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地理信息系統與中學地理教學
地理信息系統與中學地理教學
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      一、地理信息系統的基本概念
  地理信息系統簡稱GIS(Geographical Information System),是六十年代開始迅速發展起來的地理學研究新技術,是多種學科交叉的產物。地理信息系統是以地理空間數據庫為基礎,采用地理模型分析方法,適時提供多種空間的和動態的地理信息。即,采集編輯、存儲管理、處理分析、傳輸地理數據,以多種形式輸出數據和圖形產品,為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。其具有以下三方面特征:
  ①具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力,具有空間性和動態性。
  ②以地理研究和地理決策為目的,以地理模型方法為手段,具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力,產生高層次的地理信息。
  ③由計算機系統支持進行空間地理數據管理,并由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法,作用于空間數據,產生有用信息,完成人類難以完成的任務。計算機系統的支持是GIS的的重要特征,使GIS得以快速、精確、綜合地對復雜的地理系統進行空間定位和過程動態分析。
  地理信息系統的外觀,表現為計算機軟、硬件系統;其內涵卻是由計算機程序和地理數據組織而成的地理空間信息模型,一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統,從視覺、計量和邏輯上對地理系統從功能上進行模擬,信息的流動以及信息流動的結果,完全由計算機程序的運行和數據的變換來仿真。地理工作者可以在GIS 的支持下提取地理系統各不同側面、不同層次的空間和時間特征,也可以快速地模擬自然過程的演變或思維過程的結果,取得地理預測或“實驗”的結果,選擇優化方案,這種信息模擬是幾乎沒有什么代價的,可以避免錯誤的決策帶來的損失。
  當具有一定地理學知識的人使用地理信息系統時,他面對的就不再是毫無意義的數據,而是由空間數據組成的現實世界的一個抽象模型,它比地圖所表達的自然世界模型更為豐富和靈活,用戶可以按應用的目的觀察這個現實世界模型的各方面的內容,也可以提取這個模型所表達現象的各種空間尺度指標。更為重要的是,他可以將自然發生或思維規劃的過程加在這個數據模型之上,取得對自然過程的分析和預測的信息,用于管理和決策,這就是地理信息系統的深刻內涵。
      二、地理信息系統與中學地理教學的關系
  GIS具有數據多來源、空間多層次、更新速度快、信息深加工、 信息多時態、產品多形式、多精度需求的應用特點。當前,中學地理教學強調對學生全面素質教育,在對各種地理知識(信息)的掌握基礎上,重視學生能力的培養及地理思維方式的培養,即要求學生既具備地理知識素質,又要具備地理能力素質和地理品德素質。所謂地理能力是要求學生能運用地理知識去處理和解決所碰到的地理問題,如小到看地圖、辨方向,大到城市規劃、國土整治和區域開發等。這種能力的培養顯然要求學生要能動地吸收、掌握各種地理信息,并能將信息深入分析、重組,甚至做二次處理后再分析,常規的教學手段或一般的CAI軟件、 電教手法只能解決直觀教學、模擬演示、強化識記等問題,是難以在這一思維、認識層次上實現素質教育目的的。而GIS在此方面恰恰是特長。因此,GIS 引入中學地理教學的切入點應在于學生地理能力素質教育上。
      三、地理信息系統引入中學地理教學的方式
  從某種意義上講,GIS實際上是一種技術,以Mopinfo GIS開發工具軟件為例,它更象一個功能強大的工具。這樣一個“工具”拿到中學去,怎么用呢?筆者考慮主要在以下兩方面:
  (一)教學方法上引入GIS技術,著重培養學生地理能力素質, 優化教學信息環境。
  1.教師運用GIS對教材內容的重組和再完善, 對課堂教學結構的再優化,對學生認知結構的再開發。傳統教材和教學方式注重文字的推理和記憶,至多是對課本提供的圖幅的分析;電化教學和一般CAI 的引用使得感性化的信息大量增加,活化了學生認知,優化了課堂結構,但“從感性到理性,再從理性升華到理論、規律性認識”,這一深化過程往往還需老師用過多的語言去描述和講解,學生在這一認知段也只能憑思維想象去構筑“理性→規律性的感性”。GIS的出現, 可以幫助教師用簡捷的手法形象地展現這一思維重組、理性升華的認知過程,這無疑會使課堂結構的優化上升到一個新層次,也使教師對教材結構的開發重組進入一個新境界,從而使學生認知水平的再提高成為可能。例如:在高中地理第二章,講到全球多雨帶、少雨帶分布與實際干濕地區的分布關系時,往往從全球氣壓帶、風帶分布入手,通過投影、板圖或計算機動畫演示,標示出三圈環流的存在,再從近地面垂直氣流上升、下降狀況得出多雨帶、少雨帶的分布。(如右欄圖)
  附圖G328c03.JPG
  此過程形象、生動,學生印象深。繼而聯系全球各地太陽輻射(蒸發)狀況,講干濕地區的分布,引導學生思考降水量和蒸發量的對比關系,得出結論:①少雨并不一定是干燥地區,反之亦然。②干濕劃分要看此地區蒸發與降水差異。從而形成當今世界干濕地區分布。這一過程老師講述,學生思考仍感困難。借助Mopinfo 提供的圖層控制和數據合成、專題圖制作功能,教師可以很快利用世界地圖及各地區降水、蒸發狀況數據庫,繪出一張“全球各大洲(或某些區域)降水與蒸發柱狀(或餅狀)對比圖”,再覆合上雨帶分布圖,學生一目了然。
  2.開發學生“探究式”學習方式,培養學生更高層次的地理素質。“探究式”學習是當前正在嘗試的一種學生主體式學習方式,其目的是充分發揮學生的主動性,體現其在學習過程中的主體地位,同時充分體現老師的主導作用的一種新的課堂教學方式。傳統的信息資源提供方式早已不能適用于這種學習過程,運用多媒體開發軟件,將圖、文、聲、像集成,以高質量、高密度的特點,通過計算機與學生人機對話提供給學生,使“探究式”學習的課堂信息流通量大增。但這種信息的提供方式局限性在于,它僅是一種高質、高量的信息查詢,類似于電子課本、電子地圖、電子資料素材庫,學生只能讀出內容,然后仍需在紙上做簡單的手工記錄和信息加工。雖然體現學習進度的主動性,但在學習深度上,受信息提供方式以及處理、加工手段的限制,主體性實際上并未充分發揮, 怎樣才能使學生達到真正意義上的自由主動的學習呢? 運用GIS來提供學習信息、學習素材, 甚至可以提供一些老師已開發好的圖件,起引導作用,讓學生利用信息庫中的空間、屬性數據庫內容,自主開發,自由馳聘,從而使有限的學習素材,通過GIS和學生的大腦, 成為無限的學習天地,學生的智力在這種學習環境下將得到充分發揮。形成如下結構:即學生與教材和GIS構成學習過程的主體和客體, 而教師在整個學習過程中對主客體之間的信息交流加以指導和幫助。學生在這一結構中享有充分自主權。(如下圖)
  附圖G328c04.JPG
  (二)教學內容上適時適度引入GIS知識, 體現信息時代地理學的最新面貌,培養學生學習地理的熱情,端正對地理學的認識。
  中學地理教材雖幾經修訂、新編,仍未能充分體現現代地理學關于地理系統空間和過程的定量綜合分析這一最重要特征。地理空間是地理學永恒的主題,地理信息與其他信息的根本區別就在于其強烈的空間特征。現代地理學將空間分布與時間過程相結合,探求地理實體的空間分布格局及其成因和發展規律。這一系統思想在中學地理教學內容中應更多地體現,特別是在人文地理、經濟地理的某些章節之中。如高中《地理》下冊,有關工業、農業、人口和城市等內容,學生在分析這些地理事物的空間分布特征、時間變化規律時,可以適當接受現代地理信息系統知識中的有關知識,認識到地理信息、地理數據的特殊性,以及人們對這些信息、數據進行各種綜合處理、仿真模擬的意義等。再如,在初中地理遙感一節的介紹中,也可引入利用GIS處理有關信息的知識。
      四、地理信息系統引入中學地理教學的教學設計實例
  從MopinfoGIS工具軟件為例,運用大屏幕投影顯示。
  課題:高中地理下冊 第八章第四節
  “因地制宜,適當集中,發揮地區優勢”
  教學過程設計:
  A、運用Mopinfo,順序調用《中國地形》、《中國氣溫》、《中國降水》三個圖層,使學生認識到我國自然條件南北、東西差異大,所以各地必須因地制宜發展農業。
       ↓
  B、建立區域性專業化生產基地。 調用各省近年糧產數據制成直方或餅圖,展現、實出糧產大省。再打開地形圖層復合、分析產糧①自然條件。
       ↓
  C、關閉前兩圖層,打開商品糧基地圖,分別標注名稱, 并調用每個基地近十年糧產以專題圖形式,展現,分析各基地②增產潛力發展趨勢。
       ↓
  D、調用相應的人口資料,計算各基地人均產量。 從專題圖層顯示,得出哪區③糧食商品率高。
       ↓
  E、總結我國幾大產糧基地及商品糧基地的建設條件。上述①②③
       ↓
  F、進一步可調用某一基地其他背景材料,分析其工、 農業發展的相互關系、布局原則、資源配置、工業布局及發展方向等(這些均是高中地理所要求)……糧、棉、油料、糖、經濟作物的生產、分布以此類推。
  當然,GIS提供給我們的圖形處理方式是多樣的,對于不同專題,完全可以采用不同的方式去實現。其他類似的專題在中學地理教學中還有很多,如資源問題、人口問題、區域地理教學等。
  需要說明的一點是,GIS引入中學地理教學要有兩個前提, 一是硬設備要達標,二是師生計算機軟件應用水平。筆者所在學校硬件水平完全可以達到,學生中也有近一半以上有家用電腦,且配置不低,個別學生軟件開發水平,甚至網上功夫相當高。因此,為GIS 進課堂提供了可能性。在師生共同參與下,還有可能進行更深入的系統開發,這無疑是中學地理教學或GIS在中學發展的一個較光明前景。
  
  
  
地理教學滬13~15G32中學歷史、地理教學李奕19981998北京二中 李奕 作者:地理教學滬13~15G32中學歷史、地理教學李奕19981998
2013-09-10 20:50

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