“3S”空間信息技術在高中地理教學中的應用

摘 要：21世紀是空間信息技術蓬勃發展的時代，“3S”空間信息技術不但廣泛地應用于工農生產、軍事、政治、經濟等各領域，也已經成為中學地理基礎教育學習的重要內容，而“3S”空間信息技術在輔助中學地理教學中的作用亦越來越大。本文對“3S”空間信息技術在地理教學中的問題進行了論述，并提出了“3S”空間信息技術在當前中學地理教育應用的建議。

關鍵詞：地理教學；“3S”；空間信息技術

在現代生活中，信息與空間位置有關的服務處處皆是?！?S”的應用在區域化和全球化的同時，已滲透到各行各業，涉及千家萬戶，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。3S空間信息技術的迅猛發展，不但改變了傳統空間數據的獲取、存儲、更新和使用的方式，而且已演變為一門新興的現代空間信息科學，并被廣泛地應用于地球科學、環境科學、空間科學等領域，且成為人們生活和生產中必不可少的技術工具。在高中地理課程標準中，已經把“3S”技術內容納入必修的地理課程內容范圍，并把它列為七大地理選修模塊課程之一?！?S”技術不僅作為學習內容引入中學地理課程，還可與其他信息化教學技術手段綜合應用于中學地理教學。將“3S”技術內容應用于高中地理課堂，將會對中學地理教育的目標、教材、教法、學法、學生綜合素質、空間思維能力的培養等方面帶來深刻的影響。

一、 “3S”空間信息技術概述

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

（一） 遙感技術

遙感技術是一種近現代的高效能的信息采集技術。其主要利用高空或外層空間的各種運載平臺，依靠可見光、紅外、微波和激光等光學、電子和電子光學的電磁波探測儀器或傳感器，通過攝影或掃描、信息感應，接受從物體輻射、反射和散射的電磁波信號，以圖像膠片和數據磁帶記錄下來，傳送到地面站，經過后期加工，從中提取對地表過程的信息，再結合地面物體的光譜特性，識別研究地面目標的類型、空間位置、變化過程及其與環境的相互關系與變化規律。

（二） 地理信息系統

地理信息系統是收集、存儲、檢索、分析空間數據并提供決策支持的系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術。地理信息系統通常由計算機硬件系統、空間信息數據管理系統和用戶端組成，通過對空間數據的采集、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種有用信息，從而為國土管理、自然資源評價、工農業生產、生態與環境監測、交通運輸、城市管理等提供快速決策的服務。

（三） 全球定位系統

全球定位系統是一種高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和授時系統。世界上第一個全球衛星導航系統是美國從1973年開始實施的GPS系統。2007年4月14日，我國發射第1顆北斗導航衛星起至今，陸續發射35顆導航衛星，組成雙向的，既有定位又有通信的北斗衛星定位導航系統，與美國的GPS系統、俄羅斯的格羅納斯系統、歐盟的伽利略系統并稱為全球四大衛星導航系統。

二、 3S空間信息技術與中學地理教學

（一） 國內外發展概況

國際上，尤其是發達國家，將“3S”空間技術內容運用到中學地理教學中已經成為趨勢。如美國，GIS教育在美國的中、小學教育中已經相當普及。美國國家地理協會（Association of American Geographers）、美國地理工作者聯合會（AAG）、美國地質調查局（USGS）和ESRI公司等聯合推出旨在讓年輕一代了解GIS技術的“GIS日”。主要的地學（如USGS）和空間科學部門（如NASA）網站，專門開辟面向中學教學的科普板塊，提供教學和實驗所需數據材料及技術指導。世界知名3S軟件公司ESRI公司為了普及GIS在美國中學地理教學中的運用，免費向教師發布了大量利用GIS輔助地理教學的教學課件及案例；在歐洲、澳洲及亞洲的日本，均有面向高中教師及學生的免費GIS軟件、培訓、競賽或科普活動。另外，國外一些知名虛擬地球商業、科研軟件如Google earth、 Worldwind功能強大、應用簡單、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用于地理課堂。與國外相比，我國的GIS基礎教育起步較晚。2003年頒布的《普通高中地理課程標準（實驗）》明確要求將“3S”空間技術內容納入教學內容。但由于地理教育者的認識不夠、技術弱、平臺功能不強等原因，“3S”空間技術運用于地理教學并沒有引起足夠的重視，還處于剛剛起步階段。

（二） “3S”空間技術在中學地理教學中的輔助作用

中科院已故院士陳述彭曾說過：“如果說地圖是地理學的第二代語言，那么地理信息系統就是地理學的第三代語言?！痹趥鹘y地理教學中，地圖是必不可少的教學工具，但是紙質地圖作為基本地理語言，一直面臨地圖信息老化、過時、內容缺失、理解抽象等問題，而地理信息系統可以完美解決以上問題。以ESRI公司的ArcGIS軟件為例，其具有界面友好、易學易用、數據格式通用等優點。例如在自然資源內容授課時，教師可通過國土部門數據共享獲取各歷史時期森林資源分布數據，結合國家基礎地理信息中心下載的城市、公路、鐵路、國界、地形等圖層。在ArcGIS軟件中，將上述數據制作成中國森林資源分布及動態變化的專題地圖。通過專題渲染在地圖上顯示數據，可以清楚直觀地看出中國森林資源的分布特征和變化趨勢。通過此圖，學生可以直觀地了解我國森林資源面臨的問題。地形地貌分析是地理學中最基本的技能，而地形圖解析能力亦是地理教學的重點，也是高考中常見的內容。地理信息系統具有功能強大的地形分析、展示功能，可以較好地將各種地形特征直觀顯示給學生，例如ArcGIS軟件具有DEM（數字高程模型）三維顯示功能，還有專門作地形分析的ArcGlobe、 Arcsence模塊，通過三維顯示地形模型，有助于加強學生對山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直觀形象。遙感（RS）技術在中學地理教學中用處極廣，可廣泛地應用于輔助教學，提高教學效果。以北方常見的霧霾和沙塵暴問題為例，利用霧霾和沙塵暴發生時期的遙感影像（如MODIS數據），幫助學生了解霧霾和沙塵暴的發生、發展和影響范圍。在講授城市環境、區域或全球生態問題中，可以借助遙感影像（如Landsat數據）幫助學生了解城市熱島效應、城市綠地格局、工業區、居民區分布，以提高學生宏觀觀察、分析能力。GPS在中學地理教學中，應用不如GIS和RS廣泛，但是，GPS的使用已經是現代社會的一部分，車載GPS和手機導航已經被廣泛使用。在日常地理教學中，教師可向學生普及基礎GPS定位原理和簡單的GPS使用方法，教導學生實現簡單的GPS定位、導航等功能，尤其是利用手持GPS配合地形圖，進行定向越野等活動，對學生理解地形解讀、培養空間思維有著傳統課堂教學不可比擬的優勢。

三、 3S空間信息技術在中學地理教學中面臨的問題

（一） 中學地理教育對“3S”空間技術的重視程度

盡管2003年頒布的《普通高中地理課程標準》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3S（RS，GIS，GPS）的知識，這是課程內容本身的要求?！钡趯嶋H中學地理教學中，對“3S”空間技術運用于地理教學并沒有引起教育者足夠的重視。部分“3S”空間技術授課內容被設定為選修或自修，而往往迫于高考的壓力，大部分的學?；緦τ谶x修課少開或者不開，即使開設課程也大多敷衍了事。學生又疲于應付高考科目的作業、考試，沒有時間和精力學習選修課程，“3S”教學并沒有落在實處。

（二） 中學地理教師對“3S”空間技術的掌握程度

地理教師的自身素質也是制約利用“3S”空間技術輔助中學教學的重要因素之一。掌握“3S”空間技術需要完整的空間知識體系和較強的信息技術，需要長期的學習過程，這給地理教師掌握“3S”空間技術帶來一定難度。而“3S”空間技術在我國中學地理教育中的應用才剛剛起步，目前的中學地理教師，除了從已開設“3S”課程大學畢業的年輕地理教師具備一定的“3S”空間技術能力外，大部分中學地理教師的“3S”空間技術較弱，因此能夠勝任“3S”空間技術教學的中學地理教師還占少數。

（三） 缺乏“3S”空間技術所需的軟硬件環境

在“3S”空間技術要求方面，除對中學地理教師有較高要求外，學生的計算機應用水平也是利用“3S”空間技術輔助地理教學的基礎。而在實際教學中，由于對中學地理課程傳統教學內容的偏見，加上專職計算機教師和基礎計算機知識的缺乏，使得部分學校學生的計算機水平無法得到提高，“3S”空間技術應用則亦受到一定限制。在軟件環境方面，目前仍缺乏適合于中學地理教學的GIS軟件，目前比較常用的GIS軟件主要有ESRI公司的ArcGIS系列產品、Map Info公司的Map Info系列產品以及國內的MapGIS、 SuperMAP、 Geostar和開源QGIS等軟件。但這些軟件均是價格昂貴，其價格遠超過單個學?；蚪處熑后w的購買能力，另外由于這些軟件系統過于龐大，缺少針對中學地理教學相應內容的模塊和幫助文檔。此外，國內大量的地理空間數據均掌握在行政管理部門和科研單位，由于缺乏數據共享和公開的機制，高精度、時效性強的共享空間數據乏善可陳，可獲取的空間數據無不是精度低、時效性差，而軟件自帶的示例數據難以滿足課堂教學。沒有空間數據，“3S”空間技術在地理教育中的作用就成了空談和無米之炊。

四、 建議與結論

我國應該借鑒國外的先進經驗，由相關教育主管部門、“3S”空間技術公司、高等院校以及中學加強合作，共同推行“3S”空間技術基礎教育。在軟件平臺方面，國內的“3S”空間技術公司，如MapGIS、 SuperMAP、天地圖等，盡快開發適合于中學生學習的國產“3S”軟件及硬件產品，并與教育部門合作，編寫與軟件功能相對應的培訓教材，提供實驗案例和對應課堂教學的空間數據。在中學地理教師空間知識方面，加強“3S”空間技術開發公司與中學建立伙伴關系，向中學教師提供“3S”空間理論培訓和技術支持，系統地對中學地理教師進行教學指導與培訓。在空間數據方面，由教育主管部門創建專門為基礎地理教育使用“3S”技術而設計的交流網站，提供共享空間數據、數字地圖、教學案例、學習資料和“3S”軟件的統一平臺。

總之，在“3S”空間技術迅猛發展的今天，空間信息已經融入到我們生活的方方面面，傳統地理教育正經歷歷史性變革，“3S”空間技術將在中學地理教學中扮演著日益重要的角色，給中學地理教育軟、硬平臺增添了新的生機和挑戰。中學地理教師應與時俱進，及時了解“3S”空間技術在工農業生產、自然科學、國際動態等各個領域的應用，要掌握“3S”空間技術的最新成果及前沿動態，并要不斷學習并掌握“3S”信息技術，在新課改中更好地運用“3S”空間技術，以適應時代的發展和社會的需求。

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作者簡介：孫玥，吉林省長春市，長春市十一高中。