基于興趣小組的中學(xué)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)嘗試

謝勇

引言：

在信息化高速發(fā)展的今天，人們對(duì)信息系統(tǒng)并不陌生，在各種各樣的管理信息系統(tǒng)，咨詢服務(wù)系統(tǒng)，專家決策系統(tǒng)在時(shí)刻不停的為人們提供規(guī)劃，管理，決策和事務(wù)處理，極大的提高人們的工作效率。人們?nèi)粘Ｊ褂玫男畔⒅?0%以上地理信息。地理信息系統(tǒng)（GIS）正是這種以處理地理空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。

一、國(guó)內(nèi)外 GIS 入門教育現(xiàn)狀

GIS 剛出現(xiàn)時(shí)就逐步向人們普及 GIS 基礎(chǔ)知識(shí)和教育，1994年，美國(guó)制定了“生活化的地理學(xué)”國(guó)家地理標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)始了對(duì)于 GIS 基礎(chǔ)教育的肯定。隨后便召開(kāi)了首屆 GIS 在教育上應(yīng)用的會(huì)議，著手實(shí)施Mapping Our City計(jì)劃，該計(jì)劃試圖利用 GIS 技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生借助GIS 技術(shù)將這些問(wèn)題可視化并尋找解決方案，最終達(dá)到在青少年中普及 GIS 知識(shí)，同時(shí)提高中學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的雙重目的。20 世紀(jì) 90 年代初， 英國(guó)的地理信息協(xié)會(huì)的年會(huì)?？?，已經(jīng)有文章從不同的方面討論將 GIS 引入學(xué)校教育。如今，英國(guó)中小學(xué)各個(gè)不同年級(jí)的地理課程中，都已開(kāi)展不同程度的 GIS 教育。

2017年4月，我國(guó)教育部修訂、頒布了《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，在必修地理中人教版教材，在必修三第一章第二節(jié)中有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，作為地理信息技術(shù)運(yùn)用的一個(gè)考點(diǎn)。國(guó)內(nèi)很多地理工作者，長(zhǎng)期以來(lái)大聲呼吁，在將GIS教學(xué)納入中學(xué)地理教學(xué)中，南京師范大學(xué)地理科學(xué)院湯國(guó)安教授及其所在江蘇省理事會(huì)，每年投入大量的資金，對(duì)高中地理骨干老師進(jìn)行GIS培訓(xùn)，希望能將 GIS 教學(xué)在高中開(kāi)展起來(lái)。但由于高考的壓力，進(jìn)行GIS 教學(xué)投入的時(shí)間和精力又較多，加上軟硬件條件的限制，長(zhǎng)期以來(lái)在學(xué)校很難開(kāi)展。

二、地理信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)與地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

在這一次的高考改革中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的核心素養(yǎng)，在地理學(xué)科教學(xué)中，突出四大學(xué)科素養(yǎng)“人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知、地理實(shí)踐力”。

1、地理信息系統(tǒng)主要功能是分析處理地理空間數(shù)據(jù)，對(duì)政府決策提供科學(xué)的證據(jù)，對(duì)不斷出現(xiàn)的人口、資源、環(huán)境問(wèn)題得到更好解決方案，尊重自然規(guī)律，科學(xué)的發(fā)展觀是人地協(xié)調(diào)基礎(chǔ)，讓學(xué)生理解人地協(xié)調(diào)的必要性和可行性，形成尊重自然、和諧發(fā)展的態(tài)度。同是地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，要考慮到地理事象的多方面影響因素，最后得出科學(xué)的結(jié)論，是對(duì)學(xué)生綜合思維能力培養(yǎng)。

2、從“空間-區(qū)域”的維度探尋地球表面復(fù)雜多樣性的潛在空間秩序、空間規(guī)律是區(qū)域認(rèn)知的基本意涵。地理信息系統(tǒng)被稱為地理學(xué)科的第三語(yǔ)言。地理空間數(shù)據(jù)獲取就是區(qū)域認(rèn)知的過(guò)程，地理信息系統(tǒng)中空間分析過(guò)程中（如緩沖區(qū)分析，網(wǎng)絡(luò)分析），讓學(xué)生對(duì)區(qū)域認(rèn)知理解更加深入。

3.“地理實(shí)踐力”是地理的四大核心素養(yǎng)之一，地理實(shí)踐力是在地理實(shí)踐活動(dòng)中表現(xiàn)出來(lái)的意志品質(zhì)和行為動(dòng)力，其中重要一項(xiàng)是收集和處理地理信息的能力，運(yùn)用 GIS 技術(shù)處理現(xiàn)實(shí)的各種熱點(diǎn)問(wèn)題，正是地理信息系統(tǒng)技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)所在。在中學(xué)進(jìn)行地理信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)，可以成為充分落實(shí)地理核心素養(yǎng)的重要手段之一。

三、地理信息系統(tǒng)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)思路

新的高考評(píng)價(jià)體系要求高中學(xué)生要有研究性學(xué)習(xí)課程和社團(tuán)課的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，在學(xué)校通過(guò)社團(tuán)課的形式，基于興趣小組進(jìn)行地理信息系統(tǒng)教學(xué)，利用免費(fèi)的ArcView軟件，筆者進(jìn)行了有益的嘗試。

本課程主要能項(xiàng)目教學(xué)，完成一個(gè)小型地理信息系統(tǒng)的建立，使其具備簡(jiǎn)單的顯示，查詢，輸出的功能，最后學(xué)生通過(guò)完成項(xiàng)目之后，自主建立一個(gè)信息系統(tǒng)。

1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容

江蘇省13個(gè)大市的人口，土地，經(jīng)濟(jì)的信息查詢系統(tǒng)。

2.實(shí)施過(guò)程

（1）收集江蘇省13個(gè)大市的地圖數(shù)據(jù)。

（2）利用ArcView軟件完成13個(gè)大市地圖數(shù)據(jù)的數(shù)字化，并且精度要達(dá)區(qū)縣級(jí)。這個(gè)過(guò)程用時(shí)較長(zhǎng)，學(xué)生要熟悉軟件過(guò)程，操作建立地理空間數(shù)據(jù)的一般方法。為學(xué)生日后自己制作地理信息系統(tǒng)作準(zhǔn)備。

（3）收集各個(gè)區(qū)縣的人口、土地類型、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值，并將數(shù)據(jù)數(shù)字化，制作成屬性數(shù)據(jù)，并且與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，形成信息系統(tǒng)。

（4）對(duì)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單查詢，輸入為各種專題地圖和統(tǒng)計(jì)圖表。至此項(xiàng)目完成。

（5）學(xué)生自主建立信息統(tǒng)計(jì)（如方言系統(tǒng)、美食系統(tǒng)，氣候系統(tǒng)等）

3.課程評(píng)價(jià)

過(guò)程性評(píng)價(jià)和終端評(píng)價(jià)相相結(jié)合。以平時(shí)的出勤和操作的完成情況，記錄平時(shí)成績(jī)占50%，最終完成了項(xiàng)目作為終端評(píng)價(jià)的占20%，自建信息系統(tǒng)占30%。

四、地理信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)之一

1. ArcView軟件簡(jiǎn)介，ArcView是美國(guó)ESRI的GIS產(chǎn)品，是桌面地理信息系統(tǒng)典型代表，可以在桌面系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立屬性和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、和三維分析，使原來(lái)極為專業(yè)的地理系統(tǒng)軟件，變以相當(dāng)普遍實(shí)用的應(yīng)用軟件，普通的消費(fèi)者也可以進(jìn)行地理信息系統(tǒng)的通識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.以地理實(shí)踐教學(xué)的入門課為例。

【教學(xué)目標(biāo)】

（1）熟悉ArcView軟件。

（2）學(xué)會(huì)輸入地圖數(shù)據(jù)，并學(xué)會(huì)新建自己的地圖數(shù)據(jù)。

（3）學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，并進(jìn)行簡(jiǎn)單查詢。

【教學(xué)重點(diǎn)】

（1）學(xué)會(huì)輸入地圖數(shù)據(jù)，并進(jìn)行地理坐標(biāo)配準(zhǔn)

（2）學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的柵格圖數(shù)字化，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)

【教學(xué)過(guò)程】

1）自主學(xué)習(xí)熟悉ArcView軟件，學(xué)生打開(kāi)軟件，建立工程項(xiàng)目和工程文件所在文件夾和設(shè)置臨時(shí)文件。項(xiàng)目是ArcView處理和操作的基本對(duì)象，在ArcView中用戶只能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)操作。項(xiàng)目通過(guò)項(xiàng)目工程文件進(jìn)行項(xiàng)目管理和操作，主要包括視圖（View）、表格、圖表、圖版和腳本。本研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要集中在前四個(gè)，腳本涉及到計(jì)算機(jī)編程，對(duì)中學(xué)生能要求太高。

2）學(xué)生學(xué)會(huì)加載矢量數(shù)據(jù)，ArcView的Shape文件，是這ArcView的特有有數(shù)據(jù)格式，用于存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，Shape文件一般是通過(guò)繪圖操作即普通圖紙的數(shù)字化過(guò)程，逐步建立的。本研究性學(xué)習(xí)的主要過(guò)程就是通過(guò)江蘇省13個(gè)大市的地圖的數(shù)字化，建立正相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，讓學(xué)生體驗(yàn)地理信息系統(tǒng)主要功能和形成過(guò)程，從而加深對(duì)地理信息系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在視圖中加載Shape文件。

3）學(xué)生學(xué)會(huì)新建自習(xí)的 Shape 文件， Shape 文件文件的主要類型有點(diǎn)（points）表示點(diǎn)狀數(shù)據(jù)，如城市、港口，采樣點(diǎn)等，主要記錄點(diǎn)狀數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)。線狀數(shù)據(jù)（arcs），如道路，河流，航線等和面狀數(shù)據(jù)（多邊形 polygons）表達(dá)由指定邊界封閉起來(lái)的區(qū)域。首先在主題中新建主題，出現(xiàn)類型窗口， 選擇相應(yīng)的類型，并保存到指定的位置。

4）表格數(shù)據(jù)的操作，簡(jiǎn)單的查詢和排序。

【教學(xué)后記】

本節(jié)課以熟悉 ArcView 軟件操作，讓學(xué)生了解地理信息系統(tǒng)的工作原理，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)查詢輸出。以軟件操作為主，學(xué)生的電腦操作水平和英語(yǔ)能力各有不同，在上課過(guò)程表現(xiàn)不同。有的同學(xué)很快上手，有的同學(xué)則比較困難。在后面社團(tuán)課選人的時(shí)候需要酌情考慮。

在學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)階段，學(xué)生們表現(xiàn)出對(duì)地理信息系統(tǒng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)表格的操作，簡(jiǎn)單的查詢。不同的學(xué)生輸出了自己喜歡的格式，還有的同學(xué)利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)查詢世界人口，查找人口超過(guò) 1 億的國(guó)家，在地圖上顯示。還有的同學(xué)為了達(dá)到想要的顯示結(jié)果，主要向老師請(qǐng)教，同學(xué)之間相互討論，不停的進(jìn)行軟件操作上的嘗試，自主進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。