中学GIS教育实施的困境与对策

刘文新 崔东

摘要如何通过GIS教育夯实地理核心素养已成为各国高中地理课改的重点任务。然而，我国当前的中学GIS教育面临缺少适用软件、缺乏教学数据库、教师GIS应用能力薄弱、地理课程设置不合理，以及课堂教学时间限制等诸多问题。为此，应当高度重视GIS教育，合力开发适合我国国情的中学GIS教育软件，积极探索GIS适用的地理课程资源，努力提升地理教师的培养和培训工作，以此在课程实施层面整体推动GIS教育落地生根。

关键词 中学GIS教育 中学地理教学 GIS

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.21.053

Difficulties and Countermeasures of Implementation of GIS Education in Middle School

LIU Wenxin， CUI Dong

（College of Biological and Geographical Sciences， Yili Normal University， Yining， Xinjiang， 835000）

AbstractHow to consolidate the core literacy of geography through GIS education has become the key task of geography curriculum reform in high schools in all countries. However， the current GIS education in middle schools in China is faced with many problems， such as the lack of applicable software， the lack of teaching database， the weak GIS application ability of teachers， the unreasonable geography curriculum setting， and the limitation of classroom teaching time. Therefore， we should attach great importance to GIS education， jointly develop middle school GIS education software suitable for China’s national conditions， actively explore the geography curriculum resources applicable to GIS， and strive to improve the training and training of geography teachers， so as to promote the implementation of GIS education in the curriculum.

KeywordsGIS education in middle school； middle school geography teaching； GIS

1引言

1.1 GIS與中学GIS教育

GIS（Geographic Information System）是一套通过收集、存储、检索、转换和显示现实世界中的空间数据以达到特定目的的工具。[1]自20世纪60年代加拿大科学家Tomlinson R提出GIS的概念以来，GIS被广泛应用到土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划等领域。[2]伴随着科学技术的发展，GIS在国家社会经济建设中起到重要的作用，在日常生活中也得到广泛的应用。陈述彭院士认为GIS是地理学的第三代语言，作为空间信息交流与传递的基本工具，正在改变着人们对于地理世界的认识与空间信息的交流方式，[3]并为地理学和地理学科的发展带来了新的发展机遇。

GIS作为一种新型的教育信息通信技术（ICT）和新型教学工具，有利于促进学生知识习得和智能发展。大量学者对GIS在中学地理教学中的应用开展了广泛的研究，GIS在地理教育方面的育人价值得到广泛认识。GIS教育（GIS Education）可以划分为学习GIS（learn about GIS）和利用GIS学习（learn with GIS）两个层次。[4]学习GIS以学习GIS技术为核心，注重GIS使用相关技能的掌握；利用GIS学习侧重于利用GIS开展地理学习和解决现实生活中的地理问题，注重于地理知识的习得和地理空间思维的培养。美国是第一个在中学开展GIS教育的国家，1994年美国国家地理课程标准《生活化的地理》第一次将GIS纳入大学预科教育，并倡导在中小学地理教学中利用GIS开展地理探究活动等，[5]以培养学生的地理技能和空间思维。然而，GIS在中学地理教学中的普及率仍然很低。2003年，2003年，Kerski的研究表明GIS在美国的中小学中并未得到广泛应用，只有极少数的地理教师能够利用GIS开展地理教学活动。[6]Bednarz指出对缺乏地理教师GIS教育相关培训以及缺乏相关的课程资源等因素是主要的限制因素。[7]

1.2中学GIS教育与地理学科核心素养培养

目前，我国正在各学段积极推进基于学科核心素养的课程与教学改革，通过对中学生地理学科核心素养的培养进而落实立德树人的根本任务。创新的地理教学方法是新课程的特征之一，也是培养中学生地理学科核心素养的重要途径。新课程将GIS作为重要的教学内容和教学工具引入中学地理教学，并强调自主学习、合作学习、探究学习等学习方式以及地理实践活动等对中学生地理学科核心素养的培养的重要性。将GIS作为重要的地理教学工具和研究工具，有利于新一轮课程改革理念在中学地理教学中落实，并为在地理教学开展自主学习、合作学习、探究学习等教学方式注入新鲜活力。同时，也为开展调查、考察等地理实践活动提供技术支持。

回顾一些发达国家中学GIS教育发展历程，我们发现国外中学GIS教育的开展并不是一帆风顺，目前依旧处在对中学GIS教育的不断探索之中。我国也早在2003年颁布的《普通高中地理课程标准（实验）》首次将GIS作为重要的教學内容添加到高中地理课程，并要求中学生能够了解GIS软件、学会利用GIS查询、分析等相关操作以及利用GIS绘制专题地图等。我国中学GIS教育已经过十几年的发展，大量学者进行了积极的探索。然而，我国目前中学GIS教育现状依旧不容乐观，很少有中学地理教师能够有效利用GIS开展教学活动，广大中学地理教师利用GIS开展教学活动依旧是困难的。如何在中学阶段利用GIS开展地理教学活动以培养中学地理学科核心素养，是当前中学地理教育亟待解决的重要问题。本文结合一些发达国家中学GIS教育开展的经验和我国中学地理教育实际，分析和探讨我国中学GIS教育实施的困境与对策，旨在通过有效在中学阶段开展GIS教育，落实培养中学生地理学科核心素养培养。

2我国中学GIS教育面临的主要障碍

2.1缺少适合中学地理教学的GIS软件

从国外中学GIS教育成功经验来看开发专门为中学生学习使用的GIS软件是开展中学GIS教育的关键因素。例如，美国的AEJEE（Arc Explorer Java Education Edition）软件、德国的Diercke GIS软件、芬兰的PaikkaOppi软件以及日本的MANDARA软件等。从国内学者的研究来看，国内鲜有专门为中学地理教学而开发的GIS软件。在中学教学主要使用的GIS软件主要有两类：一类是以ArcGIS、ArcView为代表的桌面GIS软件，具有强大的制图功能和分析功能。但是，ArcGIS是为专门从事科研、规划、商业等专业人士开发的，专业性、技术性太强，即使是专业人士也需要长时间的训练和实践才能有效地使用。对广大中学地理教师和学生来说使用难度较大，学习软件需要花费较多的教学时间，并且大部分学校都无法承受ArcGIS软件昂贵的费用。因此，ArcGIS软件并不适合在中学地理教学中使用。另一类是基于网络软件（即WebGIS），例如，Map Quest、图行天下、Google Earth等。相比桌面GIS软件来说，WebGIS软件访问空间数据更容易，操作难度低，大部分师生通过简单训练后均可使用，但缺少像ArcGIS具备的某些高级分析或地理处理功能，不利于学生高阶思维能力的发展。

2.2地理教师GIS素养薄弱

地理教师的GIS素养主要包括GIS教学意识、GIS专业知识、空间数据的收集和处理能力、GIS教学素材的整理能力、基于GIS的教学设计能力以及基于GIS的教学实施能力等。教师的GIS素养保证中学GIS教育开展的先决条件，也是基于GIS教学实施的重要保证。以芬兰为例，芬兰历来注重教师教育，获得硕士学位是成为中学地理教师必备条件，[8]所以，芬兰的地理教师都具有较高的地理素养和GIS素养，这对其顺利开展GIS教育具有重要的意义。我国绝大多数地理教师都具有学士学位，部分地理教师具有硕士、博士学位。全国绝大多数师范院校地理科学本科生GIS课程采用理论课程和实践课程相结合的模式。理论课程包括GIS、遥感导论，地图学与GIS等，实践课程以ArcGIS软件的学习为主，主要包括制图训练、遥感与GIS综合、GIS空间分析原理。地理科学专业学生本科毕业后能基本掌握GIS相关专业理论知识和ArcGIS软件的基础操作。然而，这样的地理师范生GIS教育并不能完全满足他们未来作为地理教师在中学开展GIS教育的需求。首先，ArcGIS软件专业性较强，使用难度较大，部分师范生学生对ArcGIS学习有困难，缺乏学习兴趣，对软件掌握程度较差。其次，ArcGIS软件使用的费用昂贵，无法提供给中学生使用。同时，缺乏基于GIS教学设计能力，即使学生能熟练掌握ArcGIS软件的使用，也无法很好的将GIS融入中学地理教学中。

2.3缺乏必要的数据和教学材料

数据是GIS的灵魂，是地理探究活动的核心元素之一，也是基于GIS的学习环境的关键组成部分之一。[9]按照Penzias观点：“数据仅仅是对现实世界的描述；信息是经过处理和加工并具有一致逻辑顺序的数据；知识是信息的提取；当知识被应用于产生新的想法或解决实际问题时，它就可以被转化为智能”，[10]对数据的处理和分析是中学GIS教育价值体系的重要环节，国外在为中学GIS教育提供必要的GIS的软件的同时也提供了相关的数据和教学材料。常言道“巧妇难为无米之炊”，对我国广大教师来说开展基于GIS教学所需数据获取难度较大，加之缺乏相关GIS教学材料的指导，导致很难开展基于GIS的教学。

2.4地理课程设置不合理

学习GIS是利用GIS学习的前提和基础。我国目前高中地理课程在关于GIS教学内容顺序安排上存在一定的问题。高中地理课程分为必修、选择性修和选修三大模块，GIS作为教学内容放在选修部分，通过这部分内容的学习，学生可以初步掌握利用GIS分析地理问题的方法，属于学习GIS（learn about GIS）层次。而必修和选择性必修部分都提到要充分利用地理信息技术学习，即属于利用GIS学习（learn with GIS）层次。按照大部分高中的做法先开设必修课程，接着开设选择性必修课程，最后才是选修课程。这就导致中学GIS教育出现了顺序上的错误，也导致教师在必修和选择性必修方面开展基于GIS教学时依旧以教师为主导的教学为主，学生无法有效的利用GIS学习。同时，受高考内容的影响，选修课程往往是有选择的实施，环境保护和旅游地理成为选修课程中的“必修课程”，地理信息技术应用等成为真正意义上的“选修”。

2.5课堂教学时间的限制

40或45分钟的课堂教学时间也是限制GIS在中学地理教学中应用的重要障碍。开展基于GIS教学存在一个较高的学习曲线，也就是说在利用GIS学习之前需要大量的时间来学习GIS软件的使用。如何缩短GIS学习曲线是保证中学GIS教育有效开展的关键。我国的课堂教学时间通常为40或45分钟，很难满足基于GIS学习的需求，成为阻碍中学GIS教育开展的重要因素。时段授课制被认为是成功GIS教学的必要条件，[11]美国高中创新的提出了时段授课制，每周都会将延长的授课时间，保证教师和学生有充足的时间开展基于GIS的教学。

3中学GIS教育实施建议

3.1重视中学GIS教育的开展

各级中学及地理教师应深刻认识到GIS对中学生地理学科核心素养培养的价值，充分在地理教学中利用GIS。广大地理教师要创新教学理念、优化教学方法，不仅要做中学GIS教学的实施者，更要做中学GIS教育课程的研究者和开发者。同时，高等院校应深刻认识到GIS的育人价值，重视地理科学专业本科生人才培养质量，积极推进地理科学专业GIS课程与教学改革，提高未来教师GIS素养。

3.2开发适合中学生使用的GIS软件及课程资源

开发适合中学地理教学的GIS软件及课程资源，是保障中学GIS教育顺利开展的重要因素。高等院校和科研机构应加快对适合中学生学习的GIS软件开发、GIS课程与资源开发等。鼓励广大中学教师参与中学GIS教育课程的研究的开发，在实施课程的过程中创新课程。在没有专门GIS软件支持的情况下，利用免费、开源、适合中学生学习的GIS软件（例如QGIS、Grass等）开展地理教学。同时，应将成熟的GIS教学案例、示范性课程积极推广，供广大教师参考和借鉴。

3.3推进地理教师教育改革，促进教师专业发展

高等师范教育是培养中学地理教师GIS素养最重要的途径。师范院校推进指向未来地理教师GIS素养的课程与教学改革，优化教学方法，创新GIS课程内容，教师教育课程也应加强基于GIS教學的设计能力和教学能力的培养，提高未来地理教师GIS素养。同时，应推进在职教师的继续教育和学历教育，鼓励中学地理教师重返高校深造，提高基于GIS的教学能力和研究能力，并促进地理教师专业发展。

*通讯作者：崔东

基金项目：新疆维吾尔自治区普通高等学校教学改革研究项目：基于地方经济发展的地理科学专业大学生实践创新能力培养模式研究（项目编号：2018XJJG08）

参考文献

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[11]Bednarz S W .Geographic information systems： A tool to support geography and environmental education？[J]. GeoJournal， 2004，60（2）：191-199.