基于GIS的中學(xué)地理教學(xué)模式研究

徐勁林

摘要 地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展，推動著傳統(tǒng)的教學(xué)模式逐漸向現(xiàn)代教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。在總結(jié)各種GIS應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)中學(xué)生自主性程度和GIS應(yīng)用程度的差異，分別構(gòu)建了情境化、探究式學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和自主型學(xué)習(xí)四種基于GIS的中學(xué)地理教學(xué)模式，闡明了各模式的實施程序，給出了相應(yīng)的教學(xué)實例作為參考，并指出各種模式所適用的范圍和要求。

關(guān)鍵詞 中學(xué)地理教學(xué)模式 GIS

GIS是地理信息系統(tǒng)（Geographic Informationsystem）的簡稱。它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，以多種形式輸出數(shù)據(jù)和圖形產(chǎn)品的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。利用GIS可對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。

GIS在中學(xué)地理教學(xué)方面的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。它不僅已經(jīng)成為中學(xué)地理教材的一部分內(nèi)容，還經(jīng)常應(yīng)用于平時的課堂教學(xué)、課后練習(xí)和課外活動，不斷影響和改變著中學(xué)地理教學(xué)的教學(xué)目的、教學(xué)程序、教學(xué)手段，及至教育思想與觀念，促進(jìn)了教學(xué)模式的改變。

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論教學(xué)設(shè)計的原則和學(xué)習(xí)自主性程度的不同，可將基于GIS的教學(xué)模式分為以下幾類：情境化教學(xué)模式、探究式學(xué)習(xí)模式、研究性學(xué)習(xí)模式和自主型學(xué)習(xí)模式。

一、基于GIS的情境化教學(xué)模式

建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)真實情境的創(chuàng)設(shè)，認(rèn)為這是“意義建構(gòu)”的必要前提。因此，創(chuàng)設(shè)的情境越真實，越有趣味性，體驗感越強(qiáng)，就越能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用GIS軟件當(dāng)中的虛擬現(xiàn)實和可視化等功能可以實現(xiàn)對現(xiàn)實情境的真實模擬，從而實現(xiàn)對地理情境的再造、復(fù)現(xiàn)或模擬，使學(xué)生身臨其境；另一方面也可通過GIS加入一些游戲互動環(huán)節(jié)，增強(qiáng)情境的趣味性。學(xué)生在對情境的體驗、觀察、互動和分析過程中逐漸理解和掌握相關(guān)知識，由此形成基于GIS的情境化教學(xué)模式。

情境化教學(xué)大致分為5個步驟，如圖1。以“等高線地形圖”這一知識點為例，理解等高線形態(tài)與地勢高低、坡度陡緩的關(guān)系以及在等高線圖上識別山峰、山谷、山脊、鞍部與陡崖等地形部位是這一知識點的難點。根據(jù)這一難點可確立“創(chuàng)設(shè)立體地形模型場景”這一主題，再通過選擇合適的素材來創(chuàng)設(shè)情境。比如可以尋找現(xiàn)有的等高線地形圖進(jìn)行數(shù)字化，也可以在GIS中自行繪制二維等高線并賦予高程值，形成數(shù)字化的等高線地形圖。利用該數(shù)據(jù)創(chuàng)建三角網(wǎng)數(shù)據(jù)，就能建立數(shù)字高程模型，從而創(chuàng)設(shè)立體化的地形模型場景。在情境呈現(xiàn)環(huán)節(jié)，可引導(dǎo)學(xué)生對山體模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、色彩變換和調(diào)整視點，學(xué)生就能夠快速參與到情境的復(fù)現(xiàn)活動中。這時教師再順勢指導(dǎo)學(xué)生將等高線疊加于山體模型之上，讓學(xué)生觀看等高線的投影過程，理解等高線的形成過程。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行剖面線分析、坡度坡向分析及各地形部位的辨識等，從而總結(jié)出等高線與地形部位和坡度之間的關(guān)系，解決難點。

基于GIS的情境的教學(xué)較適用于形象具體的地理事物、原理和過程的學(xué)習(xí)。通過GIS創(chuàng)設(shè)具備動態(tài)性、可控性和互動性的場景，使學(xué)生容易接受，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。該模式對創(chuàng)設(shè)者的要求可高可低，創(chuàng)設(shè)的場景越逼真、越細(xì)膩、互動性越強(qiáng)，對地理信息技術(shù)和課堂的把控能力要求也就越高。

二、基于GlS的探究式學(xué)習(xí)模式

探究式學(xué)習(xí)是教師圍繞某一主題，為學(xué)生提供多種形式的材料，讓學(xué)生對這些材料進(jìn)行閱讀、歸納、假設(shè)、推理、驗證、評價從而獲取知識的過程。材料的有效呈現(xiàn)和分析是這個過程的關(guān)鍵。GIS具備良好的地圖圖層和屬性數(shù)據(jù)庫管理功能以及地圖查詢、制作功能，可為教師提供形象、直觀的圖文素材；同時也具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計和地圖分析功能，可幫助學(xué)生進(jìn)行深入的材料分析。因此，GIS在這兩個關(guān)鍵方面都具備優(yōu)勢，能夠構(gòu)建基于GIS的探究式學(xué)習(xí)模式。

探究式學(xué)習(xí)大致分為4個步驟，如圖2。以“世界陸地自然帶的分布”這一知識點為例，建立氣候、土壤、植被與自然帶的聯(lián)系，理解世界自然帶的分布規(guī)律是這一知識點的重點。可根據(jù)這個主題先準(zhǔn)備世界陸地自然帶的分布圖、世界氣候分布圖、世界土壤、植被分布圖等紙質(zhì)材料；再對這些紙質(zhì)的地圖材料進(jìn)行掃描，在GIS軟件當(dāng)中進(jìn)行矢量化，確保各個圖層在數(shù)據(jù)庫中能夠準(zhǔn)確疊合，并輸入與圖相對應(yīng)的自然帶、氣候、植被、土壤名稱等的屬性數(shù)據(jù)，添加相關(guān)的地圖要素，從而制作出符合主題的專題地圖。呈現(xiàn)材料時，可先演示GIS的一些簡單功能，再拋出若干問題讓學(xué)生利用這些功能進(jìn)行探究。問題的設(shè)置應(yīng)由淺入深，如可先引導(dǎo)學(xué)生對各圖層進(jìn)行隱藏、顯示、調(diào)節(jié)透明度等操作，直觀感受各要素的分布關(guān)系；再引導(dǎo)學(xué)生把地圖放大到某一區(qū)域讓學(xué)生辨別局部區(qū)域的異同。最后教師再進(jìn)行正確操作，讓學(xué)生認(rèn)識進(jìn)一步深化。

基于GIS的探究式學(xué)習(xí)比較適合有豐富圖文素材、特別是較多地圖素材的教學(xué)內(nèi)容。利用GIS進(jìn)行探究時，要避免讓學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜的操作，將過多的注意力放在軟件上，所以教師要實時觀察，及時排除學(xué)生在軟件操作上的困難，引導(dǎo)學(xué)生利用好GIS工具進(jìn)行有效分析，才能得到較佳的教學(xué)效果。

三、基于GIS的研究性學(xué)習(xí)模式

研究性學(xué)習(xí)模式與探究式學(xué)習(xí)模式具有一定的相似性，都需要學(xué)生對材料進(jìn)行分析。不同之處在于研究性學(xué)習(xí)模式的材料由教師提供，而研究性學(xué)習(xí)模式則要求學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題并通過實驗、社會調(diào)查和野外考察等途徑收集、整理、分析材料，最后呈現(xiàn)結(jié)論。在研究性學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以利用GIS的地理空間數(shù)據(jù)錄入、分析和呈現(xiàn)功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、材料整理和成果表達(dá)。因此，GIS完全可以成為研究性學(xué)習(xí)的有力工具，形成基于GIS的研究性學(xué)習(xí)模式。

研究性學(xué)習(xí)大致分為4個步驟，如圖3。在確定主題時除要考慮與所學(xué)知識點相對應(yīng)外，還要充分考慮主題的可行性。如果實施有難度，教師要建議學(xué)生改變選題或研究角度。也可先給出若干可行選題讓學(xué)生自選，保證研究性學(xué)習(xí)任務(wù)能按時完成。比如“人口分布狀況與城市功能區(qū)分布的關(guān)系”這一選題雖好，但可行性不足。可建議學(xué)生從各功能區(qū)人流量人手進(jìn)行調(diào)查。再如“學(xué)校周邊商店分布規(guī)律”比較貼進(jìn)中學(xué)生的生活，具有可行性。當(dāng)確定主題后，學(xué)生可以以小組為單位，分工協(xié)作、整體配合完成研究任務(wù)。有的同學(xué)可以到校外對商店進(jìn)行定位，調(diào)查各商店銷售的商品類型和營業(yè)規(guī)模等情況；有的同學(xué)可以在校內(nèi)運用GIS軟件進(jìn)行分布圖的制作、材料整理與錄入等工作。在分析材料環(huán)節(jié)有時需要應(yīng)用GIS當(dāng)中的緩沖分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析以及各種插值計算等功能。教師可在選題前先介紹這些內(nèi)容，讓學(xué)生了解各功能的用途、特點，以便使選定的主題更具可行性。在最后的小組匯報交流環(huán)節(jié)，教師可鼓勵學(xué)生應(yīng)用GIS的專題地圖制作功能導(dǎo)出規(guī)范、漂亮的圖表，加以精彩解說，讓他們感受成功，培養(yǎng)競爭意識。

基于GIS的研究性學(xué)習(xí)適用于有多個并列知識點的教學(xué)內(nèi)容，且這些知識點較貼近學(xué)生生活。該模式對學(xué)生的自學(xué)能力有較高的要求，有些研究方法需要學(xué)生利用課外時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以教師在整個過程中要注意加強(qiáng)和學(xué)生的溝通，幫助學(xué)生解決軟件操作上的障礙，保持較高興趣。

四、基于GIS的自主型學(xué)習(xí)模式

自主型學(xué)習(xí)模式是讓學(xué)生自己選擇學(xué)習(xí)方法和策略，而教師只對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行針對性的個別輔導(dǎo)。該模式的關(guān)鍵是建立一個滿足學(xué)生不同學(xué)習(xí)需求的自主學(xué)習(xí)平臺，且該平臺必須具備操作簡單易懂、內(nèi)容資料豐富、形式新穎趣味、可修改拓展、可定制打包等特點。GIs具有較強(qiáng)的二次開發(fā)功能和數(shù)據(jù)庫管理功能，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合能夠組建一個較好的自主學(xué)習(xí)平臺，為構(gòu)建基于GIs的自主型學(xué)習(xí)模式提供基礎(chǔ)。

自主型學(xué)習(xí)大致分為4個環(huán)節(jié)，如圖4。在主題引入環(huán)節(jié)可以通過GIS軟件進(jìn)行開發(fā)，制作優(yōu)美的平臺界面吸引學(xué)生注意力。如在學(xué)習(xí)某地區(qū)區(qū)域地理時，可安排一些跟該區(qū)域有關(guān)的熱點文字、精美有趣的圖片或者網(wǎng)絡(luò)熱門小視頻放置于平臺界面，激發(fā)學(xué)生興趣。在自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)材料的組織可分為向?qū)?、問題解決式兩種。向?qū)绞窃诿總€或多個節(jié)點給出不同選擇，學(xué)生根據(jù)興趣定制不同的學(xué)習(xí)路徑或形式。問題解決式則是呈現(xiàn)較多材料給學(xué)生，并提出一些問題，學(xué)生可通過查找資源或利用軟件提供的工具對材料進(jìn)行分析，解答問題。如采用向?qū)Ｊ綄^(qū)域地理的知識內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，可先用地圖呈現(xiàn)該區(qū)域的地理位置。學(xué)生找到位置點擊后，界面跳出該區(qū)域氣候、地形地貌、人口、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)土人情等知識點鏈接。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣點，選擇要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)每個知識點時，可安排相應(yīng)的練習(xí)或問題，且設(shè)置一些問題與其他他知識點相關(guān)聯(lián)，互動交流環(huán)節(jié)一方面是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到困難時向教師請教，或教師根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的完成度對學(xué)生進(jìn)行針對性輔導(dǎo)；另一方面是在分小組學(xué)習(xí)前提下，學(xué)生之間對主題進(jìn)行討論和分工協(xié)作。學(xué)生在完成學(xué)習(xí)后，還應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的測試或成果評價。教師可將測試的結(jié)果和講解顯示于軟件界面，讓學(xué)生及時了解知識掌握的程度并進(jìn)行錯誤分析；也可以根據(jù)所學(xué)知識點的難易度和時間安排，將最后環(huán)節(jié)設(shè)計為成果展示，讓學(xué)生自己呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自主性。

基于GIS的自主型學(xué)習(xí)比較適合于區(qū)域地理的學(xué)習(xí)。該模式當(dāng)中學(xué)生的自主性最強(qiáng)，也有利于教師因材施教。但對教師或平臺制作者的要求非常高，即教師不僅要具備軟件二次開發(fā)和信息收集、整理和修改等信息技術(shù)能力，還要有專業(yè)的地理學(xué)科素養(yǎng)，能夠在平臺中組織好材料。因此平臺的建設(shè)最好采取團(tuán)隊開發(fā)的形式進(jìn)行。

基于GIs的各種教學(xué)模式適用于不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)情境，對教師和學(xué)生的要求也不一樣。因此，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活運用適宜的教學(xué)方法。

[責(zé)任編輯 王穎]