网络地理信息系统支持下的高中地理探究学习

康星 刘健

摘要：地理信息技术与地理课堂教学深度融合是由学科特色决定的，也是地理课标倡导的。网络地理信息系统是一种完善和扩展传统地理信息系统功能的新技术，助力学生将地理学习过程转变为地理问题研究过程。基于二三维网络地理信息系统，结合单元教学、项目式学习和地理实践课教学案例，教师要明确信息技术与高中地理教学深度融合的契合点，基于教学逻辑，适度、适切地运用信息技术，趋利避害，让信息技术真正赋能教学。

关键词：网络地理信息系统；Web GIS；高中地理；探究学习；深度融合

网络地理信息系统（Web GIS）以电子地图为载体，承载各类地理要素，通过交互式操作反映地理要素之间的关联性，动态演示地理事物发展变化过程，实现抽象地理事物和现象的可视化。它完善和扩展了传统地理信息系统的功能，在高中地理教学中，可以成为呈现和传递地理信息的重要工具，具有直观形象、综合性强的特点。本文主要介绍Web GIS在高中地理单元教学、项目式学习、地理实践活动课中的应用实践，以二三维网络地理信息系统为基础平台，寻求高中地理教学与Web GIS技术适切的融合点，探究深度融合路径。

一、Web GIS支持下的高中地理单元教学实践

单元教学法，是在学科核心素养指引下，将教材、活动等整合成完整单元进行教学的一种方法，旨在改变偏重零碎知识和记忆的教学，强调学生获得完整的知识和经验。单元教学具有一定的概括性和抽象性，从上位的大概念逐渐下行，分解到具体知识，需要精细的教学设计。这让教师教学面临一定的挑战，如难以创设适切的单元教学主题情境并有效呈现、教学资源与教学环境很难与教学内容匹配、难以直观形象地帮助学生理解地理动态演变过程等。

为了更好地解决教师教学中存在的问题，让学生更好地理解地理过程与变化类内容，突出对地理空间动态过程的观察、规律概括与趋势预测等学科思维模式、探究方法与技能的运用，教师无论是在自然地理教学还是人文地理教学中，都可以充分运用Web GIS技术，发挥其价值和优势，赋能师生的教学活动。

下面以北京八中孙雪萍老师“中国‘镍都金昌的发展之路”的教学设计（共3课时）为例，具体阐述教师如何运用Web GIS技术定制工具“镍矿分析评价课例系统”和开放的网络互动课堂，利用全媒体资源进行个性化教学，突破单元教学难点。

（一）高效采集、检索和处理地理信息

由于矿产资源远离学生的体验和感知，镍矿这种战略性矿产资源对于学生来说是陌生的。因此，教学的关键是激发学生自主学习积极性，拉近学生和陌生课题之间的距离，拓展相关认知。GIS技术的发展，使得师生在处理海量地理信息时有了很大的进步。Web GIS是更为强大的超媒体信息集成系统，通过超媒体链接到不同的图像或网页。同时，它还是跨平台系统，让使用者能够在电脑上方便操作GIS地图和数据，执行如缩放、拖动和标注等GIS功能，进行空间定位和查询。

比如，教学“解析金昌今时困境”内容时，教师创设了一个问题情境：为何特斯拉汽车电池海外工厂选址时未选择中国金昌？这个问题旨在分析金昌发展中面临的瓶颈。面对这一探究问题，教师改变传统教学方法，依托Web GIS工具，让学生课前基于本课的信息化资料库自主学习。之后，在教师的思路提示和指导下，学生在较短时间内就自主形成了观点，并快速检索出论据，大大提高了学习效率，更充分体现了问题探究的开放性。

又如，教师基于学生探讨得出的“进口是当前中国镍矿资源安全保障的重要途径”这一结论，要求学生查询“镍矿分析评价课例系统”，完成以下任务：一是定量分析全球镍矿分布；二是遴选中国镍矿主要进口国。显然，这组探究任务专业性较强。不过借助镍矿分析评价课例系统，学生很快就能查询到全球主要镍矿产地生产数据，并在教师的引领下，从储量、距离、需求及类型互补等方面，综合分析出镍矿进口国的最佳选择，突破教学难点，大大提高教学效率。

（二）实现地理空间特征表达的立体化

Web GIS具有较强的交互性，是图形化的超媒体信息系统，能够将视频、音频、地图、文本等集中到相同的Web页面，极大地丰富了地理信息和地理空间表现能力。GIS技术支持下的数字地图，不仅实现了地理图像、文字及声音等教学信号一体化，以动静结合方式展现立体化教学内容，还可与3D成像技术相结合，构建三维空间结构，实现地理空间的结构漫游。借助它衍生的各种查询条件链接，教师能够直接快速切入信息系统，扩展学生的知识面。

上述课例中，教师运用镍矿分析评价课例系统，立体展示了世界知名镍矿、含镍有色金属矿的分布状况，快速定位所要研究的资源型城市位置，清晰显示资源型城市周边以地形地貌为主的基本地理环境状况。同时，通过自由缩放和拖曳系统模块，教师能够实现地理空间由全球到国家、地区、城市再到具体地点的转换，引导学生思考地理空间尺度变化规律，培养学生的空间思维。

（三）展现地理事物时空动态发展过程

上述课例单元教学设计的思路，是沿着一座资源型城市的动态发展过程徐徐展开的。从“一种矿”到“一座城”，再到“一类区域”；从矿业城市曾经的辉煌到产业瓶颈期和生态环境变化带来的危机再到产业转型升级和区域可持续发展……在这一系列的探究学习中，教师要引导学生从区域内的要素综合、区域间的相互依赖、尺度间的相互作用等视角，应用图像、语言、数学和认知等方式进行空间表达。这对教师教学能力提出了较高的要求。

Web GIS技术工具的恰当使用，有效地破解了教师面临的难题。比如，学生在小组讨论中可以快捷地从单元教学资料库中找到多样化的区域发展问题论据，或操作遥感图像缩放、定位及打开实景照片等，分析区域区位条件、空间变化及推理其发展变化趋势。那么，如何形成规律性的认识呢？这时教师要在适当时机，因势利导，沿着学生的推测，在Web GIS平台上调出该区域近期真实的产业地图、地理环境景观，展示该地区采取相应规划和措施后发生的真实变化，通过多个要素图像叠加帮助学生分析、预测、推理区域发展问题和发展方向，突出时间尺度和空间尺度变化下地理问题的动态发展变化规律，印证学生的决策和猜想。

课例实践证明，在高中地理单元教学中融合运用Web GIS技术（见表1），能够让学生置身真实的探究情境，强化沉浸式学习体验，更有助于学生对知识的理解、内化、迁移和应用，提高学习效率。

二、Web GIS支持下的高中地理项目式学习实践

（一）简要介绍项目式学习

项目式学习是一种以学生为主体，链接真实世界的事件，在一段时间内，团队共同解决一个复杂问题或完成一项综合性任务，让学生经历全过程，通过亲身体验、深刻理解来获得核心素养发展的学习方式。它的典型特征是综合性、复杂性、实践性、开放性、体验性等[1]。

项目式学习强调让学生从选题、规划、实施、交流、改进等环节，体验任务探究的全过程，引导学生通过学习、实践、总结、反思、改进，自发走向深度学习。Web GIS具有强大的地理景观模拟、高分辨率图像叠加、地理数据整理与可视化动态呈现的功能，将它运用到高中地理项目式学习中，可以融入线上项目调研、项目产品设计和展示、项目成果交流等环节。

（二）地理项目式学习课例分析

北京师范大学附属中学的叶雨声老师，用近3个月时间设计并实施了主题为“北京之水”的地理项目式学习活动。该项目式学习主要围绕北京市的水资源、水环境与城市发展和人地关系展开。支持该项目式学习的信息技术环境要素是定制的“北京市水资源水环境”数据采集及辅助分析系统和定制遥感地图与街景图像数据。下文以该项目中某学生小组的学习过程为例，说明地理信息技术与项目式学习的融合应用。该学生小组的项目主题是“‘我与转河导览活动设计”，旨在通过宣传学校附近一段几经变迁并正在恢复历史风貌的河道，增强北京市民对河流开发和保护的科学认识，以及对古都水系历史文化的情感联结。

1.将收集的信息上传至Web GIS数据采集系统

在前期开题和调研阶段，学生要通过网络收集相关信息，选择具体项目并制订实施计划。之后，进行实地考察，将获得的河道景观、水质状况等信息上传到Web GIS数据采集系统。该系统包括图像叠加、地理数据整理与可视化呈现等功能，允许用户在PC端任意网页随时进入使用，同时根据用户需求进行功能修改。

2.解译遥感图像

由于受到疫情防控影响，加之网课客观条件限制，学生在项目实践体验和学习交流中会存在一定的困难，运用“北京市水资源水环境”辅助分析系统和转河地区遥感地图则能在一定程度上弥补以上不足。

通过解译不同年份高分辨率的遥感图像，学生能够更为全面地分析转河“由暗转明”的河道变迁、水资源利用保护现状和问题，以及周围城市用地的变化情况。同时，借助“北京市水资源水环境”数据采集及辅助分析系统，学生将研究成果进行录入和标注，并利用Web GIS平台选择导览点，设计导览路线，规划导览活动。经过不断完善，小组项目成果最终以多媒体电子地图的形式呈现，实现了可视化、动态化（如图1）。

3.成果汇报与交流，增强育人价值

学生在展示和汇报成果时，由于有了信息技术的加持，他们的阐述更加形象直观、有理有据，凸显学生在学科核心素养、综合能力和创新思维方面的成长。同时，依托Web GIS技术及其他现代信息技术展示河道历史变迁的实景资料，还引发出学生对旧城区改造中人文关怀措施的探讨，体现出学生的社会责任感，也由此凸显了技术赋能教学的育人价值。

项目式学习通过项目任务驱动的方式，引导学生主动探索现实世界的问题，从而领会更深刻的知识和技能。那么，如何更好地实现地理项目式学习与Web GIS技术深度融合，教师可以遵循以下范式路径（如图2），提高教学效率，培养学生学科核心素养。

三、Web GIS支持下的高中地理实践课探索

地理实践力是地理学科核心素养之一。让学生走出课堂，在真实环境里学习地理，是很多地理教师的夙愿，但是这样的机会比较有限。地理项目式学习主要是以地理实践力培养为核心的教学模式，是当前学习方式的必要补充，但它不能替代常态教学。那么，在常态地理教学中，如何借助Web GIS工具达成地理实践力培养目标呢？

（一）结合地理信息数据库进行真实情境实践调研

利用定制的北京街区“遥感影像对比分析系统”和“区位及产业结构分析数据采集系统”，北京四中的地理教师结合教学内容“服务业区位因素的变化”“地区产业结构变化”，探索出一条地理信息技术应用与真实情境实践调研相结合，让课外地理实践活动延伸进课堂的新路径，可称之为“地理实践课”。

例如，乔瑞琳老师以学校附近的护国寺街发展变化情况为教学内容，讲授商业性服务业的区位因素。乔老师首先组织学生进行小组实地调查，分析影响商业街不同店铺区位选择的主要原因；之后，基于课前调查，师生共同构建护国寺街区位分析地理信息数据库，将其变成课堂上的分析案例和学习资料（如图3）；接着，在课堂上让学生运用产业区位知识，分析护国寺街商业性服务业布局的主要区位因素，以及商铺种类、布局稳定或变化的主要原因。最后，让学生运用护国寺街地理信息数据库进行新店铺选址模拟实践，解释区位因素变化对选址决策的影响。

在Web GIS平台及现代信息技术的支持下，学生在课前实地调研中，能够利用手持GPS、智能手机、指南针、电子地图等工具进行空间定位，记录影像信息，并结合地理信息数据库相关数据，完成调研报告。课堂讨论时，基于真实问题，学生依托对遥感影像的判读数据，结合实地调查数据图表，进行有理有据、有逻辑的分析。在这一过程中，学生采集、编辑和对比分析地理数据的能力有了很大提高。

（二）基于任务驱动，多环节运用Web GIS技术

无论是项目式学习还是地理实践活动课，地理实践类教学会采用不同的教学模式，但其核心教学思路和流程都是基于任务驱动学习法，即围绕以地理实践力培养为核心的问题或实践任务，由学生主动建构、探究、实践、思考、运用、解决问题。基于Web GIS技术的优势，地理实践类教学中，教师要依托具体任务，在多个教学环节发挥信息技术价值，实现信息技术和地理实践教学的深度融合（如图4）。

由图4可知，在地理实践教学中，Web GIS技术主要应用于课前调研、任务实施和改进、任务成果展示和评价环节，以帮助学生更好完成学习任务，加深对所学知识的认知，提高地理实践力。

四、基于Web GIS技术的高中地理教学实践反思

Web GIS技术及其他现代信息技术与地理教学深度融合，不仅能够扩展教师对教学活动的理解视野，提高教学效能，更利于满足学生个性化、多样化的学习和发展需求，是发展学生学科核心素养的一种可借鉴的方法路径。但要达成以上效果，教师需以科学的中学地理学习系统为核心，在运用信息技术时要注意以下方面。

（一）信息技术运用要适切与适度

现代信息技术与高中地理教学深度融合的要素是多元化的。深度融合是指教学过程这个系统中各要素相互渗透、协调一致、取长补短，从而使教学效果最优化[2]。前述的Web GIS支持下的地理探究学习课例皆体现了信息技术与地理教学的深度融合，包括以下三方面：形成信息化的主题教学内容、创设信息化的教学情境，以及任务或问题驱动下的信息处理和分析过程。在这个过程中，教师要明确，学生是探究活动的主体，教师是学科教学和信息技术深度融合的构建者，是问题式教学的促进者和学生自主学习的引导者。因此，教师在教学中要注意“不割裂”“不堆砌”“不过度”。其中，不割裂是指要从系统性的视角组织教学活动，不能将教学过程中的信息技术、教师、学生等要素孤立或割裂地进行设计；不堆砌是指要契合教学目标，避免盲目堆叠多媒体素材（图片、视频），忽略教学素材与教学内容的相关性和契合度，以致技术形式在课堂上“喧宾夺主”；不过度是指要结合学情，不盲目采用过难、过复杂的地理信息技术，始终坚持“技术辅助学生自主探究”的理念。

（二）基于教学逻辑运用信息技术，提高学生参与积极性

要想更好地发挥信息技术应用效果，教师要基于教学逻辑设计问题，开展活动，引领学生有序参与，逐步增强师生互动深度，切实提高课堂教学效果。如果教学逻辑不合理，教师教学中就容易让信息技术变成“资讯轰炸机”，干扰学生认知，阻碍学生参与意愿。

此外，教师要设计丰富的教学活动，提高学生参与的主动性，因为没有学生足够的参与和互动，信息技术只能相当于“多媒体播放器”。比如，可以利用教学媒体、设备和各类交互工具，让学生获得更多学习体验和参与的机会；利用信息技术创设沉浸式的教学情境，让学生如身临其境，有效激发学生的学习动机，增加参与度；利用Web GIS交互平台兼容教学反馈与评价系统，及时对学生进行信息反馈和评价，更有利于因材施教。

（三）信息技术是把“双刃剑”，运用时要趋利避害

新技术在教育中的迅速普及有着正面和负面的双重影响[3]，教育者要沿着科学的教学路径趋利避害，把信息技术对教育的正面影响发扬光大。

在Web GIS支持下的高中地理探究学习实践中，将学生置身各种基于真实地理的复杂情境中，一方面可加深学生的学习体验，提高学生观察世界、关联思考、提出问题的能力，解决复杂推理、思辨决策、远端迁移等综合性、复杂性的问题，使深度学习真正发生；另一方面，也可促进教师主动思考如何运用信息技术创新教学设计，优化融合信息技术的教学内容，创设信息化的教学情境，搭建基于信息化环境的多边课堂互动形式和教学结构，使深度教学得以实现。

当然，在技术融合度较高的课堂上，教师还要注意避免其他误区。如理念认知上，重技术形式而轻教学实质，使课堂实践活动表象化；实施策略不当，如课堂前置任务不到位，导致学生难以在短时间内对地理信息技术有充分理解和有效运用等。此外，这类课程的开展实施，对学校的硬件设施、师生的地理信息技术应用能力、学生学习能力水平都提出了较高的要求，不能一蹴而就。

未来，有效的学习环境需要根据学生的不断进步和多样化的学习方式来设计[4]。我们相信，在先进教学理念的指导下，结合精心优化的教学设计，再辅以先进且适切的信息技术，定有助于学生将地理学习过程转变为地理探究过程，高效促进教师教学效率和教学效果的提升，深度影响课堂教学方式和教学评价的优化。

注：本文系国家新闻出版署出版融合发展（人教社）重点实验室、人民教育出版社人教数字教育研究院2021年度重点课题“基于Web二三维地理信息技术的地理学科工具与数字教材的融合研究”（课题编号：RJA0121002）的阶段性研究成果。

参考文献

[1] 罗滨.项目式学习给学生带来了什么[J].北京教育（普教版），2018（8）：26-27.

[2] 宋雪.信息技术与高中地理教学深度融合实践研究[D].济南：山东师范大学，2020：5

[3][4]吴刚.从工具性思维到人工智能思维——教育技术的危机与教育技术学的转型[J].开放教育研究，2018（2）：51-59.

（作者康星系北京市西城区教育研修学院中学地理教研员，高级教师；刘健系人民教育出版社课程教材研究所地理课程教材研究开发中心资深编辑，编审）

责任编辑：孙建辉