基于3S技术融入中学区域地理课程的实践     

                 ——以人教版高中地理必修3教学为例

孙秀勇

（滁州市第二中学，sunxiuyong1@）

摘  要：本文通过分析中学区域地理的教学特点和问题，感知中学区域地理教学对地理信息技术的强烈需求，探索适用于中学区域地理教学的地理信息技术，包括视图操作、数据查询、空间分析、动态监测等技术。以人教版高中地理必修3教学为例将地理信息技术与中学区域教学内容相融合，探索地理信息技术在中学区域地理课程中的应用方式。

关键词：3S技术，区域地理，地图矢量化，Google Earth，数字地球

引  言

当今社会正处于信息化社会阶段，信息技术的普及已成为社会发展的必然趋势。3S技术(地理信息技术)是信息时代地理学领域的一项重要突破，它是一门集获取、管理、分析和应用地理空间信息资料的现代信息技术。主要包括遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和数字地球等技术。地理信息技术的发展，打破了传统地理学的研究方法，改变了人们认识世界的视角，为地理学科的发展提供了契机和强有力的支持。

一、中学区域地理传统教学存在的问题

区域是地球表面的空间单位，是人们在地理差异的基础上，按照一定的指标和方法来划分的。拥有一定的区位特征，以及一定的面积、形状和边界。区域的错综复杂决定了中学地理区域教学具有灵活性、动态性的特点，教学内容往往信息量大，综合性强。然而在区域地理传统教学中往往遇到课程三维目标难以落实的困难，主要表现在：

知识目标的实现有困难

传统的区域地理教学方式，往往通过直接的文字的叙述，缺乏形象直观表现；或者采用单个地理要素图表逐一展示，各要素之间缺乏空间的直观联系；或者多要素综合成一张图片的展示，缺乏对于多个要素的拆分和展示。其后果是所展示的图表等多缺乏灵动变化；照顾要素综合则缺乏要素个体表现；照顾全局则缺乏细节表现。同时，各种图件自身的比例尺、空间位置关系，图形和属性数据表格之间的关联不强；等等。

上述问题，使得学生对区域地理环境内容的认识，及其内容的区域性、综合性等特征认知与理解产生困难。

过程目标的实现有困难

区域地理教学的过程目标表现为通过多种途径和手段收集区域中地理信息，利用已有的地理知识和技能对地理信息进行总结、分析。

传统的地理教学，教师限于教学时间，往往只是照本宣科讲一些课本上基本内容，缺少与学生的互动；这容易造成学生缺少机会发现问题、提出问题，学生只是被动的接受知识，教学过程没有体现“学生主体”。由于这种教学方式，使学生收集地理信息的手段和途径较单一，学生整理、分析信息的能力不容易提高。

情感目标的实现有困难

区域地理教学的情感目标表现为增强学生保护环境和资源的意识，激发学生学习地理的兴趣，提高学生在地理学习中较好的审美情趣。

传统区域地理的教学，教师运用图表、文字描述来讲解地理环境内容，数据更新缓慢，教科书提供的区域信息和现有地图包含的空间数据比较陈旧，无法做到与时俱进等问题。学生对于二维图形、图像，不会产生强烈的视觉审美感受和激发学习地理的兴趣。

《普通高中地理课程标准（实验稿）》中提出的重视信息技术在地理学习中的应用和充分考虑信息技术对地理教学的影响，营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。地理信息技术作为新的教学工具引入到现代地理教学中，是地理学由传统的定性描述发展到目前的定量描述，与多媒体技术相结合，将会革新中学地理教学的重要教学手段与学习方式。

区域地理教学过程涉及到地理空间数据展示、处理、分析的环节，使用地理信息技术可以提供大量的区域地理信息和素材，结合具体教学案例，掌握区域的特征和规律，提高教学效果，培养学生能力，落实地理课程标准的新要求。

例如：近年来长江中下游地区湖泊退化、湖泊面积萎缩的问题，通过遥感技术（RS技术），对该区域内近几年的湖泊遥感影像进行解译分析，对比提取。教师通过课堂讲解，让学生分析区域内湖泊退化原因，整理长江流域内河流对湖泊的调节作用和萎缩所带来的危害，制定合理的流域内综合治理措施和方案。如图1所示

地理信息技术在区域地理教学中具有领域广、作用大、动态新、大众化的特点。见表1 适用地理信息技术支持的区域地理教学内容。

表1  适用地理信息技术支持的区域地理教学内容

二、地理信息技术融入中学区域地理课程的技术分析

视图操作技术

由于地理信息技术的发展普及，地图的视图操作功能因其灵活性和可操作性使其成为学习区域地理环境一项主要功能。视图操作具有放大、缩小、漫游、图层控制和图层总览功能。可以根据教学需求改变地图比例尺，避免了传统地图教学的比例尺不能灵活变化的问题。图层的控制功能可以根据教学需要添加和隐藏相关地理要素图层，对教学起到灵活多变的作用，打破传统地图大小和内容固定不变的限制。

例如图2-A展示了中国的省级行政区划作为底图，在这上面通过图层控制操作，增加中国湖泊信息图层，如图2-B所示。

再如图3-A展示了中国的河流分布，作为底图，在这上面，进行图层的放大操作。这样，中国河流分布被放大显示，实现了对地物的即视和地物不同尺度的动态变化，有利于学生空间尺度观念培养，如图3-B所示。

数据查询技术

数据查询功能是地理信息技术中最基本最常用的功能之一，包括属性查询、位置查询、数据汇总。专业地理信息系统软件具备数据的存储、组织和管理功能。数据管理的基本功能包括数据录入、数据浏览和地图数字化等。其中数据浏览功能可以根据学生学习的需要，打开数据库进行浏览；并且数据库是可以更新，可以展示最新的数据。如图4所示，利用在线电子地图查询地理信息实时数据。

空间分析技术

地理信息技术的另一个重要功能是空间分析功能,其包括叠合分析功能、缓冲区分析功能，网络分析功能等。空间分析的结果常以专题地图的形式来表示，专题地图的制作往往是与设置符号相联系的。其中，缓冲区分析功能可以根据教学需要，以点、线、面要素为中心来确定地理要素间的空间邻近性；叠合分析功能可以根据实际教学需要，通过几个图层的叠加得出新图层。

例如中学地理区域规划教学中如判定区域中河流洪水泛滥区范围，建立相应的缓冲区，有利于为居民迁移和生态环境建设带来科学的分析和决策。城市推动工业化发展，建立重工业区，为控制污染影响范围，以这个区域为中心建立缓冲区，从而达到最佳效果，有利于引导学生学习区域工业化发展。如图5所示空间分析功能中缓冲区分析

三维可视化技术

地理信息技术的三维可视化功能包括立体显示和动画飞行。其中，立体显示功能可以根据教学需要，将某区域的地形立体显示，使学生身临其境，留下深刻印象。动画飞行功能，可以根据师生需要，将静止的地表自然要素转化为运动的，以便学生能够更好的理解这类知识。如图6-A展示了在Google Earth中阿尔卑斯山的三维地形；图6-B展示了在Google Earth中珠峰的三维地形。

动态监测技术

利用遥感技术获得遥感影像，通过解译分析，及时掌握区域内相关地理要素的空间变化情况，为地理区域规划做合理的决策。例如通过对比某城市不同年代的遥感影像图，进行判读可以得到该城市内部用地规模的变化趋势；对比某湖泊不同季节的遥感影像图，可知河流的汛期和枯水期的基本状况，提前做好水资源的治理和维护工作；再如我国西北地区土地荒漠化问题、海洋污染等环境污染、区域自然灾害等问题上都可以利用地理信息技术的动态监测功能，直观、生动地揭示区域地理现象规律，做好区域规划工作，它是中学区域地理教与学的先进教学工具、手段。

如图7-A展示了遥感软件ERDAS软件制作的2009年滇池水华分布；图7-B展示了ERDAS软件制作的2009年巢湖水华分布。

三、地理信息技术融入中学区域地理课程的应用方式

以人教版高中地理必修三为例，教学内容主要包括地理环境与区域发展、区域生态环境建设（荒漠化防治、森林开发保护）、区域自然资源综合开发利用（区域资源开发、流域综合开发）、区域经济发展（区域农业发展、区域工业化与城市化）、区域联系与区域协调发展（资源的跨流域调配、产业转移）。

将地理信息技术融入区域地理教学过程，强调的是学生地理过程学习，结合教师的指导，学生通过收集地理信息发现问题，利用已有的地理知识解决相关的地理问题。本文试从区域位置分布、区域地理要素联系、区域地理环境差异、区域综合分析等教学主题，探讨地理信息技术融入中学区域地理课程的实践活动。

区域位置分布教学中地理信息技术的应用

区域位置分布教学主要包括区域的绝对和相对位置，以及区域的自然、人文地理要素空间分布。利用地理信息技术中的视图操作功能，放大和缩小使区域教学内容可以一图展现，图层注记和经纬网显示能够帮助学生掌握区域的绝对和相对位置，图层控制可以根据教学需要显示区域地理要素。

案例1：以长三角和松嫩平原为例，了解两个区域的地理位置与范围

平台和素材准备：Google Earth软件；教材中的文本和插图。

教学过程：

（1）在GE中，寻找两个区域，阅读地表基本的地理事物（城市，河流、湖泊等基本地貌），周边邻接情况；打开经纬度视图，阅读区域的经纬度范围。如图8所示。

（2）结合教材文本描述和插图，进一步总结两个区域的地理位置和范围。

教学效果分析：

区域的地理位置和范围在普通地图中，可以找到其位置，大致的空间分布也能“观察”出来。但是利用地理信息技术，如GE平台不仅可以利用高清的卫星图片显示区域的海陆位置，利用经纬网显示其经纬度，还可以通过放大和缩小的功能，获得在不同比例尺下的位置信息，培养学生空间尺度观念。

区域地理要素联系教学中地理信息技术的应用

区域地理要素联系教学主要是认识区域要素空间分布特征，进行区域要素之间的相关性分析。根据教学内容和教学需要，通过地图数字化，以矢量数据显示区域要素分布信息。通过空间分析和查询分析，可以研究区域间点要素、线要素、面要素的关联性，建立缓冲区或叠置后的新图层。

案例2：西北地区干旱为主的自然特征

平台和素材准备：GE软件；教材中的文本和插图、ArcGIS软件矢量化的西北地区地理要素图。

教学过程：

（1）在GE中，寻找西北地区的地理位置，阅读地表地物，周边邻接情况。如图9-A。

（2）在GE中，依次导入ArcGIS矢量化的西北地区地形图、气候类型图、干湿状况图，引导学生仔细观察地理要素图层叠加，共同讨论、分析西北地区的干旱为主的自然背景。如图9-B、9-C、9-D所示。

（3）结合教材中具体的文本语言描述和重要插图，教师引导学生进一步总结西北地区的干湿状况和荒漠化的自然原因。

教学效果分析：

西北地区的干湿状况分布，在普通地图中，学生是难以查看的，这样使学生对干湿状况知识难以理解。通过运用地理信息技术来支持西北地区的干湿状况教学，教师在备课时利用ArcGIS软件对西北地区地理要素图进行矢量化，并录入相关属性数据，把矢量完成的图转换成kml格式。在教学过程中，教师运用GE软件依次打开的各地理要素图，通过图层叠加，引导学生学习理解相关地理要素的联系及西北地区的干旱成因，从而使学生很容易理解这些知识。

区域地理环境差异教学中地理信息技术的应用

不同区域的地理环境存在差异，影响区域发展的方向。对区域地理环境差异教学，需要对不同区域进行对比分析，传统教学采取区域地图的多图切换，差异显示形式固定，难以同时定性定量比较区域差异内容。基于地理信息技术的区域差异教学首先将影响差异的区域要素矢量化后，将属性数据录入数据库，通过地理信息技术图层控制、查询分析功能，逐一对比，定量认识区域差异。

例4：对比长三角和松嫩平原地理环境的差异，分析区域差异对区域发展的影响

教学过程：

（1）在GE中寻找两个区域的地理位置，引导学生阅读地表的地物。如图10-A。

（2）在GE中导入ArcGIS软件矢量化的“中国气候类型图”，让学生查看长三角和松嫩平原所处的气候类型区。如图10-B所示。

（3）结合教材中的语言描述和插图，进一步总结两个区域自然环境差异及对区域发展的影响。如10-C、10-D所示。

教学效果分析：

在普通地图中，学生难以查看两地地理环境差异，但是利用地理信息技术，教师可以带着学生查看两个区域的地理位置，利用ArcGIS软件矢量化的气候类型差异图、矿产差异图、农作物差异图等，使得地表不可见地理要素可视化。通过在GE平台中一系列图层互动，师生间共同观察、讨论、分析长三角和松嫩平原的区域差异背景，教学过程中可以通过老师讲解，也可让学生自己操作，取得更好的教学效果。

区域综合分析教学中地理信息技术的应用

区域地理中的自然环境因素主要是气候、地形、土壤、自然资源、水体等，这些自然环境因素之间存在联系，最终在不同区域产生不同的地理事物或地理现象。区域中除了自然环境因素之外，也有人文因素主要是市场、人口、农业、交通、聚落等，自然环境要素对人文活动有影响，人文活动可以改变自然环境。对于区域地理中的典型案例和知识点的分析，需对自然环境和人文因素综合分析。

案例5：评价我国东北地区的农业生产区位条件。

平台和素材准备：GE软件；教材中文本和插图、ArcGIS矢量化的东北地理要素图。

（1）在GE中，寻找我国东北地区的地理位置，阅读地表基本的地理事物（城市，河流、湖泊等基本地貌），周边邻接情况。如图11-A所示。

（2）在GE中显示东北地貌类型图，并打开高度配置文件，以显示东北地势高低的基本情况，引导学生查看东北地区的地形单元。如图11-B所示。

（3）根据东北地区的气候条件(图11-C)、基本地形条件，结合教材的语言描述和插图，引导学生对东北的农业布局自然特征进行综合分析。

（4）结合教材的语言描述，了解东北地区的工业发达，并且其工业为农业提供化肥、机械设备等。东北的交通运输业发达，有利于加强对外的联系。如图11-D、11-E。

（5）根据东北地区的自然环境要素和人文要素进行综合分析，引出东北是我国一个重要的商品粮基地；打开矢量化的“东北地区商品粮分布图”，带着学生浏览东北地区的商品粮分布图。如图11-F所示。

教学效果分析：

对于东北地区的地理位置和分布，利用GE软件的经纬网功能显示其经纬度位置，并通过放大和缩小的功能，可以容易引导学生获得在不同比例尺下的东北地区的位置信息。根据其地理位置和分布，教师可以引导学生开始分析东北地区所属的气候类型。在GE中，用高清图片显示东北地区的基本地形，通过对东北地区的三类地形单元设置路径，显示地势高差情况，可以使得学生从GE软件中直接获取东北地区的地势高差信息。通过GE的高清影像查看东北地区发达的交通网和工业分布情况，也可以对东北的工业区三维显示。综合以上自然环境因素和人文因素，教师引导学生共同探讨、分析东北大规模化、专业化的农业生产和东北成为我国重要商品粮基地的原因。

教学后记与展望

随着教育信息化推进尤其是校园宽带网络和班班通工程实施，将地理信息技术（3S技术）引入中学地理课程教学成为可能，这既符合新课程理念的要求，也是中学地理教学信息化改革的迫切需要。合理的教学模式和先进的教学手段相结合，不仅会使教学效果事半功倍，也必将会使中学地理教学拥有更广阔的发展前景。

参考文献

著作类

[1]中华人民共和国教育部制定：《普通高中地理课程标准（实验稿）》[S].北京:北京师范大学出版社,2003.

[2]高俊昌等：《普通高中地理课程标准实验教科书地理必修三》[M].北京:人民教育出版社,2008.

[3]丁琳：《GIS辅助中学地理教学研究》[D].上海:华东师范大学,2011.

[4]刘忠林：《地理信息技术在中学地理教学中的应用研究》[D].东北师范大学,2011.

[5]郑祥华：《高中地理案例教学中地理信息技术的应用研究》[D].湖北大学,2011.

[6]王丹妮：《GoogleEarth应用于中学地理教学的实例研究》[D]首都师范大学,2012.

[7]金志琳：《GIS在中学区域地理教学中的应用研究》[D].华东师范大学,2012.

文章类

[8]刘红叶：《吴立.运用遥感培养中学生的地理空间认知能力》[J].科技创新导报,2011,23:138-142.

[9]段玉山：《运用中学GIS教学平台培养中学生地理空间比较分析能力的研究》[J].地理教学,2012,10:43-47.

[10]何星：《浅谈区域地理学习中存在的问题及对策》[J].教育教学论坛,2013,52(2):101.

[11]贾立明,李依铭：《应用ENVI软件构建新型GIS高中地理课堂的尝试》[J]地理教学,2014(2):25-27

[12] 谭礼,李万龙：《基于谷歌地球的地理教学可视化实践》[J]中学地理教学参考,2014(3):35-36