摘要：地理信息系統(tǒng)是地理學(xué)的第三代語言；本文就如何發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的語言作用，如何利用地理信息系統(tǒng)基本功能改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，如何利用地理信息系統(tǒng)項目提高學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；地理教學(xué)；應(yīng)用

收稿日期：2007—03—29

作者簡介：周利軍（1977—），男，黑龍江齊齊哈爾市人，講師，碩士，主要從事資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)研究。

GIS是地理信息系統(tǒng)（GeographicalInformationSystem）的簡稱，是計算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)等多種學(xué)科綜合的技術(shù)。著名的地圖與信息系統(tǒng)專家陳述彭院士認(rèn)為：“定性描述是地理學(xué)的第一代語言，地圖是地理學(xué)的第二代語言，地理信息系統(tǒng)是地理學(xué)的第三代語言?！豹賹⒌乩硇畔⑾到y(tǒng)技術(shù)用于地理教學(xué)，尤其是用于基礎(chǔ)教育是地理教學(xué)發(fā)展的必然。那么如何在地理教學(xué)中更好地發(fā)揮GIS的語言作用，使課堂教學(xué)達(dá)到更好的效果，這也是廣大地理教師所追求的目標(biāo)。

一、地理信息系統(tǒng)簡介

GIS是一門多學(xué)科綜合的邊緣學(xué)科，要給出GIS的準(zhǔn)確定義是困難的，因為GIS涉及的面太廣，站在不同的角度，給出的定義就不同。本文給出的GIS定義為：GIS是由計算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題②。這是一種通用性很強(qiáng)的技術(shù)系統(tǒng)，它不但可以處理各種調(diào)查資料、地圖、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、文本資料等，還可容納專家的知識和經(jīng)驗以及各種分析模型、數(shù)學(xué)運算方法等。GIS的功能十分強(qiáng)大，具體包括數(shù)據(jù)采集與編輯、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)處理和變換、空間分析和統(tǒng)計（疊加分析、緩沖取分析、數(shù)字地形分析等、空間集合分析等）、產(chǎn)品制作與顯示和二次開發(fā)。之所以GIS能在地理教學(xué)中大有作為是因為它能將屬性信息與空間數(shù)據(jù)結(jié)合起來共同管理，并實現(xiàn)了可視化，這為地理教學(xué)中更好地使用地理圖像、圖表提供了一種新的方法。因此GIS技術(shù)為改變傳統(tǒng)的地理教學(xué)方法提供了良好的契機(jī)，為地理學(xué)科更加方便、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行教學(xué)改革提供了良好信息載體的作用。

二、GIS與地理教學(xué)

（一）制作教學(xué)掛圖。傳統(tǒng)的教學(xué)掛圖往往具有要素較多、主題不鮮明并且容易破損等缺點，而地理信息系統(tǒng)具有十分強(qiáng)大的制圖功能，教師可以利用GIS制作各種主題鮮明、投影準(zhǔn)確、圖形表現(xiàn)方式靈活教學(xué)掛圖，還可配合抓圖軟件方便地制作各種數(shù)字格式的圖片，直接插入多媒體課件中，方便教學(xué)。此外用GIS制圖還解決了傳統(tǒng)地理教學(xué)中紙制教學(xué)掛圖易破損，難以保存及數(shù)量不足等問題。

（二）空間查詢。GIS不但可以通過地理位置查詢地理實體的屬性，還可以通過實體屬性來查詢地理實體的位置、形狀特征，更重要的是它還能進(jìn)行條件查詢。如配合GIS軟件，講述黑龍江省的行政區(qū)劃時，黑龍江省各級行政單位的名稱、分布范圍可以逐個以動態(tài)閃爍的方式顯示，而且分別賦予相應(yīng)的屬性，可以即時查詢每個行政單位的面積、人口、社會經(jīng)濟(jì)情況等內(nèi)容，同時為了突出某級行政單位的輪廓界線，還可以將其單獨顯示。這對于靜態(tài)的、感性的地理知識，GIS可以使其可視化，使學(xué)生對于地理實體的輪廓、狀態(tài)、位置、分布模式都有一個非常直觀的感知。

（三）虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實又稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是一種有計算機(jī)生成的模擬系統(tǒng)，它構(gòu)成一個以視覺感受為主，包括聽覺、觸覺的綜合感知環(huán)境，使參與者通過專門設(shè)備在這個人工環(huán)境中實現(xiàn)觀察、操作、檢驗等實踐，有身臨其境的感覺③。這是發(fā)展到一定階段的計算機(jī)技術(shù)與思維科學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人類認(rèn)識世界開辟了一條新途徑。虛擬現(xiàn)實的最大特點是參與者可以用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作，改變了過去人類除了親身經(jīng)歷就只能間接了解環(huán)境的模式，從而有效擴(kuò)展了自己的認(rèn)知手段和領(lǐng)域。例如在野外實習(xí)之前，教師可以將實習(xí)地區(qū)的高分辨率遙感影像與該地的數(shù)字高程模型(DEM)相結(jié)合，生成實習(xí)區(qū)域的三維地理環(huán)境，由于遙感影像分辨率較高，即可以看到該地的植被特征，又可以發(fā)現(xiàn)該地的地形地貌整體特征和局部特征，真實再現(xiàn)地面景觀。另外還可以進(jìn)行視點變換、角度旋轉(zhuǎn)、光源設(shè)置、色彩調(diào)配、三維飛行瀏覽等，使學(xué)生足不出戶就可以對實習(xí)區(qū)域有一個初步的認(rèn)識，為以后的真正實習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（四）空間分析和統(tǒng)計。空間分析和統(tǒng)計功能是GIS的一個獨立研究的領(lǐng)域，它的主要特點是幫助確定地理要素之間新的空間關(guān)系，它已經(jīng)不僅成為區(qū)別于其他類型信息系統(tǒng)的一個重要標(biāo)志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。以空間疊加分析為例，通過對丹頂鶴生活習(xí)性及生活條件的調(diào)查，通過對植被類型、地形特征、氣候條件等圖形進(jìn)行疊加就可以得到丹頂鶴在黑龍江省的分布地區(qū)。再以數(shù)字地形分析為例，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，認(rèn)識山峰、山谷、山脊、鞍部與陡崖等的概念都是通過平面圖中的等高線來實現(xiàn)的，非常抽象而且難于理解。而在GIS中，可以通過先繪制二維等高線并賦予高程值，再創(chuàng)建三角網(wǎng)，進(jìn)而建立數(shù)字高程模型，并進(jìn)行可視化表達(dá)處理（如色彩變換、視點調(diào)整、旋轉(zhuǎn)變換等），便可以展示出一座山體，直觀地觀察山峰、山谷、山脊、陡崖等多種地形。這種教學(xué)明顯調(diào)動了學(xué)生的積極性，加深了學(xué)生對地形特征的理解，讓學(xué)生有身臨其境之感。

三、利用GIS進(jìn)行自我學(xué)習(xí)

（一）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)獲取途徑包括野外調(diào)查數(shù)據(jù)、室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)、相關(guān)部門提供的基礎(chǔ)資料及他人已有研究的成果。數(shù)據(jù)的獲取過程不但能提高學(xué)生的觀察能力、動手能力、分析能力，還能提高學(xué)生的社會交往能力。如在野外實地調(diào)查中，學(xué)生們要觀察和分析哪些因素是與河流污染相關(guān)的，將野外采集的樣品帶回實驗室后要進(jìn)行分析，所有的實驗過程都要由學(xué)生在教師的指導(dǎo)下親自動手完成，這些對于學(xué)生來說都是在書本上學(xué)不到的知識。

（二）數(shù)據(jù)的輸入與融合。數(shù)據(jù)獲取后，要通過相關(guān)軟件進(jìn)行建庫，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的融合。本研究中所涉及的數(shù)據(jù)包括屬性數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型等等，數(shù)據(jù)的輸入與融合是一個非常系統(tǒng)的工程，需要同學(xué)們之間的分工協(xié)作和整體配合。在這個過程中同學(xué)們不但能學(xué)到計算機(jī)的相關(guān)知識、GIS的基礎(chǔ)知識、基本操作方法，還能學(xué)會相互配合共同完成一個GIS項目的能力。

（三）結(jié)果分析。在結(jié)果分析階段主要是利用GIS的分析模型，對輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，找出與河流污染最直接的因素、對河流污染的等級進(jìn)行劃分以及提出解決的辦法。在這個過程中主要學(xué)習(xí)利用GIS從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中找到有用的數(shù)據(jù)、利用GIS解決實際問題的能力。這個過程與傳統(tǒng)的地理教學(xué)相比，GIS改變了學(xué)生原來紙上談兵的學(xué)習(xí)方法，不僅使有限的學(xué)習(xí)素材通過GIS和學(xué)生的思維成為無限的學(xué)習(xí)天地，而且學(xué)習(xí)是以問題為中心，是在一種動態(tài)、開放、主動、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，是由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，是在感受成功和體驗快樂的過程中學(xué)習(xí)知識。

四、結(jié)論

地理信息系統(tǒng)（GIS）作為地理學(xué)的第三代語言的重要性應(yīng)當(dāng)被地理教師充分地重視起來，教師要具有應(yīng)用GIS這一現(xiàn)代化工具解決實際問題的能力，同時還要把這種能力傳授給學(xué)生。在地理教學(xué)中引入GIS，既豐富了地理課堂教學(xué)的內(nèi)容，也改變了地理課堂教學(xué)的形式，對于提高教學(xué)質(zhì)量具有重要的支撐作用?？傊?，隨著信息技術(shù)教育的逐漸普及與深入，GIS技術(shù)必將在地理課程教學(xué)中占有重要的地位。

注釋：

①李佩武，周江，荊平．GIS技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用分析〔J〕．天津教育，2005，（6）52～53．

②黃興元，馬勁松，湯勤．地理信息系統(tǒng)概論〔M〕．高等教育出版社，2001，3～4．

③李鶴元，王軒．虛擬三維地理環(huán)境系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)〔J〕．高性能計算技術(shù)，2002，（10）47～50．