高中地理教學(xué)中會涉及很多的地圖知識，如果只是采用傳統(tǒng)的理論講解方式，很難讓學(xué)生對地理知識形成直觀、深刻的理解和認(rèn)識。GIS（GeographicInformationSystem）是一款專業(yè)的地理信息制圖軟件，將其應(yīng)用于高中地理教學(xué)中，可以幫助教師快速地制作地圖，而且支持單用戶和多用戶的編輯，可以對復(fù)雜的地理信息進(jìn)行整理歸納，對于提高高中地理教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率大有裨益。本文，探討GIS平臺對整個高中地理教學(xué)的意義。

一、教學(xué)目標(biāo)

1.培養(yǎng)學(xué)生利用GIS技術(shù)分析生態(tài)環(huán)境變化的能力，提升地理信息技術(shù)的應(yīng)用水平。使學(xué)生通過學(xué)習(xí)掌握GIS平臺的基本概念，理解其在生態(tài)環(huán)境研究中的作用；理解黃土高原地區(qū)的地理特征，掌握水土流失、植被退化等生態(tài)問題的形成原因，利用GIS平臺分析不同時間段的衛(wèi)星影像，研究土地利用變化，評估生態(tài)治理成效，并模擬可能的環(huán)境演變趨勢。

2.通過對黃土高原生態(tài)問題的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性，增強(qiáng)環(huán)保意識和社會責(zé)任感。GIS技術(shù)的應(yīng)用將激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新思維，使他們理解科技在環(huán)境保護(hù)中的價值，并加強(qiáng)對生態(tài)治理問題的關(guān)注和思考。

二、學(xué)情分析

本課程面向高中二年級學(xué)生，他們已具備一定的地理基礎(chǔ)知識，然而，GIS技術(shù)較為專業(yè)，部分學(xué)生可能對其較為陌生，缺乏實踐經(jīng)驗。因此，教師需要提供清晰的演示，結(jié)合簡單案例幫助學(xué)生熟悉GIS軟件的基本功能。盡管學(xué)生具備一定的地理分析能力，但可能對空間數(shù)據(jù)分析方法不熟悉，在實際操作中易遇到困難。因此，教學(xué)過程中教師應(yīng)鼓勵學(xué)生積極動手，并采用分層教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的水平提供指導(dǎo)。

三、教學(xué)內(nèi)容

本課程圍繞GIS技術(shù)在黃土高原生態(tài)環(huán)境變化中的應(yīng)用展開，以魯教版高中地理選擇性必修2第二單元第一節(jié)“生態(tài)脆弱地區(qū)的發(fā)展一以黃土高原地區(qū)為例”為教學(xué)依據(jù)，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)與生態(tài)治理案例，使學(xué)生理解GIS在環(huán)境研究中的作用。相關(guān)內(nèi)容包括：（1）GIS的概念、功能及其在地理研究中的應(yīng)用；（2）GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測中的作用，包括遙感影像分析、地理信息可視化、空間數(shù)據(jù)處理等；（3）黃土高原的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，包括地理位置、氣候特點(diǎn)及自然環(huán)境特征；（4）生態(tài)脆弱性表現(xiàn)，如水土流失、植被退化、土地荒漠化等問題；（5）生態(tài)環(huán)境變化的主要影響因素，包括自然因素（氣候、土壤）和人為因素（農(nóng)業(yè)開發(fā)、放牧）。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

本課程的重點(diǎn)在于GIS平臺在生態(tài)環(huán)境變化分析中的應(yīng)用，學(xué)生需要理解GIS如何通過數(shù)據(jù)分析與空間可視化技術(shù)對黃土高原地區(qū)的環(huán)境演變進(jìn)行監(jiān)測和研究。黃土高原的生態(tài)脆弱性是本節(jié)課的核心議題，學(xué)生需要深人探討其成因，關(guān)注水土流失、植被退化等問題，并思考人類活動對這一地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時，學(xué)生可能會遇到空間數(shù)據(jù)解讀的困難，特別是在遙感影像分析、地理數(shù)據(jù)疊加以及時空變化趨勢判斷方面，需要通過大量實例練習(xí)提升能力。生態(tài)環(huán)境治理的GIS建模分析涉及復(fù)雜的空間模擬和數(shù)據(jù)計算，如何將GIS平臺的分析結(jié)果與實際治理措施相結(jié)合，是課程中的高階思維訓(xùn)練，需要教師在課堂上提供案例指導(dǎo)，并通過小組合作學(xué)習(xí)方式引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握這一技能。

五、教學(xué)準(zhǔn)備

為了確保課程的順利開展，教師需要提前選取具有代表性的GIS教學(xué)案例，制作涵蓋黃土高原生態(tài)環(huán)境變化的GIS地圖數(shù)據(jù)包，為學(xué)生提供直觀的學(xué)習(xí)資源;熟悉ArcGIS和QGIS等主流GIS軟件，掌握相關(guān)操作方法，并在課程中演示數(shù)據(jù)分析的具體流程;整合黃土高原生態(tài)環(huán)境變化的相關(guān)資料，包括水土流失、植被恢復(fù)和土地利用變化的研究成果，為課堂提供翔實的數(shù)據(jù)支持。

六、教學(xué)過程

（一）GIS平臺基礎(chǔ)講解

課堂伊始，教師在屏幕上展示GIS平臺的界面，并播放一段簡要的視頻，介紹GIS的基本概念。

教師：同學(xué)們，你們覺得GIS是什么？它與我們?nèi)粘Ｋ佑|的電子地圖有什么不同？

隨后，教師在GIS軟件界面上標(biāo)注GIS的主要組成部分，包括空間數(shù)據(jù)庫、地理分析工具、可視化地圖和用戶界面等，向?qū)W生展示GIS如何存儲和處理地理數(shù)據(jù)。通過不同圖層的切換，教師直觀地演示GIS如何同時疊加多個數(shù)據(jù)集，如地形圖、植被覆蓋圖、水土流失圖等。

（二）引領(lǐng)入境 教學(xué)導(dǎo)人

地理課程的核心目標(biāo)之一是幫助學(xué)生理解生態(tài)環(huán)境的變化及其影響。為了讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識黃土高原的環(huán)境問題，并引導(dǎo)他們思考GIS技術(shù)在環(huán)境分析中的應(yīng)用，教師可以通過多媒體資源展開情境導(dǎo)入。課堂開始，教師向?qū)W生展示一段黃土高原的高清航拍影像，畫面中呈現(xiàn)出千溝萬壑的黃土地貌，以及部分地區(qū)的水土保持措施，如梯田、植被恢復(fù)區(qū)等。教師隨即提出問題：同學(xué)們，這些年來黃土高原的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了哪些變化？它的主要問題是什么？

同時，教師在大屏幕上展示黃土高原不同時期的衛(wèi)星遙感影像，分別選取過去三十年間具有代表性的時間節(jié)點(diǎn)，并對比不同區(qū)域的植被覆蓋度和土地利用情況，讓學(xué)生觀察黃土高原的生態(tài)變遷。為了加深學(xué)生對生態(tài)環(huán)境變化的理解，教師提出三個關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和討論。

1.生態(tài)環(huán)境變化有哪些表現(xiàn)？

教師展示黃土高原典型的水土流失圖片，同時播放一段關(guān)于降雨后黃土高原被嚴(yán)重沖刷的短視頻。畫面中，陡峭的溝壑中洪水裹挾著大量泥沙奔騰而下，形成泥石流，沖毀農(nóng)田和村莊。隨后，教師結(jié)合GIS遙感數(shù)據(jù)，展示近年來黃土高原的土地退化情況，并提出問題：從影像中，我們可以看出哪些生態(tài)環(huán)境變化的跡象？借以引導(dǎo)水土流失造成生態(tài)環(huán)境變化的具體表現(xiàn)。

2.為什么黃土高原是生態(tài)脆弱區(qū)？

教師繼續(xù)展示一張黃土高原地形剖面圖，結(jié)合GIS地理數(shù)據(jù)，展示黃土高原地區(qū)的土壤特性、降水特征以及歷史上人類活動的影響，并向?qū)W生提出問題：黃土高原為何會成為我國最典型的生態(tài)脆弱區(qū)？是什么導(dǎo)致這里的生態(tài)環(huán)境如此不穩(wěn)定？師生互動，共同總結(jié)地理環(huán)境與人類活動的雙重作用，并提升對于治理的關(guān)注程度。

3.我們?nèi)绾卫肎IS分析生態(tài)環(huán)境變化？

教師接著展示一張GIS平臺生成的黃土高原土地利用變化圖，圖上清晰地標(biāo)注了不同年份的土地類型變化，如耕地轉(zhuǎn)化為林地、荒漠化擴(kuò)張區(qū)域、植被覆蓋改善區(qū)域等。教師提出問題：面對黃土高原生態(tài)環(huán)境的退化，我們可以利用GIS技術(shù)做些什么？引導(dǎo)學(xué)生利用GIS評估不同治理措施的成效。如教師可以利用GIS分析建設(shè)梯田和水壩后水土流失情況如何變化，進(jìn)而制定更科學(xué)的治理方案。

（三）黃土高原生態(tài)環(huán)境分析

教師結(jié)合GIS平臺的數(shù)據(jù)分析，帶領(lǐng)學(xué)生深入探討黃土高原的生態(tài)環(huán)境特征，并分析導(dǎo)致其生態(tài)脆弱性的自然與人為因素。教師在GIS系統(tǒng)上疊加黃土高原的土壤侵蝕數(shù)據(jù)圖層，展示該區(qū)域的侵蝕等級分布情況。數(shù)據(jù)圖像中，部分地區(qū)被標(biāo)注為“重度侵蝕”，而其他區(qū)域則呈現(xiàn)較輕微的侵蝕狀況

教師：你們能觀察到哪些區(qū)域的土壤侵蝕最為嚴(yán)重？它們的共同特征是什么？

學(xué)生（觀察后回答）：嚴(yán)重侵蝕的地方大多位于陡坡地帶，而且這些地區(qū)的植被覆蓋率很低。

為了讓學(xué)生更系統(tǒng)地理解生態(tài)環(huán)境變化的成因，教師在GIS平臺上分別展示影響黃土高原生態(tài)環(huán)境變化的自然因素和人為因素數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對比分析。

教師在GIS平臺上加載黃土高原的降水?dāng)?shù)據(jù)圖層，并提問：從這張GIS降水圖中，你們能看出黃土高原的降水特征嗎？為什么這種降水模式會影響水土保持？

學(xué)生：降水主要集中在夏季，而且降雨量不穩(wěn)定，短時間內(nèi)的暴雨可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤侵蝕。

教師：沒錯。黃土高原的土壤質(zhì)地疏松，缺乏黏性，在暴雨沖刷下很容易發(fā)生水土流失。此外，地形的坡度也會影響侵蝕程度，我們來看一張GIS坡度分析圖。

教師在GIS平臺上疊加坡度數(shù)據(jù)圖層，展示陡坡區(qū)域與水土流失嚴(yán)重區(qū)域的對比，并解釋：GIS數(shù)據(jù)顯示，坡度越大的地方，土壤流失的風(fēng)險越高。這是因為水流的沖刷能力與坡度成正比，坡度越陡，水流侵蝕能力越強(qiáng)。

在分析完自然因素后，教師在GIS系統(tǒng)中加載人類活動影響數(shù)據(jù)圖層，并展示該區(qū)域的土地利用變化情況。GIS地圖上清晰地顯示出過去三十年間黃土高原土地利用方式的變化趨勢，尤其是耕地擴(kuò)張與草地退化的情況。

教師：你們能從這些GIS數(shù)據(jù)中看出人類活動是如何影響黃土高原生態(tài)環(huán)境變化的嗎？

學(xué)生：GIS地圖顯示，很多耕地以前是草地或林地，可能是人類過度開墾導(dǎo)致植被減少，增加了水土流失風(fēng)險。

教師在GIS平臺上疊加草地退化數(shù)據(jù)圖層，展示草地退化區(qū)域的空間分布情況，并解釋：放牧過度會導(dǎo)致草地植被稀疏，根系無法穩(wěn)固土壤，最終導(dǎo)致王壤流失加劇。這些GIS數(shù)據(jù)可以幫助我們量化這些影響，并預(yù)測未來可能的生態(tài)變化趨勢。

在掌握了黃土高原生態(tài)環(huán)境變化的成因后，教師引導(dǎo)學(xué)生利用GIS數(shù)據(jù)預(yù)測未來環(huán)境變化的趨勢

教師：如果不采取治理措施，你們認(rèn)為未來黃土高原的生態(tài)環(huán)境會如何變化？GIS數(shù)據(jù)可以如何幫助我們進(jìn)行預(yù)測？

學(xué)生：如果不治理，水土流失會越來越嚴(yán)重，土地可能會逐漸荒漠化。GIS可以幫助我們監(jiān)測土壤侵蝕情況，并模擬未來可能的變化。

教師：沒錯。GIS系統(tǒng)可以利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，模擬未來土壤侵蝕、植被變化甚至降水沖刷的影響。例如，我們可以利用GIS水文模型預(yù)測不同地區(qū)的土壤流失量，并據(jù)此制定相應(yīng)的生態(tài)治理措施。

（四）GIS實踐操作

在完成前面的GIS數(shù)據(jù)分析后，學(xué)生將進(jìn)入實踐操作環(huán)節(jié)，以小組合作的方式，利用GIS軟件分析黃土高原某一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化。教師在GIS平臺上劃分研究區(qū)域，并將學(xué)生分成若干小組，每組負(fù)責(zé)一個特定區(qū)域的環(huán)境變化分析。

教師：同學(xué)們，現(xiàn)在我們要利用GIS軟件對黃土高原的生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行分析。請各組選擇一個研究區(qū)域，并完成以下任務(wù)。

教師在黑板上寫下實踐任務(wù)：（1）疊加不同時間段的遙感數(shù)據(jù)，分析植被覆蓋變化；（2）計算不同區(qū)域的水土流失強(qiáng)度，評估侵蝕風(fēng)險；（3）結(jié)合GIS數(shù)據(jù)，評估生態(tài)修復(fù)措施的成效，并提出優(yōu)化方案。

學(xué)生：老師，我們能選擇一個退耕還林政策實施較早的區(qū)域進(jìn)行分析嗎？這樣可以更直觀地看到植被恢復(fù)的效果。

教師：很好，這是一個有價值的研究方向。你們可以選擇某個重點(diǎn)生態(tài)治理區(qū)，利用GIS軟件對比治理前后的變化。

在任務(wù)明確后，學(xué)生開始動手操作GIS軟件，加載指定研究區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)。各小組根據(jù)研究任務(wù)，分別進(jìn)行土地利用分類、植被覆蓋變化分析和水土流失計算。

教師巡視課堂，觀察學(xué)生的操作，并提供技術(shù)指導(dǎo)。

教師：請注意在GIS平臺上正確加載影像數(shù)據(jù)，并使用分類工具對土地類型進(jìn)行標(biāo)注。遇到問題可以隨時提問。

學(xué)生：老師，我們發(fā)現(xiàn)GIS軟件可以計算NDVI（歸一化植被指數(shù)），能不能用它來衡量植被變化？

教師：很好的思路！NDVI是遙感分析中常用的指標(biāo)，你們可以用它量化不同時間段的植被覆蓋程度。

各小組完成數(shù)據(jù)分析后，將結(jié)果可視化為地圖，并撰寫簡要報告，闡述分析過程和主要發(fā)現(xiàn)。

各小組依次展示GIS分析結(jié)果，并解釋研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化情況。

教師對各小組的研究成果進(jìn)行點(diǎn)評，并總結(jié)GIS在生態(tài)環(huán)境研究中的價值，引導(dǎo)學(xué)生思考GIS如何為未來生態(tài)治理提供更科學(xué)的決策依據(jù)。

（五）總結(jié)與拓展

在課程的最后階段，教師引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并拓展思考GIS在更廣泛的生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用。

教師：同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用，現(xiàn)在讓我們回顧一下GIS是如何幫助我們監(jiān)測環(huán)境變化的。

學(xué)生：GIS可以對比不同時間段的遙感數(shù)據(jù)，分析植被變化、水土流失情況

教師：沒錯，GIS不僅能監(jiān)測生態(tài)變化，還能計算土地利用變化的比例，為生態(tài)治理提供科學(xué)依據(jù)

教師：GIS數(shù)據(jù)分析對生態(tài)治理有什么意義？

學(xué)生：它可以幫助我們評估不同治理措施的成效，如退耕還林的效果是否顯著。

教師：正是如此，GIS數(shù)據(jù)分析為環(huán)境決策提供了重要支持，使治理更加精準(zhǔn)高效。

隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展思考：GIS技術(shù)是否適用于其他生態(tài)脆弱地區(qū)，如西北荒漠化地區(qū)？

學(xué)生：可以，GIS能用于監(jiān)測沙漠?dāng)U張趨勢，幫助制定防沙措施。

教師：那么，未來如何利用GIS進(jìn)行生態(tài)修復(fù)規(guī)劃？

學(xué)生：GIS可以模擬不同治理方案的效果，優(yōu)化生態(tài)恢復(fù)策略。

（設(shè)計意圖：通過回顧和拓展，學(xué)生對GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用形成更加系統(tǒng)的認(rèn)知，為今后進(jìn)一步探索GIS在地理研究和環(huán)境管理中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。）

七、教學(xué)反思

（一）教學(xué)亮點(diǎn)

本節(jié)課通過GIS平臺的應(yīng)用，使地理學(xué)習(xí)更加直觀，提升了學(xué)生的空間認(rèn)知能力。小組合作的方式增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究能力，使他們能夠在實踐中理解GIS技術(shù)的實際應(yīng)用。此外，利用真實數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境分析，學(xué)習(xí)內(nèi)容更具實用價值。

（二）改進(jìn)方向

在教學(xué)過程中，部分學(xué)生對GIS軟件的操作仍存在困難，因此，教師需要進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)培訓(xùn)，使學(xué)生更快上手，并提供更多實踐案例，幫助學(xué)生深入理解GIS在不同生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用，同時加強(qiáng)課堂互動，通過更多討論和演示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（作者單位：煙臺市牟平育英藝術(shù)中學(xué)）

編輯：趙飛飛