GIS在中学地理教学中的应用分析

高礼安

上世纪末以来，随着计算机及网络技术的发展，全球定位系统、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的广泛应用，以及数字地球、智慧城市概念的建立，为地理学科的发展提供了广阔的发展空间。地理信息系统（GIS）是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。地理信息系统以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，在计算机技术支持下，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息。

目前，地理信息技术已经在全球变化与监测、环境保护及评估、军事、资源管理、城市规划、土地管理、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、大数据分析等许多领域发挥着越来越重要的作用。在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中，共有9章明确对地理信息系统技术和应用作出了指示和安排。31个省（自治区、直辖市）、5个计划单列市和新疆生产建设兵团的“十四五”规划，也均明确提及地理信息系统技术及相关应用、工程等内容。将地理信息系统引入中学地理教学是信息时代的要求。我国教育部于2003年颁布了《全日制高中地理课程标准（实验）》，把地理信息技术列为七大地理选修模块课程之一，并明确强调：“地理信息技术在地理学习中的应用应充分考虑信息技术对地理教学的影响，营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。”地理信息系统技术在中学地理教学中的应用提高到了一个重要的地位。

一、数据来源与处理方法

本文通过检索中国知网（CNKI）中2000年以来有关中学地理信息技术文献，研究我国现阶段中学地理信息系统应用于中学地理教育文献的各年度发文数量、研究热点，可以更好地了解我国中学现阶段地理信息技术教育的现状与研究热点，促进我国地理教育事業的发展及地理信息技术的普及。

在中国知网（CNKI）以“中学”“高中”“GIS”“地理信息”作为关键词进行检索，共检索出497条中文文献，再对这497条文献进行二次筛选，筛掉一些与研究主题和内容无关的文献，最终确定420条文献作为本文的研究对象，检索的时间为2021年5月7日。

知识图谱可视化分析是从海量的科技文献中挖掘有价值信息的一种方式，在不同领域内使用较多的工具主要有BibExel、CiteSpace、CiteNetExplorer、HistCite、Gephi、VOSviewer、Pajek等。

本文运用由荷兰伊拉斯谟大学的van Eck N J和Waltman L 博士联合开发的一款免费的文献计量分析软件VOSviewer进行分析，对我国中学阶段的GIS在地理教学中的应用情况进行分析。将在知网中筛选的420条文献以Refworks格式导出，继而导入至VOSviewer 1.6.18中，对文献作可视化分析。

二、结果分析

1.文献时间分布特征

期刊文献的时间分布情况在一定程度上可以反映该领域的学术研究理论水平和发展速度。以收集的420条关于中学阶段GIS教学研究文献的发表年份分布进行统计分析。2000-2022年我国发表的关于地理信息系统在中学地理教学中的应用方面的相关文献共420篇，年度分布见图1。

从2000年开始，我国中学GIS应用于地理教学方面的文献数量逐年上升，呈现波动式增长，2010年文献发文数量较少，为7篇，2011年增加较多，为25篇，2015年文献发表数量最多，达43篇，此后几年发表文献数量有所下降，但GIS应用于地理教学方面的研究总体呈现增长趋势（2022年没有完全统计），表明从2003年颁布了《全日制高中地理课程标准（实验）》以后，对GIS应用于中学地理教育的研究在逐年增加，表明中学地理教育工作者对GIS应用于地理教学的重视程度不断提高。

2.文献来源作者单位分析

在本次分析的420篇文献中，学术期刊214篇，硕士学术文献197篇，博士学术文献6篇，会议文献3篇。在217学术期刊及会议文献中，单位为中学的作者参与了127文献写作，单位为高校的参与了108篇文献写作，中学教育工作者、大学教育工作者都重视GIS应用于中学地理教育。

3.关键词词频分析

关键词可以直观显示文献研究的核心内容，基于关键词出现的频次和相互关系的共词分析法，对于把握研究领域的重点话题具有重要意义。在进行关键词分析前，先对中英文同名词进行合并，比如“地理信息系统”“地理信息技术”“geographic information system”合并为“GIS”，“teaching modle”合并为“教学模式”，通过对关键词的出现频率进行统计（见表1），发现“GIS”“地理教学”“中学地理教学”“中学地理”“高中地理”“高中地理教学”均属于高频率的关键词，表明现今中学地理教育注重地理信息系统技术手段的介入。通过VOSiewer对知网中筛选的420条文献进行可视化分析，绘制标签视图，共有1022个关键词，以每个关键词出现5次为最低值，筛选得到49 个高频关键词，得到关键词出现知识图谱（图2），图2中关键词的圆圈面积越大，代表关键词频次越高，是该领域的热门话题;关键词越在图的中间，代表该关键词的重要性越强，表明是该研究领域的重要概念。

4.GIS应用于中学地理教育热点分析

通过VOSviewer进行共词聚类分析及对相关文献内容的分析，可以发现GIS应用于中学地理教育研究领域的两大研究主题。

首先是GIS在地理教学中的辅助教学模式的研究，关键词主要包括“教学案例设计”“教学案例”“辅助教学”等。现阶段地理信息技术已经作为地理课堂教育的一种新技术手替代传统的地理挂图、地球仪、地貌模型等，GIS技术能帮助学生更好地认识我们的地球、环境、历史，甚至经济情况，使学生了解最新的前沿科技。应用GIS辅助教学，教师在授课时更加生动，学生有更直观的了解，极大地调动了学生的学习积极性，激发学生学习地理的兴趣，更容易记住所学的地理知识。

其次是GIS应用于地理空间能力培养的研究，关键词包括“新课标”“地理空间推理能力”“地理核心能力素养”。地理是一门空间性较强的学科，地理空间能力的形成和发展对地理学习和地理问题解决具有重要意义。在中学地理的学习中，要求学生能够掌握地理事物的空间分布特征、形成空间概念，从不同角度、不同层次地理事物的分布及其联系进行深入分析。GIS具有多方面培养地理空间能力的优势，GIS所展现的空间信息可视化，使学生对在地理空间中的各事物的分布、状态有直观的感受，能够帮助学生揭示地理事物空间分布模式、地理事物空间关系和发展趋势。现阶段的地理教师基本能根据新课标要求，通过地理信息技术手段培养学生的地理空间推理能力、地理核心素养，让学生从区域视角认识、分析、理解地理环境，促进其区域认知素养的形成，而不仅仅是地理知识的灌输。

第三，用于地理教学的GIS软件包括google earth、ArcGIS、QGIS、ArcView、MapInfo、surfer等国外GIS软件，涉及的国产地理信息软件较少，检索到两篇文献用的是北京三维远景科技有限公司开发的LocaSpaceViewer。地理信息数据主要来自天地图、google。2005年，国产地理信息系统（GIS）软件已经打破国外软件一统天下的局面，在国内应用工程和服务市场的份额占到一半以上。至2015年，我国GIS软件市场中，国内品牌超图软件（SuperMap）超越国外品牌Esri，成为份额占比最大的品牌。2019年，我国市场占有率排名前四的GIS软件品牌分别是超图软件（市场份额超过30%）、Esri、中地數码（MapGIS）、武大吉奥（GeoStar）。在国产GIS软件高速发展的今天，中学地理应用的GIS软件仍然以国外GIS软件为主，对我国GIS软件的应用、普及极为不利。

GIS技术在地理教学中的运用已经被提升到相当高的地位，无论是必修，还是选修;无论是人教版，还是其他版本的教材，都明确展示了地理信息技术的知识。我国GIS应用于中学地理教学力度逐年加大，应用GIS进行地理课堂辅助教学，提高学生的视野，增强了教师课堂魅力，使学生在轻松愉快的课堂氛围中掌握了地理知识。

地理信息系统最早起源于北美，国外GIS基础教育进展非常迅速。1994年，美国制定了“生活化的地理学”国家地理标准，开始了GIS基础教育。英国教育和职业部1996年8月颁布了新的《国家地理课程标准》，非常注重学生信息技术能力的培养。虽然我国GIS应用于中学地理教学的研究逐年在增加，但总体还在起步阶段，GIS应用的普及度及利用深度还不够，现阶段GIS应用于中学地理教育研究主要是用于辅助教学和地理空间能力培养两方面。

使用教学的地理信息软件主要是国外的GIS软件，为了保证地理信息的安全及普及国产GIS软件，各大国产地理信息软件厂商应该授权我国各中学、大学免费试用教育版GIS软件，并编写适合我国国情与学生特点的GIS教程，提供配套练习，建设相关学习网站，提供中学地理教学素材，建设教学数据库，让国产GIS软件逐步在大中学地理教学中普及，因此在教学中使用超图软件、中地数码、武大吉奥等国产GIS软件或开源GIS软件，如QGIS显得非常必要。