“3S”空间信息技术在高中地理教学中的应用

发布时间:2022-05-28 15:05:07   来源:作文大全    点击:   
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摘 要:21世纪是空间信息技术蓬勃发展的时代,“3S”空间信息技术不但广泛地应用于工农生产、军事、政治、经济等各领域,也已经成为中学地理基础教育学习的重要内容,而“3S”空间信息技术在辅助中学地理教学中的作用亦越来越大。本文对“3S”空间信息技术在地理教学中的问题进行了论述,并提出了“3S”空间信息技术在当前中学地理教育应用的建议。

关键词:地理教学;“3S”;空间信息技术

在现代生活中,信息与空间位置有关的服务处处皆是。“3S”的應用在区域化和全球化的同时,已渗透到各行各业,涉及千家万户,成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。3S空间信息技术的迅猛发展,不但改变了传统空间数据的获取、存储、更新和使用的方式,而且已演变为一门新兴的现代空间信息科学,并被广泛地应用于地球科学、环境科学、空间科学等领域,且成为人们生活和生产中必不可少的技术工具。在高中地理课程标准中,已经把“3S”技术内容纳入必修的地理课程内容范围,并把它列为七大地理选修模块课程之一。“3S”技术不仅作为学习内容引入中学地理课程,还可与其他信息化教学技术手段综合应用于中学地理教学。将“3S”技术内容应用于高中地理课堂,将会对中学地理教育的目标、教材、教法、学法、学生综合素质、空间思维能力的培养等方面带来深刻的影响。

一、 “3S”空间信息技术概述

“3S”空间信息技术是指遥感技术(Remote Sensing)、地理信息系统(Geographic Information System)和全球定位系统(Global Positioning System)的总称,是对地观测系统中空间信息获取、存贮、管理、更新、分析和应用的技术总称。

(一) 遥感技术

遥感技术是一种近现代的高效能的信息采集技术。其主要利用高空或外层空间的各种运载平台,依靠可见光、红外、微波和激光等光学、电子和电子光学的电磁波探测仪器或传感器,通过摄影或扫描、信息感应,接受从物体辐射、反射和散射的电磁波信号,以图像胶片和数据磁带记录下来,传送到地面站,经过后期加工,从中提取对地表过程的信息,再结合地面物体的光谱特性,识别研究地面目标的类型、空间位置、变化过程及其与环境的相互关系与变化规律。

(二) 地理信息系统

地理信息系统是收集、存储、检索、分析空间数据并提供决策支持的系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理信息系统通常由计算机硬件系统、空间信息数据管理系统和用户端组成,通过对空间数据的采集、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种有用信息,从而为国土管理、自然资源评价、工农业生产、生态与环境监测、交通运输、城市管理等提供快速决策的服务。

(三) 全球定位系统

全球定位系统是一种高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和授时系统。世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统。2007年4月14日,我国发射第1颗北斗导航卫星起至今,陆续发射35颗导航卫星,组成双向的,既有定位又有通信的北斗卫星定位导航系统,与美国的GPS系统、俄罗斯的格罗纳斯系统、欧盟的伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。

二、 3S空间信息技术与中学地理教学

(一) 国内外发展概况

国际上,尤其是发达国家,将“3S”空间技术内容运用到中学地理教学中已经成为趋势。如美国,GIS教育在美国的中、小学教育中已经相当普及。美国国家地理协会(Association of American Geographers)、美国地理工作者联合会(AAG)、美国地质调查局(USGS)和ESRI公司等联合推出旨在让年轻一代了解GIS技术的“GIS日”。主要的地学(如USGS)和空间科学部门(如NASA)网站,专门开辟面向中学教学的科普板块,提供教学和实验所需数据材料及技术指导。世界知名3S软件公司ESRI公司为了普及GIS在美国中学地理教学中的运用,免费向教师发布了大量利用GIS辅助地理教学的教学课件及案例;在欧洲、澳洲及亚洲的日本,均有面向高中教师及学生的免费GIS软件、培训、竞赛或科普活动。另外,国外一些知名虚拟地球商业、科研软件如Google earth、 Worldwind功能强大、应用简单、信息量大,其三维地形、历史地图、气象云图、海洋海底地貌、月球地貌、火星地貌等模块可直接应用于地理课堂。与国外相比,我国的GIS基础教育起步较晚。2003年颁布的《普通高中地理课程标准(实验)》明确要求将“3S”空间技术内容纳入教学内容。但由于地理教育者的认识不够、技术弱、平台功能不强等原因,“3S”空间技术运用于地理教学并没有引起足够的重视,还处于刚刚起步阶段。

(二) “3S”空间技术在中学地理教学中的辅助作用

中科院已故院士陈述彭曾说过:“如果说地图是地理学的第二代语言,那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。”在传统地理教学中,地图是必不可少的教学工具,但是纸质地图作为基本地理语言,一直面临地图信息老化、过时、内容缺失、理解抽象等问题,而地理信息系统可以完美解决以上问题。以ESRI公司的ArcGIS软件为例,其具有界面友好、易学易用、数据格式通用等优点。例如在自然资源内容授课时,教师可通过国土部门数据共享获取各历史时期森林资源分布数据,结合国家基础地理信息中心下载的城市、公路、铁路、国界、地形等图层。在ArcGIS软件中,将上述数据制作成中国森林资源分布及动态变化的专题地图。通过专题渲染在地图上显示数据,可以清楚直观地看出中国森林资源的分布特征和变化趋势。通过此图,学生可以直观地了解我国森林资源面临的问题。地形地貌分析是地理学中最基本的技能,而地形图解析能力亦是地理教学的重点,也是高考中常见的内容。地理信息系统具有功能强大的地形分析、展示功能,可以较好地将各种地形特征直观显示给学生,例如ArcGIS软件具有DEM(数字高程模型)三维显示功能,还有专门作地形分析的ArcGlobe、 Arcsence模块,通过三维显示地形模型,有助于加强学生对山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直观形象。遥感(RS)技术在中学地理教学中用处极广,可广泛地应用于辅助教学,提高教学效果。以北方常见的雾霾和沙尘暴问题为例,利用雾霾和沙尘暴发生时期的遥感影像(如MODIS数据),帮助学生了解雾霾和沙尘暴的发生、发展和影响范围。在讲授城市环境、区域或全球生态问题中,可以借助遥感影像(如Landsat数据)帮助学生了解城市热岛效应、城市绿地格局、工业区、居民区分布,以提高学生宏观观察、分析能力。GPS在中学地理教学中,应用不如GIS和RS广泛,但是,GPS的使用已经是现代社会的一部分,车载GPS和手机导航已经被广泛使用。在日常地理教学中,教师可向学生普及基础GPS定位原理和简单的GPS使用方法,教导学生实现简单的GPS定位、导航等功能,尤其是利用手持GPS配合地形图,进行定向越野等活动,对学生理解地形解读、培养空间思维有着传统课堂教学不可比拟的优势。

三、 3S空间信息技术在中学地理教学中面临的问题

(一) 中学地理教育对“3S”空间技术的重视程度

尽管2003年颁布的《普通高中地理课程标准》中明确指出:“新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3S(RS,GIS,GPS)的知识,这是课程内容本身的要求。”但在实际中学地理教学中,对“3S”空间技术运用于地理教学并没有引起教育者足够的重视。部分“3S”空间技术授课内容被设定为选修或自修,而往往迫于高考的压力,大部分的学校基本对于选修课少开或者不开,即使开设课程也大多敷衍了事。学生又疲于应付高考科目的作业、考试,没有时间和精力学习选修课程,“3S”教学并没有落在实处。

(二) 中学地理教师对“3S”空间技术的掌握程度

地理教师的自身素质也是制约利用“3S”空间技术辅助中学教学的重要因素之一。掌握“3S”空间技术需要完整的空间知识体系和较强的信息技术,需要长期的学习过程,这给地理教师掌握“3S”空间技术带来一定难度。而“3S”空间技术在我国中学地理教育中的应用才刚刚起步,目前的中学地理教师,除了从已开设“3S”课程大学毕业的年轻地理教师具备一定的“3S”空间技术能力外,大部分中学地理教师的“3S”空間技术较弱,因此能够胜任“3S”空间技术教学的中学地理教师还占少数。

(三) 缺乏“3S”空间技术所需的软硬件环境

在“3S”空间技术要求方面,除对中学地理教师有较高要求外,学生的计算机应用水平也是利用“3S”空间技术辅助地理教学的基础。而在实际教学中,由于对中学地理课程传统教学内容的偏见,加上专职计算机教师和基础计算机知识的缺乏,使得部分学校学生的计算机水平无法得到提高,“3S”空间技术应用则亦受到一定限制。在软件环境方面,目前仍缺乏适合于中学地理教学的GIS软件,目前比较常用的GIS软件主要有ESRI公司的ArcGIS系列产品、Map Info公司的Map Info系列产品以及国内的MapGIS、 SuperMAP、 Geostar和开源QGIS等软件。但这些软件均是价格昂贵,其价格远超过单个学校或教师群体的购买能力,另外由于这些软件系统过于庞大,缺少针对中学地理教学相应内容的模块和帮助文档。此外,国内大量的地理空间数据均掌握在行政管理部门和科研单位,由于缺乏数据共享和公开的机制,高精度、时效性强的共享空间数据乏善可陈,可获取的空间数据无不是精度低、时效性差,而软件自带的示例数据难以满足课堂教学。没有空间数据,“3S”空间技术在地理教育中的作用就成了空谈和无米之炊。

四、 建议与结论

我国应该借鉴国外的先进经验,由相关教育主管部门、“3S”空间技术公司、高等院校以及中学加强合作,共同推行“3S”空间技术基础教育。在软件平台方面,国内的“3S”空间技术公司,如MapGIS、 SuperMAP、天地图等,尽快开发适合于中学生学习的国产“3S”软件及硬件产品,并与教育部门合作,编写与软件功能相对应的培训教材,提供实验案例和对应课堂教学的空间数据。在中学地理教师空间知识方面,加强“3S”空间技术开发公司与中学建立伙伴关系,向中学教师提供“3S”空间理论培训和技术支持,系统地对中学地理教师进行教学指导与培训。在空间数据方面,由教育主管部门创建专门为基础地理教育使用“3S”技术而设计的交流网站,提供共享空间数据、数字地图、教学案例、学习资料和“3S”软件的统一平台。

总之,在“3S”空间技术迅猛发展的今天,空间信息已经融入到我们生活的方方面面,传统地理教育正经历历史性变革,“3S”空间技术将在中学地理教学中扮演着日益重要的角色,给中学地理教育软、硬平台增添了新的生机和挑战。中学地理教师应与时俱进,及时了解“3S”空间技术在工农业生产、自然科学、国际动态等各个领域的应用,要掌握“3S”空间技术的最新成果及前沿动态,并要不断学习并掌握“3S”信息技术,在新课改中更好地运用“3S”空间技术,以适应时代的发展和社会的需求。

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作者简介:孙玥,吉林省长春市,长春市十一高中。