遙感技術(shù)與GIS在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用研究

衛(wèi)建文 涂杰楠

摘? ?要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)與GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）的發(fā)展，將新興技術(shù)應(yīng)用到中學(xué)地理教學(xué)中，對(duì)學(xué)生在地理學(xué)科思維的培養(yǎng)、地理問題興趣的激發(fā)和地理技能的實(shí)踐等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞? 遙感技術(shù)? GIS? 中學(xué)地理教學(xué)

地理學(xué)的主要目的為研究地球表層的物質(zhì)組成及其與人類的相互作用關(guān)系[1]。在中學(xué)地理人教版必修教材中，地表形態(tài)的闡述幾乎分布在每個(gè)章節(jié)中，除對(duì)地形地貌直接描述，大氣環(huán)境、天氣系統(tǒng)、水循環(huán)、洋流分布、自然災(zāi)害和人類活動(dòng)等幾乎所有方面均受到地形地貌的影響[2-3]。因此，在地理教學(xué)中，地形相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)是地理課程的基礎(chǔ)，需要學(xué)生直觀、全面、深入的掌握，而地理空間思維的培養(yǎng)要求地理課程的教學(xué)地點(diǎn)也不應(yīng)僅限于課堂中，還應(yīng)該在戶外對(duì)各種現(xiàn)象進(jìn)行直接觀察和學(xué)習(xí)。但現(xiàn)有教學(xué)體制在時(shí)間和經(jīng)費(fèi)上不允許教師和學(xué)生進(jìn)行大量實(shí)地觀察，傳統(tǒng)教材和教學(xué)方法也主要以二維平面圖片為主，對(duì)于地形地貌的三維形態(tài)進(jìn)行深入展示的素材較為匱乏，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)與GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）的發(fā)展，將新興技術(shù)應(yīng)用到中學(xué)地理教學(xué)中，對(duì)學(xué)生在地理學(xué)科思維的培養(yǎng)、地理問題興趣的激發(fā)和地理技能的實(shí)踐等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

一、遙感技術(shù)與GIS

遙感技術(shù)可快速獲取地球表面信息，GIS則可對(duì)其進(jìn)行分析和研究[4-5]，且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速進(jìn)步，遙感數(shù)據(jù)的時(shí)間、空間和光譜分辨率得到大幅提高，GIS在專業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，專業(yè)軟件包括ArcGIS、QGIS等，民用軟件包括Google Earth、ArcGIS Earth等，民用軟件相對(duì)來說容易上手，用戶界面友好、顯示直觀、操作簡單、資源豐富，Google Earth作為遙感技術(shù)與三維GIS結(jié)合的典范，已經(jīng)有多篇論文對(duì)其在地理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[6-8]。1994年，美國國家地理協(xié)會(huì)聯(lián)合美國國家地理教育委員會(huì)等，一起制定了美國的國家地理課程標(biāo)準(zhǔn)，即《生活中的地理：國家地理標(biāo)準(zhǔn)》（Geographyfor Life：National Geography Standards 1994），為地理教學(xué)的實(shí)施提供了詳細(xì)的指導(dǎo)綱領(lǐng)[9-10]，明確闡述學(xué)生所學(xué)的應(yīng)是在生活中能夠應(yīng)用的地理，表明地理教學(xué)須從提出、獲取、整理、分析和回答地理問題等方面培養(yǎng)地理技能。遙感與GIS已經(jīng)深入地滲透到美國中學(xué)地理的教學(xué)中，為教師進(jìn)行地理教學(xué)提供了輔助支持，培養(yǎng)了學(xué)生的地理空間思維與地理核心技能[7]。

二、遙感技術(shù)與GIS結(jié)合的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

遙感影像為衛(wèi)星從空中拍攝的圖像，是地表最為直觀的展示手段，而眼睛所接收的信息最為直觀和深刻，通過對(duì)人體五官獲取知識(shí)的比率進(jìn)行分析，表明視覺獲取知識(shí)比例可達(dá)83%，通過遙感圖像來進(jìn)行地理教學(xué)是學(xué)生高效獲取知識(shí)的途徑[11]。

目前地理教學(xué)中的地物主要以文字描述和素描圖或圖片方式展示，其動(dòng)態(tài)變化的特征則幾乎無法顯示，但在地理教學(xué)中，地理教材與紙質(zhì)圖冊(cè)內(nèi)容具有滯后性，部分地物的快速變化難以在教材中體現(xiàn)，而衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有更新速度快、獲取范圍廣等特點(diǎn)，能夠反映地表物體的快速變化。

傳統(tǒng)地理教學(xué)主要依靠地理教材、教師口述和“三板”教學(xué)（即板書、版圖、版畫）為主，地理教學(xué)中所呈現(xiàn)的對(duì)象均為二維平面，在一定程度上降低了對(duì)學(xué)生三維空間思維能力的培養(yǎng)，而Google Earth等軟件均可呈現(xiàn)三維地形地貌，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣，加深學(xué)生對(duì)地理要素的印象，提高地理教學(xué)效果。目前，已有研究對(duì)遙感和GIS在地理教學(xué)中的應(yīng)用做了較為深入的研究[1，6-8，11-12]，但遙感影像在地理教學(xué)應(yīng)用的深度和廣度上仍有較大提升空間，本文采用多期次、多角度、多數(shù)據(jù)源的影像對(duì)不同尺度地球表面物體進(jìn)行展示和分析，為其在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用提供思路和應(yīng)用案例。

三、遙感與GIS在地理教學(xué)中的應(yīng)用

1.地形地貌的展示

人教版高中《地理》（一）第四章“地表形態(tài)的塑造”中，在描述地球內(nèi)力作用時(shí)說明地表巖層在受到內(nèi)力作用時(shí)會(huì)發(fā)生水平位移和彎曲變形，在地表形成長的斷裂和巨大的褶皺山脈，而垂直運(yùn)動(dòng)使巖層發(fā)生大規(guī)模的隆起和凹陷，內(nèi)力作用在地表形成大陸、洋底、山脈和盆地等。但并未匹配相關(guān)圖片，學(xué)生對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)難以直觀理解，但利用遙感影像則可以對(duì)上述地貌進(jìn)行直觀展示。Google Earth收集了全球低中高分辨率的遙感影像，對(duì)于不同類型、不同尺度的地貌均能夠較好地展示，如圖1所示。

圖1能夠十分直觀地展示地球內(nèi)力作用造成的地殼運(yùn)動(dòng)從而改變了地表形態(tài)，包括（a）珠穆朗瑪峰的不同視角、（b）由于印度板塊對(duì)于歐亞板塊碰撞形成隆起的念青唐古拉山和納木錯(cuò)的巨大差異、（c）新疆塔里木盆地西北側(cè)天山山脈地層清晰的褶皺與斷裂、（d）云南紅河州蒙自盆地的形態(tài)。上述直觀的展示方式不僅能夠使得學(xué)生對(duì)不同地貌有直觀的認(rèn)識(shí)和深刻的印象，在Google Earth中還可以讓學(xué)生自己進(jìn)行探索，對(duì)照教材瀏覽更多的地貌類型，增加學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣。

2.地理教學(xué)中地質(zhì)災(zāi)害的展示

地質(zhì)災(zāi)害是在地球內(nèi)外作用耦合作用下對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅的一種自然現(xiàn)象，包括地震、滑坡、崩塌和泥石流等。大型地質(zhì)災(zāi)害往往造成十分重大的損失和破壞，社會(huì)關(guān)注非常密切，例如2008年汶川地震，遙感影像可以非常直觀地展示出災(zāi)后崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的嚴(yán)重程度，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中亦能夠結(jié)合實(shí)際對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行掌握。

從圖2中a、b幅和c、d幅的對(duì)比能夠直觀地看到汶川地震對(duì)地球表面破壞的嚴(yán)重程度，映秀鎮(zhèn)西北側(cè)約100km2的區(qū)域由于汶川地震誘發(fā)大面積的滑坡和崩塌，其破壞的嚴(yán)重程度可直接在遙感影像中反映。在2006年底該區(qū)域基本全部被植被覆蓋，汶川地震后，2008年底遙感圖像顯示區(qū)域發(fā)生大量滑坡崩塌，表面大面積巖土體出露，在遙感影像中呈亮黃色。汶川縣下索橋區(qū)域河流兩岸亦發(fā)生大量崩塌滑坡，地表破壞十分嚴(yán)重，巖土體大量裸露，學(xué)生能夠十分直觀地看到由于地震帶來的大面積嚴(yán)重的災(zāi)害，增加學(xué)生對(duì)地質(zhì)災(zāi)害和地震帶來破壞的直觀認(rèn)識(shí)。