地理信息科学的应用范文

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中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）44-0187-02

高校教学改革的重点是教学方法的改革。但长期以来，高校中普遍流行的教学方法就是课堂讲授法，该方法虽然能使学生系统全面地获取知识，但因其过分强调预设，形成了以教案为中心的封闭性教学，学生在教学过程中的主体地位难以落实，因而使课堂教学变得机械，课堂气氛沉闷。因此，如何探索有效的教学方法，以增强大学生学习的积极性和主动性，提高课堂教学质量，是摆在大学教师面前不可回避的现实问题。

一、地理信息系统原理课程的特点

地理信息系统是地理信息科学专业的入门课程，该课程覆盖面广，涵盖基本概念、基础理论、技术原理和应用方法等。其中基本概念是构成该学科的基础，包含专有部分和通用部分，各概念间难区分，总体说来晦涩难懂。技术原理是课程的主体，其数据结构、程序算法和实现均不直观，难于揣摩。应用方法涉及一系列的思维转换，无法身临其境，有空洞感。课程存在知识台阶，不能和已有知识无缝衔接，同时基础学科众多，其先修基础课程开设不全，教师需即时补充基础知识点。因此课程教学内容存在由易到难、由虚到实、逐层递进的内在关系。

教师常采用铺垫、启发、引导、提问和讲授相结合的教学方法，但教学效果仍不尽如人意。

我们曾对本校地理信息科学三个年级236位学生进行了问卷调查和访谈，91%认为学习有难度（一般，较难），95%的认为内容抽象。多数认为现有的讲授方法难以保证持久的注意力和兴趣，有厌学情绪。

凡此种种，给课堂教学带来极大挑战。因此，如何在现有的教学条件下，改进教学方法，提高教学质量，显得尤为重要。

二、问题教学法的含义与特点

随着教学理论的研究和教法的探索，问题教学法越来越受到重视。它有着悠久的渊源，历史上用提出问题的方式教导学生的孔子和苏格拉底，他们就采用问题教学法。它以提出问题为主线，即教师提出问题，学生自学教材，探求问题，讨论问题，教师引导讲解，最终达到解决问题的教学目标。可见，问题教学法具有“针对性、参与性、主动性”的特点[1]，它既能改变传统教学中教师教给学生的都是定论知识的现象，又改变了传统的大学课堂中教师满堂灌的弊病。该方法通过讨论争辩、质疑探索，使学生的学习变得主动，也能培养学生的问题意识，大大调动学生的学习积极性。它把学生的学习变为感受知识―理解知识―深入探究的活动，使学生实现了再发现和再创造，养成良好的学习习惯，提升学习能力。同时，问题教学法对于教师来说能有助于教师化解理论讲授的枯燥性，降低教学的难度，提升教学效果。因此我们不难发现，采用问题教学法可以让地理信息系统原理课程教学中的问题迎刃而解。

三、地理信息系统原理课的兴趣养成

1.教学模式。问题教学法实施过程可概括为三环六步模式。三环为：①自学，即提出问题。提出问题是此法的首要环节。首先，学生可以根据对教材的预习，提出自己需要解决的问题，然后教师将筛选、总结归纳出的典型性问题作为教学的依据，如教学中相关概念的区别与联系、关系与法则的理解等，即生成问题。②研学，即讨论问题。它是此法的核心，它主要展示学生研究问题的过程，从而使学生掌握解决问题的具体方法。当学生的思维模糊不清时，教师必须提出需进一步澄清的问题。③固学，即解决问题。以培养学生的知识迁移能力为目的，通过学生讨论引发的问题，教师总结解决问题的方法，使学生的经验和知识达到再增长。六步为具体化：①明确目标。创设问题情境，使学生发现，提出问题，明确要解决的主要问题。②学生自主探究。分析问题，提出假设，设计解决问题方案。③小组研讨。学生分小组讨论未解决的问题，教师通过巡视、质疑、提问、上堂板演等形式，发现学生共同性的疑难问题，对互助研讨加以引导。④质疑点拨。通过学生间和师生间的讨论、质疑、争论、辩解、分析、更正、补充等互动形式，形成班内全员参与、积极探究、氛围热烈的场面，把课堂教学推向，使学生再次享受获得知识的快乐。⑤总结归纳。师生梳理、总结。⑥检测达标。用检测题等方法进行测试，学生答，教师评，并展示交流，并为接续导出下堂课的新知做准备[2]。时间分配一般为35∶10，前35分钟解决学生已预习的问题，完成本节课教学内容，后10分钟，导出新问题，分发材料，指导预习，确保前后衔接。

2.教学设计。参照以上模式，在地理信息系统原理课程教学中，遵从三环六步，将理论教学从整体设计为课前、课中、课后三大过程。课前，教师编写教案，实现知识问题化，问题层次化；学生预习上次课导出问题的基础知识，并回顾旧课的内容。课堂上，首先进行目标再现，由教师简述教学目标；接下来用提问、竞答等方式对预习情况进行调查，重点关注学生预习中发现的问题与质疑；教师归纳汇总问题，即时设计解决方案；后续问题讨论，教师适当点拨，并适时精讲；最终在教师指导下，对本课内容进行总结梳理、明确重点难点与关键点。在每次课的最后10分钟，依照提供给学生的“导学案”及讲授提纲与知识要点，从常规概念，用普通思路导出问题，指定自学的教材内容，提出学习目标，留待下次课讨论学习。课后，教师对课堂进行回顾，总结经验教训；学生温习已学内容，预习教材，查询相关基础知识。

3.教学实例。在空间认知一课的教学中，于前一节课的末段，指定了自学的内容，设计出“现实世界到底有什么？基本空间对象有哪些？你找到的对象是连续，还是离散的？怎样表达它？”等带递进和层次的问题作为导学案，由学生课后自习。这样就将教学延伸到课外，缓解了课时紧张。

课中第一段，教师简述目标――现实世界的基本空间单元和表达方法，完成目标再现，提示地理语义是从空中看世界；后接层次问题的提问，学生分小组自由回答，教师适当启发，以掌握问题和质疑；接下来的讨论，因为学生对问题和基础知识比较陌生，依教材常能得出的仅是“世界由空间实体组成”这一结论，难以逃脱常规思维的束缚，难以建立起正确的认识观，需要加以及时引导、精讲，教师依“地物―离散的―呈点线面状；地理现象―连续分布―分割为形状大小相同的面元”进行了点拨，这时学生积极参与，课堂气氛活跃；接下来是分小组总结环节，指定较好的小组进行总结发言，可辅以幻灯片演示，最终让学生明确关键点（难点）――离散化，点状、线状和面状抽象是自然离散化，是仅关注自己感兴趣的东西，可称实体空间观；真实而连续的现实世界，需要另行离散化，划分空间面元就是要离散连续的空间对象，可称为连续空间观，最终总结出基本空间单元为点状、线状、面状和栅格4类，基本空间图元为点、线、面与像元。从而让学生建立正确的空间认知观和空间表达方式，完成主体教学。

课中的第二段，教师导入下次课的问题。

下课后，师生进入课后阶段。

整个过程，根据教师的节奏，环环紧扣，调动了学生的兴趣和主动性，达到了对知识前所未有的深度学习，教学效果良好。同时，结合教改，将讨论、答问和总结，计入课堂考试成绩，完成课堂考试。

对于比较复杂的内容采用了打通两节课连上的形式，将一二段时间分配为80∶10。

四、结语

实践证明，运用问题教学法进行地理信息系统教学，保证了教师的主导地位，体现了学生的主体性，降低了理论的抽象性，增强了学生的兴趣，培养了学生的学习能力，提高了目标的达成度。实践中还发现鼓励同学大胆质疑与讨论，才是成败的关键。

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信息技术环境下的教与学，提高信息技术理念，研究现代教育信息技术发挥最大的效益，通过信息技术与地理学科实践的研究与探索，信息技术与地理课程的整合将带来课程内容、课程实施、课程评价和课程资源的变革，信息技术与地理课程整合强调一种和谐与自然，最终达到改善学习者学习的目的。

常规的地理课堂教学，教学知识讲授方式依然在使用有限的教科书上的内容，而作为教师的我们，必须想尽一切可以操作的方式让学生理解、感悟、学会、喜欢我们的地理课。有限的地理教学教具（如地理挂图、课本插图等）的使用，都不能生动地让学生理解一些抽象的地理现象和地理原理，如世界地理部分的海陆的变迁等知识。而在信息时代的今天，随着多媒体信息技术广泛应用于我们日常的课堂教学，教师可以获得地理学科各个方面所有的内容，拓展我们的地理课堂，开阔学生的视野，优化课堂教学。教师在课堂上可以展示精心制作的课件，播放视频图像、录像等资料，来创设课堂教学情境，激发学生学习兴趣，让抽象变为形象，帮助学生理解重点难点，使学生在乐中学，乐中练，使课堂变得更加生动有趣，大大提高了课堂效率，使我们的课堂发生了翻天覆地的变化。

例如，我在精讲学习人教版七年级上册第三章《多变的天气》一课时，导入新课的环节就是运用事先准备好的一段天气预报网页导入的，这样设计就由同学们熟悉的天气预报引入新课，大大激发了学生们学习这一课的兴趣与热情。在这里用到了幻灯片、网页的链接，简单明了地达到了预期的教学效果，然后由浅入深地让学生讨论天气预报的内容。如气温、降水、风力、阴晴等等，用不同的幻灯片在大屏幕上去展示，让学生明确或者说出每一张图片代表的是什么？各种颜色代表什么意思？指出哪些地方是晴天，哪些地方是阴天或有雨？最后，教师做出课堂小结，学生梳理知识树。让学生根据天气预报设计假如去某地旅游，准备出行的装备，穿衣指数、雾霾程度等。这样一堂课完整地上下来，使学生在轻松愉快的氛围中完成了本课的学习任务，而教师也明确地完成了本课预设的教学目标。让学生“身临其境”，这样教学就达到了事半功倍的效果。在我们日常的初中地理教学中，多媒体信息技术的使用，会激发学生对地理的兴趣，创设良好的地理学习氛围，调动学生学习地理的兴趣，能够让学生愉快接受新知识，使学生真正地成为地理课堂的主人，让学生学习对生活有用的地理。

信息技术与地理课程整合应用在教学中还可以体现在重难点知识的突破上。例如，在讲授人教版八年地理下册第五章《中国的地理差异》时体现得更加明显。讲关于“四大地理区域的差异”内容时，“秦岭―淮河”一线的地理意义等内容用常规的教学手段很难表现，由于缺乏可视性，学生不易理解，更不易掌握，效果不理想。用多媒体的教学软件就不一样了，首先以幻灯片的方式呈现该地域的地图，在电子版地图上落实秦岭、淮河，说明“秦岭―淮河一线”的地理意义，培养学生的地理思维能力。分别用三张幻灯片呈现三个步骤：第一步运用在总论中学过的知识，归纳“秦岭―淮河一线”以北地区和以南地区的地理差异；第二步，说明“秦岭―淮河一线”在我国不同的自然地区划分中的地理意义；第三步，特别是应用可以控制的多媒体软件，可以适时呈现教学中的重难点以及难以理解的问题，有效地突破还能收到很好的教学效果。

整合收集文本的地理信息，培养学生独立自主的学习能力，能够营造和谐的地理学习氛围。运用信息技术可提高学生的读图能力，培养学生的思维能力和应用地图的基本素养教学中，本着从实际出发、因地制宜的原则，挖掘和发挥传统的各种技术手段在教学中的积极作用，根据教材的特点，充分利用多媒体课件。制作时，为了使课件有丰富的感染力和表现力，力求做到色彩搭配合理，图形比例准确，得出所要掌握的地理基本规律。结合地理学科教学本身的特点，以便更好地服务我们实际的地理课堂教学。运用信息技术设备理进行地理教学与信息技术的整合，摸索最佳的教育教学方法。利用可利用的时间，把传统的课堂教学模式转变为一种有声有形、师生互动、快速便捷、及时反馈的教学模式，力求实现最优化的教学目标，让我们的地理课堂更加充满生机和活力。

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随着现代科学技术的发展，多媒体技术已被广泛地应用于社会各个领域，当然也包括教育行业。地理学科内容有直观性强、综合性强、信息量大、信息源种类繁多、研究尺度(时间和空间)范围变化大等特点，既有宏观、抽象的内容，又有微观、具体的知识；既有美不胜收、风景迷人的自然地理内容，又包括与人类活动密切相关的人文地理知识；传统地理教学虽然也重视直观教具的运用，如：挂图、地图、图片、图像和模型，有些教师还结合教材内容，自制了不少非常实用的教具，我曾经就制作了一个模拟昼夜更替的简易教具：用一根红线系在地球仪上模拟晨昏线的移动。但这些大多数是静止画面，学生看到的只是局部画面，操作起来也较困难，不便进行局部放大或缩小，无法详尽地反映出地理事物连续变化的过程，无法将地球自转与公转运动和三圈环流等动态知识讲透彻，难以完全表现出地理课的趣味性和生动性，不易从宏观、微观的分析建立时空观，尤其不易根据教师的思想及课堂要求进行演示，不利于学生知识框架的主动建构，致使教学效果难以大幅度增强，使得学生的学习效果也大打折扣。现代信息技术对于提高教育教学质量有着其他手段不可比拟的优势，其固有的超文本阅读、信息量丰富、交互性强、反响快速、贮存量大，集图形、文字、声音、动画、图像于一体的多种媒体刺激的技术特点，极大地丰富了地理教学活动。多媒体技术为学生主动参与地理学习，探索地理知识和交流合作等提供了技术支持。下面我就在平时教学实践中的点滴体会谈谈现代信息技术在地理学科中的应用。

一、获取、处理、应用地理信息

在信息爆炸的今天，学会如何获取知识比学会多少知识更为重要，如何处理信息比单纯的记忆更重要。学会获取、处理地理信息是学习地理之基本。新课程强调学生学会从课本以外的其他途径获取地理知识的基本方法，培养地理学习的能力。新教材也安排了许多让学生收集资料的活动，如：收集全球气候变暖的资料，写提倡低碳生活的小论文，介绍自然灾害发生后的自救措施；收集相关资料分析厄尔尼诺发生时对秘鲁渔场的影响，拉尼娜与厄尔尼诺的关系，拉尼娜发生的年份对我国及世界各地的不同影响，等等。虽然学生收集资料的途径有很多，但访问互联网站是收集地理信息的最便捷途径，只要用鼠标轻轻一点，就能在知识的海洋提取到多种多样的地理信息：图片资料、视频讲解，了解到地理学科的新进展。

二、演示各种动态地理图像

对于那些用传统教学方法，如语言、文字、静态图像难以表达，学生难于理解的抽象内容，多媒体计算机可以通过动画模拟、局部放大、过程演示等手段变静态为动态，变抽象为形象加以解决。如“地球公转”一课中，“昼夜长短变化”是一个难点，过去是由学生阅读教材与教师结合课本插图抽象地讲解，高一学生空间想象能力不够，难以理解，教学很费力，一度成为地理学教与学难以逾越的鸿沟。现在使用Flash模拟变化的全过程，画面中既有白昼又有黑夜，晨昏线的移动较明显，任何一个节气的昼夜长短变化都可以通过点击鼠标演示出来。消除了时间和空间的障碍，同时用动画和语言显示变化的不同时期，把视觉形象和听觉形象结合在一起，可以生动地展示随着地球的公转各地昼夜长短的变化过程。

“冷热不均引起的大气运动”、“气旋与反气旋”、“板块运动”、“锋面过境前后对天气的影响”等知识都可以通过多媒体动态模拟，将文字信息在简便操作中转换为图像信息，变抽象思维为直观思维，突出地理事物不断变化的属性，使学生获得连续、动态、形象的感性材料，既能激发学生兴趣，又有利于学生认知主体作用的发挥，使学生在轻松愉快的情境中学习，耳目为之一新，重难点也容易接受消化，同时调动了学习的主动性和积极性，从而使学生形成了自主学习的态度，学习变得主动了。

三、模拟情境，具体应用

地理教材中有些内容，我们受各种因素制约有时不能实际到达或亲临其境，去观察、体验和感知。如海陆变迁、火山、地震、泥石流等。在传统的课堂教学中，由于不能提供实际情境所具有的生动性、丰富性，学生的同化与顺应过程较难发生，使学生对知识的意义建构存在困难。多媒体的最大特点是生动性、形象性和直观性，而借助计算机多媒体技术就可跨越地域、时空，将异域风土人情、火山喷发和地震发生情境等实景展现在学生面前，让学生获得感性的直觉知识，学生仿佛置身其中，领略了异域风情，感受了火山、地震的威力。多媒体能创设比传统教学丰富生动的教学情境，可以根据需要让屏幕顷刻出现所要的图形、画面，且可放大、缩小，图形、文字可以闪烁、变色，还可以平移、旋转、翻折，甚至可“走进沙漠”、“进入太空”、“潜入海底”，让学生主动探索。由于素材形象生动逼真，感染力强，又是多渠道、多形式、多侧面传输，这比口头描述或阅读文字材料更有助于学生主动学习和掌握，拓宽了学生的地理形象感知领域和地理视野，丰富了学生的经验系统，发展了地理思维。这是常规教学手段所无法代替的。

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地理信息系统是Geographic？Information？System的中文解释，简称为GIS，其对空间数据具有采集、描述、管理、分析、存储、检索、查询、显示等功能，是现代化的计算机系统。在地理信息系统下，通过对地理信息数据的处理和分析，能够有效实现“为我所用”的功能。在这一技术下，以地理空间数据库为基础，通过计算机软件和硬件的操作，可以充分实现对数据的深度挖掘，实现对地球表层空间数据的描述、分析、存储和检索。

在实际的应用过程中，通过GIS的强大功能，可以有效实现对地理数据的处理，其主要功能包括数据显示、数据分析、数据操作、图像处理、数据存储以及输入输出等。

首先，关于数据的采集和输入功能，对外部的原始数据进行采集，并传输到数据处理系统进行数据的处理和分析，但是，在分析之前，系统将会到原始数据进行格式转换，从而将原始数据以系统内部格式的方式存在。

其次，在地理信息系统下，具有属性比你和图形编辑的数据编辑功能。关于图形编辑，主要承担校正误差、拓扑关系建立、图形编辑、变换和修饰以及图幅拼接等。在属性编辑功能下，该功能与数据库相对接，做好数据库管理工作，常用的管理方式主要是指删减、增加和修改等。

第三，关于数据存储、管理方面的功能，主要是完成数据存储功能，将某些特定的数据进行存储，存储介质要根据具体情况而定，可能是外存储设备，也可能是计算机内部的存储器，这要根据数据文件结构来分析。而在数据管理方面，主要借助逻辑数据进行关系的建立，并通过关系数据库实现对数据的管理。

第四，在地理信息系统技术下，可以实现对地理空间的查询与分析。其中，主要的功能有数据综合分析、数据查询检索以及操作运算等，从而在数据库、存储装置以及文件中得到要想的目标数据，可见其查询及检索的功能强大性。另外，借助GIS技术，可以实现对目标地理空间实现全面分析。

第五，与计算机系类似，地理信息系统技术还具有数据显示与输出的功能。通过显示器，可以将数据、结果以及中间的分析过程进行展示，其中，主要是分析过程的显示、图形数据的编辑。借助GIS技术以及网络技术，可以将结果进行远程传输，同时也可以通过打印机、绘图机以及计算机显示屏显示结果。

二、地理信息系统技术在环境科学中的应用

1在环境管理方面应用地理信息系统技术

具体到环境管理工作的实际，国家和各级环保部门需要在工作中遇到大量的数据和统计报表，从而获取准确的环境质量情况。如果单纯依靠人工手段，面临大量的数据分析工作，势必会让人束手无策。而通过地理信息系统技术的应用，正好可以实现对这一问题的解决，从而优化了各类环境资源的管理，尤其是生物资源、水资源、大气质量、社会经济等。通过地理信息系统技术的应用，实现了信息资源的优化的同时，能够有效实现资源的优化配置，从而为土地的合理开发利用、城市发展规划、环保统计等提供有效的数据支持。

2在环境影响评价方面应用地理信息系统技术

在地理信息系统的实际应用中，将其应用于环境影响评价具有重要的作用。通过其技术应用，可以有效实现对土地利用情况、大气质量、地下水质、地表水质量、点、面源污染等数据的集成和管理，从而通过庞大而精确的数据对环境影响作出评价，成为辅助决策的重要依据，尤其是工程项目的建设，通过分析其对环境的影响路径、影响情况及危害程度，为工程项目建设施工的科学决策奠定了基础。

3在面源污染问题方面应用地理信息系统技术

在环境科学领域，面源污染问题一直是重大研究课题之一，是现实中对环境影响较为严重的污染类型，再加上其成因复杂，受影响范围广，因而难以有效分析和控制。在地理信息系统技术的介入下，可以将地理资源与面源污染模型结合起来，从而实现对河流的综合分析，并以图形的方式进行结果输出和显示，在地理信息系统技术的分析下，对易受侵蚀区域进行标记，合理评价面源污染，并根据土地的利用情况实现合理分配，从而为科学决策提供有效的理论依据。

4在水文环境管理方面应用地理信息系统技术

在地理信息系统技术下，环保工作中的水文、地形、土地利用等数据均可以实现科学化、现代化管理，并通过该技术所带有的特定程序，实现对水文环境问题的分析，从而有效促进水文环境管理工作的科学化。比如，在GIS技术下，将栅格型地理信息系统技术搭配上有限元分析法，可以实现对暴雨径流问题的分析，并以图形的方式显现出来，图形中对洪水泛滥区域以及高径流量区域进行特殊标记，并对洪水可能带来的灾害进行模拟，尤其是洪水灾害对地表物质和土地利用情况的影响，这样的分析结果可以广泛应用于水利工程的选址以及建设中。与此同时，在GIS技术下，由水文数据、地质数据、降水量、含水层、土壤情况等组成的数据库，可以有效满足工程设计部门对于水文情况的查询、检索需求，为科学决策和研究提供了重要的参考资料。

结语：

在当代，随着科技的进步，地理信息系统技术也不断完善，在环境科学中的应用也日渐广泛。随着地理信息系统技术应用的日渐成熟，环境监测质量、管理效率也得到了有效提升，这对于促进环境管理的集成化和高效化具有重要意义。

参考文献：

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