基于GIS的高中地理教学模式探索

一、GIS与培养地理综合思维的适配性《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》［1］（后文简称“新课标”）提出地理学科核心素养之一“综合思维”是地理学的基本思维方法，是指将地理事物和现象看作一个整体，综合各种要素分析地理问题的思维方式和能力，包含要素综合、时空综合和区域综合三个维度，具有全面性、系统性、动态性的特点。GIS的基本功能包括数据输入与处理、数据存储与管理、空间查询与分析、制图与产品输出等，在大数据的时代背景下，传统的教学方法已经不再适应新时代地理教学需求，而利用GIS辅助地理教学正是充分利用了大数据和现代信息技术。GIS为我们提供了全新视角理解和利用地理数据，通过采集、存储、处理可视化数据综合探究分析地理问题，有利于充分培养学生地理综合思维能力。二、基于GIS构建教学模式依据新课标和GIS的功能，结合教学设计的一般步骤，构建可操作的教学模式（图1）。三、教学案例设计与实施1.確定教学主题（1）基础性分析（新课标分析）新课标［1］中明确了“农业区位因素”的内容要求：结合实例，说明农业区位因素。其包含两层含义：一是结合实例，即教学应注重案例分析法，通过具体案例引导学生沉浸式学习；二是说明农业区位因素，即引导学生综合分析农业区位因素的内容并说明其如何影响农业区位选择。（2）可行性分析（校情、师情、学情分析）学校层面：首先，学校鼓励地理教师使用GIS教学。其次，教学常规安排中对地理教师的任务量较合理，教师有足够的时间进行课前准备。最后，学校普通教室配有希沃教学一体机，也有配备专门的电脑教室，可连校园网下载各类软件和数据。教师层面：首先，教师学科专业素养较强，可以根据学生实际情况设计教学过程。其次，教师搜集资料和整理数据能力较强，能够较好地运用现代教学技术。最后，因高一下学期的教学时间较长，课时规划较充裕，可以有充足的时间进行课前准备和实践教学。学生层面：首先，教学班级学习地理的兴趣较高，愿意尝试更新颖的教学方式。其次，学生经过初中区域地理和高中必修一的学习，已初步具备“气候、地形、水源、土壤、人口、交通、土地利用”等相关知识基础。再次，学生在必修一已系统学习过GIS相关内容，为应用GIS辅助教学奠定能力基础，但是综合分析地理问题和深度探究能力还有待提高，需要教师的引导。最后，学生性格较活泼，愿意动手实践，与教师的配合程度较高。（3）适用性分析（教材分析）教学内容选自人教版高中地理（2019年版）必修二第三章第一节“农业区位因素及其变化”。本节教材内容设计了两个标题：“农业区位因素”和“农业区位因素的变化”，本文重点探究前者。“农业区位因素”分为自然因素（气候、水源、地形、土壤等）和人文因素（市场、劳动力、交通运输、政策法规等），在阐述每种因素时列举了丰富案例加以说明并配上多幅图片，最后设计活动——“分析亚洲水田农业形成的区位因素”以此综合掌握农业区位因素。教材内容分点明确，案例和图片丰富，但过多的案例会使教学变得复杂化，因此，教师选取一个案例即“赣南脐橙的区位因素”展开问题探究。教师引导学生利用GIS的叠加分析功能和可视化功能对案例的相关数据进行要素叠加分析，以此综合探究“农业区位因素”。2.确定教学目标、教学重难点和教学方法基于对新课标、校情、师情、学情、教材的分析，确定本节课的教学目标：学生能够从区域的角度分析地理环境差异性，形成空间观念，提高区域认知素养（区域认知）；学生能够根据给定材料和GIS制图，从多角度、多层次分析农业生产活动，明确农业区位因素是动态变化的，各要素之间相互联系、相互影响（综合思维）；学生开展小组合作，应用GIS制图综合分析地理问题，培养团队合作意识，提升动手实践能力（地理实践力）；进行农业区位选择时，引导学生学会尊重自然规律，协调好农业生产活动与地理环境的关系（人地协调观）。教学重难点：依据教学目标及学情特点设计教学重点为“综合分析归纳区域农业区位因素”，教学难点为“根据区域农业生产发展现状为其可持续发展提供合理性建议”。教学方法：为突破教学重难点，选择适合学生的案例分析法、小组合作探究法、问题式教学法、GIS辅助教学法、读图分析法。3.准备GIS工具及相关数据GIS工具：考虑到GIS工具要功能齐全、下载安装便利、操作简单等客观因素，最终选择利用ArcGIS桌面软件辅助地理教学。相关数据：①中国、江西省、赣州市的行政区范围数据，来自阿里云DataV.GeoAtlas地理小工具系列（https：///），下载文件为json格式，可通过mapshaper在线网站（https：///）转换为shp格式。②赣州市地形数据（DEM高程数据），来自地理空间数据云（https：//）。③赣州市气象数据包括2020年平均气温栅格数据、2020年降水量栅格数据、2015年日照时数栅格数据，来自国家地球系统科学数据中心（http：///index.html）。④赣州市河流水系数据、道路矢量数据、赣州市土壤和土地覆盖类型数据，来自中国科学院资源环境科学与数据中心（https：///）。⑤赣州市各县（市、区）人口数据、生产总值数据，来自赣州市人民政府市统计局的2022年统计年鉴（https：///zfxxgk/index.shtml）。数据处理：在相关网站和工具中获取的数据多为全国范围数据且投影与坐标系统可能不一致，因此，需要教师在课前准备时确认并调整各要素的投影、坐标系和区域范围，投影与坐标系统不一致可通过定义投影和新建地理坐标系统改为一致的，范围不一致可通过要素裁剪得出区域范围。4.基于GIS设计教学过程【环节一：课前准备】教师提前告知学生前往电脑室，组织学生分好小组，4～5人为一组围坐于圆桌，每一桌配备一台笔记本电脑，学生将电脑上安装的ArcGIS软件打开，教师将教学所需的数据传输到每台电脑桌面文件夹中。【环节二：品尝脐橙、问题导入】教师：将提前切好的脐橙分发给学生品尝，并提问激疑——赣南脐橙的味道如何？如此香甜多汁的脐橙产自哪里？学生：香甜多汁，很好吃！产自江西赣州，影响因素有很多……教师：2021年赣州脐橙产量达150.42万吨，比上年增长9.1％，总种植面积达2091.21平方千米［2］。提问——为什么赣南脐橙产量高，味道香甜？影响它的区位因素又有哪些呢？【设计意图】通过品尝脐橙充分调动学生积极性和激发学习兴趣；提问激疑，引入课题。【环节三：学生自主尝试】教师：引导学生结合课本第54～55页完成下列填空。（1）农业生产活动①概念：人們利用土地的自然生产力，以获得所需的产品。②特点：地域性、

、

。（2）农业分类按照生产对象不同，可分为“种植业、

、

、

、副业”。（3）农业区位及农业区位因素①农业区位绝对区位：农业生产所选定的地理位置。相对区位：农业生产与地理环境之间的关系。②农业区位因素：影响一定地方农业生产选择的因素，包括自然因素：

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等，人文因素：

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、资金、科技、历史等。学生：结合课本第54～55页自主完成填空：栽培植物、饲养动物、季节性、周期性、畜牧业、林业、渔业、相关地理因素、水源、土壤、地形、气候、劳动力、市场、政策法规、交通运输。【设计意图】根据课本内容填空，了解相关概念，充分调动学生主观能动性。【环节四：小结与过渡】学生完成填空后，教师展示答案，并简要过渡：在了解了农业生产活动的概念和特点、农业分类、农业区位及农业区位因素的含义后，接下来我们将从自然和人文两大方面来探究“赣南脐橙”主产区在江西赣州的区位因素。【环节五：小组合作探究“赣南脐橙主产区在江西赣州的区位因素”】自然因素——气候。教师：①利用多媒体投影展示提前录制好的制作视频，指导学生制作赣州市行政区划图，在此基础上制作赣州市年降水量分布图、年平均气温分布图和年日照时数分布图。②展示文字材料：赣南脐橙性喜温暖湿润，适合在年降水量1600毫米左右、年平均气温18℃～22℃、日照时数1200小时以上、全年无霜期280天以上的地区生长，果实成熟期昼夜温差应在10℃以上。学生：①在ArcGIS首页页面点击“添加数据”链接到桌面文件夹，将“中国、江西省、赣州市shp文件”分别添加至图层，显示各省市区县名称要素，在数据框属性里设置经纬网格网，显示经纬度，得出赣州市的经纬度位置：114°E～116°E，25°N～27°N（图2）。在了解赣州地理位置的基础上，切换至赣州市数据框添加数据——“2020年赣州市年降水量.tif”，在数据框中插入指北针、图例、比例尺、标题，导出地图，用同样的方法制作赣州市年平均气温分布图和年日照时数分布图（图3～图5）。②结合地图和文字材料分析得出赣州市属于亚热带湿润性季风气候，全年温暖湿润、光照充足，利于脐橙生长。【设计意图】学生通过应用ArcGIS制作赣州市专题地图并结合文字材料分析“气候”因素，既提升了动手实践能力，又培养了区域认知、读图提取信息和综合分析的能力。自然因素——地形、土壤。教师：①教师利用多媒体投影展示提前录制好的制作视频，指导学生制作赣州市地形图、赣州市土壤类型分布图和赣州市土地覆盖类型分布图。②展示文字材料：赣南脐橙适宜种植在背风向阳、排灌条件好的酸性土壤地区。学生：①在ArcGIS相同的数据框，关闭所有图层，在行政区划图的基础上，添加数据——“赣州市DEM高程数据”，设置美观的符号系统、更新图例、标题，导出地图（图6）。接着关闭“赣州市海拔/m”图层，添加数据——“赣州市土壤类型.tif”，设置美观的符号系统、更新图例，导出地图（图7）。用同样的方法制作赣州市土地覆盖类型分布图（图8）。②结合地图和文字材料分析得出赣州市海拔多处于200～1000m，地势起伏较大，山地丘陵面积大，背风向阳山坡多，林地多，排水条件好，且土壤以酸性红壤为主，利于脐橙种植。【设计意图】学生通过应用ArcGIS制作专题地图，并结合文字材料分析“地形、土壤”因素，既提升了动手实践能力，又培养了读图分析能力和要素综合分析能力。自然因素——水源。教师：①教师利用多媒体投影展示提前录制好的制作视频，指导学生制作赣州市水系分布图。②展示文字材料：赣江是江西省最大的河流，赣江年均流量2130m?/秒，而赣江的发源地在赣州，年降水量较多，各支流也常年水量充沛。学生：①在ArcGIS相同的数据框，关闭所有图层，在行政区划图的基础上，添加数据——“赣州市水系.shp”，显示各水系名称，设置美观的符号系统、更新图例、标题，导出地图（图9）。②结合地图和文字材料分析得出赣州市地势起伏较大，水系发达，河流众多且水量丰富，灌溉水源充足，利于脐橙种植。【设计意图】学生通过应用ArcGIS制作赣州市水系分布图，并结合文字材料分析“水源”因素，既提升了动手实践能力，又培养了要素综合分析能力。人文因素——劳动力、资金。教师：①利用多媒体投影展示提前录制好的制作视频，指导学生制作赣州市各县生产总值分布图和人口密度分布图。②展示文字材料：2022年赣州市统计年鉴［2］。结果显示，赣州常住人口约898万人，是江西省常住人口最多的地级市，常住人口城镇化率为56.35％；赣州GDP总量约4169.37亿元，比上年增长9.1％，人均GDP约4.65万元。学生：①在ArcGIS相同的数据框，关闭所有图层，打开赣州市行政区划图层，右击图层属性，点击符号系统的类别，选择唯一值“生产总值/万元”，得出“2022年赣州市各县（市、区）生产总值分布图”，显示各区县名称，更新图例、标题，导出地图（图10）。用同样的方法得出“赣州市各县人口密度分布图”（图11）。②结合地图和文字材料分析得出赣州市人口稠密，劳动力丰富且生产能力高，经济发展水平也在提升，有更多的资本投入，利于脐橙的种植。【设计意图】学生通过应用ArcGIS制作赣州市专题地图，并结合文字材料分析“劳动力、资金”因素，培养学生读图分析和要素综合分析问题能力。人文因素——交通、市场。教师：①利用多媒体投影展示提前录制好的制作视频，指导学生制作赣州市道路分布图和赣州市铁路轻轨分布图。②展示文字如下。材料一：赣州市东、南、西侧分别与福建、广东、湖南相邻。材料二：赣南脐橙肉质脆嫩、风味浓甜芳香、口感酸甜适度、营养价值非常高，富含蛋白质、钙磷铁等矿物质、胡萝卜素、维生素C，有提高免疫力、预防癌症、清肠排毒等功效。学生：①在ArcGIS相同的数据框，关闭所有图层，在行政区划图的基础上，再添加数据——“赣州市道路.shp”，更新图例、标题，导出地图（图12）。用同样的方法制作赣州市铁路轻轨分布图（图13）。②结合地图和文字材料分析得出：赣州市道路建设较完善，公路众多且京九铁路穿过，便于化肥、设备、脐橙等的运输，以及劳动者和消费者的来往；赣南脐橙肉质鲜美、营养价值高、功效强大，市场需求量大，加上区域内交通便利，有利于扩大省内外消费市场。【设计意图】学生通过应用ArcGIS制作赣州市专题地图，并结合文字材料分析“交通、市场”因素，培养读图分析、要素综合和区域综合分析问题的能力。人文因素——政策、技术。教师：展示文字如下。材料一：赣南脐橙是江西赣州特产、中国国家地理标志产品，年产量超百万吨，赣州市的种植面积居世界第一。20世纪70年代以来，赣州市委市政府提出的“兴果富民”“建设世界著名脐橙主产区”“培植超百亿元产业集群”等政策，有力推动了赣南柑橘产业的快速发展，较好促进了扶农扶贫工作的展开，柑橘果业已发展成为当地农业主导产业［3］。材料二：虽然赣南脐橙有着得天独厚的自然环境条件、种植历史悠久，但其孕育过程仍需要大量人力、资金、技术等的投入以完成育苗、栽培、成熟、采摘、售卖的各个环节。学生：①政策：赣南脐橙是中国国家地理标志产品，且市政府提出了多项政策推动柑橘产业的发展，说明有国家政策的大力支持，利于大规模种植赣南脐橙。②技术：经济发展水平在提升，有更多的资本、技术投入，加上本地种植历史悠久，有利于完成赣南脐橙种植到售卖的整个过程。【设计意图】通过小组合作，阅读文字材料分析“政策、技术”因素，培养了学生的信息提取、综合分析和团队协作能力。【环节六：小结与过渡】教师：我们通过应用GIS制作自然和人文等专题地图来辅助探究“影响赣南脐橙布局的區位因素”，得知赣州为何盛产脐橙，但要做到可持续发展，还需同学们的建言献策。【环节七：小组合作探究“赣南脐橙产业的可持续发展之路”】教师：提出问题——结合生活实际，为赣南脐橙产业的可持续发展提供合理性建议。学生：为了赣南脐橙的可持续发展，应做到科学合理种植、延长产业链、优化产业结构。例如，本地可以发展橙汁产业、橙味香水产业、旅游业等。【设计意图】通过为赣南脐橙产业的发展建言献策，引导学生关注人地关系，树立因地制宜、人地协调的可持续发展理念。【环节八：巩固练习】完成配套练习。【环节九：课堂总结及课后任务】本节课我们以赣南脐橙为例，应用GIS综合探究了农业区位因素，包括自然因素（气候、地形、水源、土壤）和人文因素（交通、劳动力、市场、政策、技术、资金），同时也思考分析了赣南脐橙产业的可持续发展之路，这为后续学习“工业、服务业区位因素及其变化”做好铺垫。请同学们课