“3S”空間信息技術(shù)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：21世紀(jì)是空間信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，“3S”空間信息技術(shù)不但廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)生產(chǎn)、軍事、政治、經(jīng)濟(jì)等各領(lǐng)域，也已經(jīng)成為中學(xué)地理基礎(chǔ)教育學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，而“3S”空間信息技術(shù)在輔助中學(xué)地理教學(xué)中的作用亦越來(lái)越大。本文對(duì)“3S”空間信息技術(shù)在地理教學(xué)中的問(wèn)題進(jìn)行了論述，并提出了“3S”空間信息技術(shù)在當(dāng)前中學(xué)地理教育應(yīng)用的建議。

關(guān)鍵詞：地理教學(xué)；“3S”；空間信息技術(shù)

在現(xiàn)代生活中，信息與空間位置有關(guān)的服務(wù)處處皆是?！?S”的應(yīng)用在區(qū)域化和全球化的同時(shí)，已滲透到各行各業(yè)，涉及千家萬(wàn)戶，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。3S空間信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，不但改變了傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、更新和使用的方式，而且已演變?yōu)橐婚T新興的現(xiàn)代空間信息科學(xué)，并被廣泛地應(yīng)用于地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)等領(lǐng)域，且成為人們生活和生產(chǎn)中必不可少的技術(shù)工具。在高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)把“3S”技術(shù)內(nèi)容納入必修的地理課程內(nèi)容范圍，并把它列為七大地理選修模塊課程之一?！?S”技術(shù)不僅作為學(xué)習(xí)內(nèi)容引入中學(xué)地理課程，還可與其他信息化教學(xué)技術(shù)手段綜合應(yīng)用于中學(xué)地理教學(xué)。將“3S”技術(shù)內(nèi)容應(yīng)用于高中地理課堂，將會(huì)對(duì)中學(xué)地理教育的目標(biāo)、教材、教法、學(xué)法、學(xué)生綜合素質(zhì)、空間思維能力的培養(yǎng)等方面帶來(lái)深刻的影響。

一、 “3S”空間信息技術(shù)概述

“3S”空間信息技術(shù)是指遙感技術(shù)（Remote Sensing）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）的總稱，是對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)中空間信息獲取、存貯、管理、更新、分析和應(yīng)用的技術(shù)總稱。

（一） 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是一種近現(xiàn)代的高效能的信息采集技術(shù)。其主要利用高空或外層空間的各種運(yùn)載平臺(tái)，依靠可見(jiàn)光、紅外、微波和激光等光學(xué)、電子和電子光學(xué)的電磁波探測(cè)儀器或傳感器，通過(guò)攝影或掃描、信息感應(yīng)，接受從物體輻射、反射和散射的電磁波信號(hào)，以圖像膠片和數(shù)據(jù)磁帶記錄下來(lái)，傳送到地面站，經(jīng)過(guò)后期加工，從中提取對(duì)地表過(guò)程的信息，再結(jié)合地面物體的光譜特性，識(shí)別研究地面目標(biāo)的類型、空間位置、變化過(guò)程及其與環(huán)境的相互關(guān)系與變化規(guī)律。

（二） 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是收集、存儲(chǔ)、檢索、分析空間數(shù)據(jù)并提供決策支持的系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、空間信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和用戶端組成，通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、檢索、操作和分析，生成并輸出各種有用信息，從而為國(guó)土管理、自然資源評(píng)價(jià)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、城市管理等提供快速?zèng)Q策的服務(wù)。

（三） 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)是一種高精度、全天候和全球性的無(wú)線電導(dǎo)航、定位和授時(shí)系統(tǒng)。世界上第一個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國(guó)從1973年開(kāi)始實(shí)施的GPS系統(tǒng)。2007年4月14日，我國(guó)發(fā)射第1顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星起至今，陸續(xù)發(fā)射35顆導(dǎo)航衛(wèi)星，組成雙向的，既有定位又有通信的北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，與美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的格羅納斯系統(tǒng)、歐盟的伽利略系統(tǒng)并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

二、 3S空間信息技術(shù)與中學(xué)地理教學(xué)

（一） 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

國(guó)際上，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，將“3S”空間技術(shù)內(nèi)容運(yùn)用到中學(xué)地理教學(xué)中已經(jīng)成為趨勢(shì)。如美國(guó)，GIS教育在美國(guó)的中、小學(xué)教育中已經(jīng)相當(dāng)普及。美國(guó)國(guó)家地理協(xié)會(huì)（Association of American Geographers）、美國(guó)地理工作者聯(lián)合會(huì)（AAG）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和ESRI公司等聯(lián)合推出旨在讓年輕一代了解GIS技術(shù)的“GIS日”。主要的地學(xué)（如USGS）和空間科學(xué)部門（如NASA）網(wǎng)站，專門開(kāi)辟面向中學(xué)教學(xué)的科普板塊，提供教學(xué)和實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)材料及技術(shù)指導(dǎo)。世界知名3S軟件公司ESRI公司為了普及GIS在美國(guó)中學(xué)地理教學(xué)中的運(yùn)用，免費(fèi)向教師發(fā)布了大量利用GIS輔助地理教學(xué)的教學(xué)課件及案例；在歐洲、澳洲及亞洲的日本，均有面向高中教師及學(xué)生的免費(fèi)GIS軟件、培訓(xùn)、競(jìng)賽或科普活動(dòng)。另外，國(guó)外一些知名虛擬地球商業(yè)、科研軟件如Google earth、 Worldwind功能強(qiáng)大、應(yīng)用簡(jiǎn)單、信息量大，其三維地形、歷史地圖、氣象云圖、海洋海底地貌、月球地貌、火星地貌等模塊可直接應(yīng)用于地理課堂。與國(guó)外相比，我國(guó)的GIS基礎(chǔ)教育起步較晚。2003年頒布的《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確要求將“3S”空間技術(shù)內(nèi)容納入教學(xué)內(nèi)容。但由于地理教育者的認(rèn)識(shí)不夠、技術(shù)弱、平臺(tái)功能不強(qiáng)等原因，“3S”空間技術(shù)運(yùn)用于地理教學(xué)并沒(méi)有引起足夠的重視，還處于剛剛起步階段。

（二） “3S”空間技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中的輔助作用

中科院已故院士陳述彭曾說(shuō)過(guò)：“如果說(shuō)地圖是地理學(xué)的第二代語(yǔ)言，那么地理信息系統(tǒng)就是地理學(xué)的第三代語(yǔ)言?！痹趥鹘y(tǒng)地理教學(xué)中，地圖是必不可少的教學(xué)工具，但是紙質(zhì)地圖作為基本地理語(yǔ)言，一直面臨地圖信息老化、過(guò)時(shí)、內(nèi)容缺失、理解抽象等問(wèn)題，而地理信息系統(tǒng)可以完美解決以上問(wèn)題。以ESRI公司的ArcGIS軟件為例，其具有界面友好、易學(xué)易用、數(shù)據(jù)格式通用等優(yōu)點(diǎn)。例如在自然資源內(nèi)容授課時(shí)，教師可通過(guò)國(guó)土部門數(shù)據(jù)共享獲取各歷史時(shí)期森林資源分布數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心下載的城市、公路、鐵路、國(guó)界、地形等圖層。在ArcGIS軟件中，將上述數(shù)據(jù)制作成中國(guó)森林資源分布及動(dòng)態(tài)變化的專題地圖。通過(guò)專題渲染在地圖上顯示數(shù)據(jù)，可以清楚直觀地看出中國(guó)森林資源的分布特征和變化趨勢(shì)。通過(guò)此圖，學(xué)生可以直觀地了解我國(guó)森林資源面臨的問(wèn)題。地形地貌分析是地理學(xué)中最基本的技能，而地形圖解析能力亦是地理教學(xué)的重點(diǎn)，也是高考中常見(jiàn)的內(nèi)容。地理信息系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大的地形分析、展示功能，可以較好地將各種地形特征直觀顯示給學(xué)生，例如ArcGIS軟件具有DEM（數(shù)字高程模型）三維顯示功能，還有專門作地形分析的ArcGlobe、 Arcsence模塊，通過(guò)三維顯示地形模型，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直觀形象。遙感（RS）技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中用處極廣，可廣泛地應(yīng)用于輔助教學(xué)，提高教學(xué)效果。以北方常見(jiàn)的霧霾和沙塵暴問(wèn)題為例，利用霧霾和沙塵暴發(fā)生時(shí)期的遙感影像（如MODIS數(shù)據(jù)），幫助學(xué)生了解霧霾和沙塵暴的發(fā)生、發(fā)展和影響范圍。在講授城市環(huán)境、區(qū)域或全球生態(tài)問(wèn)題中，可以借助遙感影像（如Landsat數(shù)據(jù)）幫助學(xué)生了解城市熱島效應(yīng)、城市綠地格局、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)分布，以提高學(xué)生宏觀觀察、分析能力。GPS在中學(xué)地理教學(xué)中，應(yīng)用不如GIS和RS廣泛，但是，GPS的使用已經(jīng)是現(xiàn)代社會(huì)的一部分，車載GPS和手機(jī)導(dǎo)航已經(jīng)被廣泛使用。在日常地理教學(xué)中，教師可向?qū)W生普及基礎(chǔ)GPS定位原理和簡(jiǎn)單的GPS使用方法，教導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的GPS定位、導(dǎo)航等功能，尤其是利用手持GPS配合地形圖，進(jìn)行定向越野等活動(dòng)，對(duì)學(xué)生理解地形解讀、培養(yǎng)空間思維有著傳統(tǒng)課堂教學(xué)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

三、 3S空間信息技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中面臨的問(wèn)題

（一） 中學(xué)地理教育對(duì)“3S”空間技術(shù)的重視程度

盡管2003年頒布的《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：“新的高中地理課程在必修、選修模塊中必須介紹有關(guān)3S（RS，GIS，GPS）的知識(shí)，這是課程內(nèi)容本身的要求?！钡趯?shí)際中學(xué)地理教學(xué)中，對(duì)“3S”空間技術(shù)運(yùn)用于地理教學(xué)并沒(méi)有引起教育者足夠的重視。部分“3S”空間技術(shù)授課內(nèi)容被設(shè)定為選修或自修，而往往迫于高考的壓力，大部分的學(xué)?；緦?duì)于選修課少開(kāi)或者不開(kāi)，即使開(kāi)設(shè)課程也大多敷衍了事。學(xué)生又疲于應(yīng)付高考科目的作業(yè)、考試，沒(méi)有時(shí)間和精力學(xué)習(xí)選修課程，“3S”教學(xué)并沒(méi)有落在實(shí)處。

（二） 中學(xué)地理教師對(duì)“3S”空間技術(shù)的掌握程度

地理教師的自身素質(zhì)也是制約利用“3S”空間技術(shù)輔助中學(xué)教學(xué)的重要因素之一。掌握“3S”空間技術(shù)需要完整的空間知識(shí)體系和較強(qiáng)的信息技術(shù)，需要長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)過(guò)程，這給地理教師掌握“3S”空間技術(shù)帶來(lái)一定難度。而“3S”空間技術(shù)在我國(guó)中學(xué)地理教育中的應(yīng)用才剛剛起步，目前的中學(xué)地理教師，除了從已開(kāi)設(shè)“3S”課程大學(xué)畢業(yè)的年輕地理教師具備一定的“3S”空間技術(shù)能力外，大部分中學(xué)地理教師的“3S”空間技術(shù)較弱，因此能夠勝任“3S”空間技術(shù)教學(xué)的中學(xué)地理教師還占少數(shù)。

（三） 缺乏“3S”空間技術(shù)所需的軟硬件環(huán)境

在“3S”空間技術(shù)要求方面，除對(duì)中學(xué)地理教師有較高要求外，學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平也是利用“3S”空間技術(shù)輔助地理教學(xué)的基礎(chǔ)。而在實(shí)際教學(xué)中，由于對(duì)中學(xué)地理課程傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的偏見(jiàn)，加上專職計(jì)算機(jī)教師和基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)知識(shí)的缺乏，使得部分學(xué)校學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平無(wú)法得到提高，“3S”空間技術(shù)應(yīng)用則亦受到一定限制。在軟件環(huán)境方面，目前仍缺乏適合于中學(xué)地理教學(xué)的GIS軟件，目前比較常用的GIS軟件主要有ESRI公司的ArcGIS系列產(chǎn)品、Map Info公司的Map Info系列產(chǎn)品以及國(guó)內(nèi)的MapGIS、 SuperMAP、 Geostar和開(kāi)源QGIS等軟件。但這些軟件均是價(jià)格昂貴，其價(jià)格遠(yuǎn)超過(guò)單個(gè)學(xué)?；蚪處熑后w的購(gòu)買能力，另外由于這些軟件系統(tǒng)過(guò)于龐大，缺少針對(duì)中學(xué)地理教學(xué)相應(yīng)內(nèi)容的模塊和幫助文檔。此外，國(guó)內(nèi)大量的地理空間數(shù)據(jù)均掌握在行政管理部門和科研單位，由于缺乏數(shù)據(jù)共享和公開(kāi)的機(jī)制，高精度、時(shí)效性強(qiáng)的共享空間數(shù)據(jù)乏善可陳，可獲取的空間數(shù)據(jù)無(wú)不是精度低、時(shí)效性差，而軟件自帶的示例數(shù)據(jù)難以滿足課堂教學(xué)。沒(méi)有空間數(shù)據(jù)，“3S”空間技術(shù)在地理教育中的作用就成了空談和無(wú)米之炊。

四、 建議與結(jié)論

我國(guó)應(yīng)該借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，由相關(guān)教育主管部門、“3S”空間技術(shù)公司、高等院校以及中學(xué)加強(qiáng)合作，共同推行“3S”空間技術(shù)基礎(chǔ)教育。在軟件平臺(tái)方面，國(guó)內(nèi)的“3S”空間技術(shù)公司，如MapGIS、 SuperMAP、天地圖等，盡快開(kāi)發(fā)適合于中學(xué)生學(xué)習(xí)的國(guó)產(chǎn)“3S”軟件及硬件產(chǎn)品，并與教育部門合作，編寫與軟件功能相對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)教材，提供實(shí)驗(yàn)案例和對(duì)應(yīng)課堂教學(xué)的空間數(shù)據(jù)。在中學(xué)地理教師空間知識(shí)方面，加強(qiáng)“3S”空間技術(shù)開(kāi)發(fā)公司與中學(xué)建立伙伴關(guān)系，向中學(xué)教師提供“3S”空間理論培訓(xùn)和技術(shù)支持，系統(tǒng)地對(duì)中學(xué)地理教師進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)與培訓(xùn)。在空間數(shù)據(jù)方面，由教育主管部門創(chuàng)建專門為基礎(chǔ)地理教育使用“3S”技術(shù)而設(shè)計(jì)的交流網(wǎng)站，提供共享空間數(shù)據(jù)、數(shù)字地圖、教學(xué)案例、學(xué)習(xí)資料和“3S”軟件的統(tǒng)一平臺(tái)。

總之，在“3S”空間技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，空間信息已經(jīng)融入到我們生活的方方面面，傳統(tǒng)地理教育正經(jīng)歷歷史性變革，“3S”空間技術(shù)將在中學(xué)地理教學(xué)中扮演著日益重要的角色，給中學(xué)地理教育軟、硬平臺(tái)增添了新的生機(jī)和挑戰(zhàn)。中學(xué)地理教師應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)了解“3S”空間技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然科學(xué)、國(guó)際動(dòng)態(tài)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，要掌握“3S”空間技術(shù)的最新成果及前沿動(dòng)態(tài)，并要不斷學(xué)習(xí)并掌握“3S”信息技術(shù)，在新課改中更好地運(yùn)用“3S”空間技術(shù)，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的需求。

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作者簡(jiǎn)介：孫玥，吉林省長(zhǎng)春市，長(zhǎng)春市十一高中。