孟祥銳,王文娟

(長(zhǎng)春師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032)

地理信息技術(shù)是獲取、管理、分析和應(yīng)用地理空間信息的現(xiàn)代技術(shù)的總稱(chēng)，主要包括地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵力。地理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知和地理實(shí)踐力，它們是相互聯(lián)系的有機(jī)整體。其中人地協(xié)調(diào)觀是地理核心素養(yǎng)中的基本價(jià)值觀念，綜合思維與區(qū)域認(rèn)知是地理核心素養(yǎng)中的基本思想和方法，而地理實(shí)踐力則是地理核心素養(yǎng)中的基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)[1]。

本研究以高中地理人口教學(xué)為例，充分將地理信息技術(shù)應(yīng)用到中學(xué)地理實(shí)踐教學(xué)中，通過(guò)挖掘地理信息技術(shù)的淺層應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)中學(xué)地理的深入教學(xué)。

1 教學(xué)內(nèi)容介紹

人口是高中地理必修2的教學(xué)內(nèi)容，是人文地理教學(xué)的重要組成部分。學(xué)生通過(guò)對(duì)這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握人口和城市化之間的關(guān)系，了解基本社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的空間特征，樹(shù)立人地協(xié)調(diào)觀與人類(lèi)共同發(fā)展的理念。知識(shí)體系的思維導(dǎo)圖如圖1所示。該章節(jié)主要介紹了人口分布、人口遷移和人口容量三個(gè)方面的知識(shí)，其中人口遷移是本章第二節(jié)的內(nèi)容。在明確了人口分布情況以后，學(xué)習(xí)人口遷移的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)人口遷移產(chǎn)生的結(jié)果學(xué)習(xí)人口容量。人口遷移在本章節(jié)中起到承上啟下的關(guān)鍵作用，本文主要以人口遷移教學(xué)為切入點(diǎn)，應(yīng)用GIS技術(shù)和方法，制作與人口遷移相關(guān)的二維和三維專(zhuān)題地圖，并應(yīng)用于人口遷移教學(xué)中[2]。

圖1 人口知識(shí)體系結(jié)構(gòu)圖

2 教學(xué)中應(yīng)用到的GIS功能

2.1 數(shù)據(jù)的采集和編輯功能

野外數(shù)據(jù)測(cè)量、地圖矢量化、攝影測(cè)量和遙感圖像數(shù)據(jù)等是空間數(shù)據(jù)的主要采集方法。數(shù)據(jù)的編輯是修改、更新和建立現(xiàn)有數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的過(guò)程，主要包括建立拓?fù)潢P(guān)系、投影變換數(shù)據(jù)、拉伸、裁剪、拼接、提取和坐標(biāo)校正等。我們可以借助拓?fù)潢P(guān)系來(lái)編輯要素和測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量。

通過(guò)數(shù)據(jù)收集和編輯功能可以提高學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知能力。在進(jìn)行野外數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)全站儀、GPS的使用方法，鍛煉實(shí)際操作能力，鍛煉識(shí)別野外地形時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際的能力[3]。

2.2 地理數(shù)據(jù)庫(kù)查詢數(shù)據(jù)功能

地理數(shù)據(jù)庫(kù)查詢數(shù)據(jù)功能包括定義數(shù)據(jù)庫(kù)、創(chuàng)建與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等。數(shù)據(jù)庫(kù)操作功能主要應(yīng)用于高中地理教學(xué)中。在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入SQL查詢語(yǔ)言，用戶可以在已有的數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢所需的數(shù)據(jù)。例如在全國(guó)人口數(shù)據(jù)中查詢某個(gè)城市地區(qū)的人口；在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性查詢時(shí)，可以選擇點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，右鍵單擊屬性界面，查看位置、長(zhǎng)度、面積等數(shù)據(jù)屬性。

2.3 地理教學(xué)專(zhuān)題圖制作功能

地圖是地理教學(xué)的靈魂。教學(xué)中使用的地圖往往是掛圖，缺乏主題性和時(shí)效性?！靶抡n標(biāo)”對(duì)教學(xué)用地圖提出了更高的要求[4]。地理信息系統(tǒng)的專(zhuān)題制圖以及可視化功能，能夠極大地滿足中學(xué)地理教學(xué)的制圖需要。教師搜集相應(yīng)的屬性信息后，通過(guò)GIS軟件即可制作各種類(lèi)型的專(zhuān)題地圖，如行政區(qū)劃圖、土壤利用圖、道路交通圖、等高線圖等，極大地提高了教學(xué)針對(duì)性和實(shí)效性。

2.4 空間查詢與空間分析功能

空間查詢和空間分析功能包括拓?fù)淇臻g查詢、緩沖區(qū)分析、疊加分析、空間集合分析和地質(zhì)分析，常用的有拓?fù)淇臻g查詢、緩沖區(qū)分析和疊加分析等。

空間查詢是指通過(guò)幾何對(duì)象之間的空間位置關(guān)系構(gòu)造過(guò)濾條件，支持設(shè)置查詢對(duì)象的查詢距離，從已有的數(shù)據(jù)中查詢滿足過(guò)濾條件的對(duì)象。目前支持點(diǎn)、線和面等幾何對(duì)象的空間查詢功能。Google Earth可以直接查詢空間對(duì)象的地理位置。

緩沖區(qū)分析是指自動(dòng)在點(diǎn)、線、面對(duì)象周?chē)欢▽挾葍?nèi)創(chuàng)建緩沖區(qū)多邊形圖層，然后將該層覆蓋在目標(biāo)層上，對(duì)其進(jìn)行空間關(guān)系分析，從而解決空間鄰近度問(wèn)題。鄰近度是指兩個(gè)地物在地理空間中接近的程度。緩沖區(qū)分析通常用于城市規(guī)劃、自然災(zāi)害和預(yù)防決策中。在高中地理教學(xué)應(yīng)用中，緩沖區(qū)分析可用于區(qū)域影響因子分析、災(zāi)害分析、交通線路布局、商業(yè)區(qū)布局等眾多課程內(nèi)容教學(xué)中[5]。例如在城市功能區(qū)劃中，醫(yī)院、學(xué)校、公園等都有相應(yīng)的服務(wù)范圍，而這些范圍就是緩沖區(qū)的大小。通過(guò)交通、設(shè)施、地勢(shì)等進(jìn)行分析，可以得到相應(yīng)功能區(qū)域的選擇。

疊加分析是用于最佳位置選擇或模擬建模的一種方法。在高中地理教學(xué)應(yīng)用中，疊加分析常用于區(qū)域規(guī)劃、地貌、河流規(guī)劃等，例如房產(chǎn)開(kāi)發(fā)的選址、野生動(dòng)物的棲息地選擇、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的城市基礎(chǔ)特征分析、地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)估等。

2.5 地形分析功能

地形分析功能包括數(shù)字高程模型的建立、地形分析。地圖的呈現(xiàn)方式是二維的，而在地理教學(xué)中很多地理事物需要三維方式呈現(xiàn)，如地形地勢(shì)、地球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)等特征。采用傳統(tǒng)的二維地圖進(jìn)行教學(xué)，需要學(xué)生具備三維空間的想象能力，這是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)地理的主要阻礙。數(shù)字高程模型的建立和地形分析可以有效解決坡向、坡度、地形起伏、等高線等三維地貌問(wèn)題，還可以解決水系、交通網(wǎng)絡(luò)的分布問(wèn)題。在高中地理地形教學(xué)中，通過(guò)建立數(shù)字高程模型，可以很好地展示山谷、鞍部、高原、平原、丘陵等地形，使學(xué)生直觀地觀察不同的地形地貌的特點(diǎn)。

3 GIS在人口中學(xué)的應(yīng)用及難點(diǎn)分析

3.1 教學(xué)內(nèi)容

3.1.1 人口遷移教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

GIS制圖軟件中的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)分析，以及基于網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)分析，可以清晰地表示人口遷移的路線圖，是研究人口遷移影響因素的有效手段。通過(guò)觀察人口遷移圖，學(xué)生可以概括影響人口遷移的因素，提高探究學(xué)習(xí)能力。

教師在教學(xué)中可以學(xué)生觀察中國(guó)改革開(kāi)放前后人口遷移示意圖和中國(guó)邊疆開(kāi)發(fā)人口示意圖，然后回答以下問(wèn)題：不同時(shí)期影響人口遷移的因素是什么？人口遷移會(huì)對(duì)遷入地和遷出地分別有什么影響？

教師進(jìn)行總結(jié)，人口遷移的驅(qū)動(dòng)力是由遷出地的推力和遷入地的拉力組成的。自然因素和人文因素共同影響了人口遷移：優(yōu)美宜人的自然環(huán)境和優(yōu)良的資源對(duì)人口有巨大的拉動(dòng)作用；環(huán)境災(zāi)害和自然災(zāi)害對(duì)人口遷移產(chǎn)生推動(dòng)作用；人文主義因素對(duì)人口遷移有重要影響。在這些因素中，經(jīng)濟(jì)因素占主導(dǎo)地位。此外，人口遷移還受到政治、軍事、文化和其他人為因素的影響，例如大規(guī)模的人口遷移經(jīng)常發(fā)生在動(dòng)蕩和戰(zhàn)爭(zhēng)頻繁的地區(qū)。

由于人口的遷移，遷入地和遷出地也會(huì)產(chǎn)生不同的變化。對(duì)遷入地有加強(qiáng)與外界的經(jīng)濟(jì)、科技思想和文化聯(lián)系，減輕人口壓力，緩解當(dāng)?shù)氐娜说孛埽龠M(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等有利影響，但也容易造成人才流失等不良影響。對(duì)遷入地有彌補(bǔ)勞動(dòng)力不足、提供廉價(jià)的勞動(dòng)力、節(jié)約教育培訓(xùn)成本、便利自然資源開(kāi)發(fā)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等有利影響；也有不利影響，比如引發(fā)種族矛盾、影響社會(huì)治安。給生態(tài)環(huán)境和城市帶來(lái)巨大壓力。

3.1.2 人口分布情況變化教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

利用GIS軟件制作長(zhǎng)春市近20年城區(qū)面積和人口變化圖。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)教材并結(jié)合周?chē)淖兓?，了解城市化的影響?/p>

城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎厥呛饬砍鞘谢降闹匾笜?biāo)。學(xué)生觀察長(zhǎng)春市2000—2020年城區(qū)面積和人口變化圖，回答下列問(wèn)題：影響城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的因素是什么？根據(jù)我們周?chē)默F(xiàn)實(shí)情況，談?wù)劤鞘谢o我們的生活帶來(lái)的改變。

教師進(jìn)行總結(jié)。城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)因素是影響城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的主要因素，政策、文化、環(huán)境等因素也會(huì)影響城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)發(fā)展衛(wèi)星城，合理規(guī)劃工業(yè)區(qū)，保留一定規(guī)模的綠地和河湖等生態(tài)保育空間，可以有效改善環(huán)境，建設(shè)宜居空間。城鎮(zhèn)化發(fā)展有利于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，提高資源利用效率，改善城鄉(xiāng)人民居住環(huán)境，增強(qiáng)區(qū)域社會(huì)和諧。

3.2 運(yùn)用GIS解決人口教學(xué)中的難點(diǎn)

在高中地理城市化問(wèn)題教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)觀察城市不同年份的遙感圖像可以看出城市用地面積的變化，進(jìn)而觀察該城市的城市化進(jìn)程，結(jié)合教師的講解，把握人口和城市化進(jìn)程的相關(guān)知識(shí)；使用GIS相關(guān)軟件，對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、拼接和裁剪，獲得方便教學(xué)的GIS數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出了GIS的采集和編輯功能。在已有的地理數(shù)據(jù)庫(kù)中可以查詢數(shù)據(jù)的相關(guān)屬性，如地理位置、面積、坐標(biāo)等。在教學(xué)中，可以使用地理數(shù)據(jù)庫(kù)查詢某個(gè)地區(qū)的人口數(shù)據(jù)和該地區(qū)的城區(qū)面積變化，通過(guò)數(shù)據(jù)變化看出人口變化情況，講授人口遷移和城市化進(jìn)程相關(guān)知識(shí)。教學(xué)用地圖多為靜態(tài)地圖，使用GIS軟件制作教學(xué)用專(zhuān)題圖，一方面可以增強(qiáng)專(zhuān)題地圖和知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)性分析，另一方面可以根據(jù)最新的數(shù)據(jù)制作時(shí)效性較高的專(zhuān)題地圖。例如制作人口遷移圖可以明顯看出某個(gè)時(shí)期人口遷移的方向，結(jié)合當(dāng)時(shí)的歷史背景了解人口遷移的原因?？臻g查詢和空間分析常用功能包括拓?fù)淇臻g查詢、緩沖區(qū)分析和疊加分析。在高中地理教學(xué)應(yīng)用中，緩沖區(qū)分析可以用在區(qū)域影響因素分析、災(zāi)害分析、交通線路布局、旅游區(qū)影響因素、商業(yè)區(qū)布局等眾多課程內(nèi)容教學(xué)中。例如在城市功能分區(qū)中，醫(yī)院、學(xué)校、公園等都有對(duì)應(yīng)的服務(wù)范圍，而這些范圍就是緩沖區(qū)面積的大小，再經(jīng)過(guò)交通、設(shè)施、地勢(shì)等加以分析，就可以獲得相應(yīng)功能區(qū)域的選擇。GIS的地形分析功能主要體現(xiàn)為數(shù)字高程模型的建立，通過(guò)數(shù)字高程模型的建立和地形分析，可以建立三維地圖。學(xué)生通過(guò)三維地圖可以有效觀察地形地貌，了解地形地貌對(duì)于人口分布的影響。

中學(xué)生記憶的特點(diǎn)是形象化記憶勝于文字記憶，以理解記憶為主。通過(guò)圖像帶給學(xué)生的知識(shí)是立體的、生動(dòng)的、客觀的，使用GIS軟件制作教學(xué)專(zhuān)題圖，可以使學(xué)生更加直觀地理解和記住相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

例如通過(guò)觀察中國(guó)人口分布、我國(guó)地形數(shù)據(jù)、我國(guó)河流數(shù)據(jù)以及我國(guó)行政區(qū)劃圖疊加分析后制作的專(zhuān)題圖，學(xué)生可以總結(jié)出影響我國(guó)人口分布的因素和我國(guó)人口分布特征。觀察人口遷移專(zhuān)題圖可以直接看到人口遷移的方向，并結(jié)合當(dāng)時(shí)的背景推斷人口遷移的原因和影響遷移的因素，更好地理解記憶人口遷移對(duì)遷入地和遷出地的影響。通過(guò)觀察同一地區(qū)不同時(shí)間的遙感衛(wèi)星影像，可以看出該地區(qū)城市化進(jìn)程以及鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)布局，在頭腦中形成對(duì)城市化意義和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的理解。

4 總結(jié)與展望

本文主要探討GIS在高中地理人口教學(xué)中的應(yīng)用，通過(guò)列舉實(shí)際教學(xué)案例，突出GIS在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。與自然地理模塊知識(shí)可以應(yīng)用一定的地理信息技術(shù)解決教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容不同，人文地理知識(shí)模塊的內(nèi)容在教學(xué)手段上常采用GIS技術(shù)、遙感技術(shù)以及數(shù)字地球技術(shù)相綜合的方式。例如，在分析醫(yī)院的選址時(shí)，可以應(yīng)用數(shù)字地球技術(shù)截取相關(guān)區(qū)域的影像，并在ArcMap中進(jìn)行緩沖區(qū)分析，將圖像加載到圖層后很容易分析醫(yī)院的選址問(wèn)題。此外，在區(qū)域地理學(xué)中，環(huán)境保護(hù)、自然災(zāi)害與防治、旅游地理學(xué)也可以綜合應(yīng)用地理信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)[6]。

GIS在高中地理教學(xué)中仍有很大改進(jìn)空間。結(jié)合“新課標(biāo)”的要求，本文從內(nèi)部因素與外部因素兩個(gè)方面提出將地理信息技術(shù)應(yīng)用于高中地理教學(xué)的改進(jìn)策略。教師和學(xué)生是內(nèi)部因素，高校、中學(xué)、教育部門(mén)、社會(huì)和政府是外部因素。從內(nèi)部因素來(lái)看，教師應(yīng)積極提升專(zhuān)業(yè)技能和素養(yǎng)，掌握軟件的使用方法，更好地進(jìn)行教學(xué)。從外部因素看，高校應(yīng)優(yōu)化地理信息科學(xué)課程設(shè)置。高校是分流地理教學(xué)學(xué)生的關(guān)鍵，為各大中學(xué)提供年輕而富有激情的新地理教師。