地理信息系统与中学地理教学

文件 dl0024.doc 科目 地理 标题 地理信息系统与中学地理教学 出处 地理教学 199801 作者 李奕 内容 地理信息系统与中学地理教学地理信息系统与中学地理教学 北京二中 李奕 一、地理信息系统的基本概念 地理信息系统简称 GIS（Geographical Information System） ，是六十年代开始迅速发展起 来的地理学研究新技术，是多种学科交叉的产物。地理信息系统是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，为地理研究和地理决策服务的 计算机技术系统。其具有以下三方面特征： 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素 综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理 分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。计算机系统的支持 是 GIS 的的重要特征，使 GIS 得以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和 过程动态分析。 地理信息系统的外观，表现为计算机软、硬件系统；其内涵却是由计算机程序和地理数 据组织而成的地理空间信息模型，一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统，从视觉、计量 和逻辑上对地理系统从功能上进行模拟，信息的流动以及信息流动的结果，完全由计算机程 序的运行和数据的变换来仿真。地理工作者可以在 GIS 的支持下提取地理系统各不同侧面、 不同层次的空间和时间特征，也可以快速地模拟自然过程的演变或思维过程的结果，取得地 理预测或“实验”的结果，选择优化方案，这种信息模拟是几乎没有什么代价的，可以避免 错误的决策带来的损失。 当具有一定地理学知识的人使用地理信息系统时，他面对的就不再是毫无意义的数据， 而是由空间数据组成的现实世界的一个抽象模型，它比地图所表达的自然世界模型更为丰富 和灵活，用户可以按应用的目的观察这个现实世界模型的各方面的内容，也可以提取这个模 型所表达现象的各种空间尺度指标。更为重要的是，他可以将自然发生或思维规划的过程加 在这个数据模型之上，取得对自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理 信息系统的深刻内涵。 二、地理信息系统与中学地理教学的关系 GIS 具有数据多来源、空间多层次、更新速度快、信息深加工、 信息多时态、产品多 形式、多精度需求的应用特点。当前，中学地理教学强调对学生全面素质教育，在对各种地 理知识（信息）的掌握基础上，重视学生能力的培养及地理思维方式的培养，即要求学生既 具备地理知识素质，又要具备地理能力素质和地理品德素质。所谓地理能力是要求学生能运 用地理知识去处理和解决所碰到的地理问题，如小到看地图、辨方向，大到城市规划、国土 整治和区域开发等。这种能力的培养显然要求学生要能动地吸收、掌握各种地理信息，并能 将信息深入分析、重组，甚至做二次处理后再分析，常规的教学手段或一般的 CAI 软件、 电教手法只能解决直观教学、模拟演示、强化识记等问题，是难以在这一思维、认识层次上 实现素质教育目的的。而 GIS 在此方面恰恰是特长。因此，GIS 引入中学地理教学的切入 点应在于学生地理能力素质教育上。 三、地理信息系统引入中学地理教学的方式 从某种意义上讲，GIS 实际上是一种技术，以 Mopinfo GIS 开发工具软件为例，它更象 一个功能强大的工具。这样一个“工具”拿到中学去，怎么用呢？笔者考虑主要在以下两方 面： （一）教学方法上引入 GIS 技术，着重培养学生地理能力素质， 优化教学信息环境。 1.教师运用 GIS 对教材内容的重组和再完善， 对课堂教学结构的再优化，对学生认知 结构的再开发。传统教材和教学方式注重文字的推理和记忆，至多是对课本提供的图幅的分 析；电化教学和一般 CAI 的引用使得感性化的信息大量增加，活化了学生认知，优化了课 堂结构，但“从感性到理性，再从理性升华到理论、规律性认识” ，这一深化过程往往还需 老师用过多的语言去描述和讲解，学生在这一认知段也只能凭思维想象去构筑“理性规律 性的感性” 。GIS 的出现， 可以帮助教师用简捷的手法形象地展现这一思维重组、理性升华 的认知过程，这无疑会使课堂结构的优化上升到一个新层次，也使教师对教材结构的开发重 组进入一个新境界，从而使学生认知水平的再提高成为可能。例如：在高中地理第二章，讲 到全球多雨带、少雨带分布与实际干湿地区的分布关系时，往往从全球气压带、风带分布入 手，通过投影、板图或计算机动画演示，标示出三圈环流的存在，再从近地面垂直气流上升、 下降状况得出多雨带、少雨带的分布。 （如右栏图） 附图 此过程形象、生动，学生印象深。继而联系全球各地太阳辐射（蒸发）状况，讲干湿地 区的分布，引导学生思考降水量和蒸发量的对比关系，得出结论：少雨并不一定是干燥地 区，反之亦然。干湿划分要看此地区蒸发与降水差异。从而形成当今世界干湿地区分布。 这一过程老师讲述，学生思考仍感困难。借助 Mopinfo 提供的图层控制和数据合成、专题 图制作功能，教师可以很快利用世界地图及各地区降水、蒸发状况数据库，绘出一张“全球 各大洲（或某些区域）降水与蒸发柱状（或饼状）对比图” ，再覆合上雨带分布图，学生一 目了然。 2.开发学生“探究式”学习方式，培养学生更高层次的地理素质。 “探究式”学习是当 前正在尝试的一种学生主体式学习方式，其目的是充分发挥学生的主动性，体现其在学习过 程中的主体地位，同时充分体现老师的主导作用的一种新的课堂教学方式。传统的信息资源 提供方式早已不能适用于这种学习过程，运用多媒体开发软件，将图、文、声、像集成，以 高质量、高密度的特点，通过计算机与学生人机对话提供给学生，使“探究式”学习的课堂 信息流通量大增。但这种信息的提供方式局限性在于，它仅是一种高质、高量的信息查询， 类似于电子课本、电子地图、电子资料素材库，学生只能读出内容，然后仍需在纸上做简单 的手工记录和信息加工。虽然体现学习进度的主动性，但在学习深度上，受信息提供方式以 及处理、加工手段的限制，主体性实际上并未充分发挥， 怎样才能使学生达到真正意义上 的自由主动的学习呢？ 运用 GIS 来提供学习信息、学习素材， 甚至可以提供一些老师已 开发好的图件，起引导作用，让学生利用信息库中的空间、属性数据库内容，自主开发，自 文档 文档 由驰聘，从而使有限的学习素材，通过 GIS 和学生的大脑， 成为无限的学习天地，学生的 智力在这种学习环境下将得到充分发挥。形成如下结构：即学生与教材和 GIS 构成学习过 程的主体和客体， 而教师在整个学习过程中对主客体之间的信息交流加以指导和帮助。学 生在这一结构中享有充分自主权。 （如下图） 附图 （二）教学内容上适时适度引入 GIS 知识， 体现信息时代地理学的最新面貌，培养学 生学习地理的热情，端正对地理学的认识。 中学地理教材虽几经修订、新编，仍未能充分体现现代地理学关于地理系统空间和过程 的定量综合分析这一最重要特征。地理空间是地理学永恒的主题，地理信息与其他信息的根 本区别就在于其强烈的空间特征。现代地理学将空间分布与时间过程相结合，探求地理实体 的空间分布格局及其成因和发展规律。这一系统思想在中学地理教学内容中应更多地体现， 特别是在人文地理、经济地理的某些章节之中。如高中地理下册，有关工业、农业、人 口和城市等内容，学生在分析这些地理事物的空间分布特征、时间变化规律时，可以适当接 受现代地理信息系统知识中的有关知识，认识到地理信息、地理数据的特殊性，以及人们对 这些信息、数据进行各种综合处理、仿真模拟的意义等。再如，在初中地理遥感一节的介绍 中，也可引入利用 GIS 处理有关信息的知识。 四、地理信息系统引入中学地理教学的教学设计实例 从 MopinfoGIS 工具软件为例，运用大屏幕投影显示。 课题：高中地理下册 第八章第四节 “因地制宜，适当集中，发挥地区优势” 教学过程设计： A、运用 Mopinfo，顺序调用中国地形 、 中国气温 、 中国降水三个图层，使学 生认识到我国自然条件南北、东西差异大，所以各地必须因地制宜发展农业。 B、建立区域性专业化生产基地。 调用各省近年粮产数据制成直方或饼图，展现、实 出粮产大省。再打开地形图层复合、分析产粮自然条件。 C、关闭前两图层，打开商品粮基地图，分别标注名称， 并调用每个基地近十年粮产 以专题图形式，展现，分析各基地增产潜力发展趋势。 D、调用相应的人口资料，计算各基地人均产量。 从专题图层显示，得出哪区粮食 商品率高。 E、总结我国几大产粮基地及商品粮基地的建设条件。上述 F、进一步可调用某一基地其他背景材料，分析其工、 农业发展的相互关系、布局原 则、资源配置、工业布局及发展方向等（这些均是高中地理所要求）粮、棉、油料、糖、 经济作物的生产、分布以此类推。 当然，GIS 提供给我们的图形处理方式是多样的，对于不同专题，完全可以采用不同的 方式去实现。其他类似的专题在中学地理教学中还有很多，如资源问题、人口