学环境。目前，我国新课标已经将GIS教育增加到中学教学范畴之中，并且也在积极营造和创建相关教学环境。同时，我国中学的地理教材涉及GIS的技术大多是GIS相关的概念，编制适合我国教育实情和学生特点的GIS教材，研究和开发适合我国中学地理教学的GIS教育软件，也十分重要。在我国中西部农村地区还要加快建设多媒体教室并配备地理教学的必要软件，为我国GIS辅助中学地理教学创造良好的条件。
3．2．3加强在校地理专业师范生的GIS技能培训和在职教师的GIS技能的继续教育
教师资源也属于教学资源，教师在GIS应用于地理教学中有着很重要的作用。由上述可知，我国严重缺乏能很好的将GIS技术应用于中学地理教学的教师，那么加强GIS辅助中学地理教学的技术的培训，迫在眉睫。
参考文献:
［1］王才军．浅谈GIS在中学地理教学中的应用［J］．地理教育，2004(2):32．
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［4］马旭丹．GIS辅助地理研究性学习探究［D］．上海:华东师范大学，2009．
［5］孙婷．论高中地理教学中GIS辅助教学系统的应用［D］．西安:陕西师范大学，2013.
作者:孙德亮 张虹 李美芳 单位:重庆师范大学地理与旅游学院