中學(xué)GIS教育實(shí)施的困境與對(duì)策

劉文新 崔東

摘要如何通過GIS教育夯實(shí)地理核心素養(yǎng)已成為各國(guó)高中地理課改的重點(diǎn)任務(wù)。然而，我國(guó)當(dāng)前的中學(xué)GIS教育面臨缺少適用軟件、缺乏教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、教師GIS應(yīng)用能力薄弱、地理課程設(shè)置不合理，以及課堂教學(xué)時(shí)間限制等諸多問題。為此，應(yīng)當(dāng)高度重視GIS教育，合力開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的中學(xué)GIS教育軟件，積極探索GIS適用的地理課程資源，努力提升地理教師的培養(yǎng)和培訓(xùn)工作，以此在課程實(shí)施層面整體推動(dòng)GIS教育落地生根。

關(guān)鍵詞 中學(xué)GIS教育 中學(xué)地理教學(xué) GIS

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.21.053

Difficulties and Countermeasures of Implementation of GIS Education in Middle School

LIU Wenxin， CUI Dong

（College of Biological and Geographical Sciences， Yili Normal University， Yining， Xinjiang， 835000）

AbstractHow to consolidate the core literacy of geography through GIS education has become the key task of geography curriculum reform in high schools in all countries. However， the current GIS education in middle schools in China is faced with many problems， such as the lack of applicable software， the lack of teaching database， the weak GIS application ability of teachers， the unreasonable geography curriculum setting， and the limitation of classroom teaching time. Therefore， we should attach great importance to GIS education， jointly develop middle school GIS education software suitable for China’s national conditions， actively explore the geography curriculum resources applicable to GIS， and strive to improve the training and training of geography teachers， so as to promote the implementation of GIS education in the curriculum.

KeywordsGIS education in middle school； middle school geography teaching； GIS

1引言

1.1 GIS與中學(xué)GIS教育

GIS（Geographic Information System）是一套通過收集、存儲(chǔ)、檢索、轉(zhuǎn)換和顯示現(xiàn)實(shí)世界中的空間數(shù)據(jù)以達(dá)到特定目的的工具。[1]自20世紀(jì)60年代加拿大科學(xué)家Tomlinson R提出GIS的概念以來，GIS被廣泛應(yīng)用到土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。[2]伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GIS在國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要的作用，在日常生活中也得到廣泛的應(yīng)用。陳述彭院士認(rèn)為GIS是地理學(xué)的第三代語(yǔ)言，作為空間信息交流與傳遞的基本工具，正在改變著人們對(duì)于地理世界的認(rèn)識(shí)與空間信息的交流方式，[3]并為地理學(xué)和地理學(xué)科的發(fā)展帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。

GIS作為一種新型的教育信息通信技術(shù)（ICT）和新型教學(xué)工具，有利于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)習(xí)得和智能發(fā)展。大量學(xué)者對(duì)GIS在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用開展了廣泛的研究，GIS在地理教育方面的育人價(jià)值得到廣泛認(rèn)識(shí)。GIS教育（GIS Education）可以劃分為學(xué)習(xí)GIS（learn about GIS）和利用GIS學(xué)習(xí)（learn with GIS）兩個(gè)層次。[4]學(xué)習(xí)GIS以學(xué)習(xí)GIS技術(shù)為核心，注重GIS使用相關(guān)技能的掌握；利用GIS學(xué)習(xí)側(cè)重于利用GIS開展地理學(xué)習(xí)和解決現(xiàn)實(shí)生活中的地理問題，注重于地理知識(shí)的習(xí)得和地理空間思維的培養(yǎng)。美國(guó)是第一個(gè)在中學(xué)開展GIS教育的國(guó)家，1994年美國(guó)國(guó)家地理課程標(biāo)準(zhǔn)《生活化的地理》第一次將GIS納入大學(xué)預(yù)科教育，并倡導(dǎo)在中小學(xué)地理教學(xué)中利用GIS開展地理探究活動(dòng)等，[5]以培養(yǎng)學(xué)生的地理技能和空間思維。然而，GIS在中學(xué)地理教學(xué)中的普及率仍然很低。2003年，2003年，Kerski的研究表明GIS在美國(guó)的中小學(xué)中并未得到廣泛應(yīng)用，只有極少數(shù)的地理教師能夠利用GIS開展地理教學(xué)活動(dòng)。[6]Bednarz指出對(duì)缺乏地理教師GIS教育相關(guān)培訓(xùn)以及缺乏相關(guān)的課程資源等因素是主要的限制因素。[7]

1.2中學(xué)GIS教育與地理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)

目前，我國(guó)正在各學(xué)段積極推進(jìn)基于學(xué)科核心素養(yǎng)的課程與教學(xué)改革，通過對(duì)中學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)而落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。創(chuàng)新的地理教學(xué)方法是新課程的特征之一，也是培養(yǎng)中學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。新課程將GIS作為重要的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)工具引入中學(xué)地理教學(xué)，并強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式以及地理實(shí)踐活動(dòng)等對(duì)中學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)的重要性。將GIS作為重要的地理教學(xué)工具和研究工具，有利于新一輪課程改革理念在中學(xué)地理教學(xué)中落實(shí)，并為在地理教學(xué)開展自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等教學(xué)方式注入新鮮活力。同時(shí)，也為開展調(diào)查、考察等地理實(shí)踐活動(dòng)提供技術(shù)支持。

回顧一些發(fā)達(dá)國(guó)家中學(xué)GIS教育發(fā)展歷程，我們發(fā)現(xiàn)國(guó)外中學(xué)GIS教育的開展并不是一帆風(fēng)順，目前依舊處在對(duì)中學(xué)GIS教育的不斷探索之中。我國(guó)也早在2003年頒布的《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》首次將GIS作為重要的教學(xué)內(nèi)容添加到高中地理課程，并要求中學(xué)生能夠了解GIS軟件、學(xué)會(huì)利用GIS查詢、分析等相關(guān)操作以及利用GIS繪制專題地圖等。我國(guó)中學(xué)GIS教育已經(jīng)過十幾年的發(fā)展，大量學(xué)者進(jìn)行了積極的探索。然而，我國(guó)目前中學(xué)GIS教育現(xiàn)狀依舊不容樂觀，很少有中學(xué)地理教師能夠有效利用GIS開展教學(xué)活動(dòng)，廣大中學(xué)地理教師利用GIS開展教學(xué)活動(dòng)依舊是困難的。如何在中學(xué)階段利用GIS開展地理教學(xué)活動(dòng)以培養(yǎng)中學(xué)地理學(xué)科核心素養(yǎng)，是當(dāng)前中學(xué)地理教育亟待解決的重要問題。本文結(jié)合一些發(fā)達(dá)國(guó)家中學(xué)GIS教育開展的經(jīng)驗(yàn)和我國(guó)中學(xué)地理教育實(shí)際，分析和探討我國(guó)中學(xué)GIS教育實(shí)施的困境與對(duì)策，旨在通過有效在中學(xué)階段開展GIS教育，落實(shí)培養(yǎng)中學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

2我國(guó)中學(xué)GIS教育面臨的主要障礙

2.1缺少適合中學(xué)地理教學(xué)的GIS軟件

從國(guó)外中學(xué)GIS教育成功經(jīng)驗(yàn)來看開發(fā)專門為中學(xué)生學(xué)習(xí)使用的GIS軟件是開展中學(xué)GIS教育的關(guān)鍵因素。例如，美國(guó)的AEJEE（Arc Explorer Java Education Edition）軟件、德國(guó)的Diercke GIS軟件、芬蘭的PaikkaOppi軟件以及日本的MANDARA軟件等。從國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究來看，國(guó)內(nèi)鮮有專門為中學(xué)地理教學(xué)而開發(fā)的GIS軟件。在中學(xué)教學(xué)主要使用的GIS軟件主要有兩類：一類是以ArcGIS、ArcView為代表的桌面GIS軟件，具有強(qiáng)大的制圖功能和分析功能。但是，ArcGIS是為專門從事科研、規(guī)劃、商業(yè)等專業(yè)人士開發(fā)的，專業(yè)性、技術(shù)性太強(qiáng)，即使是專業(yè)人士也需要長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練和實(shí)踐才能有效地使用。對(duì)廣大中學(xué)地理教師和學(xué)生來說使用難度較大，學(xué)習(xí)軟件需要花費(fèi)較多的教學(xué)時(shí)間，并且大部分學(xué)校都無法承受ArcGIS軟件昂貴的費(fèi)用。因此，ArcGIS軟件并不適合在中學(xué)地理教學(xué)中使用。另一類是基于網(wǎng)絡(luò)軟件（即WebGIS），例如，Map Quest、圖行天下、Google Earth等。相比桌面GIS軟件來說，WebGIS軟件訪問空間數(shù)據(jù)更容易，操作難度低，大部分師生通過簡(jiǎn)單訓(xùn)練后均可使用，但缺少像ArcGIS具備的某些高級(jí)分析或地理處理功能，不利于學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

2.2地理教師GIS素養(yǎng)薄弱

地理教師的GIS素養(yǎng)主要包括GIS教學(xué)意識(shí)、GIS專業(yè)知識(shí)、空間數(shù)據(jù)的收集和處理能力、GIS教學(xué)素材的整理能力、基于GIS的教學(xué)設(shè)計(jì)能力以及基于GIS的教學(xué)實(shí)施能力等。教師的GIS素養(yǎng)保證中學(xué)GIS教育開展的先決條件，也是基于GIS教學(xué)實(shí)施的重要保證。以芬蘭為例，芬蘭歷來注重教師教育，獲得碩士學(xué)位是成為中學(xué)地理教師必備條件，[8]所以，芬蘭的地理教師都具有較高的地理素養(yǎng)和GIS素養(yǎng)，這對(duì)其順利開展GIS教育具有重要的意義。我國(guó)絕大多數(shù)地理教師都具有學(xué)士學(xué)位，部分地理教師具有碩士、博士學(xué)位。全國(guó)絕大多數(shù)師范院校地理科學(xué)本科生GIS課程采用理論課程和實(shí)踐課程相結(jié)合的模式。理論課程包括GIS、遙感導(dǎo)論，地圖學(xué)與GIS等，實(shí)踐課程以ArcGIS軟件的學(xué)習(xí)為主，主要包括制圖訓(xùn)練、遙感與GIS綜合、GIS空間分析原理。地理科學(xué)專業(yè)學(xué)生本科畢業(yè)后能基本掌握GIS相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)和ArcGIS軟件的基礎(chǔ)操作。然而，這樣的地理師范生GIS教育并不能完全滿足他們未來作為地理教師在中學(xué)開展GIS教育的需求。首先，ArcGIS軟件專業(yè)性較強(qiáng)，使用難度較大，部分師范生學(xué)生對(duì)ArcGIS學(xué)習(xí)有困難，缺乏學(xué)習(xí)興趣，對(duì)軟件掌握程度較差。其次，ArcGIS軟件使用的費(fèi)用昂貴，無法提供給中學(xué)生使用。同時(shí)，缺乏基于GIS教學(xué)設(shè)計(jì)能力，即使學(xué)生能熟練掌握ArcGIS軟件的使用，也無法很好的將GIS融入中學(xué)地理教學(xué)中。

2.3缺乏必要的數(shù)據(jù)和教學(xué)材料

數(shù)據(jù)是GIS的靈魂，是地理探究活動(dòng)的核心元素之一，也是基于GIS的學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分之一。[9]按照Penzias觀點(diǎn)：“數(shù)據(jù)僅僅是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述；信息是經(jīng)過處理和加工并具有一致邏輯順序的數(shù)據(jù)；知識(shí)是信息的提??；當(dāng)知識(shí)被應(yīng)用于產(chǎn)生新的想法或解決實(shí)際問題時(shí)，它就可以被轉(zhuǎn)化為智能”，[10]對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析是中學(xué)GIS教育價(jià)值體系的重要環(huán)節(jié)，國(guó)外在為中學(xué)GIS教育提供必要的GIS的軟件的同時(shí)也提供了相關(guān)的數(shù)據(jù)和教學(xué)材料。常言道“巧婦難為無米之炊”，對(duì)我國(guó)廣大教師來說開展基于GIS教學(xué)所需數(shù)據(jù)獲取難度較大，加之缺乏相關(guān)GIS教學(xué)材料的指導(dǎo)，導(dǎo)致很難開展基于GIS的教學(xué)。

2.4地理課程設(shè)置不合理

學(xué)習(xí)GIS是利用GIS學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ)。我國(guó)目前高中地理課程在關(guān)于GIS教學(xué)內(nèi)容順序安排上存在一定的問題。高中地理課程分為必修、選擇性修和選修三大模塊，GIS作為教學(xué)內(nèi)容放在選修部分，通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以初步掌握利用GIS分析地理問題的方法，屬于學(xué)習(xí)GIS（learn about GIS）層次。而必修和選擇性必修部分都提到要充分利用地理信息技術(shù)學(xué)習(xí)，即屬于利用GIS學(xué)習(xí)（learn with GIS）層次。按照大部分高中的做法先開設(shè)必修課程，接著開設(shè)選擇性必修課程，最后才是選修課程。這就導(dǎo)致中學(xué)GIS教育出現(xiàn)了順序上的錯(cuò)誤，也導(dǎo)致教師在必修和選擇性必修方面開展基于GIS教學(xué)時(shí)依舊以教師為主導(dǎo)的教學(xué)為主，學(xué)生無法有效的利用GIS學(xué)習(xí)。同時(shí)，受高考內(nèi)容的影響，選修課程往往是有選擇的實(shí)施，環(huán)境保護(hù)和旅游地理成為選修課程中的“必修課程”，地理信息技術(shù)應(yīng)用等成為真正意義上的“選修”。

2.5課堂教學(xué)時(shí)間的限制

40或45分鐘的課堂教學(xué)時(shí)間也是限制GIS在中學(xué)地理教學(xué)中應(yīng)用的重要障礙。開展基于GIS教學(xué)存在一個(gè)較高的學(xué)習(xí)曲線，也就是說在利用GIS學(xué)習(xí)之前需要大量的時(shí)間來學(xué)習(xí)GIS軟件的使用。如何縮短GIS學(xué)習(xí)曲線是保證中學(xué)GIS教育有效開展的關(guān)鍵。我國(guó)的課堂教學(xué)時(shí)間通常為40或45分鐘，很難滿足基于GIS學(xué)習(xí)的需求，成為阻礙中學(xué)GIS教育開展的重要因素。時(shí)段授課制被認(rèn)為是成功GIS教學(xué)的必要條件，[11]美國(guó)高中創(chuàng)新的提出了時(shí)段授課制，每周都會(huì)將延長(zhǎng)的授課時(shí)間，保證教師和學(xué)生有充足的時(shí)間開展基于GIS的教學(xué)。

3中學(xué)GIS教育實(shí)施建議

3.1重視中學(xué)GIS教育的開展

各級(jí)中學(xué)及地理教師應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到GIS對(duì)中學(xué)生地理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的價(jià)值，充分在地理教學(xué)中利用GIS。廣大地理教師要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)理念、優(yōu)化教學(xué)方法，不僅要做中學(xué)GIS教學(xué)的實(shí)施者，更要做中學(xué)GIS教育課程的研究者和開發(fā)者。同時(shí)，高等院校應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到GIS的育人價(jià)值，重視地理科學(xué)專業(yè)本科生人才培養(yǎng)質(zhì)量，積極推進(jìn)地理科學(xué)專業(yè)GIS課程與教學(xué)改革，提高未來教師GIS素養(yǎng)。

3.2開發(fā)適合中學(xué)生使用的GIS軟件及課程資源

開發(fā)適合中學(xué)地理教學(xué)的GIS軟件及課程資源，是保障中學(xué)GIS教育順利開展的重要因素。高等院校和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加快對(duì)適合中學(xué)生學(xué)習(xí)的GIS軟件開發(fā)、GIS課程與資源開發(fā)等。鼓勵(lì)廣大中學(xué)教師參與中學(xué)GIS教育課程的研究的開發(fā)，在實(shí)施課程的過程中創(chuàng)新課程。在沒有專門GIS軟件支持的情況下，利用免費(fèi)、開源、適合中學(xué)生學(xué)習(xí)的GIS軟件（例如QGIS、Grass等）開展地理教學(xué)。同時(shí)，應(yīng)將成熟的GIS教學(xué)案例、示范性課程積極推廣，供廣大教師參考和借鑒。

3.3推進(jìn)地理教師教育改革，促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展

高等師范教育是培養(yǎng)中學(xué)地理教師GIS素養(yǎng)最重要的途徑。師范院校推進(jìn)指向未來地理教師GIS素養(yǎng)的課程與教學(xué)改革，優(yōu)化教學(xué)方法，創(chuàng)新GIS課程內(nèi)容，教師教育課程也應(yīng)加強(qiáng)基于GIS教學(xué)的設(shè)計(jì)能力和教學(xué)能力的培養(yǎng)，提高未來地理教師GIS素養(yǎng)。同時(shí)，應(yīng)推進(jìn)在職教師的繼續(xù)教育和學(xué)歷教育，鼓勵(lì)中學(xué)地理教師重返高校深造，提高基于GIS的教學(xué)能力和研究能力，并促進(jìn)地理教師專業(yè)發(fā)展。

*通訊作者：崔東

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目：基于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地理科學(xué)專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究（項(xiàng)目編號(hào)：2018XJJG08）

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